Сварка взрывом. лехе за 300р. Контрольная работа по дисциплине Специальные методы соединения материалов Технология и оборудование сварки взрывом. Область применения

• Название: Контрольная работа по дисциплине Специальные методы соединения материалов Технология и оборудование сварки взрывом. Область применения
• Анкор: Сварка взрывом
• Дата: 11.01.2023
• Размер: 0.6 Mb.
• Имя файла: лехе за 300р.docx
• Тип: Контрольная работа; #881637

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.

Кафедра «Сварка и металлургия»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине:
Специальные методы соединения материалов


«Технология и оборудование сварки взрывом. Область применения»

(тема)

Выполнил:

Студент б-МНСТипу-41 ИММТ

Проверил:

к.т.н. Куц Л. Е.

Саратов

Содержание

Содержание 2

Общие сведения 3

Способы и технологии 5

Преимущества и недостатки 13

Техника безопасности 15

Особенности 16

Контроль качества швов 17

Подготовка к работе 18

Возможные трудности 21

Список литературы 22

Общие сведения

Сварка взрывом относится к разновидности сварки под давлением. Воздействие осуществляется ударной волной, образующейся в результате инициирования взрывчатых веществ.

Технология обработки при помощи взрывной сварки не полностью изучена, но уже активно применяется в промышленных масштабах для:

• 
  укрепления сцепления металлических поверхностей сложной конструкции;
  
• 
  изготовления монолитных многоуровневых изделий;
  
• 
  производства полых заготовок цилиндрической формы;
  
• 
  надежной фиксации стыков труб;
  
• 
  создания биметаллических заготовок.
  

Рисунок 1 – Результат сварки взрывом в разрезе.

Наиболее перспективна сварка взрывом для плакирования плоских изделий, особенно при большой толщине основного слоя. В частности, освоено плакирование листов толщиной 70-100 мм, площадью 10-20 м² для сосудов давления ответственного назначения.

Освоено производство плакирования изделий со сложной криволинейной поверхностью. Плакировано взрывом и эксплуатируется свыше 150 рабочих колес радиально-осевых турбин на крупнейших гидроэлектростанциях. Номенклатура и объемы производства биметалла постоянно растут, что объясняется эффективностью его применения.

С помощью различных модификаций сварки взрывом освоены следующие соединения: трубопроводов, проводов контактной сети железных дорог, алюминиевых оболочек кабелей связи, шинопроводов, труб с трубными решетками теплообменников, рельсовых соединителей, сталеалюминевых анодных штырей электролизеров алюминия, ремонт крупногабаритных оболочечных конструкций, отвод к действующим газопроводам под давлением без стравливания и прекращения транспортировки газа и др.

Способы и технологии

Специфика сварки взрывом достаточно проста в применении, а полученное соединение считается одним из наиболее прочных. Для качественного сплавления существуют два отличных друг от друга способа сварки: по стыку и по разнородности.

Первый, наиболее распространенный способ сварки взрывом — это создание биметаллических заготовок из листовых материалов. Процесс выглядит следующим образом:

1. 
   На опорный фундамент помещается заготовка, которая в процессе будет неподвижной и основной.
   
2. 
   По всей длине листа размещается взрывчатое вещество, после чего монтируется детонатор.
   
3. 
   Верхний (плакирующий) лист по плану должен смещаться после взрыва, поэтому его укладывают под углом 3-10° градусов к поверхности основного листа.
   
4. 
   Взрыв за доли секунды перемещает верхний лист к основному. В результате воздействия сильной ударной волны практически мгновенно образуется прочное соединение.
   

Рисунок 2 – Основные схемы сварки. Параллельная и угловая.
Второй способ взрывной сварки применяется для плавления труб по стыку. Вот как происходит процесс обработки:

1. 
   В большинстве случаев сплавляют полые трубы. Для предотвращения деформации внутри каждой трубы помещают металлический сердечник.
   
2. 
   По всему стыку располагают взрывчатое вещество, а потом и детонатор.
   
3. 
   За доли секунды после взрыва поверхности сплавляются.
   

В любом из способов необходимо точно рассчитать количество и разновидность взрывчатки. В противном случае велик риск деформации или повреждения свариваемых поверхностей.



Рисунок 3 - Способ взрывной сварки применимый для плавления труб по стыку.
Основная (базовая) схема сварки плоских изделий представлена на рисунке 4.

На основании 1 (земляной грунт, дерево, металл и т. п.) расположено одно из свариваемых изделий (в простейшем случае пластина 2), над которой параллельно с определенным зазором h на технологических опорах 4 расположено второе изделие 3. На внешней поверхности изделия 3 находится заряд взрывчатого вещества 5 заданной высоты Hвв и площадью, как правило, равной площади изделия 3. В одном из концов заряда находится детонатор 6.

При инициировании заряда по нему распространяется фронт детонационной волны (рис. 5).



Рисунок 4 — Принципиальная схема сварки взрывом плоских изделий: 1 – основание; 2 – неподвижная пластина; 3 – подвижная пластина; 4 – технологические опоры; 5 – заряд взрывчатого вещества; 6 – детонатор; H1, H2, h – соответственно высоты неподвижной, подвижной пластин и толщины заряда; h – зазор между пластинами; Lн Lк – соответственно – величины начального и конечного нависания верхней пластины над нижней; Нвв – высота заряда взрывчатого вещества



Рисунок 5 — Схема установившегося процесса сварки взрывом: 1 – фронт детонационной волны; 2 – фронт разлета продуктов взрыва ВВ; 3 – фронт волны разрежения; Vвв – скорость детонации ВВ; V_К – нормальная составляющая скорости соударения контактирующих поверхностей; V_Н – скорость движения вершины динамического угла встречи контактирующих поверхностей в направлении сварки (Vн = Vвв)

Технологические параметры сварки взрывом разделяются на три группы: установочные, кинематические и параметры заряда ВВ.

К установочным параметрам относятся параметры, определяющие исходное взаимное расположение свариваемых пластин: расстояние между пластинами, зазоры, размеры краевых нависаний (рис. 5).

Кинематические параметры определяют конфигурацию соударения свариваемых пластин: скорость соударения контактирующих поверхностей Vн ; скорость движения вершины динамического угла Vк ; угол соударения γ (рис. 5).

Параметры заряда ВВ определяют характер, кинетику разгона метаемого элемента и количество энергии, вводимой в систему соударяющихся пластин. Важнейшим параметром является скорость детонации заряда ВВ.

Скорость детонационной волны Vвв для существующих взрывчатых материалов составляет 2000-8000 м/сек. В результате действия высокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает импульс, под действием которого объемы метаемой пластины последовательно вовлекаются в ускоренное движение к поверхности неподвижной пластины. При установившемся процессе метаемая пластина на некоторой длине дважды перегибается, ее наклонный участок со скоростью Vк = Vвв движется за фронтом детонационной волны, а участок перед ее фронтом с непродетонированной частью заряда занимает исходное положение.

В окрестностях точки соударения развиваются высокие давления, на порядок превосходящие пределы прочности материалов. Деформация метаемой пластины в зоне соударения определяется углом соударения  и скоростью точки контакта V_K, которые связаны с исходными параметрами соударения и позволяют изменять режим сварки. В определенном диапазоне изменения этих параметров внутри точки контакта возникает стационарный поток массы соединяемых материалов в виде кумулятивной струи или облака дисперсных частиц. При этом производится самоочищение свариваемых поверхностей, а за точкой контакта создаются условия для их сближения под действием высоких давлений соударения и совместного пластического течения. Длительность процесса составляет 10^-6–10^-5 сек.

Перед сваркой соединяемые поверхности должны быть зачищены до металлического блеска или протравлены и обезжирены.

Исходные материалы не должны иметь внутренних дефектов (включений, пор, трещин), в противном случае возможно разрушение. Прогиб исходных заготовок не должен превышать 5-10 мм на погонный метр. Несоблюдение этого требования приводит к недопустимому колебанию сварочного зазора и, как следствие, к нестабильности свойств биметаллических заготовок по площади, вплоть до отсутствия прочности или появления непроваров.

Многослойные композиционные изделия получают одним или двумя симметрично расположенными зарядами (рис. 6 г, д).



Рисунок 6 — Технологические схемы изготовления сваркой взрывом плоских биметаллических и многослойных изделий: а – плоскопараллельная; б, в – угловые с постоянным и переменным углом; г, д – плоскопараллельные многослойные с одним и двумя зарядами.

Сварка взрывом коаксиальных биметаллических и многослойных заготовок предусматривает использование наружного, либо внутреннего зарядов (рис. 7). Сварка взрывом с использованием наружного заряда более предпочтительна из-за своей простоты и меньшей остаточной деформации получаемой заготовки. В этом случае внутренний объем трубных заготовок заполняется водой (рис. 7 б, г). Характерной особенностью рассматриваемых схем является применение направляющего металлического конуса 4. Заряд, обычно порошкообразного вида, формируется в картонном контейнере в вертикальном положении, в верхней части которого строго симметрично устанавливается детонатор 5.

Значительно более сложны в практическом использовании схемы изготовления полых коаксиальных заготовок с внутренним расположением заряда. Плакирование внутренних поверхностей обычно осуществляют в случаях, когда внутренняя труба значительно толще наружной. Основные проблемы в этих случаях сводятся к необходимости создания вокруг наружной поверхности внешней трубы массивной разборной опоры многоразового использования 7 и нестабильности работы заряда ВВ в опоре, а следовательно, нестабильности свойств соединений вдоль оси заготовки.



Рисунок 7 — Технологические схемы изготовления коаксиальных заготовок: а – сплошного сечения; б–г – полых; 1, 2 – свариваемые элементы; 3 – заряд ВВ; 4 – направляющий конус; 5 – детонатор; 6 – вода; 7 – разъемная опора

Основным отличительным признаком схем конструкционной сварки взрывом является применение локализованных и ограниченных по площади относительно всей конструкции зарядов ВВ. Сварка выполняется на готовой конструкции, а получаемое изделие не требует дальнейших переделов.

Соединение листовых заготовок встык выполняют плоским накладным зарядом, укладываемым на отбортованную кромку одного из листов (рис. 8 а). На противоположной кромке обеспечивают требуемый угол соударения. Сварку осуществляют на металлической подложке.

Освоена технология покрытия (рис. 8 б) отдельных участков криволинейных поверхностей ответственных конструкций. Таким образом, были покрыты участки лопастей гидротурбин кавитационно- стойкими сталями. С целью предупреждения возможных деформаций и появления трещин заготовку лопасти гидротурбин при сварке располагали на подушке из металлической дроби.

Взрывные технологии широко используют для закрепления труб в трубных дисках различного теплообменного оборудования тепловых и атомных электростанций, химического и нефтеперерабатывающего оборудования (рис. 8 в).



Рисунок 8 — Схемы конструкционной сварки: а – соединение в стык; б – плакирование криволинейных поверхностей; в – соединения труб и трубных дисков; 1 – заряд ВВ; 2 – детонатор; 3, 5 – листовые заготовки; 4 – подложка; 6 – лопасть гидротурбины; 7 – плакирующая заготовка; 8 – трубная плита; 9 – трубные заготовки

Преимущества и недостатки

У любого метода обработки есть положительные и отрицательные моменты. Сварка взрывом не исключение. К достоинствам относят:

• 
  Стремительность процесса. Стоит вспомнить, что соединение заготовок происходит за какие-то доли секунды. Именно скорость обработки часто становится основным фактором при выборе сварки взрывом.
  
• 
  Сплавление разнородных металлов. Другие способы сварки исключают возможность качественной сварки материалов с разными физико-химическими характеристиками.
  
• 
  Плакирование. Данным термином называют придание определенных свойств путем покрытия верхнего слоя слоем другого металла.
  
• 
  Экономичность. Цельные детали успешно заменяют плакированными, что существенно снижает затраты на заготовки.
  
• 
  Дешевизна. Технология сварки взрывом включает в себя затраты только на взрывчатое вещество и детонатор. Другого оборудования не требуется.
  
• 
  Универсальность. Создание изделий сложной формы, заготовок для ковки и штамповки, деталей со множеством изгибов.
  

Помимо положительных моментов существуют и отрицательные. Среди основных недостатков стоит отметить:

• 
  низкий уровень управляемости процессом, мощную взрывную волну сложно контролировать;
  
• 
  необходимость соответствующей квалификации для допуска к работе;
  
• 
  взрывать можно только в специальных защитных камерах или на оборудованных полигонах;
  
• 
  длительная подготовка, для расчета типа взрывчатого вещества и его закладки требуется много времени;
  
• 
  низкая автоматизация, сильная зависимость от человеческого фактора, увы, автоматизировать такую сварку пока не смогли.
  

Несмотря на преобладание положительных моментов, пренебрегать техникой безопасности нежелательно.

Техника безопасности

При работе со взрывчатыми веществами необходимо тщательно соблюдать технику безопасности, ориентируясь в основном, на меры противопожарной безопасности. Тем не менее риск вредного воздействия на работников и на окружающих очень велик, не стоит забывать о низком проценте управляемости взрывной волны. По этим (и не только) причинам рекомендуется придерживаться следующих ограничений:

• 
  На полигоне. Это масштабный кусок земли для подобных опасных испытаний. Оборудовать полигон для сварки взрывом обязательно вдали от жилого массива.
  
• 
  На площадке. Сам процесс должен осуществляться на предварительно подготовленной рабочей площадке, углубленное место с песчаной «подушкой». Чем толще «подушка», тем сильнее она гасит взрывную волну, но предел толщины 1 метр.
  
• 
  В защитных камерах. На производстве чаще всего встречается небольшой заряд 15-20 кг. Для взрыва используют отдельном пустое помещение со стенами из бетона или кирпича, толщиной 25 см и более. Целостность оболочки камеры не должна быть нарушена или деформирована.
  
• 
  Индивидуальная защита. Применение средств индивидуальной защиты просто неотъемлемая часть техники безопасности при сварке.
  

Соблюдение обозначенных рекомендаций снизит вероятность возникновения нестандартных ситуаций во время процесса, который имеет, в свою очередь, некоторые особенности.

Особенности

Процесс сварки взрывом включает в себя два этапа: кропотливую подготовку и молниеносную сварку. Рассмотрим подробнее каждый этап.

Повысить качество сварного соединения и обеспечить его прочность поможет предварительная обработка деталей. Для правильной подготовки необходимо:

• 
  Выпрямить поверхность свариваемых изделий, максимальная кривизна должна быть 2 мм/м².
  
• 
  Обезжирить места соединения, удалить с них оксидную пленку, протереть от окалины и прочих примесей.
  
• 
  Достичь необходимой шероховатости. Для этого иногда допустимо использование абразивных материалов.
  

После подготовительных манипуляций взрывчатое вещество аккуратно и равномерно распределяют по поверхности, в зависимости от способа сварки.

По всем параметрам подготовительный этап занимает намного больше времени, чем сам процесс. Да, все происходит за несколько микросекунд: ударная волна серьезной мощности с силой ударяет движимый слой о неподвижный, формируя сварное соединение.

Собираясь проводить сварку взрывом стоит помнить, что воздействие взрывной волны на некоторые металлы ухудшает и разрушает их структуру. Вследствие этого в самом слабом по прочности месте сварного соединения возникает диффузия, которая негативно сказывается на результате.

Контроль качества швов

Для контроля сварных соединений, полученных путем сварки взрывом, проверяются три параметра:

1. 
   Плотность шва проверяют ультразвуковым методом. Для важных швов применяют проверку рентгеноскопией.
   
2. 
   Прочность выявляют при помощи срез части шва или его разрыва.
   
3. 
   Пластичность исследуют путем различных изгибов, прогибов и кручений сварного соединения.
   

Рисунок 9 – Сварной шов, образовавшийся в результате операции.

При возникновении сомнений в ровности результата, полученное изделие проверяют на деформацию. Для этого понадобится любой измерительный прибор, например линейка.

Новые технологии обработки металлов завоевывают позиции, но остаются не полностью рассмотренными. Поэтому, несмотря на кажущуюся простоту процесса, необходимо предварительно изучить все нюансы и особенности техники безопасности.

Подготовка к работе

Способы сварки взрывом.

Для проведения работ потребуется:

• 
  опорный фундамент для закрепления неподвижной детали;
  
• 
  детали, которые требуют сварки;
  
• 
  взрывчатое вещество;
  
• 
  детонатор;
  
• 
  соблюдение определенного расстояния относительно свариваемых деталей;
  
• 
  соблюдение определенного угла установки относительно свариваемых деталей.
  

• 
  прокладка для установки между деталями;
  
• 
  органический растворитель;
  
• 
  шлифующий элемент.
  

Массивные детали (прокатные листы, металлические основания композитов) располагают на уплотненном гравии или песке без дополнительной фиксации, а небольшие детали, требующие высокой точности соединения, закрепляются на толстом бетонном или металлическом основании специальными монтажными болтами. Болты вставляются в наружные ушки детали, которые отрезаются после завершения процесса сварки.

Прокладка между плоскими деталями, которые нужно сварить, поддерживает между ними расстояние в 2-8 мм, необходимое для разгона плакирующей детали. Прокладка изготавливается из обеззоленного картона или углеродного клатрата (для высокоточной сварки) – данные материалы сгорают в момент сваривания с выделением углекислого газа практически без образования копоти и золы, которые могут уменьшить прочность соединения.

В зависимости от требуемой задачи, отличается и процесс подготовки к нему. Это может быть сварка:

• 
  крупногабаритных деталей;
  
• 
  многослойных соединений и волокнистых армированных материалов;
  
• 
  цилиндрических деталей.
  

Относительно требуемых целей отличается технологический процесс, прочность и некоторые физические характеристики полученных соединений. Но для использования какого-либо процесса нужно изучать конкретный способ и его особенности более детально.

Основной принцип одинаков для любого из перечисленных воздействий – отличаются только величины, используемые в процессе.

Зафиксированную деталь устанавливают на массивную плиту. После подрыва плита всегда разрушается. Металлическая плита выносит несколько подрывов, но все равно ее приходится восстанавливать после каждого применения.

Наиболее рациональны опоры из легко восстанавливаемых материалов, таковыми себя хорошо зарекомендовал песок и дробь.

Ударяемую деталь устанавливают под углом от 3 до 10 градусов к закрепленной детали и с определенным зазором, составляющим от 2 до 10 миллиметров. На поверхность ускоряемой детали равномерно укладывается взрывчатое вещество.

Важно, чтобы взрывчатое вещество нанесено было именно равномерно по всей поверхности детали, чтобы избежать возможных изгибов или смещений.

Использовать в качестве взрывчатого вещества можно гексоген, аммонал, тол, ил другие доступные вещества.

Устанавливаем детонатор. Очень важно правильно установить и использовать детонирующие вещества. Для более точной установки заряда используются специальные контейнеры для взрывчатых веществ. Чаще всего они изготавливаются из плотного картона. Выглядит контейнер как открытая сверху коробка с дном, в котором делают отверстие для плотного прилегания к необходимой детали.

Для получения желаемого результата требуется максимально эффективно инициировать заряд. К главному заряду, которому придаются формы изделия, прикрепляется детонирующий. В зависимости от необходимых объемов работ изменяется форма и размеры вспомогательного взрывателя.

После активации взрывчатого вещества образующаяся взрывная волна растекается со скоростью от 2000 до 8000 метров в секунду. Темпы распространения зависят от химического состава и физического состояния используемого материала.

Взрывная волна воздействует на изделие, расположенное под зарядом, и передает ему львиную долю своей энергии и тем самым ускоряет его до необходимой скорости. Высокоскоростное приближение движущейся детали к неподвижной развивает в месте контакта сильное давление. Под его воздействием происходит неравномерное сжатие с наиболее подходящими условиями для процесса сварки.

Возможные трудности

1. 
   Взрывная волна может стать причиной разброса осколков железобетонной «подушки».
   
2. 
   Качественное соединение возможно при соблюдении технологии.
   
3. 
   Заряд должен обеспечить необходимую скорость деформации, чтобы не произошли диффузные изменения в области шва.
   
4. 
   Одна из поверхностей должна быть плотно закреплена. При одновременном движении деталей прочность соединения значительно снижается.
   
5. 
   При работе на установках необходимо контролировать скорость метания разрядов.
   
6. 
   Нет математической модели процесса, поэтому все расчеты приблизительны. Сам процесс – экспериментальный.
   

Список литературы

1. 
   Беляев В. И., Ковалевский В. И., Смирнов Г. В., Чекан В. А. Высокоскоростная деформация металлов. — Минск: Наука и техника, 1976. — 224 с.
   
2. 
   Захаренко И. Д. Сварка металлов взрывом. — Минск: Наука и техника, 1990. — 206 с.
   
3. 
   Конон Ю. А., Первухин Л. Б., Чудновский А. Д. Сварка взрывом / Под ред. В. М. Кудинова. — М.: Машиностроение, 1987. — 216 с.
   
4. 
   Карпентер С. Сварка металлов взрывом. — Минск: Беларусь, 1976. — 43 с.
   
5. 
   Кривенцов А. Н. Проектирование и изготовление сваркой взрывом ВКМ. — Волгоград: Изд. РПК «Политехник», 2005. — 184 с.
   
6. 
   Крупин А. В., Соловьев В. Я., Попов Г. С. Обработка металлов взрывом. — М.: Металлургия, 1991. — 495 с.
   
7. 
   Кудинов В. М., Коротеев А. Я. Сварка взрывом в металлургии. — М.: Металлургия, 1978. — 168 с.
   
8. 
   Лысак В. И., Кузьмин С. В. Сварка взрывом. — М.: Машиностроение-1, 2005. — 544 с