1.2. Основные параметры сварки взрывом

1.2.1. Кинематические и технологические параметры. Анализ рассмотренной принципиальной схемы соударения металлов при сварке взрывом (рис. 2) позволяет выделить три параметра, характеризующих этот процесс:

• скорость V_м, которую приобретают частицы метаемой пластины к моменту ее соударения с неподвижной; в литературе эта скорость называется «скоростью соударения» (5, с. 364), «скоростью движения метаемой пластины» (10, с. 13), «скоростью метания» (8);

• скорость V_к, с которой происходит «накатывание» метаемой пластины на неподвижную [«скорость движения вершины угла встречи» (5, с. 364), «скорость точки контакта» (2, с. 49), или просто «скорость контакта» (8)];

• угол γ, образованный наклонным участком метаемой пластины и поверхностью неподвижной [«угол соударения» (2, с. 49), «динамический угол встречи» (5, с. 364)].

Величина перечисленных параметров непосредственно влияет на свойства получаемых соединений:

• скорость метания У_м имеет нижний предел (свой собственный для каждого металла), меньше которого соединение металлов не происходит; ее постепенное повышение выше этого предела приводит к образованию прочного соединения, но сопровождается последовательным ростом размеров, образующихся на контактирующей поверхности волн, повышением степени упрочнения свариваемых металлов, т. е. с увеличением скорости метания растет степень пластической деформации металлов, и при чрезмерном увеличении V_м деформация становится настолько большой, что пластичность металла исчерпывается — появляются трещины, надрывы, и прочность сварных соединений начинает снижаться;

• скорость контакта V_к имеет верхний предел, выше которого сварное соединение не образуется, критическое значение скорости контакта — скорость звука в соединяемых металлах С_к; постепенное снижение V_к сопровождается образованием сварных соединений, однако при ее значениях, больших 0,8С_к, в соединениях наблюдается сплошная прослойка расплавленного и закристаллизовавшегося металла, изменение V_м в интервале 0,3—0,8С_к характеризуется наличием волнообразного профиля контактирующей поверхности с локальными включениями оплавленного металла, а при меньших значениях V_к оплавление металлов прекращается. Скорость метания и скорость контакта можно назвать кинематическими параметрами сварки взрывом. Третий параметр— угол встречи не является самостоятельным пара­метром, так как неразрывно связан со скоростями V_м и V_к (10, с. 14); (11, с. 39):

где Д — скорость детонации ВВ, α — угол поворота метаемой пластины относительно своего первоначального положения, α₀ — установочный угол между пластинами перед сваркой.

При α₀=0, что чаще всего используется на практике, γ=α и скорость контакта равна скорости детонации (V_к=D). Приведенные выражения характеризуют взаимосвязь кинематических параметров, однако их конкретная величина определяется технологическими параметрами — исходным зазором между пластинами h, высотой заряда ВВ — Н, насыпной плотностью заряда ВВ р_в и типом ВВ, определяющим скорость детонации ВВ при заданных высоте и плотности (12, с. 214).

Исходный зазор между пластинами в расчетах измеряется в единицах линейного размера заряда ВВ его высоты: h/Н, сама высота заряда и насыпная плотность характеризуют количество примененного ВВ, измеряемого в единицах массы метаемой пластины:

где р₁ — плотность металла метаемой пластины, δ₁— ее толщина.

В зависимости от величины исходного зазора меняется время движения метаемой пластины до неподвижной и соответственно — время воздействия продуктов взрыва: большему времени соответствует и большая скорость движения пластины. Подробное решение метания пластин скользящим фронтом детонации представлено в (2, с. 20—46). Неудобство его использования в том, что оно требует численного решения на ЭВМ. В следующем издании автор предложил обобщенную зависимость разгона метаемой пластины (11, с. 26) в виде:

Комбинируя (5) и (1), получим:

По данным автора (11), отклонение расчетных величин угла от опытных не превышает 2,5%. Трудность практического использования этой зависимости в том, что мало данных для определения экспериментального коэффициента К. А. А. Дерибас приводит его величину только для трех типов ВВ: насыпного гексогена (0,71), аммонита 6ЖВ (0,83) и смеси аммонита с аммиачной селитрой 50:50 (0,99). Эта зависимость не прошла еще достаточной практической проверки.

В настоящее время наиболее часто применяется решение, выведенное для одномерного метания тел продуктами взрыва (12, с. 334 — 340), которое удовлетворительно описывает закономерность разгона метаемой пластины в условиях сварки взрывом. Для этого случая решение более удобно использовать в следующем виде:

где Θ_h и η = (16/7) r — параметры.

Приведенные зависимости позволяют определить величину кинематических параметров в зависимости от технологических, однако все чаще встречаются обратные задачи, так как в настоящее время практически уже установлены количественные зависимости между физико-механическими свойствами свариваемых металлов и оптимальными значениями кинематических параметров сварки взрывом (о чем речь пойдет ниже), поэтому зависимости (6 — 8) следует использовать в следующем виде: