Сварка взрывом

Российский Государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина

Кафедра сварки и мониторинга нефтегазовых сооружений

Курсовой проект по Теории Сварочных Процессов на тему:

«Сварка взрывом»

Выполнил: Меркулова А.О.

ТМ-07-6            

Проверил: Ефименко Л.А.  

Москва

2010 г.

              Содержание:

      Введение

      История развития сварки

      Основные виды сварки

      Сварка взрывом

1.                           определение

                                  технологический процесс

                            подготовка поверхности

                            контроль сварного соединения             

                            области применения

                            технико-экономические приемущества

                            недостатки метода

                            возможности инноваций

      Заключение

      Список литературы

              Введение:

              В начале обзора сварки взрывом следует отметить, что родоначальником всех современных способов сварки давлением является древний способ кузнечно-горновой сварки.
              Сварог — так назывался древнеславянский бог-кузнец, бог металлургии. Сварожичем называли огонь, считая его сыном Сварога. Вероятно, отсюда и произошли русские слова «сварка», «сварить».
              Одновременно Сварога считали богом и покровителем семьи. Слово «сварить» было уже в то время синонимом крепчайшего соединения. Таинственная роль кузнеца у древних славян почиталась священной.
              Кузнец владел таинствами обработки железа и основной технологией того времени — сваркой. Найденные в раскопках инструменты, оружие и сельскохозяйственные орудия VIII— VII вв. до нашей эры, так же как и позднейших времен — Киевской Руси, показывают, что кузнечно-горновая сварка в древности была единственной технологией изготовления всех изделий из железа. При этом все инструменты и оружие делались только сварными. Режущие или рубящие кромки изготовлялись из стали с содержанием 0,6—0,9% углерода, державочные части делались из мягкого кричного железа, отличавшегося необычайной чистотой и сходного по химическому составу с современным железом армко.
              Теперь, с позиций современной науки, вполне можно оценить удивительное искусство сварки  изделий. Становится понятным, что славянское оружие славилось далеко за пределами Руси, а создатели этого оружия и инструментов почитались во многих случаях как сверхчеловеческие существа, как колдуны, которые одновременно со своей основной профессией выполняли еще и функции врачевателей.
              Можно обратить внимание, что в конструкциях ножей и мечей заложена идея создания самозатачивающегося инструмента. Эта идея еще раз, уже в 20х

годах нашего столетия, повторялась в сварных конструкциях инструментов, изготовлявшихся сваркой по методу А. М. Игнатьева. Искусством кузнечно-горновой сварки до сих пор многие продолжают любоваться. Различные решетки садов, а также перилла мостов, изготовленны кузнечно-горновой сваркой из кричного железа. Кузнечно-горновая сварка является самым древним технологическим процессом горячей обработки металла. В настоящее время этот способ сварки практического интереса не представляет, так как заменен на более новые и совершенные способы сварки.

История развития сварки:

              Сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

В 1802 году впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В.В.Петров (1761-1834гг.) открыл электрическую дугу и описал явления, происходящие в ней, а также указал на возможность её практического применения.

В 1881 году русский изобретатель Н.Н.Бенардос (1842-1905гг.) применил электрическую дугу для соединения и разъединения стали. Дуга Н.Н. Бенардоса горела между угольным электродом и свариваемым металлом. Присадочным прутком для образования шва служила стальная проволока. В качестве источника электрической энергии использовались аккумуляторные батареи. Сварка, предложенная Н.Н. Бенардосом, применялась в России в мастерских Риго-Орловской железной дороги при ремонте подвижного состава. Н.Н. Бенардосом были открыты и другие виды сварки: контактная точечная сварка, дуговая сварка несколькими электродами в защитном газе, а также механизированная  подача электрода в дугу.

В 1888 году русский инженер Н.Г.Славянов (1854-1897гг.) предложил дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Он разработал научные основы дуговой сварки, применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха, предложил наплавку и сварку чугуна. Н.Г.Славянов изготовил сварочный генератор своей конструкции и организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897г.

Н.Н.Бенардос и  Н.Г.Славянов положили начало автоматизации сварочных процессов. Однако в условиях царской России их изобретения не нашли большого применения. Только после Великой Октябрьской социалистической революции сварка получает распространение в нашей стране. Уже в начале 20-х гг. под руководством профессора В.П.Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлом, а несколько позже – сварку судов и ответственных конструкций.

Развитие и промышленное применение сварки требовало разработки и изготовления надёжных источников питания, обеспечивающих устойчивой горение дуги. Такое оборудование – сварочный генератор СМ-1 и сварочный трансформатор с нормальным магнитным рассеянием СТ-2 – было изготовлено впервые в 1924 году Ленинградским заводом «Электрик». В том же году советский учёный В.П. Никитин  разработал принципиально новую схему сварочного трансформатора типа СТН. Выпуск таких трансформаторов заводом «Электрик» начал с 1927г.

Новый этап в развитии сварки относится к концу 30-ых годов, когда коллективом института электросварки АН УССР под руководством академика Е.О.Патона был разработан промышленный способ автоматической сварки под флюсом. Внедрение его в производство началось с 1940г. Сварка под флюсом сыграла огромную роль в годы войны при производстве танков, самоходных орудий и авиабомб.

В конце 40-ых годов получила промышленное применение сварка в защитном газе. Коллективами Центрального научно-исследовательского института технологий машиностроения и Института электросварки имени Е.О. Патонова разработана и в 1952 году внедрена полуавтоматическая сварка в углекислом газе.

Сварку взрывом впервые наблюдал академик М.А.Лаврентьев в 1944 году. Тогда это явление не вызвало особого интереса - шла война. Вплотную сварку взрывом стали изучать лишь 20 лет спустя. Долгие годы одной из мучительных проблем техники было соединение пар металлов: молибден - молибден, цирконий - латунь, вольфрам - стал. Возможность нетрадиционного использования энергии взрыва для соединения металлов в твердой фазе была открыта еще в начале 60 годов минувшего столетия практически одновременно в России и США. В Волгоградском техническом университете за сравнительно короткий срок была создана научная школа сварки взрывом.

              На Алтае исследования процесса сварки взрывом были начаты в 1963 году. С самого начала исследования носили прикладной характер, то есть проводились применительно к разработке конкретных технологических процессов. Первая задача, которая была успешно решена, плакирование нержавеющей сталью поверхности литых лопастей рабочих колёс гидротурбин Красноярской ГЭС, имеющих переменное сечение и сложную криволинейную поверхность с площадью плакирования 3 м2. Эти колёса успешно эксплуатируются уже более 30 лет.

              Количество решаемых задач непрерывно росло. Объём производимого сваркой взрывом биметалла достигал 15000 тонн в год. Приоритет в области сварки взрывом подтверждён более 100 авторскими свидетельствами и семью патентами в США, ФРГ, Франции, Швеции. Сотрудники коллектива  "Уралхиммаш" участвовали в комплексе работ по плакированию взрывом уникальных крупногабаритных изделий (лопасти турбин Красноярской, Чарвакской, Саяно-Шушенской ГЭС, ГЭС Сайт‑1 (Канада), трубные решётки весом до 40 т, барабаны сепараторы пара Билибинской и Чернобыльской АЭС и др.).

              В настоящее время научный потенциал имеет возможность выполнения любого заказа по производству биметаллов и плакированию готовых изделий.

На сегодняшний день разработано и освоено свыше 20 технологий производства биметалла и плакирования изделий. Имеется практическая возможность производить сваркой взрывом листы биметалла неограниченной площади, объединяющие в себе любые пары металлов, плакировать готовые детали и заготовки. Возможна, например, сварка закалённой броневой стали с алюминием. Разработанные технологии основаны на использовании простейшего бинарного взрывчатого вещества (ВВ), составные части которого аммиачная селитра и дизельное топливо по отдельности не относятся к ВВ и только после смешивания на месте работ становятся взрывчатыми веществами. 

В период с 1987 по 1990 годы  были произведены работы по созданию производства коррозионно-стойких электросварных и бесшовных труб. Технология предусматривала получение сваркой взрывом двух или трёхслойной заготовки, прокатки её в штрипс и последующую сварку труб. Технология была успешно апробирована при выпуске опытных партий труб на Выксунском, Северском и Челябинском трубопрокатном заводах, Новосибирском металлургическом заводе.

В последующие годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и др.

Сварка во многих случаях заменила такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка.

Преимущество сварки перед этими процессами следующие: 

      экономия металла – 10...30% и более в зависимости от сложности конструкции

      уменьшение трудоёмкости работ, сокращение сроков работ и уменьшение их стоимости

      удешевление оборудования

      возможность механизации и автоматизации  сварочного процесса

      возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей

      герметичность сварных соединений выше, чем клепаных или резьбовых

      уменьшение производственного шума и улучшение условий труда рабочих

Виды сварки:

              Процесс сварки делят на три класса : термический, термомеханический и механический. К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением, такие как дуговая, газовая, лезерная, электроннолучевая сварка.

              К термомеханическому классу относятся все виды контактной сварки, высокочастотной, кузнечной сварки.

              К механическому классу относят холодную, ультрозвуковую, сварку трением и взрывом, выполняемую давлением с дополнительной механической энергией.

              Сварка плавлением осуществляется при нагреве сильным концентрированным источником тепла (электрической дугой, плазмой и др.) кромок свариваемых деталей, в результате чего кромки в месте соединения расплавляются, самопроизвольно сливаются, образуя общую сварочную  ванну, в которой происходят некоторые физические и химические процессы.

              Сварка давлением осуществляется пластическим деформированием металла в месте соединения под действием сжимающих усилий. В результате различные загрязнения и окислы на свариваемых поверхностях вытесняются наружу, а чистые поверхности сближаются по всему сечению на расстояние атомного сцепления.

              Основные виды сварки:

              Ручная дуговая сварка осуществляется покрытыми металлическими электродами. К электроду и свариваемому металлу подводится переменный или постоянный ток, в результате чего возникает дуга, постоянную длину которой необходимо поддерживать на протяжении всего процесса сварки.

              Дуговая сварка под флюсом. Сущность сварки состоит в том, что дуга горит под слоем сварочного флюса между концом голой электродной проволоки. При горении дуги и плавлении флюса создаётся газошлаковая оболочка, препятствующая отрицательному воздействию атмосферного воздуха на качество сварного соединения.             

              Газовая сварка осуществляется путём нагрева до расплавления свариваемых кромок и сварочной проволоки высокотемпературным газокислородным пламенем от сварочной горелки. В качестве горючего газа применяется ацетилен и его заменители (пропан-бутан, природный газ, пары жидких горючих и др.) 

              Контактная сварка осуществляется при нагреве деталей электрическим током и их пластической деформации (сдавливании) в месте нагрева. Местный нагрев достигается за счёт сопротивления электрическому току свариваемых деталей в месте их контакта. Существует несколько видов контактной сварки, отличающихся формой сварного соединения, технологическими особенностями, способами подвода тока и питания электроэнергией.

              Электронно-лучевая сварка. Сущность процесса сварки электронным лучом состоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме. При бомбардировке поверхности металла электронами подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которая используется для расплавления металла.

              Плазменной сваркой можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, а также неметаллические материалы. Температура плазменной дуги, применяемой в сварочной технике, достигает 30 000 C. Для получения плазменной дуги применяются плазмотроны с дугой прямого или косвенного действия. В плазмотронах прямого действия плазменная дуга образуется между вольфрамовым электродом и основным металлом. Сопло в таком случае электрически нейтрально и служит для сжатия и стабилизации дуги. В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создаётся между вольфрамовым электродом и соплом, а струя плазмы выделяется из столба дуги в виде факела. Дугу плазменного действия называют плазменной струёй. Для образования сжатой дуги вдоль её столба через канал в сопле пропускается нейтральный одноатомный (аргон, гелий) или двухатомный газ (азот, водород и другие газы и их смеси). Газ сжимает столб дуги, повышая тем самым температуру столба.