9. Моделювання технологічних процесів на прикладі дослідження процесу зварювання вибухом із застосуванням мгуа

Зварювання вибухом є новим та перспективним впровадженням, що уже використовується у Києві, Кривому Розі, Дніпропетровську. Процеси, які мають місце при такому способі зварювання є мало дослідженими, не існує фізичної моделі, яка б описувала даний вид зварювання.

Метою даної роботи є спроба виявлення залежності геометричних характеристик хвилястої поверхні між зварювальними плитами від розташування та розміру плит, а також від кількості вибухівки. Паралельно проводиться дослідження властивостей комбінаторного алгоритму МГУА при застосуванні до вищеописаної задачі. Вхідними величинами є товщини основної плити та флаєра, зазор між ними та кількість вибухівки на одиницю маси флаєра. Вихідні величини – це амплітуда та довжина хвилі.

Проведена ідентифікація моделі за допомогою комбінаторного алгоритму МГУА, головна перевага якого полягає у тому, що він виконує повний перебір усіх можливих моделей, усіх можливих лінійних за коефіцієнтами залежностей вихідних величин від вхідних, тому є оптимальним і не має похибки. В якості основного критерію був обраний критерій регулярності, в якості допоміжного – критерій мінімуму зміщення.

Технологія зварювання вибухом

Зварювання вибухом – це технологія зварювання твердих тіл, за якої вони розганяються за допомогою вибуху та зіштовхуються фронтально, утворюючи з’єднання (рис.1).

Рисунок 1 - Схематичний вигляд зварювальної установки

Для розгону плит використовується енергія ударної хвилі, яка створює тиск між ними величиною в сотні тисяч атмосфер. Тепло при цьому виділяється локально за рахунок тертя між поверхнями, що з’єднуються. Ударну хвилю отримують внаслідок детонації вибухівки. У зоні зварювання відбуваються взаємопроникнення хвилястої форми та часткове сплавлення. За рахунок хвилеутворення здійснюється перетворення кінетичної енергії флаєра, локальне нагрівання поверхонь, що з’єднуються, збільшення площі з’єднання, руйнування оксидних плівок та утворення зони перемішування металів. Операція потребує дуже ретельної підготовки, і тому проводиться у захисній камері або, не так часто, під водою.

Технологія зварювання вибухом дозволяє відмовитися від коштовного зварювального обладнання та отримати зварювальний шов ідеальної якості без внутрішніх напружень та бульбашкових каверн. При цьому якість зварювального шва не залежить від кваліфікації персоналу, а у зоні шва зберігаються початкові фізико-механічні та геометричні характеристики металоконструкцій. На відміну від звичайного зварювання, зварювання вибухом з’єднує метали на молекулярному рівні. При цьому отримується хімічно чиста ділянка на стику двох поверхонь. Процес має динамічний характер, для нього не є критичною ситуація, коли характеристики зварюваних металів несхожі. За допомогою вибуху можна з’єднати практично будь-які метали при довільній кількості шарів, включаючи матеріали, які не з’єднуються жодним іншим способом зварювання. Особливістю і перевагою технології є набуття структурою з’єднання нових властивостей, які дозволяють тривалий час витримувати деформації та змінні динамічні навантаження. Отримані з’єднання за техніко-експлуатаційними та механічними характеристиками, за міцністю та надійністю можуть мати навіть вищі показники, ніж вихідні метали. У цьому полягає якісна відмінність отримуваних сплавів від їх аналогів, одержаних традиційними способами, а саме холодним зварюванням, зварюванням тиском, підводним електрозварюванням та ін.

У наш час зварювання матеріалів вибухом знаходить широке застосування у ряді галузей сучасної промисловості. Композиційні матеріали та вироби з них, отримані зварюванням вибухом, використовуються у атомній, нафтохімічній, електроенергетичній, машинобудівній та інших галузях. Прикладами застосування можуть бути плакування таких металів, як сталь, іншим металом, на приклад алюмінієм; приварювання великих металічних листів (наприклад тонких листів алюмінію та молібдену). За даними інформаційного центра ділового співробітництва пропозиції, що стосуються зварювання вибухом, на біржі технологій складають близько 45% від загальної кількості пропозицій.