Dynamiczny rozwój przemysłu metalurgicznego na świecie zmusza naukowców i inżynierów do opracowywania nowych metod łączenia ze sobą metali i stopów. Nadrzędnym celem jest pozyskanie materiałów o jeszcze lepszych parametrach i właściwościach, takich jak wyższa wytrzymałość, twardość, trwałość czy przewodnictwo. Wraz z postępem technologicznym i rosnącymi wymaganiami rynku, konieczne jest wprowadzenie bardziej efektywnych i ekonomicznych metod spajania, które zapewnią konkurencyjność i obniżą koszty produkcji.
Jedną z takich nowoczesnych technik łączenia metali i stopów jest zgrzewanie wybuchowe.
Zgrzewanie wybuchowe – czym się charakteryzuje?
Zgrzewanie wybuchowe to metoda spajania metali, polegająca na wykorzystaniu procesu dynamicznego docisku łączonych powierzchni za pomocą energii wyzwalanej wskutek detonacji materiału wybuchowego.
Paliwo chemiczne w stanie stałym np. sznur detonacyjny, na skutek eksplozji wytwarza gazy o bardzo wysokim ciśnieniu i temperaturze, jednocześnie ściskając i zgrzewając łączone elementy. Podczas trwającej kilka mikrosekund detonacji wytworzone zostaje ciśnienie o wartości kilkudziesięciu tysięcy atmosfer, wskutek czego scalane metale znajdują się w stanie fizycznym, do którego nie odnoszą się klasyczne prawa mechaniki wiążące odkształcenie z występowaniem naprężeń.
W wyniku gwałtownego zetknięcia się elementów, następuje ich zespolenie i przesunięcie, które tworzą połączenie z charakterystyczną pofalowaną powierzchnią zgrzeiny.
Warunki do otrzymania odpowiedniego połączenia zgrzewaniem wybuchowym
Aby uzyskać odpowiednie połączenia metodą zgrzewania wybuchowego, kluczowe są:
- odpowiednia prędkość zderzenia, dzięki której materiał przechodzi w stan plastyczny,
- dokładne oczyszczenie łączonych elementów,
- odprowadzenie sprężonych gazów z miejsca łączenia.
Uzyskane za pomocą metody zgrzewania wybuchem połączenia charakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi i przewodnością elektryczną. Ich trwałość i właściwości elektro-mechaniczne nie pogarszają się w trakcie eksploatacji. Wpływa to dodatnio na obniżenie kosztów związanych z częstymi kontrolami i remontami.
Metoda pozwala także na skuteczne i trwałe zespolenie metali z szeregu elektrochemicznego usytuowanych daleko od siebie np. miedź i aluminium nie powodując korozji metalu mniej szlachetnego. Stosowana jest także przy łączeniu niespawalnych ze sobą metali, np. połączenia stali z aluminium, ołowiem, niklem itp. Możliwe jest też łączenie tak pasywnych metali jak tytan.
Metody zgrzewania wybuchowego
Wyróżniamy kilka metod wykorzystywanych przy zgrzewaniu wybuchowym:
Jedna z nich polega na pośrednim działaniu detonacji ładunku wybuchowego na łączone elementy. W tym przypadku ładunek wybuchowy usytuowany jest z dala od łączonych elementów, a energia konieczna do uzyskania połączenia jest przenoszona z miejsca detonacji do miejsca połączenia przez wodę lub odpowiedni mechanizm.
Inną praktyką jest bezpośrednie działanie detonacji ładunku wybuchowego na łączone elementy; w tym przypadku ciśnienie gazów powstałych przy detonacji materiału wybuchowego oddziałuje bezpośrednio na łączone elementy, ponieważ materiał wybuchowy złożony jest bezpośrednio na ich powierzchni.
Zgrzewanie wybuchowe – przykłady zastosowania
Wykorzystanie zgrzewania wybuchowego ma znaczenie podczas takich procesów, jak:
- zgrzewanie wszelkiego rodzaju przewodów elektrycznych,
- łączenie lin doczołowe lub na zakładkę,
- zgrzewanie wybuchowe mosiądzu ze stalą, bądź stopu tytanu ze stalą z przeznaczeniem na dna sitowe wymienników ciepła,
- łączenie nadbudówek wykonanych ze stopów aluminium ze stalowymi pokładami statków,
- platerowanie wewnętrznej powierzchni rur niskostopowych stalą kwasoodporną stosowane w przemyśle energetycznym,
- platerowanie stali miedzią z przeznaczeniem na szczęki zgrzewarek,
- platerowanie miedzi aluminium z wykorzystaniem na odgałęźne zaciski prądowe,
- zgrzewanie łączników sieci trakcyjnej z szynami,
- łączenie stali nierdzewnej – srebro, miedzi – srebra z wykorzystaniem na styki prądowe.
Najważniejsze korzyści zgrzewania wybuchowego
Zgrzewanie wybuchowe przynosi szereg istotnych korzyści w procesie łączenia metali i stopów. Do najważniejszych z nich należą:
- szeroki zakres możliwości łączenia różnych metali wynikający z tego, że w metodzie tej praktycznie nie istnieje pojęcie złej spawalności,
- możliwości łączenia elementów zarówno o bardzo dużych, jak i małych powierzchniach,
- dobre cechy mechaniczne i technologiczne połączeń,
- duża odporność na działanie wysokich temperatur i na korozję,
- niezmieniony skład chemiczny i stała grubość łączonych elementów,
- niski koszt i szybkość wykonania
- brak zanieczyszczeń podczas procesu.
Niewątpliwą korzyścią jaką daje zgrzewanie wybuchowe, szczególnie w tak dynamicznie rozwiniętym środowisku przemysłowym jest zastosowanie tej metody w różnych branżach, m.in: przemysłowych, takich jak automotive, lotnictwo, energetyka czy produkcja sprzętu elektronicznego. Może być też stosowana do łączenia różnych komponentów, takich jak rury, płytki czy elementy konstrukcyjne, tym samym otwierając nowe możliwości technologiczne i projektowe w tych sektorach.