Czym jest zgrzewanie wybuchowe?

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.