Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование

Коэффициент 1,2 применяют при работе со смесевыми ВВ, что обеспечивает расхождение экспериментальных и расчетных значений скоростей порядка 20 %.

Физические параметры. Теоретическое и экспериментальное определение давления при косом соударении пластин является весьма сложной задачей. Для оценки проще всего использо­ вать случай нормального соударения, при котором в момент удара пластины соприкасаются по всей площади одновременно и от контактной поверхности распространяются плоские удар­ ные волны. Расчет давления в области соударения Рк [1] про­ водится в этом случае по ударным адиабатам свариваемых ма­ териалов.

Иногда в зоне соединения наблюдаются включения литого металла, что свидетельствует о том, что в процессе сварки взрывом металл в этой зоне нагревается до высоких темпера­ тур. В работе [1] приведена зависимость для оценки темпеоатуры в зоне соединения.

16.1.3. Технологические возможности

Существенным преимуществом сварки взрывом является воз­ можность соединения между собой металлов и сплавов, сварка которых другими способами затруднена. Это относится, в ча­ стности, к металлам и сплавам, образующим твердые и хруп­ кие интерметаллиды, например стали с алюминием или тита­ ном. При этом прочность соединения в большинстве случаев не ниже прочности более слабого металла пара.

Сварка взрывом используется при получении как биметал­ лических заготовок, так и готовых деталей. При этом форма и размеры плакируемых изделий практически не имеют ограни­ чений. Так, имеются сведения о плакировании листов пло­ щадью до 50 м2, толщиной до 460 мм и массой до 40 т. Тол­ щины плакирующих слоев могут быть от 0,01 до 45 мм.

Весьма эффективным является использование сварки взры­

ники и др.).

При необходимости с помощью сварки взрывом можно осу­ ществлять частичное плакирование.

Из конструкционной сварки взрывом наиболее известны точечная и шовная.

16.2.2. Подготовка материалов к сварке

Перед сваркой взрывом соединяемые материалы должны быть соответствующим образом подготовлены. Загрязнения свари­ ваемых поверхностей масляными пленками, ржавчиной, окали­ ной и т. п. недопустимы при СВ, так как при скоростях дето­ нации 2000—2500 м/с с контактной поверхности удаляется только тонкий слой толщиной до 12 мкм [9].

Опыт,' полученный при СВ, показал, что свариваемые по­ верхности должны быть зачищены до металлического блеска или протравлены и обезжирены.

Исходные материалы не должны иметь внутренних дефек­ тов (включений, пор, трещин), в противном случае возможно разрушение. Практика СВ показала, что прогиб исходных ли­ стовых заготовок не должен превышать 5—10 мм на погонный метр. Несоблюдение этого требования приводит к недопусти­ мому колебанию сварочного зазора и, как следствие, к неста­ бильности свойств биметаллических заготовок по площади вплоть до отсутствия прочности или появления непроваров.

16.2.3. Выбор параметров режима СВ

Из-за специфических особенностей процесса универсального ре­ жима СВ пока не найдено. В связи с этим при выборе парамет­ ров сварки взрывом в настоящее время в основном применяют экспериментальные методы.

Для приближенного определения нижней границы области

Скорость точки контакта определяет время протекания де­ формационных процессов в зоне соударения, поэтому для по­ лучения качественной сварки необходимо ее выдерживать в оп­ ределенном интервале. Анализ опытных данных показывает,, что лучшие результаты достигаются при о„= (0,4-т-0,6)с.

Скорость точки контакта можно регулировать изменением скорости детонации путем применения соответствующих ВВ

(табл. 16.1).

Для расчета угла соударения на практике удобнее всего использовать зависимость [10]:

• р — насыпная плотность; dR^ — критический диаметр; D — скорость детонации.

Метаемая пластина приобретает максимальную скорость на расстоянии fits б, поэтому на практике сварочный зазор выдер­ живают в пределах А = (1ч-2)б.

Некоторые исследователи при выборе режима СВ базиру­ ются на энергетическом подходе,к природе процесса. Считается [5], что минимальная энергия пластической деформации, необ­

16.3. Оборудование и оснастка

Оборудование и оснастка для сварки металлов взрывом зави­ сят от места проведения работ. В настоящее время процесс осуществляется в полевых условиях (на полигонах) и на теР' ритории промышленных предприятий.

16.3.1.Оборудование и оснастка при ведении работ

вполевых условиях

Под полигон отводится территория, удаленная от промыШлен' ных баз и населенных пунктов. Размеры ограждаемой зоны рассчитываются, исходя из массы единовременно подрывае*<ого заряда [11]. Полигоны оборудуются минными станциями И Ук‘ рытиями для техники.

Изделия обрабатывают на специальных опорах. Они дол­ жны иметь достаточную дол­ говечность и обеспечивать минимальную деформацию из­ делий [9]. Например, при пла­ кировании уникальных изде­ лий—лопастей гидротурбин, применялась опора с наполни­ телем из металлической дроби (а. с. № 330702, рис. 16.4).

Подготовку опор из грун­ тово-песчаных смесей и щебня для очередного взрыва ведут с использованием бульдозера,

погрузчика. Размещение изделий на опоре осуществляется при помощи автокранов соответствующей грузоподъемности. Для укладки заряда при больших размерах заготовок (несколько квадратных метров) или криволинейной поверхности плаки­ рующего листа используют различного рода приспособления.

В стране имеются три крупных специализированных поли­ гона, выпускающих биметаллические заготовки. СВ на ОрскоХалиловском и Кузнецком металлургических комбинатах и на Гилевском опытно-экспериментальном заводе НПО АНИТИМ

Ц2].

За рубежом крупные полигоны имеются в Швеции [13], США, Японии и др.

Недостатком полигонов является влияние погодных условий на качество, а также трудность обеспечения достаточно высо­ кого уровня механизации.

16.3.2.Оборудование и оснастка при ведении работ

вусловиях промышленных предприятий

При ведении СВ в условиях промышленного предприятия в Качестве локализаторов поражающих факторов взрыва ис­ пользуют подземные выработки, бетонные и металлические взрывные камеры [9]. Работа в подземных выработках осуще­ ствляется, например, на участке сварки взрывом фирмы «Дю­ пон» (США) [14] и Зыряновского свинцового комбината [9]. Бе­ тонные взрывные камеры применяют, например, в Колумбий­ ской лаборатории (США) [15], где используют заряды массой до 23 кг ВВ. Однако для создания промышленных установок сварки взрывом наиболее перспективны металлические взрыв­ ные камеры. Они представляют собой замкнутые оболочечные конструкции цилиндрической или сферической формы, снаб­ жены загрузочным люком, внутренней опорой, системой венти­

лученному наплавкой, а по ряду свойств превосходит его [9]. Сепараторы пара, изготовленные из такого биметалла, успешно эксплуатируются на Билибинской АЭС с 1972 г.

Технология непосредственного плакирования взрывом дета­ лей со сложной криволинейной поверхностью была разработана и впервые внедрена на Ленинградском металлическом заводе при изготовлении колес радиально-осевых турбин Красноярской ГЭС [13]. Всего плакировано взрывом и эксплуатируется свыше 150 литых и профилированных лопастей рабочих колес на крупнейших гидроэлектростанциях (Чарвакской, Усть-Илим­ ской, Саяно-Шушенской, ГЭС Сайт 1 — Канада).

В стране разработано и внедрено несколько десятков тех­ нологий получения биметалла СВ, дающих положительный эф­

им. Е. О. Патона разработан и освоен в промышленном произ­ водстве ряд технологий конструкционной и локальной СВ, в ча­ стности СВ проводов контактной сети железных доро^. В це­ ховых условиях во взрывной камере на Усольском заводе гор­ ного оборудования изготовляются сваркой взрывом сталеалю­ миниевые штыри электролизеров алюминия.

Гамму биметаллов различного назначения для цветной ме­ таллургии производит Белорусское республиканское НПО по­ рошковой металлургии.

Серийно по технологии Института гидродинамики и СКБ ГИТ СО АН СССР производится биметалл сталь—медь, при этом резко снижен расход меди, повышена стойкость сводов рудотермических печей.

В промышленных масштабах на трех полигонах страны (ОХМК, КМК и ГОЭЗ НПО АНИТИМ) освоено производство СВ трехслойных заготовок размером 4200X1200x125 мм с тол­ щиной плакирующих листов коррозионностойкой стали 12,5 мм. Технология обеспечивает круглогодичное ведение работ в по­ левых условиях при высоких производительности и качестве заготовок.

Номенклатура и объемы производства биметалла, полу­ ченного СВ, постоянно растут, что объясняется эффектив­ ностью его применения. Это подтверждает и зарубежный опыт.

Процесс широко используется в США, Японии, ФРГ, Шве­ ции, Англии и др. За рубежом применяют как непосредствен­ ное плакирование, так и плакирование с последующей прокат­ кой [6]. В 1980 г. объем производства биметалла, полученного СВ, в США, ФРГ, Швеции достиг 30—50 % от общего объема выпуска биметалла в этих странах.

16.5.Контроль качества соединений

Косновным показателям качества биметалла, полученного сваркой взрывом, относятся сплошность и прочность соедине­ ния, общая прочность биметалла, деформация изделия.

Сплошность соединения оценивают по данным УЗК [6, 13]. Для ответственных изделий возможно применение рентгенов­ ских методов контроля. Прочность сцепления слоев определяют по результатам испытания на срез и отрыв по известным мето­ дикам [6, 13]. Испытания на отрыв предпочтительнее из-за вол­ нового характера соединения. Оценку пластичности получают из испытаний на гиб с перегибом и изгиб [6]. Механические и технологические свойства биметалла определяют способами, применяемыми для определения аналогичных свойств мономе­ талла [9].

Сварка взрывом может вызвать значительные деформации изделий, которые оценивают общеизвестными способами и ме­ рительным инструментом.

Г л а в а 17 МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ СВАРКА

Магнитно-импульсная сварка (МИС) относится к способам сварки с высокоинтенсивным силовым воздействием и является одним из самых новых и перспективных технологических про­ цессов. Она характеризуется высокой скоростью соударения соединяемых деталей и малой длительностью процесса, ста­ бильностью воспроизведения рабочих режимов, высокой произ­ водительностью.

17.1. Общие сведения

17.1.1. Определения, терминология и основные схемы

Магнитно-импульсная сварка — сварка с применением давления, при которой соединение осуществляется в результате соударения свариваемых частей, вызванного воздействием импульсного магнитного поля (ГОСТ 2601—84, СТ СЭВ 527—85).

Рнс. 17.2. Схемы МИС:

/ —метаемая деталь; 2 — неподвижная деталь; 3 — индуктор; 4. 5 — металлические обойма и оправка; б —тяга; 7 — стержень; б — опора

МИС выполняется по разным схемам (рис. 17.1 и рнс. 17.2). Сваривае­ мые метаемую 1 и неподвижную 2 детали с зазором 6 вводят в рабочую зону индуктора 3 (рис. 17.1, а), питаемого током от мощной батареи кон­ денсаторов С. При разряде конденсаторных батарей ток, протекающий через индуктор, образует в окружающем его пространстве электромагнитное поле, которое наводит вихревой ток в подвижной детали. Взаимодействие двух

Рис. 17.1. Принципиальная схема магнитно-импульсной сварочной установки:

/ —метаемая деталь; 2 — неподвижная деталь; 3 — индуктор-концентратор; 4 — центри­

контура

встречно направленных токов приводит в движение деталь /, которая мгно­ венно с большой скоростью перемещается до соударения с неподвижной деталью 2, обеспечивая их сварку. При сварке индуктор устанавливают

приводить во встречное движение путем использования двух индукторов, включенных в цепь установки последовательно (рис. 17.2, ж) [2]. Для сварки плоских деталей по наружному и внутреннему контуру используются плос­ кие индукторы (рис. 17.2, э) [1]. Свариваемые детали устанавливаются либо под острым углом ао одна к другой, который создается за счет метаемой (рис. 17.2, а, б, з) или неподвижной (рис. 17.2, в, г) детали, либо взаимно параллельно (рис. 16.2, д —ж).

Основными управляемыми параметрами МИС являются энергия маг­ нитного импульса W , толщина метаемой детали s, зазор между неподвиж­ ной и метаемой деталями б, а также величина ввода метаемой детали в ра­ бочую зону индуктора b и длина ее метаемого участка /о-

17.1.2. Физические основы

При МИС соединение образуется в результате высокоскорост­ ного косого соударения свариваемых поверхностей, приводя­ щего к интенсивным пластическим деформациям и волнообра­ зованию на контактных поверхностях. Малая длительность процесса МИС и отсутствие рекристаллизации или образова­ ния новых фаз в зоне соединения позволяет предположить, что прочность соединения определяется числом атомов, образовав­ ших химические связи и релаксации упругих напряжений в той мере, в какой это необходимо для возникновения связей [3].

17.1.3. Технологические возможности

Размеры свариваемых, изделий

МИС соединяют трубчатые детали диаметром до 100 мм как между собой, так и с другими деталями, а также плоские де­ тали по внутреннему и наружному контуру с толщиной метае­ мых деталей от 0,5—2,5 мм при минимальной толщине непо­ движных деталей 0,3 мм. МИС сваривают алюминий АД1, алю­ миниевые сплавы АМц, АМг-3, АМг-5, АМг-6, медь Ml, М3, не­ ржавеющую сталь 12Х18Н10Т и титановый сплав 0Т4 в одно­ родном и разнородном сочетаниях [1—4].

Свариваемость однородных и разнородных материалов

На образование сварного соединения влияет взаимосвязь сле­ дующих основных динамических параметров — нормальной ско­ рости соударения метаемой детали vB, скорости движения точки контакта свариваемых материалов vK, нормального (ра­ диального) давления соударения Рк, длительность движения t и угол соударения а.

зоо