2.4. Расчет режимов сварки взрывом
В сварке взрывом до сих пор не создано общепринятой методики расчета режимов, и при решении этого вопроса превалируют экспериментальные методы. Такое положение создалось из-за отсутствия глубоко разработанной теории процесса, что объясняется трудностями изучения сварки взрывом (ее быстротечностью, заставляющей исследовать процесс по конечным результатам, специфическими условиями силового нагружения металлов, не позволяющими достаточно правильно смоделировать их, невозможностью «заморозить» процесс в нужный момент и исследовать его поэтапно). Поэтому ниже представлены зависимости, которые следует рассматривать как оценочные и требующие своего практического уточнения в каждом конкретном случае.
2.4.1. Оценка скорости метания.
Выше уже приводилась рекомендация Уиттмана (см. завис. 29), предложившего рассчитывать скорость метания для сварки алюминиевых сплавов по величине временного сопротивления разрыву (29). Однако для абсолютного большинства металлов эта зависимость дает значительно заниженные результаты и не применяется на практике. Вслед за этим появилась работа А.А. Дерибаса и И.Д. Захарченко (20), предложивших аналогичную зависимость:
где HV – твердость металла по Виккерсу.
Так как при малых углах γ=VМ / VК, а твердость пропорциональна временному сопротивлению отрыва (33, с. 61), то после подстановки этих значений получим:
Эта зависимость более правильно характеризует скорость метания, хотя в большинстве случаев дает завышенный результат на 30—40%, что не всегда приемлемо, так как такое значение скорости может выйти за пределы оптимального диапазона.
Более точный результат дает зависимость Уварова В.Б. (24):
где индексами «м» и «п» обозначены, соответственно, менее и более прочный металлы свариваемой пары. Отличием последней зависимости от предыдущих является введение статического предела текучести вместо временного сопротивления отрыву.
Хорошая корреляция опытных значений VМ с расчетными при использовании предела текучести мягкого металла является косвенным подтверждением представлений, развитых в 2.2. Действительно, если скорость метания такова, что мягкий металл переходит в пластическое состояние, то реальная скорость соударения начинает увеличиваться и может достигнуть такой величины, при которой более прочный металл тоже переходит в пластическое состояние, после чего процесс развивается обычным образом с образованием прочного соединения. Однако реальная скорость соударения при деформации только одного из металлов не всегда может вызвать пластическую деформацию более прочного, так как в процессе деформирования поверхность мягкого металла поднимается над первоначальным уровнем, в результате чего направление скорости движения бугров изменяется, и результирующая скорость соударения имеет предельное значение. Поэтому при большой разности в прочностях свариваемых металлов начинает сказываться прочность твердого металла, и оптимальное значение скорости метания повышается. В доказательство можно привести данные по сварке алюминия со сталью и магнием (34, 38). Для получения равнопрочного соединения алюминия с алюминием необходимо скорость метания (расчет по формуле (34) 230 м/с, т. е. в металле необходимо создать давление Р, обеспечивающее массовую скорость uа=115 м/с. При сварке алюминия с магнием (34) массовая скорость, обеспечивающая равнопрочное соединение, повышается до 250 м/с, а при сварке алюминия со сталью она достигает 300 м/с (расчет массовых скоростей проводился по формуле (12, с. 296):
где индексом «а» обозначена акустическая жесткость алюминия и «ме» — второй металл пары). Как видно из приведенных данных, повышение предела текучести второго металла (170 МПа для магния и 280 для стали 10Х18Н10Т (35) влечет за собой соответствующее увеличение оптимального давления в алюминии, обеспечивающего получение прочного соединения. Последние исследования, проведенные на кафедре сварочного производства Волгоградского политехнического института, подтвердили это положение на стальных образцах, прошедших перед сваркой разную термическую обработку.