Публикации

Одно из направлений решения прикладных задач подобного класса производство биметаллов и многослойных композиций с помощью сварки взрывом (СВ). Несомненное достоинство данного способа – простота технологических операций и высокое ка­чество получаемых соединений; прочность сцепления слоев в изготов­ленных взрывом биметаллах и многослойках, как правило, превышает прочность наиболее слабого материала (при испытании образцов на отрыв разрушение происходит по более слабому материалу). Кроме того, сварка взрывом позволяет получать соединения практи­чески всех коммерческих металлов и сплавов, в т.ч. и таких, которые сварить другими способами весьма проблематично (сталь+алю­миний, сталь+титан, алюминий+медь, сталь+медь и др.). Весьма эф­фективно применение сварки взрывом в мелкосерийном и штучном про­изводстве при быстро меняющейся конъюнктуре рынка, поскольку для реализации технологий сварки взрывом не требуется дорогостоящего оборудования и серьезных капитальных вложений

Наиболее распространенная схема сварки - взрывом (с параллельным расположением пластин), которая использу­ется в промышленных условиях. После инициирования заряда взрывча­того вещества (ВВ) детонатором  верхняя пластина  под действием продуктов детонации (ПД) ускоряется до некоторой скорости Vс и под углом соударяется с нижней. Для разгона верхней пластины необ­ходим зазор h. В результате протекания ряда физических явлений при косом соударении образуется прочное соединение. При параллель­ном расположении пластин скорость точки контакта Vк равна скорости детонации D, а угол соударения g равен углу поворота b.

Согласно общепринятой концепции, основными параметрами, определяющими качество соединения любой пары свариваемых метал­лов (или сплавов), являются Vк и g. На диаграмме в координатах Vк – g можно выделить некоторую зону, называемую обычно «областью сварки», в пределах которой между металлами образуется равнопроч­ное соединение. Нижняя граница «области...» (НГ) соответствует ми­нимальным значениям Vк и g, при которых возможно получение соеди­нения. Наибольший интерес с точки зрения практики представляет та часть «области сварки», которая находится вблизи нижней границы, поскольку именно в этой части лежат значения параметров, обеспечи­вающие экономичные и щадящие (в плане разрушающего воздействия ударных волн на свариваемые материалы) режимы сварки взрывом.

На заводе «Уралхиммаш» сварка взрывом применяется с 1971 г.

С целью более эффективного ее внедрения в 1978 г. была создана лаборатория импульсной обработки металлов (ЛИОМ), которая к насто­ящему времени располагает:

– взрывной камерой мощностью до 6 кг ВВ, установленной в по­мещении;

– мощным полигоном взрывных работ (предельно допустимая масса заряда – 1000 кг);

– комплексом измерительной аппаратуры для контроля параметров взрывных процессов и необходимыми для этого методиками;

– вычислительной техникой и требуемым для разработки «взрыв­ных» технологий математическим обеспечением;

– высококвалифицированным персоналом и успешно конкурирует с мировыми лидерами в этой области.

Поскольку сварка взрывом имеет ряд особенностей, таких, например, как неста­бильность детонационных процессов в применяемых ВВ и сильная за­висимость скорости детонации D от химического и гранулометрическо­го состава, требуется систематический контроль параметров с помощью электроизмерительных приборов по специальным методикам. Поэтому сварка взрывом при кажущейся технологической простоте достаточно наукоемкая область производства, требующая высокой квалификации персонала и серьезной исследовательской базы. Сотрудниками ЛИОМ на основе анализа обширных эксперимен­таль­ных данных разработана уникальная методика определения оптимальных технологических параметров сварки взрывом различных пар металлов, оформленная в виде пакета прикладных программ, которая позволяет в очень короткие сроки разрабатывать промышленные технологии по сварке взрывом.

Методика базируется:

– на оригинальном расчете нижней границы области сварки взры­вом на диаграмме свариваемости;

– на определении оптимального остаточного давления продуктов детонации, оказывающего положительное влияние на качество получае­мого соединения;

– на определении оптимальных периферийных нависаний метаемой заготовки, исключающих нежелательные краевые эффекты, с учетом де­тонационно-баллистических характеристик ВВ, величины сварочного зазора и толщины заряда;

– на сопутствующем контроле параметров сварки взрывом (ско­рость детонации, угол соударения, стабильность процесса детонации) с использованием комплекса специализированной измерительной аппа­ратуры.

Внедрение методики в производство позволило свести процент брака практически к нулю, что особенно актуально при изготовлении круп­но-тоннажного мелкосерийного и штучного оборудования. На основе этой методики были разработаны промышленные технологии и изготов­лены партии биметаллов и многослоек для производства химического оборудования самого различного назначения: автоклавы, крупногаба­ритные теплообменники, электролизеры, сосуды высокого давления, токоподводы и т.п. Пере­числим наиболее значимые из них.

Владимир Чернухин, ОАО «Уралхиммаш», канд. техн. Наук

Владимир Кожевников, канд. техн. Наук

Юрий Бесшапошников, канд. техн. наук