Жарылыспен дәнекерлеу

Жарылыспен дәнекерлеу

Жарылыспен дәнекерлеу энергияны  енгізу түрінен металлдарды механикалық  дәнекерлеу түріне жатады. Осы кезде жару қосылысы (ВВ) химиялық  энергия газ тәріздес дене ұлғайып механикалық энергияға айналады, осы арқылы металлға үлкен жылдамдықпен энергияны беріп қозғалтады. Кинетикалық эенргия қозғалатын дене мен қозғалмайтын дененің жұмысы пластикалық деформацияға айналып, дәнекерлеу қосылысына айналады. Деформация кезінде жасалғын жұмыс жылуға айналады, осының әсерінен адиабаталық процесс әсерінен үлкен жылдамдық металлды үлкен температураға дейін көтереді(тіпті үлкен көлемдегі еру).

жарылыспен дәнекерлеудің принципиалдық  схемасы  қозғалмайтын табан 1 (жер, ағаш, металл т.б.), 2 дәнекерлену денесі, осынын үстінен h биіктіктегі параллельді технологиялық бекітпеде 4 орналасқан. Пластинаның үстінгі бетінде Н биіктіктегі және аудан, әдетте пластинаның ауданына 3 тең ВВ  5 жарылыс заряды орналасқан (ең таралған түрі ұнтақ ВВ жарылыс заряды берілген ауданға және белгілі бір қалыңдықта ашық контейнерде орналасады, ал екінші жағында ВВ зарядының детонаторы 6 орналасады.

ВВ зарядын жарылыспен орындау кезінде, оның бойымен детонацияланған толқын фронты D жылдамдықпен таралады, 2000-8000 м/с жылдамдықпен шектелген, ал оны жарылыс затының химиялық және физикалық күйін анықтайды. Жарылыстың газ тәріздес денесі инерциямен  ВВ 100-200 мың атм.қысым   бойынша заряд көлемінің бастапқы қалпын содан кейін 0.50-0.75Д жылдамдықпен нормаль бойымен заряд бос кеңістікте кеңееді.В жылдамдықпен қозғалмайтын металл бөлігінің ауданы астыңғы қозғалмайтын бөлігі арқылы импульс тізбектей үдемелі қозғалыс арқылы соқтығысады.

Рис. 8. Схема установившегося процесса сварки взрывом:

/ — фронт детонационной  волны; 2 — фронт разлета продуктов взрыва ВВ; 3 — фронт волны разрежения; D — скорость детонации В В; v„ — йор-

н

мальная составляющая скорости соударения контактирующих поверхностей; о_к — скорость движения вершины динамического угла встречи контактирующих поверхностей у в направлении сварки (о = D)

К

Лақтырылған пластина белгілі бір  ара қашықтықта екі рет майысады.

Жоғарыжылдамдықты соқтығысқан қозғалмайтын металл бөліктері түйісетін беттердің  қысымы 10-10 кбар. болатын етіп жылжымайтын шартараптардағыны жетілдіреді. Жан жақтан келетін біртекті емес қысылым едәуір қолайлы жағдай арқасында және пластикалық ағынның дәнекерлеу процесі кезінде металдың бөліктері деформацияланып бір бірімен жақсы дәнекерленеді.  
Дәнекерлеудің бұл процесі кезінде қышқылданған бет және үстіңгі қалдықтар ұсатылады. Бұл процесс арқылы қатты фаза бойынша байланыстың үстіңгі физикалық және электронды байланыс көмегімен әйгіліметалдық байланыс орнатуға болады.

 

 

Дәнекерлеу  тәртібінің параметрлері.Параметры режима сварки. Жарылыспен Дәнекерлеудің динамикалық параметрлерінің процессі мыналар болып табылады;v_с түйісетін беттің жылдамдығы; о_к бойлай түйісетін беттердің кездесу бұрыш төбесінің қозғалыс жылдамдығы; W пісірілетін бөліктерінің кинетикалық энергия екпіні.

Қиратушы толқындардың жүйесінде  екпінді пісірілетін бөліктері бойынша таралады- серпімді және одан кейін пластикалық. Екпінді дәнекерленген бөліктерінде соқтығысу толқындар системасы таралады. Орташа қысым р v жылдамдығына тәуелді,дәнекерленген металдардың физикалық қасиеттері адиабаталық екпін көмегімен анықталады,

 

 

 

 

 

 

 

металдар мен  оның қосындылары р — и құрастырылған координатасы көптеген техникада қолданыс табады. 

Скорость v_z жылдамдығы Д детонация жылдамдығына ,  р_вв тығыздығына,Нбиіктігіне

 ВВ зарядына, қалыңдығына, тығыздығына р_Пл  және екі дененің бастапқы арақашықтығына тәуелді. v_z жылдамдығын анықтаудың екі түрі бар— эксперименталды және есептік. Біріншісі вакуумдық камерадағы жарылыспен дәнекерлеу кезіндегі СФР фоторегистр көмегімен немесе рентгендік импульстік орнатулар арқылы үлкен жылдамдықмен фотоға түсіру.  Екінші түрі қиын жабдықтармен камералар қолданбай ақ тек қана катодтық

 Осциллографов арқлы тіркеу түрі.

Точных расчетных формул v_c формуласын анықтайтын тура және дәл анықтайтын мүмкіндік жоқ, себебі анықтаушы схеманың қиындығынан. Жақындалдатылған формуланың бірі айтуға болады.

 

В формулу не входит величина Н, так как предполагается, что движущийся участок пластины на всем пути Һ находится под действием импульса от разлета продуктов взрыва (т. е. время их разлета с поверхности движущегося участка

• превышает время движения последнего от исходного положения до соударения с неподвижной пластиной).

Металдың пластикалық деформациясы аз жылдамдықты пластикалық толқынның қысылуы с таралуын дислокациялық механизм жылдамдығымен мүмкін. Сол себептен соқтығысу зонасында физикалық дәнекерлеу пайда болу үшін   v_K жылдамдығының центрлік активті пайда болу механизмі с жылдамдығынан кем болуы керек,әйтпесе металл деформациялануға үлгермейді және дәнекерлеу пайда болмайды.

 

 

 

Дәлдікке жақын баға бойынша с мәнін мына формула арқылы табуға болады.

 

 

 

 

(2)

 

Мұндағы k — металдың модульдік көлем бойынша сығылуы, кгс/см²; р — металл тығыздығы (кгс/см²) • (с²/см).

 Осы уақыттан бастап жарылыспен  дәнерекерлеудің бастапқы орындалуы  бұрыштық схема бойынша түсіндіріледі.

(3)

 

 

 

 

 

 Тәжірбие бойынша қатардағы  металдар қосылыстары (титан болат,  алюминий болат және тағы басқалары) v_K < с шарты қажетті, бірақ жеткіліксіз. Олардың қосылыстағы қаттылығы, беріктігі өседі егер де v_K жылдамдығы дауыс жылдамдығына дейін азаятын болса. Сонымен қатар у_к ең төмен шегі пока қазіргі уақытта 1800—2000 м/с және  ВВ өндіруіндегі D мөлшері минималды болған жағдайда.

Металдардың қосылыс аймағында  берік қосылыс жасау үшін онда ол белгілі бір деформацияланған болуы қажет, себебі дәнекерлеу уақытын  анықтайтын аз уақыт ішінде екі түйістірілген  ауданда химиялық байланысты жойып  жіберіп оны жаңамен алмаустыру қажет. Жарылыспен дәнекерлеу кезінде  қажетті энергия тек қана пастикалық деформацияланған металдың төбесінің  бұрышында энергия қосылады,ал оның дәрежесі дәнекерленген бөлшектердің соқтығысуының кинетикалық энергияның шығынына ескертіледі.Ең соңында жарылыспен дәнекерлеудің энергетикалық балансы анықталады.

 

 

 

 

 

 

(4)

 

где W — удельная кинетическая энергия соударения свариваемых частей;

— удельная кинетическая энергия  системы сваренных частей; W₂ — удельная кинетическая энергия, затраченная на пластическую деформацию прилегающих к контактирующим поверхностям слоев металла; W_s — удельная энергия, уносимая из свариваемой системы с металлом под действием кумулятивного эффекта.

В свою очередь.

(5)

(6)

(7)

(8)

 

где, помимо уже ранее введенных  обозначений, т_х и т₂ — соответственно удельные массы метаемой и неподвижной частей. В приведенном балансе не учитываются диссипативные потери на колебания соударяющихся тел и нагрев метаемого тела продуктами взрыва ВВ из-за незначительности их величин.

 

  v_c, и_к және W (немесе U^_a) мағынасына анықтама берсек,онда дәнекерлеудің негізгі технологиялық параметрлерін Н, h, D және р_вв. онда оны есептеуге болады.

Бірақ жарылыспен дәнекерлеу технологиялық  процестерін эксперименталды жолмен ғана іске асыруға болады, ал есептеу жолымен болмайды, себебі берілген қосылыстардың берік қосылысын алу үшін қажетті қысым мен деформация мәндері белгісіз. Басқа бөлек зерттеулер бойынша ең мықты қосылыс алу үшін (минималы қысым р) онда динамикалық өлщемдері берілген жылдамдықты түзетілуі қажет. (табл. 4).

4. Результаты исследований

Свариваемые металлы	Давление при сварке р, кгс/см2	Предел текучести <Тт, кгс/см2
А1 + А1	6 300	300
Си -f- Си	24 600	1700
СтЗ + СтЗ	60 000	2400

 

Берілген Данных о минимальных пластических деформациях, обеспечивающих равно- прочность сварных соединений, из-за сложности и трудоемкости опытов еще меньше: равнопрочность соединений СтЗ + СтЗ достигается при 36% максимальных сдвигов на границе раздела металлов, в соединениях СтЗ + А1 — при 6% со стороны стали.

В дополнение к рассмотренным динамическим параметрам сварки взрывом можно  также отнести производный от скоростей v_c и v_K угол встречи контак- , тирующих поверхностей у и время t действия в окрестностях его вершины давления р, оценка роли которых в процессе сварки исследуется.

Особенности микронеоднородности сварных соединений. Физическая и химическая микронеоднородность, являющаяся общей чертой всех сварных соединений из-за местного приложения энергии при сварке взрывом разделяется на 10 основных видов, обусловленных характером и параметрами этого процесса, свойствами и сочетаниями соединяемых материалов.

ь₀/ь_&

'Рис. 11. Схема определения относительной суммарной протяженности физической микро- ^0,8 'неоднородности второго вида и зависимость от нее относительной прочности сварных соединений: ’

О_в — прочность сварных соединений без микро- Неоднородности второго вида и а₀ — с дан- 0,2 ной протяженностью этой микронеоднородно- Сти; Д — сталь 12Х18Н10Т + СтЗ; □ — сталь 0Х2ЭН28МЗДЗТ + СтЗ; X - сталь ХН75МБТЮ +

+ СтЗ; О — титан ВТб + сталь 10Г2СД; О — п сплав X15Н55М16В + СтЗ 

Физическая микронеоднородность: не обнаруживающиеся средствами оптической металлографии участки границы раздела металлов с низкой, доходящей до 0 прочностью, образующиеся

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при недостаточных величинах v_c и W, видимо, вследствие недостаточного развития пластической деформации, обеспечивающей создание только физического контакта;

искажение синусоидального профиля  границы раздела металлов при  чрезмерных значениях v_c (а следовательно, и угла 7) со скоплением в завихрениях волн различных дефектов (микропустот, неметаллических включений и т. п.),

снижающих прочность соединений с ростом их относительной протяженности практически по линейному закону (рис. 11);

участки мартенситной структуры на границе раздела углеродистой и легированной стали, иногда образующиеся из-за чрезмерного локального выделения тепла пластической деформации при развитии ее неравномерности по профилю волн и быстрого отвода тепла в прилежащий холодный металл (рис. 12);

повышающие прочность соединений слои металла у гра-

 

Рис. 14. Участок оплавленного металла  в сварном соединении сталь Х25Т (вверху) + сталь 10Г2СД (X 300)

 

Рис. 15. Рекристаллизованиая структура серебра (вверху) около оплавленного участка в соединении со сталыо 10 (X 100)

 

ницы раздела, упрочненные пластической деформацией, ширина и твердость которых растет с увеличением W (рис. 13);

локальные участки оплавленного металла  в соединениях между однородными  металлами, сплавами и сталями, образующиеся при чрезмерных величинах W (рис. 14);

участки рекристаллизованной структуры вблизи границы раздела металлов или оплавленных участков, образующиеся под действием тепла пластической

деформации или тепла, выделяющегося  при кристаллизации оплавленного металла (рис. 15).

Химическая  микроне, однородность:

локальные участки оплавленного металла  трех видов, образующиеся в соединениях  разнородных металлов со свойствами, обусловленными их сочетаниями:

состоящие из твердых растворов, обладающих непрерывной взаимной растворимостью, практически не влияющие (а иногда и повышающие) на прочность соединений, если они не содержат кристаллизационных дефектов;

состоящие из интерметаллических соединений и эвтектик в композициях с  ограниченной растворимостью (например, титан—сталь), практически не участвующие в работе соединений и линейно снижающие их прочность с ростом относительной протяженности (рис. 16);

состоящие из мелкодиспергирован- ных частиц обоих сваренных металлов в композициях, не взаимодействующих в равновесном состоянии (например, серебро — сталь), (см. рис. 15); примыкающие к границе раздела металлов слои с однофазной структурой в соединениях двухфазных сплавов с второй фазой, упрочняющей границы твердого раствора; при этом вторая фаза скапливается на внешних границах однофазных слоев (рис. 17). Механизм образования этой неоднородности требует специального изучения.

В заключение необходимо отметить отсутствие на границах раздела разнородных металлов диффузионных зон или перемешивания (в соединениях без оплавленных участков), не обнаруживаемых электронной микроскопией и локальным рентгеноспектральным анализом, что позволяете помощью сварки взрывом получать прочные соединения между разнородными металлами и сплавами.

Зависимость прочности соединений от параметров сварки. Причины образования того или иного вида микронеоднородности в соединениях различных композиций имеют общий характер и обусловлены величинами о_с и W. Поэтому во всех случаях сварки взрывом зависимость прочности сварных соединений от наиболее важного параметра процесса — скорости о_с, обусловливающей давление Р и количество вводимой энергии W, имеет одинаковый характер и выражается кривыми с максимумом (рис. 18), которые условно можно разделить на три области.