3.2. Подготовка образцов под сварку
Поверхности свариваемых металлов в исходном состоянии покрыты различными загрязнениями (39, с. 19—24), которые препятствуют образованию соединения при сварке. Для устранения вредного влияния загрязнений применяют зачистку свариваемых поверхностей. Наиболее часто применяют химическую зачистку, термическую (39, с. 168—171; 40, с. 26—30) и механическую (41, с. 99). Последний вид обработки поверхности перед сваркой наиболее часто употребляется при сварке взрывом с последующим обезжириванием.
Наиболее распространенным и производительным способом механической зачистки является зачистка свариваемых поверхностей металлическими щетками. Металлические щетки изготавливаются из тонкой стальной проволоки диаметром 0,08—0,3мм, окружная скорость движения при ее вращении должна составлять 10—16,5м/с. Наиболее удобный для работы диаметр щеток 135—180мм, длина зачищающих проволок составляет 20—40 мм (41). В исключительных случаях применяются строжка и фрезерование.
Во всех случаях механической обработки поверхностей происходит изменение структуры поверхностей (увеличение толщины деформированного слоя, увеличение неровностей поверхности). Увеличение шероховатости поверхности небезразлично для процесса сварки. Как показали исследования Ю.П.Трыкова (42), если высота неровностей превышает амплитуду образующихся на соединяемой поверхности волн, прочность соединений понижается, если меньше, то прочность соединения не изменяется.
После зачистки свариваемых поверхностей необходима операция обезжиривания (41). При сварке взрывом наибольшее распространение получили органические растворители.
Все растворители можно разделить на две группы:
горючие (бензин, керосин, уайт-спирит, бензол);
негорючие (трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, четыреххлористый углерод).
Применение негорючих растворителей более безопасно, хотя следует помнить, что некоторые из них при высокой температуре разлагаются с образованием ядовитых соединений (43). Обезжиривать трихлорэтиленом можно различные стали, медь и ее сплавы, никель и следует избегать обработки алюминия, магния и их сплавов. Кроме того, этот растворитель в присутствии влаги гидролизуется с образованием соляной кислоты (43, с. 47). Тетрахлорэтилен более устойчив к воздействию влаги и повышенной температуры. Его можно применять для обезжиривания всех металлов. Тетрахлорэтилен по сравнению с бензином значительно лучше очищает поверхность металлов от механических загрязнений, растворяет большинство жиров, масла, смолы, воск и деготь.
После обезжиривания свариваемые поверхности нельзя трогать руками из-за ухудшения свариваемости, поэтому лучше проводить обезжиривание непосредственно перед сборкой пакета под сварку и принять специальные меры для устранения возможности попадания загрязнений на свариваемые поверхности.
3.3. Сборка пакетов под сварку и инициирование зарядов вв
Для проведения сварки взрывом необходимо, чтобы свариваемые пластины располагались на определенном расстоянии друг от друга, высота заряда над всей метаемой пластиной сохранялась одинаковой.
Высота заряда сохраняется одинаковой над всей пластиной благодаря применению специальных контейнеров под ВВ. Как правило, они изготовляются из плотного картона и представляют собой открытую сверху коробку с дном, в котором вырезано отверстие по размеру неподвижной пластины. Дно вырезают для того, чтобы ВВ непосредственно прилегало к поверхности пластины, иначе прослойка воздуха между картоном и пластиной разрушает поверхность последней. Высота контейнера рассчитывается по зависимости (34).
Особое внимание отводится способу инициирования ВВ, так как он определяет форму детонационного фронта, распространяющегося по заряду. Высококачественное соединение возможно, если вдоль пластины распространяется плоский или слегка выпуклый фронт детонационной волны. Для достижения такого фронта детонации необходимы специальные методы инициирования, .которые заключаются в следующем.
А. К основному заряду ВВ, имеющему прямоугольную форму по размеру метаемой пластины, с начального торца приставляется вспомогательный заряд ВВ треугольной формы с углом раствора 60—90° (см. рис. 9а). Заряд инициируют с угла, противоположно расположенного к торцу основного заряда. При этом способе инициирования детонационная волна подходит к основному заряду, имея сравнительно большой радиус кривизны. Такой способ инициирования достаточно прост и часто применяется при сварке образцов небольших размеров. С увеличением размеров свариваемых образцов этот способ становится экономически не выгодным, так как дополнительно требует значительного расхода ВВ.
Б. При больших размерах свариваемых образцов чаще применяется метод спрямления фронта детонации с помощью дорожки из ВВ, имеющего большую скорость детонации, чем основной заряд (11, с. 6; 21, с. 13). Дорожка устанавливается у переднего торца основного заряда ВВ под определенным углом (рис. 9б):
где индексами «о» и «в» обозначены соответственно скорость детонации основного и вспомогательного зарядов.
В качестве вспомогательного заряда ВВ применяют детонирующий шнур (для небольших зарядов), гексоген или шашки тротила.
Применение более мощных ВВ имеет то преимущество, что импульс, передаваемый пластине, пропорционален скорости детонации (см. завис. 39) , поэтому размеры переднего нависания уменьшаются.
Принцип получения прямого фронта детонации с помощью пучка детонирующего шнура (рис. 9в) подобен предыдущему и, хотя более трудоемок, не требует точного знания скоростей детонации, что совершенно необходимо при использовании предыдущего способа, а так как все применяемые ВВ имеют значительные отклонения свойств от номинальных (44) и для точного определения установочного угла β необходимы предварительные опыты по определению скоростей детонации, то в действительности этот способ более выгоден.
Контейнеры под ВВ изготовляются с учетом расположения в них и основного, и вспомогательного зарядов.
При сборке пакетов большую роль имеет установка свариваемых пластин на строго определенном расстоянии друг от друга. Для этого применяются установочные штыри, располагаемые по краям свариваемых пластин. Штыри имеют строго определенную высоту и закрепляются на неподвижной пластине до операции обезжиривания либо в специально просверленных пазах, либо с помощью клея. При больших размерах свариваемых пластин штыри устанавливаются вдоль боковых сторон неподвижной пластины через 150—200 мм для того, чтобы между ними не происходило прогиба метаемого листа. При необходимости установочные штыри располагаются по всей поверхности неподвижной пластины с определенным шагом между ними и представляют собой V-образные металлические скобки (38, с. 160—161). Иногда скобки заменяются отрезками проволоки или металлической дробью с диаметром, равным требуемому зазору между пластинами (38).
Особая роль при сварке взрывом отводится устройству оснований, на которых располагаются заготовки. Так как после сварки пакет приобретает некоторую скорость, то процесс его торможения должен проходить равномерно по всей его поверхности. Поэтому основание должно иметь одинаковые свойства — плотность и прочность. Если в основании встречаются местные уплотнения (камни, металлические обломки) или, наоборот, рыхлости, то процесс торможения становится неравномерным и сваренная заготовка приобретает местные вмятины и выпуклости. При одинаковых свойствах основания процесс сварки можно вести как на «мягких» основах — песке, грунте, древоплите и т. п., так и на твердых — бетоне, скальной породе, металлическом листе. Хорошо зарекомендовали себя основания из металлической дроби (21).
Во всех случаях опора после сварки взрывом разрушается (металлическая плита выдерживает 15—20 подрывов), и после каждого подрыва необходимо ее восстанавливать. Поэтому наиболее рациональны опоры из легко восстанавливаемых материалов — песка или дроби.
Последовательность сборки пакета под сварку, исходя из вышеизложенного, предлагается следующая:
подготавливается основание;
на основание устанавливается неподвижная пластина;
на установочные штыри устанавливают метаемую пластину с сохранением требуемых нависаний (при необходимости поверхности пластин дополнительно обезжиривают);
на метаемую пластину устанавливается контейнер под ВВ;
производится засыпка контейнера взрывчатым веществом.