§ 1. СХЕМА ПРОЦЕССА

Сварку взрывом можно отнести к Р, Т-процессам, так как на отдельных участках соединения иногда наблюдают зоны ме­талла, нагретые даже до расплавления (см. рис. 137). Однако на других участках температура, по-видимому, невысока и здесь процесс приближается к холодной сварке. Основная цель приме­нения сварки взрывом — получение двух - и трехслойных заго­товок под прокат листов и труб, а также заготовок для биметал­лических деталей в машиностроении.

Одна из основных схем сварки взрывом, возможность которой М. А. Лаврентьев связал с действием кумулятивной струи [93], —- так называемая угловая схема [128, 192]. Свариваемые детали: неподвижную деталь (основание) 1 и метаемую пластину (обли­цовку) 2 располагают под углом а на заданном расстоянии h0 (2—3 мм) в вершине угла (рис. 122, а). На метаемую пластину укладывают заряд 3 взрывчатого вещества (ВВ) толщиной Н. В вершине угла устанавливают детонатор 4. Сварка производится на жесткой опоре 5 (стальной плите, бетоне, песке и др.).

Сварка (в отличие от штамповки взрывом) осуществляется при непосредственном контакте ВВ с метаемой деталью, изредка через буферную прокладку для смягчения удара. Благодаря этому импульс высокой энергии, возникающий во время детонации ВВ, не рассеивается, а оказывает концентрированное действие на металл в зоне сварки. Детонация — это процесс, при котором раз­ложение ВВ с выделением газов и тепла распространяется в нем с большой скоростью (несколько тысяч метров в секунду).

После инициирования взрыва детонация распространяется в ВВ из точки 4 во все стороны с постоянной скоростью D, зави­сящей от свойств ВВ, его плотности и толщины заряда. Разви­ваемое в зоне реакции высокое давление газообразных продуктов детонации сообщает метаемой пластине значительную скорость, достигающую 1000 м/сек. В месте соударения метаемой пластины с основанием образуется угол у (рис. 122, б), определяемый отно­шением максимальной скорости vH к скорости детонации D. 176

Чем больше тем больше у. В месте соударения при опреде - и,,

ленных условиях возникает эффект кумуляции — из зоны со­ударения выбрасывается с очень высокой скоростью кумулятив­ная струя, состоящая из металла основания и облицовки [93]. Она обнажает вступающие в контакт поверхности в момент, не­посредственно предшествующий их соединению. При соответ­ствующих параметрах процесса соударение метаемой пластины и основания сопровождается значительной пластической деформа­цией, вызывающей местный адиабатический нагрев поверхностных слоев металла. В результате деформации и нагрева происходит сварка между чистыми поверхностями, обычно с образованием типичного волнообразного соединения (см. рис. 136). Следует; отметить, что при достаточной совместной пластической деформа­ции можно получить вполне прочное соединение без волн [181 ]. Нет и единой точки зрения на роль кумулятивной струи при фор­мировании соединения, что рассматривается ниже.

Так, при некоторых специальных схемах возможна сварка и без начального зазора [(при у = 0), необходимого для куму­ляции [170]. За счет соответствующего расположения заряда ВВ в пластине 1 создаются по отношению к основанию 2 [значи­тельные сдвиговые деформации (рис. 123). Отсюда делают вывод, что образование кумулятивной струи ре является [[обязательным условием для сварки взрывом. По мнению Б. Кроссленда, возможна кумуляция и при схеме на рис. 123 в результате появления сварочного зазора из-за опускания основания 2 в ходе детонации.

12 А. С. Гельман 177

Резиновый буфер _ _ По угловой схеме

одновременно можно сваривать пакет из не­скольких деталей, в ча­стности, с двусторонним симметричным размеще­нием зарядов ВВ [118]. При двусторонней схеме силы, возникающие при взрыве, уравновешива­ются внутри системы и не передаются опоре.

Для сварки взрывом характерно, что вследствие огромной скорости процесса и действия сил инерции на состояние части системы, находящейся перед фронтом детонации (участок АВ, рис. 122), процессы, протекающие за ее фронтом, не влияют и по­ложение в пространстве участка АВ метаемой пластины соответ­ствует его положению до начала сварки: система перед фронтом детонации как бы «не знает», что происходит за этим фронтом. Эго подтверждается мгновенной рентгеносъемкой системы в про­цессе взрыва.

Процесс детонации является квазистационарным и на любом расстоянии от точки инициирования производит практически одинаковый эффект.

Возможна облицовка взрывом трубчатых деталей снаружи или изнутри, а также с обеих сторон. При облицовке внутренней поверхности в полом цилиндре 1 (см. рис. 122, в) устанавливают отрезок трубы 2 (облицовку) с буферной втулкой 3 из эластичного материала, смягчающего действие взрыва, и зарядом ВВ (4), заканчивающимся коническим колпачком, в центре которого располагается детонатор 5. При инициировании взрыва детонация распространяется со скоростью D по образующей конического колпачка и далее равномерно вдоль цилиндра с образованием плоского фронта, нормального к продольной оси цилиндра. Наличие угла у обеспечивает условия соударения с образованием кумулятивной струи и получением прочного соединения. Анало­гичная схема предложена для приварки взрывом труб к трубным доскам [182].