Зварювання вибухом є різновидом зварювання тиском. Для спільної пластичної деформації контактуючих шарів металу використовується кінетична енергія зіткнення рухається деталі, розігнаної до великій швидкості енергією вибуху, і нерухомою деталі, встановленої на жорсткій майданчику. Швидкість руху вдаряє деталі повинна до моменту зіткнення досягати декількох сотень метрів в секунду. У зоні зіткнення метал тече як рідина і зливається в одне ціле. Заряд вибухової речовини, маса якого становить 10 ... 20% маси деталі, викликає її переміщення зі понад швидкістю звуку.
1 - опорний фундамент; 2, 3 - деталі, що зварюються; 4 - вибухова речовина; 5 - детонатор; h - зазор між деталями; α - кут установки деталей.
Малюнок 1 - Схема зварювання вибухом
Схема зварювання вибухом представлена на рис. 1. Нерухому деталь 2 для збільшення маси укладають на жорстку масивну плиту 1. вдаряє лист металу 3 розташовують під кутом α = 3 ... 10 ° до поверхні деталі 2 з зазором h. По поверхні листа 3 рівномірним шаром укладають вибухова речовина (ВВ) 4; в якості якого використовують амонал, тол, гексоген та інші. На нижньому краю паперу 3 розташовують детонатор 5. Після ініціювання детонатором 5 вибуху заряду ВР 4 по заряду з величезною швидкістю поширюється плоска детонационная хвиля. Швидкість детонації D = 2000 ... 8000 м / с. Позаду рухається детонаційної хвилі залишаються продукти вибуху. Тиск газоподібних продуктів вибуху становить 10 ... 20 ГПа. Внаслідок такого тиску частині верхньої деталі, розташовані в зоні дії продуктів згоряння, послідовно залучаються до прискорений рух в напрямку до нижньої деталі, соударяются з нею зі швидкістю Vс. Та частина верхньої пластини, де детонація ВВ ще не відбулася, знаходиться в початковому положенні, в результаті чого верхня пластина в процесі зварювання згинається, причому точка вигину переміщається по поверхні пластини зі швидкістю детонації ВВ.
Так як при зіткненні метану деталь підходить до нерухомої деталі під деяким кутом, то поряд з нормальною складовою Vn швидкості зіткнення Vс, яка викликає великий тиск в зоні зварювання і спільну пластичну деформацію поверхневих шарів, існує тангенціальна складова Vt швидкості Vс, яка веде до деформації зсуву, внаслідок чого різко зростає деформація зсуву і освіту металевих зв'язків.
Виникнення міцної металевої зв'язку навіть при наявності великого тиску неможливо, якщо в процесі зварювання зварювальна поверхню деталей не очищена. При зіткненні в кутку змикання деталей виникає кумулятивний повітряний струмінь. Швидкість струменя досягає 5000 ... 7000 м / с, і тому вона має великий тиск на метал. Хвильова конфігурація кордону розділу металу при зварюванні вибухом, як правило, легко виявляється при дослідженні структури сполуки. Кордон з'єднання поперек пластин являє собою майже пряму лінію.
а - вздовж пластини; б - поперек пластини.
Малюнок 2 - Вид кордону розділу металів при зварюванні вибухом
Зварене з'єднання утворюється протягом мільйонних часток секунди, тобто практично миттєво. Зварене з'єднання виникає внаслідок утворення металевих зв'язків при спільному пластичній деформації поверхонь, що зварюються металу. Мала тривалість зварювання запобігає виникненню дифузійних процесів. Ця особливість дозволяє зварювати метали, які при звичайних процесах зварювання з розплавленням металів утворює тендітні интерметаллические з'єднання, що роблять шви непридатними до експлуатації.
При зварюванні вибухом можна отримувати з'єднання необмеженої площі. При цьому процес зварювання здійснюється тим простіше, чим більше відношення площі з'єднання до товщина металу частини металу. Здійснено з'єднання площею 15 ... 20 м2.
Поряд зі зварюванням листових деталей застосовуються і інші технологічні схеми, представлені на малюнках 3 - 7.
Зварювання вибухом починає використовуватися для стикових з'єднань внапуск деяких готових елементів конструкцій. Перспективне застосування зварювання вибухом для з'єднання армованих металів, отримання з порошків монолітних металів і сплавів
1-детонатор; 2-металевий конус для спрямування детонаційної хвилі; 3 - заряд ВВ; 4 - метан труба; 5 - облицьовують циліндр; 6 - центрирующее підставу.
Малюнок 6 - Сварка біметалевих циліндричних заготовок змінного діаметру.
При зварюванні листових деталей основними параметрами режиму є:
На практиці для визначення режимів зварювання вибухом послідовно вибирають необхідну швидкість детонації (Vд = 2500 ... 3500 м / с), величину зазору h і кут нахилу α. Можлива сварка деталей без зазору з h = 0 і кутом a = 0 °. Якщо основні параметри обрані оптимальними, то виходить високоякісне зварне з'єднання, що дорівнює по міцності основного металу.
Зварні з'єднання, отримані вибухом, мають досить великими властивостями міцності. При випробуваннях руйнування зразків, як правило, відбувається по найменш міцному металу пари на деякій відстані від площини з'єднання.
При зварюванні листових деталей вибухом з'єднання спостерігається практично по всій поверхні. Таким чином виготовляють біметалічні матеріали, які застосовуються в конструкціях безпосередньо після зварювання або після прокатки, за допомогою якої виготовляються листи необхідних розмірів і товщини. Можна також отримати не тільки двошаровий, але і багатошаровий біметалічний матеріал.
До недоліків процесу можна віднести труднощі зварювання малопластичних, тендітних металів (чавуну, високоміцних титанових сплавів), що руйнуються при вибуховому навантаженні.
Зварювання вибухом здійснюється в полігонних умовах для великогабаритних деталей, якщо маса заряду досягає десятків і сотень кілограмів, або в спеціальних виробничих приміщеннях (боксах) в вакуумних камерах, якщо маса заряду вибухової речовини не перевищує кілька кілограмів. Використання вакуумних камер запобігає руйнівну дію ударної хвилі і навіть звуковий ефект.
