Räjähdyshitsaus - mitä se on ja miten sitä käytetään

Hyvin usein insinöörit kohtaavat rakenteita suunniteltaessa materiaalinvalintaongelman - niillä materiaaleilla, jotka ovat ihanteellisia joidenkin rakenteellisten toimintojen suorittamiseen, ei ole tarvittavia ominaisuuksia muiden käyttövaatimusten täyttämiseksi. Esimerkiksi materiaalilla voi olla hyvä korroosionkestävyys, sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus, mutta riittämätön kovuus tai kulutuskestävyys. Räjähdyshitsauksella valmistetut materiaalit.

Räjähdyshitsaus mahdollisena teknologisena prosessina löydettiin toisen maailmansodan aikana, kun pommien räjähdyksen jälkeen löydettiin muiden metalliesineiden kanssa hitsattujen kuorien sirpaleita. 1960-luvun alussa DuPont kehitti käytännöllisen räjähdysmäisen hitsausprosessin ja patentoi sen Yhdysvalloissa.

Sittemmin räjähdyshitsaustekniikka on kehittynyt nopeasti ja sitä sovelletaan monilla aloilla, öljyteollisuuden bimetallien tuotannosta elektroniikan tiivistettyihin liitoksiin.Räjähdyshitsauksella saadut osat mahdollistivat tuotteen käyttöiän aiemmin saavuttamattoman rajan – jopa 30 vuoden – saavuttamisen.

Räjähdyshitsausprosessi on ensi silmäyksellä melko yksinkertainen. Liitettävät metallit on sijoitettava lähelle toisiaan pienellä rakolla. Räjähdysainekerros on jakautunut tasaisesti ylälevyn päälle. Syntynyt sandwich-rakenne räjähtää ja muodostuu uusi rakennemateriaali.

Räjähdyshitsausprosessi

Kahdesta erillisestä ja usein täysin erilaisesta materiaalista voidaan saada yksi hitsattu metallikoostumus. Bimetallilevy ne voidaan sitten jatkojalostaa (esim. valssata) käytettäväksi erilaisissa tuotteissa. Perusmetalliin levitettävän verhouskerroksen paksuus voi vaihdella useista millimetrin kymmenesosista useisiin kymmeniin senttimetreihin.

Esimerkkejä räjähdysmäisellä hitsauksella saaduista tuotteista

Hitsauksen jälkeen vaaditaan pääsääntöisesti tuloksena olevan liitoksen oikaisu, joka suoritetaan teloilla tai puristimella. Ohjaustoimenpiteet seuraavat — mekaaniset testit ja hitsaussauman ultraäänitestaus.

Hitsausliitoksen talttatestaus osoittaa, että murtumaa ei tapahdu hitsin varrella.

Ruostumattoman teräksen ja alumiinin hitsatulle näytteelle suoritetaan taivutuskoe. Murtuma tapahtui alumiinissa, ei hitsauksessa

Todellisuudessa prosessi on kuitenkin paljon monimutkaisempi. Laadukkaan liitoksen saamiseksi ilman delaminaatiota tarvitaan useiden teknisten parametrien huolellinen valvonta, ja laadukkaiden komposiittien valmistus vaatii huomattavaa kokemusta tästä asiasta.

Yleisin hitsausräjähdysaine on igdaniitti (ammoniumnitraatin ja hiilivetypolttoaineen seos, useimmiten diesel).

Räjähteiden määrä voi vaihdella suuresti, mutta useimmat hitsaustoimenpiteet suoritetaan 10 ... 1000 kg painavilla räjähteillä. Sellaista vaarallista työtä ei tietenkään voida tehdä normaalissa tuotantohitsauspajassa. Räjähdyshitsauksen tulee suorittaa luvan saaneiden ja kokeneiden insinöörien toimesta poissa ihmisistä. Räjäytystyön ja räjähteiden varastoinnin yhteydessä on noudatettava varotoimia.

Hitsausprosessin aikana räjähdysaineelle altistumisalueella syntyy erittäin suuri voima, joka voi nousta useisiin satoihin tuhansiin tonneihin. Kunkin liitettävän materiaalin pintaatomikerrokset altistetaan plasmasuihkulle. Plasma saa aikaan metallisidoksen muodostumisen, jossa metallit erotetaan toisistaan ​​valenssielektroneilla.

Makroskooppisella tasolla hitsausliitos näkyy aaltoviivana räjähdyksen suunnassa. Aallonmuodostuksen "amplitudi" riippuu räjähdyksen kulmasta ja nopeudesta. Äärimmäisissä tapauksissa se voi olla niin suuri, että se johtaa ei-toivottuihin tyhjiöihin aallon harjojen alle. Räjähdyskulma on yleensä alle 30 astetta.

Tässä valokuvassa kahden metallin välisen sidoksen aaltoilu näkyy selvästi.

Räjähdyshitsauksessa on laaja valikoima materiaaleja, jotka on liitettävä yhteen. Joissakin tapauksissa komposiittihitsauksen laatua voidaan parantaa sijoittamalla ohut välikerros kahden eri kerroksen väliin. Myös neljän tai useamman metallikerroksen voileivät eivät ole harvinaisia.Asiantuntijoiden mukaan bimetallien mahdollisten yhdistelmien kokonaismäärä on yli 260 vaihtoehtoa.

Räjähdyshitsauksella saatujen bimetallien käyttö voi merkittävästi pidentää kemianteollisuuden lämpö-, valimo-, öljylaitteiden, lämmönvaihtimien ja säiliöiden käyttöikää ja luotettavuutta. Teräs-alumiinikomposiitteja käytetään elektrodien valmistuksessa.

Hitsattuja bimetallilevyjä voidaan käyttää siirtymäelementteinä koottaessa rakenteita eri metalleista. Jalometalleista valmistettujen vuorausten pinnoitteet voivat vähentää merkittävästi aiemmin kokonaan kalliista materiaaleista valmistettujen osien kustannuksia, mutta ne eivät heikkene ja saavat joskus jopa paljon korkeammat tekniset ominaisuudet.

Räjähdysherkkiä hitsattuja rakenteita käytetään menestyksekkäästi merirakenteiden rakentamisessa, koska ne voivat merkittävästi vähentää tai poistaa kokonaan sähkökemiallisen korroosion meriympäristössä. Tällä hitsausmenetelmällä levitetyt ohuet suojamateriaalikerrokset suojaavat avaruusaluksia säteilyltä.