Изучение методов обработки металлов взрывом (Исследовательский раздел дипломного проекта)

3 Исследовательский раздел

3.1 Изучение методов обработки металлов взрывом

3.1.1 Сущность метода обработки металлов взрывом

          Деформация взрывом оказывает существенное влияние на изменение физико-механических свойств металлов, обеспечивает формоизменение материалов, не поддающихся обработке давлением при обычных условиях, позволяет осуществлять сварку разнородных металлов с большим различием их свойств, а также деформацию взрывом  применяют при плакировании, упрочнении, штамповке, клёпке, чеканке, резке, прессовании некомпактных материалов. Процесс обработки металлов взрывом сравнительно прост и доступен широкому кругу специалистов.

          В современной теории взрывных процессов различают две стадии взрыва: взрыв и детонацию. Взрыв рассматривается как нестационарная форма реакции, протекающей вблизи точки инициирования. Если взрыв не затухает, то он переходит в стационарную форму - детонацию, определяющуюся скоростью детонации взрывчатого вещества.

Мощность взрыва W, может быть рассчитана по формуле

,

 где M - масса заряда;

Q - теплота взрыва;

I  - механический эквивалент теплоты;

D - скорость перемещения;

h - высота заряда.

          Образование ударной волны при инициировании взрывчатых веществ можно представить, как показано на рисунке 3.1. В точке 0  произошло инициирование взрывчатых веществ, и на участке 0…1 происходит нестационарный взрыв. В точке 1 скорость процесса достигает скорости детонации, что приводит к образованию фронта детонационной волны, распространяющейся со скоростью D, образующееся при этом давление Р определяется экспериментально по торможению детонационной волны на преградах из разных материалов. После того как детонация полностью охватит весь заряд, детонационная волна переходит в промежуточную среду (обычно воздух или вода), находящуюся между зарядом и металлом, образуя ударную волну. При этом начальная интенсивность ударной волны, которую воздушная среда наследует от взрывчатого вещества, зависит от параметров детонационной волны и от свойств самой среды.

I - область продуктов взрыва; II- область предельного сжатия продуктов взрыва; III - исходная смесь; D- фронт детонационной волны; х- расстояние от точки инициирования заряда.

               Рисунок 3.1 - Образование ударной волны при инициировании

                                        взрывчатых веществ

3.1.2 Сварка металлов взрывом

          В последние годы метод соединения различных металлов с использованием энергии взрыва интенсивно развивается, что обусловлено высокой его эффективностью, а именно:

          - применяя взрыв, можно соединять между собой практически любые металлы и сплавы;

          - можно получать высокую прочность соединения слоёв, как правило, превышающую прочность менее прочного металла;

          - обеспечивается быстротечность (несколько микросекунд) процесса сварки, вследствие чего толщина переходной зоны биметалла незначительна и обычно не превышает нескольких микрон;

          - происходит самоочистка соединяемых поверхностей в процессе соединения, вследствие чего резко снижается трудоёмкость операции по подготовке и предохранению от окисления этих поверхностей;

          - возможно получение многослойных крупногабаритных плоских и сложного профиля изделий из композиционных материалов.

          Сварка взрывом при правильном выборе режимов позволяет получать соединения широкого круга материалов, начиная от почти любого сочетания металл-металл до металл-пластмасса, Для таких сочетаний, как железо-титан, нержавеющая сталь-алюминий, этот метод практически вообще единственный.

          Такие хрупкие при ударном нагружении материалы, как вольфрам, чугуны, некоторые марки литейной бронзы, могут быть сварены с предварительным подогревом.

          Сварка взрывом позволяет получить биметаллические листы площадью до 40м² с минимальными экономическими затратами без дорогостоящего оборудования.

          Используя сварку взрывом можно сочетать получение соединения с упрочнением основного металла и зоны шва.

          Можно выделить две основные схемы получения соединений с помощью энергии взрыва: параллельную (рисунок 3.2) и наклонную (рисунок 3.3).

Рисунок 3.2 – Параллельная схема соединения металлов

                                           взрывом

Рисунок 3.3 – Наклонная схема соединения металлов

                                              взрывом

Одна из особенностей сварки взрывом - образование волнистой контактной поверхности (рисунок 3.4), которая способствует повышению прочности соединения и служит свидетельством надёжности сварки.

                      Рисунок 3.4 – Контактная поверхность в зоне соединения,

                                              полученного взрывом

          На поверхности контакта образуются регулярные волны определённой длины и амплитуды (рисунок), Если сваривают два металла с одинаковыми прочностными характеристиками, то волны синусоидальные и симметричные относительно горизонтальной плоскости контакта. Если сваривают два разнопрочных металла, например медь и железо, то волны заострены в сторону более мягкого металла  независимо от того, какой из металлов был неподвижным.

          В зоне гребней волн (особенно при высоких значениях давления соударения) наблюдается повышенная пластическая деформация резко направленная в сторону распространения детонации.

          Одним из преимуществ сварки взрывом является то, что в отличие от многих методов сварки получение соединения сопровождается не разупрочнением, а упрочнением околошовной зоны и основного металла.