Spawanie wybuchowe - co to jest i jak się go stosuje

Bardzo często w procesie projektowania konstrukcji inżynierowie stają przed problemem doboru materiałów — te materiały, które idealnie nadają się do wykonywania niektórych funkcji konstrukcyjnych, nie mają właściwości niezbędnych do spełnienia innych wymagań eksploatacyjnych. Na przykład materiał może mieć dobrą odporność na korozję, przewodność elektryczną i cieplną, ale niewystarczającą twardość lub odporność na zużycie. Materiały wytwarzane metodą spawania wybuchowego.

Spawanie wybuchowe jako możliwy proces technologiczny zostało odkryte podczas II wojny światowej, kiedy to po wybuchu bomb znaleziono fragmenty łusek zespawanych z innymi metalowymi przedmiotami. We wczesnych latach sześćdziesiątych firma DuPont opracowała praktyczny proces spawania wybuchowego i opatentowała go w Stanach Zjednoczonych.

Od tego czasu technologia zgrzewania wybuchowego rozwinęła się bardzo szybko i znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, od produkcji bimetali dla przemysłu naftowego po uszczelnione złącza w elektronice.Części otrzymane metodą spawania wybuchowego pozwoliły osiągnąć nieosiągalną wcześniej granicę żywotności produktu — do 30 lat.

Proces spawania wybuchowego jest na pierwszy rzut oka dość prosty. Metale, które mają być łączone, muszą być umieszczone blisko siebie z niewielką szczeliną. Warstwa wybuchowa jest równomiernie rozłożona na górnej płycie. Powstała struktura warstwowa pęka i powstaje nowy materiał konstrukcyjny.

Proces spawania wybuchowego

Z dwóch oddzielnych i często zupełnie różnych materiałów można uzyskać jedną spawaną kompozycję metalu. Płyta bimetaliczna mogą być następnie dalej przetwarzane (np. walcowane) do wykorzystania w różnych produktach. Grubość warstwy okładziny nałożonej na metal nieszlachetny może wahać się od kilkudziesięciu milimetra do kilkudziesięciu centymetrów.

Przykłady produktów otrzymanych metodą spawania wybuchowego

Po spawaniu z reguły wymagane jest prostowanie powstałego złącza, które odbywa się na rolkach lub na prasie. Następują czynności kontrolne — badania mechaniczne i badania ultradźwiękowe spoiny.

Badanie dłutem złącza spawanego pokazuje, że pęknięcie nie występuje wzdłuż spoiny.

Spawana próbka ze stali nierdzewnej i aluminium poddawana jest próbie zginania. Pęknięcie wystąpiło w aluminium, a nie w spoinie

W rzeczywistości jednak proces ten jest znacznie bardziej skomplikowany. Uzyskanie wysokiej jakości połączenia bez rozwarstwień wymaga starannej kontroli szeregu parametrów technologicznych, a produkcja wysokiej jakości kompozytów wymaga dużego doświadczenia w tym zakresie.

Najczęstszym spawalniczym materiałem wybuchowym jest igdanit (mieszanina saletry amonowej i paliwa węglowodorowego, najczęściej oleju napędowego).

Ilość materiałów wybuchowych może się znacznie różnić, ale większość operacji spawalniczych przeprowadza się przy użyciu materiałów wybuchowych o masie 10 ... 1000 kg. Oczywiście tak niebezpiecznej pracy nie można wykonać w normalnym warsztacie spawalniczym. Spawanie strumieniowo-ścierne powinno być wykonywane przez licencjonowanych i doświadczonych inżynierów z dala od miejsc przebywania ludzi.Należy zachować środki ostrożności związane z odpalaniem i przechowywaniem materiałów wybuchowych.

Podczas procesu spawania w strefie oddziaływania materiału wybuchowego powstaje bardzo duża siła, która może sięgać kilkuset tysięcy ton. Powierzchniowe warstwy atomowe każdego z łączonych materiałów są wystawione na działanie strumienia plazmy. Plazma indukuje tworzenie metalicznego wiązania, w którym metale są oddzielone od siebie elektronami walencyjnymi.

Na bardziej makroskopowym poziomie złącze spawane pojawia się jako falista linia wzdłuż kierunku wybuchu. „Amplituda” powstawania fali zależy od kąta i prędkości detonacji. W skrajnych przypadkach może być tak duża, że ​​pod grzbietami fali powstają niepożądane puste przestrzenie. Kąt detonacji jest zwykle mniejszy niż 30 stopni.

Na tym zdjęciu wyraźnie widać falistą naturę wiązania między dwoma metalami.

Spawanie wybuchowe obejmuje szeroką gamę materiałów, które należy łączyć. W niektórych przypadkach jakość połączenia spawanego kompozytu można poprawić, umieszczając cienką warstwę pośrednią między dwiema różnymi warstwami. Kanapki z czterech lub więcej warstw metalu również nie są rzadkością.Według ekspertów łączna liczba możliwych kombinacji bimetali to ponad 260 opcji.

Zastosowanie bimetali uzyskanych metodą spawania wybuchowego może znacznie wydłużyć żywotność i zwiększyć niezawodność urządzeń cieplnych, odlewniczych, naftowych, wymienników ciepła i zbiorników w przemyśle chemicznym. Do produkcji elektrod stosuje się kompozyty stalowo-aluminiowe.

Spawane blachy bimetaliczne mogą być stosowane jako elementy przejściowe podczas montażu konstrukcji z różnych metali. Powłoki na okładziny wykonane z metali szlachetnych mogą znacznie obniżyć koszt części wykonanych wcześniej w całości z drogich materiałów, jednocześnie nie niszcząc się, a czasem nawet uzyskując znacznie wyższe parametry techniczne.

Wybuchowe konstrukcje spawane są z powodzeniem stosowane w budowie konstrukcji morskich, ponieważ mogą znacznie ograniczyć lub całkowicie wyeliminować korozję elektrochemiczną w środowisku morskim. Cienkie warstwy materiałów osłonowych nakładanych tą metodą spawania chronią statek kosmiczny przed promieniowaniem.