3.5. Особенности сварки крупногабаритных заготовок
Сварка крупногабаритных заготовок, площадь которых достигает нескольких квадратных метров, является одним из главных преимуществ сварки взрывом. При сварке по схеме с параллельным расположением пластин теоретически возможно соединение неограниченных по размерам заготовок. Однако практическое использование этих возможностей встречает серьезное затруднение из-за постепенного ухудшения свойств по мере удаления от начального конца заготовок (10, с. 95, 46). Основной причиной снижения прочности является увеличение количества оплавленного металла в зоне соединения, доходящего до сплошной прослойки, начиная с длины 1520—1700 мм. Основными причинами, снижающими свойства соединений, исследователи называют:
увеличение длительности контакта свариваемых металлов с облаком частиц выносимого металла, имеющих высокую температуру;
увеличение исходного зазора между пластинами вследствие подъема метаемой пластины сжатым воздухом, движущимся перед линией контакта.
Безусловно, вторая причина становится существенной при сварке тонких пластин, в то время как роль первой увеличивается по мере увеличения толщин свариваемых металлов и скорости контакта — основных факторов увеличения массы и скорости движения выносимого металла:
Снижение отмеченного эффекта может быть достигнуто постепенным уменьшением скорости контакта по длине заготовки — как показали исследования (20), с уменьшением скорости контакта скорость перемещения выносимого металла уменьшается значительно быстрее: при скорости контакта 4 км/с скорость движения частиц металла в 1,5 раза превышает ее, а при скорости контакта 2 км/с этот коэффициент уменьшается до 1,2.
Скорость контакта легко уменьшить снижением высоты заряда, от которой зависит скорость детонации (см. 3.4). За рубежом запатентован способ сварки взрывом, согласно которому высота заряда по длине постепенно уменьшается на 30—40% (47) .
Снижение скорости контакта является благоприятным фактором и для снижения влияния сжатого воздуха, поднимающего пластину перед фронтом детонации. Однако полного устранения этого эффекта таким способом не удается достигнуть при сварке длинных заготовок. Поэтому разработаны дополнительные меры. Одной из них является рекомендация создания перед сваркой метаемой пластине волнообразного профиля (10, с. 104) . Другим способом может явиться сварка в среде с большей скоростью звука, чем у воздуха, например гелием (С3=997м/с) или водородом (С3=1330м/с) (48). Это позволяет снизить давление в газе, движущемся перед линией контакта, в 8—12 раз.
Оба указанных эффекта могут быть устранены или в значительной степени ослаблены, если сварку вести не вдоль длинной стороны, а вдоль короткой (10, с. 105).
Указанные причины не являются единственными, препятствующими получению высококачественных соединений. Большие трудности возникают при выстановке листов больших размеров на необходимое расстояние, особенно при сварке сравнительно тонких (3—5 мм) листов, которые прогибаются и от собственной тяжести, и от тяжести веса ВВ. Для сварки таких пластин разработана схема сварки, где метаемым элементом является более толстая пластина (49). Несмотря на повышенный расход ВВ, эта схема позволяет получать соединения удовлетворительного качества.
Увеличение толщины неподвижной пластины свыше 100мм сопровождается появлением откольных явлений (10, с. 130). Отколы появляются на конечных, участках неподвижных пластин. Причину их появления видят во взаимодействии упругих волн сжатия и растяжения, распространяющихся по свариваемым металлам. При малой толщине пластин фронт волны сжатия, движущейся перед линией контакта, имеет малую кривизну из-за взаимодействия волн разгрузки от свободных поверхностей. При большой толщине листов фронт упругой волны сжатия имеет значительную кривизну, и при отражении ее от торца в пластине возникают волны сдвига, приводящие к отколам (1, с. 142, 175). Устранения этого явления достигают применением откольных элементов (10, с. 131).
Большие толщины свариваемых пластин значительно увеличивают размеры боковых непроваров (см. 3.2). Для уменьшения этого эффекта рекомендуется в метаемой пластине прорезать пазы по периметру неподвижной пластины (10, с. 133).
Рассмотренные приемы значительно снижают количество брака при сварке крупногабаритных заготовок, однако не все проблемы еще здесь решены. Трудности в их устранении объясняются в большой степени малой возможностью экспериментирования, так как стоимость каждой заготовки очень велика. Набор опытного материала ведется в основном по данным сварки промышленных образцов, не все из которых используются для исследования, даже имеющие те или иные дефекты — борьба за повышение выхода годного значительно сокращает исследовательские возможности.