Hàn nổ - nó là gì và nó được sử dụng như thế nào

Rất thường xuyên, trong quá trình thiết kế cấu trúc, các kỹ sư phải đối mặt với vấn đề lựa chọn vật liệu - những vật liệu lý tưởng để thực hiện một số chức năng kết cấu không có các đặc tính cần thiết để đáp ứng các yêu cầu vận hành khác. Ví dụ, một vật liệu có thể có khả năng chống ăn mòn, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, nhưng lại không đủ độ cứng hoặc khả năng chống mài mòn. Vật liệu được sản xuất bằng hàn nổ.

Hàn nổ như một quy trình công nghệ có thể được phát hiện trong Thế chiến thứ hai, khi các mảnh vỏ được hàn với các vật kim loại khác được tìm thấy sau vụ nổ bom. Vào đầu những năm 1960, DuPont đã phát triển một quy trình hàn nổ thực tế và được cấp bằng sáng chế tại Hoa Kỳ.

Kể từ đó, công nghệ hàn nổ đã phát triển nhanh chóng và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất lưỡng kim cho ngành dầu khí đến các mối hàn kín trong điện tử.Các bộ phận thu được bằng cách hàn nổ có thể đạt đến giới hạn trước đây không thể đạt được về tuổi thọ của sản phẩm - lên đến 30 năm.

Quá trình hàn nổ thoạt nhìn khá đơn giản. Các kim loại được nối phải được đặt gần nhau với một khoảng cách nhỏ. Lớp thuốc nổ được phân bố đều trên tấm trên cùng. Kết quả là cấu trúc bánh sandwich vỡ ra và một vật liệu cấu trúc mới được hình thành.

Quy trình hàn nổ

Từ hai vật liệu riêng biệt và thường hoàn toàn khác nhau, có thể thu được một thành phần kim loại hàn duy nhất. tấm lưỡng kim sau đó chúng có thể được xử lý thêm (ví dụ: cán) để sử dụng trong các sản phẩm khác nhau. Độ dày của lớp phủ được áp dụng cho kim loại cơ bản có thể thay đổi từ vài phần mười milimét đến vài chục centimet.

Ví dụ về các sản phẩm thu được bằng cách hàn nổ

Sau khi hàn, theo quy định, cần phải làm thẳng mối nối kết quả, được thực hiện trên các con lăn hoặc trên máy ép. Các hoạt động kiểm soát tuân theo - kiểm tra cơ học và kiểm tra siêu âm đường hàn.

Đục kiểm tra mối hàn cho thấy vết nứt không xảy ra dọc theo mối hàn.

Một mẫu hàn thép không gỉ và nhôm được thử nghiệm uốn. Vết nứt xảy ra ở nhôm, không phải ở mối hàn

Tuy nhiên, trên thực tế, quá trình này phức tạp hơn nhiều. Để có được kết nối chất lượng cao mà không bị tách lớp, cần kiểm soát cẩn thận một số thông số công nghệ và việc sản xuất vật liệu tổng hợp chất lượng cao đòi hỏi kinh nghiệm đáng kể trong vấn đề này.

Chất nổ hàn phổ biến nhất là igdanite (hỗn hợp amoni nitrat và nhiên liệu hydrocacbon, thường là dầu diesel).

Lượng thuốc nổ có thể rất khác nhau, nhưng hầu hết các hoạt động hàn được thực hiện bằng thuốc nổ nặng 10 ... 1000 kg. Rõ ràng, công việc nguy hiểm như vậy không thể được thực hiện trong một cửa hàng hàn sản xuất bình thường. Việc hàn nổ nên được thực hiện bởi các kỹ sư có kinh nghiệm và được cấp phép ở xa khu vực có nhiều người. Cần áp dụng các biện pháp phòng ngừa liên quan đến nổ mìn và bảo quản chất nổ.

Trong quá trình hàn, một lực rất lớn được tạo ra trong vùng tiếp xúc với chất nổ, có thể lên tới vài trăm nghìn tấn. Các lớp nguyên tử bề mặt của mỗi vật liệu được nối tiếp xúc với tia plasma. Plasma gây ra sự hình thành liên kết kim loại, trong đó các kim loại được tách ra khỏi nhau bằng các electron hóa trị.

Ở cấp độ vĩ mô hơn, mối hàn xuất hiện dưới dạng một đường lượn sóng dọc theo hướng của vụ nổ. "Biên độ" của sự hình thành sóng phụ thuộc vào góc và tốc độ của vụ nổ. Trong những trường hợp cực đoan, nó có thể lớn đến mức tạo ra những khoảng trống không mong muốn dưới các đỉnh sóng. Góc kích nổ thường nhỏ hơn 30 độ.

Trong bức ảnh này, có thể thấy rõ bản chất gợn sóng của liên kết giữa hai kim loại.

Hàn nổ có nhiều loại vật liệu cần được nối. Trong một số trường hợp, chất lượng của mối hàn composite có thể được cải thiện bằng cách đặt một lớp xen kẽ mỏng giữa hai lớp khác nhau. Bánh mì từ bốn lớp kim loại trở lên cũng không phải là hiếm.Theo các chuyên gia, tổng số các kết hợp lưỡng kim có thể có là hơn 260 tùy chọn.

Việc sử dụng lưỡng kim thu được bằng cách hàn nổ có thể làm tăng đáng kể tuổi thọ và tăng độ tin cậy của thiết bị nhiệt, đúc, dầu khí, bộ trao đổi nhiệt và thùng chứa trong ngành hóa chất. Vật liệu tổng hợp thép-nhôm được sử dụng trong sản xuất điện cực.

Các tấm lưỡng kim hàn có thể được sử dụng làm phần tử chuyển tiếp khi lắp ráp các cấu trúc từ các kim loại khác nhau. Lớp phủ cho lớp lót làm bằng kim loại quý có thể giảm đáng kể chi phí của các bộ phận trước đây được làm hoàn toàn bằng vật liệu đắt tiền mà không bị xuống cấp và đôi khi còn nhận được các đặc tính kỹ thuật cao hơn nhiều.

Kết cấu hàn nổ được sử dụng thành công trong việc xây dựng các công trình biển vì chúng có thể làm giảm đáng kể hoặc loại bỏ hoàn toàn sự ăn mòn điện hóa trong môi trường biển. Các lớp vật liệu che chắn mỏng được áp dụng bằng phương pháp hàn này bảo vệ tàu vũ trụ khỏi bức xạ.