Eksplozijas metināšana - kas tas ir un kā to izmanto

Ļoti bieži konstrukciju projektēšanas procesā inženieri saskaras ar materiālu izvēles problēmu – tiem materiāliem, kas ir ideāli piemēroti kādu konstrukcijas funkciju veikšanai, nav vajadzīgās īpašības, lai atbilstu citām ekspluatācijas prasībām. Piemēram, materiālam var būt laba izturība pret koroziju, elektrovadītspēja un siltumvadītspēja, bet nepietiekama cietība vai nodilumizturība. Materiāli, kas iegūti ar sprādzienbīstamu metināšanu.

Sprādzienbīstamā metināšana kā iespējamais tehnoloģiskais process tika atklāts Otrā pasaules kara laikā, kad pēc bumbu sprādziena tika atrasti ar citiem metāla priekšmetiem sametināti šāviņu fragmenti. Sešdesmito gadu sākumā DuPont izstrādāja praktisku sprādzienbīstamu metināšanas procesu un patentēja to Amerikas Savienotajās Valstīs.

Kopš tā laika eksplozijas metināšanas tehnoloģija ir strauji attīstījusies un tiek izmantota daudzās jomās, sākot no bimetālu ražošanas naftas rūpniecībai līdz hermetizētiem savienojumiem elektronikā.Detaļas, kas iegūtas ar eksplozijas metināšanu, ļāva sasniegt iepriekš nesasniedzamo produkta kalpošanas laika robežu - līdz 30 gadiem.

Eksplozijas metināšanas process no pirmā acu uzmetiena ir diezgan vienkāršs. Savienojamie metāli jānovieto cieši kopā ar nelielu atstarpi. Sprādzienbīstamais slānis ir vienmērīgi sadalīts virs augšējās plāksnes. Iegūtā sendviča struktūra pārsprāgst un veidojas jauns konstrukcijas materiāls.

Eksplozijas metināšanas process

No diviem atsevišķiem un bieži vien pilnīgi atšķirīgiem materiāliem var iegūt vienu metinātu metāla kompozīciju. Bimetāla plāksne pēc tam tos var tālāk apstrādāt (piemēram, velmēt), lai izmantotu dažādos produktos. Pamatmetālam uzklātā apšuvuma slāņa biezums var svārstīties no vairākām milimetru desmitdaļām līdz vairākiem desmitiem centimetru.

Izstrādājumu piemēri, kas iegūti ar sprādzienbīstamu metināšanu

Pēc metināšanas, kā likums, ir nepieciešama iegūtā savienojuma iztaisnošana, ko veic uz veltņiem vai uz preses. Seko kontroles operācijas — mehāniskās pārbaudes un metināšanas šuves ultraskaņas pārbaude.

Metinātā savienojuma pārbaude ar kaltu parāda, ka lūzums nerodas gar metinājuma šuvi.

Metināts nerūsējošā tērauda un alumīnija paraugs tiek pakļauts lieces pārbaudei. Lūzums noticis alumīnijā, nevis metinātajā šuvē

Tomēr patiesībā process ir daudz sarežģītāks. Lai iegūtu kvalitatīvu savienojumu bez atslāņošanās, ir nepieciešama rūpīga vairāku tehnoloģisko parametru kontrole, un augstas kvalitātes kompozītmateriālu ražošanai ir nepieciešama ievērojama pieredze šajā jautājumā.

Visizplatītākā metināšanas sprāgstviela ir igdanīts (amonija nitrāta un ogļūdeņraža degvielas maisījums, visbiežāk dīzeļdegviela).

Sprāgstvielu daudzums var būt ļoti atšķirīgs, taču lielākā daļa metināšanas darbību tiek veiktas, izmantojot sprāgstvielas, kas sver 10 ... 1000 kg. Acīmredzot šādu bīstamu darbu parastā ražošanas metināšanas cehā veikt nevar. Spridzināšanas metināšana jāveic licencētiem un pieredzējušiem inženieriem prom no cilvēku atrašanās vietas Jāievēro piesardzības pasākumi saistībā ar spridzināšanu un sprāgstvielu uzglabāšanu.

Metināšanas procesā sprāgstvielas iedarbības zonā tiek radīts ļoti liels spēks, kas var sasniegt vairākus simtus tūkstošus tonnu. Katra savienojamā materiāla virsmas atomu slāņi tiek pakļauti plazmas strūklai. Plazma izraisa metāliskas saites veidošanos, kurā metāli tiek atdalīti viens no otra ar valences elektroniem.

Makroskopiskā līmenī metinātais savienojums parādās kā viļņota līnija sprādziena virzienā. Viļņu veidošanās "amplitūda" ir atkarīga no detonācijas leņķa un ātruma. Ārkārtējos gadījumos tas var būt tik liels, ka rezultātā zem viļņa virsotnēm veidojas nevēlami tukšumi. Detonācijas leņķis parasti ir mazāks par 30 grādiem.

Šajā fotoattēlā ir skaidri redzams divu metālu saites viļņainais raksturs.

Eksplozijas metināšanai ir plašs materiālu klāsts, kas jāsavieno. Dažos gadījumos kompozītmateriālu metinātā savienojuma kvalitāti var uzlabot, starp diviem dažādiem slāņiem novietojot plānu starpslāni. Arī sviestmaizes no četriem vai vairākiem metāla slāņiem nav nekas neparasts.Kopējais iespējamo bimetālu kombināciju skaits, pēc ekspertu domām, ir vairāk nekā 260 iespējas.

Eksplozijas metināšanas ceļā iegūto bimetālu izmantošana var ievērojami palielināt termisko, lietuves, naftas iekārtu, siltummaiņu un konteineru kalpošanas laiku un uzticamību ķīmiskajā rūpniecībā. Tērauda-alumīnija kompozītmateriālus izmanto elektrodu ražošanā.

Metinātās bimetāla loksnes var izmantot kā pārejas elementus, montējot konstrukcijas no dažādiem metāliem. No dārgmetāliem izgatavotu oderējumu pārklājumi var ievērojami samazināt to detaļu izmaksas, kas iepriekš pilnībā izgatavotas no dārgiem materiāliem, vienlaikus nepasliktinot un dažreiz pat iegūstot daudz augstākus tehniskos parametrus.

Sprādzienbīstamas metinātās konstrukcijas tiek veiksmīgi izmantotas jūras konstrukciju būvniecībā, jo tās var būtiski samazināt vai pilnībā novērst elektroķīmisko koroziju jūras vidē. Plāni aizsargmateriālu slāņi, kas uzklāti ar šo metināšanas metodi, aizsargā kosmosa kuģi no starojuma.