• 1. Opracowanie zadanej metody zgrzewania.

• Zgrzewanie wybuchowe

Zgrzewanie wybuchowe polega na łączeniu dwóch lub więcej elementów metalowych za pomocą energii wyzwalającej się przy detonacji materiału wybuchowego, co przedstawiono schematycznie na rys. 6.3. Łączone płyty (4) i (5) mogą być ustawione względem siebie pod określonym kątem α (a), bądź równolegle (b). Na płycie (4) ułożonej na masywnym podłożu umieszczona jest podpora (6) oddzielająca łączoną cieńszą płytę (5), na powierzchnię której nałożona jest podkładka ochronna (2) z warstwą kruszącego materiału wybuchowego (1) i detonatorem(3).

Rys. 6.3. Schemat zgrzewania wybuchowego z ułożeniem płyt łączonych pod kątem . (a) i ułożeniem równoległym (b); 1 - materiał wybuchowy, 2 - podkładka ochronna, 3 - zapalnik, 4 - płytka platerowana, 5 - płyta platerująca, 6 - podpora

Płyta nastrzeliwana pod wpływem detonacji, której front przesuwa się z prędkością detonacji D, rys. 6.4, jest w sposób ciągły odrzucana i odginana o kąt δ co powoduje, że zderzenie płyt następuje pod kątem ß = α + δ dla układu ze wstępnym kątem α (a) lub ß = δ dla układu równoległego. Kąt ß nazywa się kątem zderzenia, a kąt δ - kątem odrzutu.

Rys. 6.4. Schemat procesu zgrzewania wybuchowego płyt ułożonych wstępnie pod kątem .; ß - kąt zderzenia, vD - szybkość łączenia, vZ - szybkość przemieszczania nastrzeliwanej płyty,

Zgrzewanie wybuchowe zalicza się do grupy mechanicznych metod spajania i wyróżnia się wśród innych m.in.:

• - szerokim zakresem możliwości łączenia różnych metali, nawet takich, których spajanie innymi metodami jest trudne lub niemożliwe,

• - dobrymi własnościami mechanicznymi i technologicznymi połączeń.

Zgrzewanie wybuchowe jest wykorzystywane najszerzej do platerowania metali głównie w postaci blach. Blachy platerowane wybuchowo wytwarza się na gotowo albo po zgrzaniu poddaje się walcowaniu. Wybór sposobu wytwarzania zależy od wymaganych wymiarów i własności blachy platerowanej. Blachy platerowane stosuje się do wytwarzania zbiorników wysokociśnieniowych, ścian sitowych wymienników ciepła, elementów aparatury chemicznej, pojemników odpadów nuklearnych, płyt przeciwpancernych, folii jubilerskich, monet, naczyń kuchennych. Jako materiały pokrywające stosuje się m.in.: stale nierdzewne, mosiądze, brązy, miedź, aluminium i jego stopy, stopy niklu, tytanu, cyrkonu, wolframu.

Mechanizm zgrzewania wybuchowego nie został dotychczas w pełni wyjaśniony. Przyjmuje się, że zgrzewanie wybuchowe jest następstwem współdziałania ze sobą wielu procesów w obszarze zderzenia. Do najważniejszych zalicza się: samooczyszczanie powierzchni, formowanie się fal międzypowierzchniowych, procesy cieplne, odkształcenie plastyczne, działanie naprężeń rozciągających. Procesowi zgrzewania towarzyszą zjawiska rekrystalizacji i dyfuzji, które przebiegają głównie bezpośrednio po uformowaniu połączenia i wpływają znacząco na własności połączeń. W procesie zgrzewania wybuchowego przy odpowiednich parametrach powstają cykliczne odkształcenia zgrzewanych powierzchni. Odkształcenia te ze względu na ich kształt i charakter nazywa się falami międzypowierzchniowymi. Ich długość i amplituda są funkcją wielu czynników. Odkształcenie plastyczne zderzających się powierzchni płyt jest jednym z podstawowych warunków uzyskania połączenia przy zgrzewaniu, głównie przez spowodowanie dostatecznego zbliżenia zgrzewanych powierzchni. Ponadto zgrzewaniu wybuchowemu towarzyszy powstawanie na powierzchni nastrzeliwanej płyty w obszarze zderzenia płyt naprężeń ściskających, na których froncie wytwarzają się bardzo wysokie ciśnienia w czasie bardzo krótkiego czasu działania rzędu kilku mikrosekund.

Geometria i budowa zgrzein wybuchowych zależy przede wszystkim od rodzaju łączonych metali, parametrów zgrzewania, grubości zgrzewanych elementów, rodzaju podłoża i przygotowania powierzchni.

Niezależnie od rodzaju zgrzewanych metali można wyróżnić trzy podstawowe typy połączeń uzyskiwane przy różnych parametrach zgrzewania:

• - połączenia płaskie bez warstwy pośredniej,

• - połączenia faliste,

• - połączenia z ciągłą warstwą pośrednią.

Podstawową zasadą oceny zgrzein wybuchowych są:

• - wytrzymałość nie mniejsza niż wytrzymałość słabszego z łączonych metali,

• - budowa falista (najkorzystniej fale o niewielkiej długości i wysokości) z możliwie naj-mniejszym udziałem obszarów stopionych.

Blachy platerowane stanowią tworzywo konstrukcyjne, które powinno mieć określoną podatność do przetwórstwa. Podstawowymi próbami badania jakości połączeń platerowanych, poza przewidzianymi przez PN-79/H-92140, są : próba ścinania oraz próba odrywania.

Przykłady połączeń zgrzewanych wybuchem :

a)Stal niestopowa platerowana stalą nierdzewną

Materiały te można zgrzewać w dość szerokim zakresie parametrów, co powoduje uzyskiwanie połączeń o zróżnicowanej budowie i własnościach.

b) Stal niestopowa (węglowa) platerowana aluminium

Główna trudność spajania stali z aluminium polega na tworzeniu się kruchych warstw międzymetalicznych w obszarze połączenia, co uniemożliwia stosowanie tradycyjnych metod łączenia tych dwóch materiałów. Platerowanie wybuchem przebiegające w ułamkach sekund powoduje, że powstające warstewki faz międzymetalicznych mają bardzo małą grubość i występują tylko na ograniczonym obszarze jako wtrącenia.

2.Schemat i parametry zgrzewarki punktowej

Schemat:

1. Pedał naciskowy dźwigni

2. Dźwignia

3. Sprężyna

4. Dźwignia z elektrodą ruchomą

5. Elektroda punktowa górna

6. Elektroda punktowa dolna

7. Zasilanie

8. Regulator prądu zgrzewania

9. Włącznik transformatora

10. Transformator

Opis:

Operację zgrzewania wykonuje się na maszynie zaopatrzonej w elektrody punktowe (kłowe), między którymi umieszcza się element zgrzewany. W przedstawionej zgrzewarce nacisk na elektrody uzyskuje się za pomocą dźwigni zaopatrzonego w układ dźwigniowy ze sprężyną. Czas przepływu prądu jest regulowany automatycznie, poprzez wyłącznik czasowy zasilacza.

Nacisk na uchwyt 1 wprawia w ruch drążek pionowy oparty na dźwigni 2, która powoduje nacisk sprężyny 3 na koniec dźwigni 4. Elektroda górna 5 zbliża się do elektrody 6, zaciskając blachy. W tym czasie przełącznik 9 włącza prąd doprowadzany z sieci do transformatora 10 przewodami 7. Ramiona zgrzewarki zakończone elektrodami tworzą obwód wtórny transformatora. Za pomocą przełącznika 8 można regulować prąd zgrzewania odpowiednio do grubości łączonych blach (przepuszczając prąd przez mniejszą lub większą liczbę zwojów obwodu pierwotnego). Wyłączenie następuje samoczynnie za pomocą wyłącznika automatycznego umieszczonego w przełączniku 9.

3.Parametry:

• Napięcie zasilania U_n = 220 V (1-50Hz)

• Średnia moc bierna S_n = 2,5 kVA

• Prąd zgrzewania I_z = 82 kA

• Napięcie zgrzewania U_z = 2,5 V

• Maksymalny nacisk F_max = 120 daN

4.Zestawieie wyników pomiarów.

Nr zgrzeiny	Czas zgrzewania (ilość okresów)	Øz [mm]	Øswc [mm]
Blachy o Gr = 0,5 mm
1	10	2,4	5,5
2	20	4,6	7,0
3	30	4,65	8,0
4	40	4,8	9,1
5	50	5,05	9,95
6	55	5,5	10,8
7	60	5,3	11,9
8	65	5,8	12,0

Nr zgrzeiny	Czas zgrzewania (ilość okresów)	Øz [mm]	Øswc [mm]
Blachy o Gr = 1,0 mm
1	10	4,6	5,6
2	20	4,6	7,6
3	30	5,2	9,2
4	40	6,2	9,8
5	50	6,9	10,4
6	55	6,9	10,7
7	60	6,9	11,7
8	65	7,1	12,5

Nr zgrzeiny	Czas zgrzewania (ilość okresów)	Øz [mm]	Øswc [mm]
Blachy o Gr = 1,5 mm
1	10	4,2	5,3
2	20	4,3	6,8
3	30	4,4	8,2
4	40	4,55	10,9
5	50	4,75	11,8
6	55	5,4	12,3
7	60	5,77	13,7
8	65	6,3	13,6

5.Wykonanie wykresów.

---