Explosionsschweißen: Anwendungen und Varianten
Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, werden Sie Folgendes kennenlernen: 1. Allgemeine Beschreibung des Explosionsschweißens 2. Funktionsprinzip des Explosionsschweißens 3. Arbeitsweise 4. Prozessvariablen 5. Eigenschaften der Schweißverbindung 6. Varianten 7. Anwendungen.
Allgemeine Beschreibung des Explosionsschweißens:
Das Verbinden von großformatigen Bauteilen aus schwer schweißbaren Metallen erfolgt durch Explosionsschweißen. Starke metallurgische Verbindungen können zwischen Teilen desselben Metalls oder unähnlichen Metallen hergestellt werden, beispielsweise können Stähle mit Tantal verschweißt werden, obwohl der Schmelzpunkt von Tantal höher ist als der Verdampfungspunkt von Stahl.
In vielen der für Weltraum- und Nuklearanwendungen verwendeten kritischen Komponenten wird zum Herstellen sie explosionsgeschweißt, da sie nicht mit einem anderen Verfahren hergestellt werden können, und dies ist in manchen kommerziellen Anwendungen häufig das kostengünstigste Verfahren. Das meiste Explosionsschweißen wird jedoch an Abschnitten mit relativ großen Oberflächen durchgeführt, obwohl in einigen Anwendungen auch kleine Bauteile durch diesen Prozess hergestellt werden.
Funktionsprinzip des Explosionsschweißens:
Die Art der Grenzfläche zwischen den auftreffenden Komponenten hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sie gegeneinander schlagen. Eine flache Schnittstelle wird gebildet, wenn die Kollisionsgeschwindigkeit für eine bestimmte Kombination von zu schweißenden Materialien unter dem kritischen Wert liegt. Solche Schweißnähte werden nicht als gut angesehen, da eine geringe Variation der Kollisionsbedingungen zu fehlender Verbindung und somit zu einer nicht akzeptablen Schweißnaht führen kann.
Schweißnähte, die mit Kollisionsgeschwindigkeiten über dem kritischen Wert hergestellt werden, haben eine Wellenschnittstelle, wie in Abb. 13.24 gezeigt, wobei die Amplitude der Wellen zwischen 0, 1 und 4, 0 mm und die Wellenlänge zwischen 0, 25 und 5, 0 mm variiert, abhängig von den Schweißbedingungen. Schweißnähte mit einer solchen Schnittstelle haben bessere mechanische Eigenschaften als solche mit einer flachen Schnittstelle.
Bei solchen Schweißnähten wird auch ein als Oberflächenstrahl bekanntes Phänomen beobachtet, bei dem aus den Metallen der beiden auftreffenden Komponenten ein kleiner Metallstrahl gebildet wird, wie in Abb. 13.25 dargestellt. Ein solcher Strahl wird an der Verbindungskante frei ausgestoßen, wenn er jedoch eingeschlossen ist, führt dies zu einer Wellenwirkung.
Bei der in Abb. 13.26 gezeigten Einstellung des Explosionsschweißens wird die Aufprallgeschwindigkeit zur Plattengeschwindigkeit V p und muss hoch genug sein, damit der Aufpralldruck die Fließspannung des Materials um ein beträchtliches Maß übersteigt. Die Kollisionspunktgeschwindigkeit V cp, dh die Geschwindigkeit, mit der sich der Kollisionspunkt entlang der zu verbindenden Oberfläche bewegt, muss ebenfalls geringer als die Schallgeschwindigkeit in den beiden Materialien sein.
Die Beziehung zwischen den verschiedenen Geschwindigkeiten ist in dem Vektordiagramm von Fig. 13.27 gezeigt, wobei Vis die Aufprallgeschwindigkeit Vj, die Strahlgeschwindigkeit, Vb die Basisplattengeschwindigkeit ist und a der Einfallswinkel ist, der der tatsächliche Abstandswinkel g wird wie in Abb. 13.28 gezeigt.
Die explosiven Schweißnähte werden durch eine der beiden in Abb. 13.29 gezeigten Einstellungen hergestellt. Die Schweißnähte werden am besten mit einer parallelen Konfiguration von Komponenten hergestellt, bei denen nur eine Platte beschleunigt wird. In einem solchen Aufbau muss die Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffs geringer sein als die Schallgeschwindigkeit in dem zu verbindenden Material, um die Bedingung zu erfüllen, dass die Kollisionspunktgeschwindigkeit V cp Unterschallgeschwindigkeit ist. Es ist jedoch schwierig, diese Bedingung mit den meisten Sprengstoffen zu erfüllen, wie aus Tabelle 13.2 hervorgeht.
Die Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffs muss weniger als etwa 120% der Schallgeschwindigkeit betragen, Vs des Materials, das geschweißt wird.
wobei k = adiabatisches Volumen, Dyn / cm 2,
p = Materialdichte, gms / cm 3
E = Elastizitätsmodul und
= Poisson-Verhältnis.
Wenn die Schallgeschwindigkeit des Sprengstoffs mehr als 120% der Schallgeschwindigkeit des Materials mit höherer Schallgeschwindigkeit beträgt, entwickelt sich eine Stoßwelle. Dies führt zu einem extrem steilen Anstieg auf den Maximaldruck. (Der Maximaldruck an der Grenzfläche entspricht dem Detonationsdruck des Sprengstoffs).
In einem solchen Fall erfährt das Material unmittelbar vor der Stoßwelle keinen Druck, während das Material unmittelbar hinter der Stoßwelle auf Spitzendruck und -dichte komprimiert wird. Die Stoßwelle wandert mit Überschallgeschwindigkeit durch das Material und erzeugt lokal eine signifikante plastische Verformung, was zu einer erheblichen Verfestigung führt, die als Schockhärten bezeichnet wird.
Die zweite Art der Detonation ist, wenn die Detonationsgeschwindigkeit zwischen etwa 100% und 120% der Schallgeschwindigkeit des zu schweißenden Materials liegt. Dies führt zu einer abgelösten Schockwelle, die der Detonation etwas vorausgeht.
Wenn die Detonationsgeschwindigkeit geringer als die Schallgeschwindigkeit des Metalls ist, bewegt sich der von den expandierenden Gasen erzeugte Druck, der auf das Metall ausgeübt wird, schneller als die Detonation. Es wird zwar keine Druckwelle erzeugt, der ansteigende Druck erreicht jedoch seinen Spitzenwert.
In den Fällen 2 und 3, dh abgelöste Stoßwelle und keine Stoßwellenfälle, wird Druck vor dem Kollisionspunkt der Metallplatten erzeugt. Wenn ein ausreichend großer Druck erzeugt wird, strömt das Metall unmittelbar vor dem Kollisionspunkt als Strahl in den Raum zwischen den Platten. Dieser Hochgeschwindigkeitsstrahl verwischt das Material, das die unerwünschten Oxide und andere unerwünschte Oberflächenfilme entfernt. Am Kollisionspunkt treffen die neu gereinigten Metalloberflächen bei hohem Druck auf, typischerweise zwischen 0, 5 und 6 GPa.
Bei der Detonation des Sprengstoffs wird auch eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt. Da die Detonation jedoch innerhalb weniger hundert Mikrosekunden abgeschlossen ist, fließt ein sehr kleiner Teil davon in das Metall. Somit findet keine Volumendiffusion statt und es wird eine Schweißnaht mit nur lokalem Schmelzen erzeugt.
Es ist daher besser, eine Winkeleinstellung zu verwenden, bei der der Kollisionspunkt eine Funktion der Plattengeschwindigkeit und des anfänglichen Abstandswinkels ist, während er nur indirekt von der Detonationsgeschwindigkeit V D abhängig ist, wie aus der folgenden Beziehung ersichtlich ist.
Die Plattengeschwindigkeit V p bezieht sich auf die Masse der Platte und den Sprengstoff sowie den Impuls (pro Masseneinheit) des Sprengstoffs. Die Kenntnis dieser Parameter Vp kann somit berechnet werden.
Bei der Winkeleinstellung hängt die Wellenlänge der Wellen direkt von der Kollisionspunktgeschwindigkeit ab. während die Form der Wellen von der Plattengeschwindigkeit abhängt. Wellen mit Wellen werden meistens mit hoher Plattengeschwindigkeit erzeugt. Beim Schweißen von Aluminium mit festem Abstandswinkel führt beispielsweise eine Erhöhung der Plattengeschwindigkeit von 260 m / s auf 410 m / s zu einer Änderung von einer sinusförmigen Wellenbildung zu einer stark geneigten sägezahnartigen Welle. Durch Erhöhen des Abstandswinkels von 0, 75 ° auf 4, 5 ° wurde die Wellenlänge von 110 auf 150 μm erhöht.
Die Steigung der Wellen variiert auch mit dem Abstandswinkel. Für Schweißnähte in Stahl mit Winkeln zwischen 1 ° und 15 ° wurde keine Schwankung der Wellen gemeldet, aber die Steigung und Amplitude nahmen mit dem Winkel zu. Für einen Abstandswinkel zwischen 15 ° und 20 ° wurde die Grenzfläche vollständig flach, oberhalb von 20 ° wurde keine Schweißnaht erzeugt.
Die Aufprallbedingungen für die Einrichtung paralleler Platten werden durch die folgende Gleichung in Beziehung gesetzt:
Wobei V cp die Aufprall- oder Kollisionspunktgeschwindigkeit ist, die gleich der Detonationsgeschwindigkeit (V D ) des Sprengstoffs ist, wird y als dynamischer Biegungswinkel bezeichnet. Dies ist der Winkel, der zwischen der Flyer- und der Zielplatte am Auftreffpunkt erzeugt wird, während V p die Aufprallgeschwindigkeit der Platte am Auftreffpunkt ist.
Typischerweise liegt die Detonationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem zu schweißenden Metall zwischen 1200 und 3800 m / s. Die Abstandsentfernung, die wie V D eine unabhängige Variable ist, wird ausgewählt, um einen bestimmten dynamischen Biegungswinkel und eine Aufprallgeschwindigkeit zu erreichen.
Der dynamische Biegewinkel ist eine abhängige Variable, die durch die Detonationsgeschwindigkeit (V D ) und den Abstand zum Abstand gesteuert wird. Typische Werte für y liegen zwischen 2 und 25 Grad. Dies führt zu einer Plattenkollisionsgeschwindigkeit am Auftreffpunkt (V p ) von etwa 200 bis 500 m / s.
Ein wichtiger Aspekt beim Explosionsschweißen ist das Strömungsbild im Bereich des Kollisionspunktes. Unter den Bedingungen des Unterschallflusses verhält sich das Metall als nicht viskoses komprimierbares Fluid. Durch die Strahlbildung werden Oxidschichten und absorbierte Gase vollständig aus der Schweißnaht entfernt. Wenn der Strahl jedoch instabil wird, können die Gase und Oxidschichten eingeschlossen werden; Dies scheint bei einer Reynold-Zahl von mehr als 50 aufzutreten. Wenn der Strahl eingeschlossen wird, kann dies entweder zu einer kontinuierlichen Metallschicht mit einer Dicke von ½ - 250 μm oder zur Bildung einer geriffelten Grenzfläche führen, die oft lokalisierte Schmelzzonen auf der Vorderseite aufweist vom Kamm.
Funktionsweise des Explosionsschweißens:
Aus Abb. 13.29 - die die Sprengschweißanordnungen darstellt - ist ersichtlich, dass dieser Prozess aus vier Grundkomponenten besteht:
1. Zieltafel,
2. Flyerplatte,
3. Pufferplatte und
4. Sprengstoff und ein Zünder.
Die Zielplatte bleibt stationär und wird oft auf einem Amboss großer Masse gestützt. Wenn der Sprengstoff detoniert wird, stößt er die Flyerplatte in Richtung der Zielplatte. Zum Schutz der Flyer-Platte vor Oberflächenbeschädigung durch Aufprall sowie zur Steuerung der Kollisionspunktgeschwindigkeit wird eine dünne Schicht aus Gummi oder PVC oder sogar Spanplatten zwischen sich und dem Sprengstoff gelegt, um als Puffer oder Dämpfungsglied zu dienen.
Der Sprengstoff kann in Blattform vorliegen, gewöhnlich liegt er jedoch in Granulatform vor und ist gleichmäßig über die Pufferplatte verteilt. Die Kraft, die von der Flyerplatte aufgrund einer Explosion ausgeübt wird, hängt von den Detonationseigenschaften und der Menge des Sprengstoffs ab. Das Schweißen wird in Mikrosekunden mit sehr geringer Gesamtverformung durchgeführt. Im Allgemeinen wird der Schweißvorgang in Luft durchgeführt, manchmal kann jedoch ein grobes Vakuum von etwa 1 Torr, dh 1 mm Quecksilber oder 133, 322 × 10 –6 N / mm 2 verwendet werden.
Für das Explosionsschweißen ist es erforderlich, der Flyerplatte eine Unterschallgeschwindigkeit (V p ) zu verleihen. Dies muss mit einem Sprengstoff geschehen, der oft eine ziemlich konstante Detonationsgeschwindigkeit von etwa 6000 m / s hat. Das Gewicht des Sprengstoffs, der für einen bestimmten Schweißvorgang erforderlich ist, wird durch Versuch und Irrtum bestimmt, und es scheint eine lineare Beziehung zwischen dem Verhältnis (Gewicht des Sprengstoffs / Gewicht der Flyerplatte) und der Geschwindigkeit der Flyerplatte Vp zu bestehen. Ein Verhältnis von 0, 5 ergibt eine Plattengeschwindigkeit von 900 m / s für den Du Pont-Sprengstoff EL 506 D unter Verwendung einer dünnen Gummischicht als Puffer. Für ein erfolgreiches Sprengschweißen ist es erforderlich, dass die Geschwindigkeiten der beiden Platten ähnlich sind, und dass der Neigungswinkel zwischen ihnen klein sein muss, wie in Abb. 13.30 gezeigt. Bei niedrigen Winkeln wird die Aufprallgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um Wellen an der Grenzfläche zu erzeugen, größer.
Wenn das explosive Schweißen bei normalem Atmosphärendruck durchgeführt wird, sorgt das Gas zwischen den Platten für eine Dämpfungswirkung, die nicht nur eine höhere Mindestgeschwindigkeit erfordert, sondern auch zu inkonsistenten Ergebnissen führen kann. Für das Schweißen von Aluminium im Vakuum von etwa 1 mm Hg sollte die Kollisionsgeschwindigkeit etwa 150 bis 300 m / s mit einem eingeschlossenen Winkel von 1 ° bis 2 ° betragen. Um die geschweißten Platten auf diese Geschwindigkeit zu beschleunigen, sollte der Abstand zwischen dem 1/4 und dem 1/2-fachen der Plattendicke liegen, wie in Abb. 13.30 angegeben.
Die Abstandsentfernung wird durch die Verwendung einer Einstellscheibe gehalten. Es gibt viele Arten von Scheiben, die so konstruiert sind, dass sie vom Strahl verbraucht werden, um die Schweißnaht nicht zu beeinträchtigen.
Wenn der von der Flyerplatte erreichte effektive Winkel zu klein ist, ist die Geschwindigkeit stark überschallig und es werden keine Wellen an der Grenzfläche gebildet. Idealerweise sollte die Detonationsgeschwindigkeit der Explosion subsonisch sein. In der Praxis ist dies jedoch selten möglich, da die Detonationsgeschwindigkeit 5500 m / s übersteigt, während die Schallgeschwindigkeit in Stahl, die zu den höchsten unter den Metallen zählt, nur 5200 m / s beträgt (siehe Tabelle 13.3).
Für explosives Schweißen ist keine besondere Oberflächenreinigung erforderlich. Fett, falls vorhanden, in der Oberfläche muss jedoch entfernt werden. Wenn Schmutz oder Oxid im Übermaß vorhanden ist, sammelt sich dieses in der Nähe der Wellenkanten und kann zu einer Verringerung der Festigkeit der Verbindung führen.
Der Druck, der einer Plattengeschwindigkeit von 120 m / s bei Kupfer entspricht, beträgt 2400 N / mm 2 und für eine Geschwindigkeit von 220 m / s bei Aluminium 6200 N / mm 2 . Diese Drücke sind ausreichend, um Metall durch Risse im Oxidfilm zu zwingen und zu verschweißen. Es wird auch berichtet, dass selbst wenn die Oberflächen von Edelstahl 18/8 und Weichstahl mit einer anhaftenden Schicht aus schwarzem Oxid bedeckt waren, sie zufriedenstellend mit der gewünschten geriffelten Grenzfläche verschweißt wurden.
Problem 1:
Unter Verwendung eines Gewichtsverhältnisses (Gewicht des Sprengstoffs / Gewicht der Flyerplatte = .3) beträgt die Geschwindigkeit der Flyerplatte 540 m / s. Finden Sie die Flyerplatte mit dem Zielplattenwinkel (a), so dass die Kollisionspunktgeschwindigkeit (V cp ) zum Schweißen von Stahlplatten unter Verwendung von Du Pont-Sprengstoff mit einer Detonationsgeschwindigkeit von 7100 m / s untergeschaltet bleibt (<5000 m / s) .
Lösung:
Problem 2:
Wählen Sie einen geeigneten Sprengstoff aus den drei in der nachstehenden Tabelle angegebenen Werten für das Explosionsschweißen von Aluminiumplatten mit einem eingeschlossenen Winkel von 2 °, wenn die Geschwindigkeit der Flyerplatte 900 m / s betragen soll. Die Schallgeschwindigkeit in Aluminium beträgt 5500 m / sec.
Prozessvariablen beim Explosionsschweißen :
Die wichtigsten Prozessvariablen beim Explosionsschweißen sind:
(i) Aufprallgeschwindigkeit
(ii) Standabstand und
(iii) Annäherungswinkel.
(i) Aufprallgeschwindigkeit:
Die Aufprallgeschwindigkeit hängt von dem Verhältnis des Gewichts des Sprengstoffs zu dem des Gewichts der Flyerplatte und auch vom Kontaktwinkel ab. Für jedes Material gibt es eine Mindestgeschwindigkeit, unterhalb derer kein Schweißen stattfindet. Beispielsweise kann Kupfer nicht mit Geschwindigkeiten unter 120 m / s und Aluminium mit Geschwindigkeiten von weniger als 255 m / s geschweißt werden.
Die maximale Geschwindigkeit, die für das Sprengschweißen nützlich eingesetzt werden kann, wird durch die Schallgeschwindigkeit im Targetplattenmaterial bestimmt, da sich die Welle im Target bei Überschallgeschwindigkeit nicht vor der Bondfront ausbreiten kann. Außerdem wird die Geschwindigkeit nahe der Kante des Werkstücks reduziert, was zu einer Druckentlastung in solchen Zonen führt. Dies kann zu unbefriedigendem Schweißen in der Nähe der Arbeitskanten führen, wenn die Mindestgeschwindigkeit verwendet wird.
Die Mindestgeschwindigkeit für jedes Material wird durch die Größe bestimmt, bei der das Projektilmaterial beim Aufprall ausreichend plastisch wird, um einen geteilten Strahl zu bilden. Unterschiedliche Sprengstoffe führen zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten und müssen daher bei der Auswahl des Sprengstoffs berücksichtigt werden.
Zwei wichtige Eigenschaften von Explosivstoffen zum Schweißen sind die Detonationsgeschwindigkeit und die Gefahrensensitivität. Letzteres beeinflusst die Handhabungssicherheit, da es sich auf die thermische Stabilität, die Lagerfähigkeit und die Schockempfindlichkeit des Sprengstoffs bezieht.
Während die Detonationsgeschwindigkeit der Dichte des Sprengstoffs proportional ist, ist der erzeugte Druck sowohl der Dichte als auch der Detonationsgeschwindigkeit proportional. Die Detonationsgeschwindigkeit eines Sprengstoffs hängt von seiner Dicke, der Packungsdichte sowie dem mit dem Sprengstoff vermischten passiven Material ab, um seine Detonationsgeschwindigkeit zu verringern.
Einige der Sprengstoffe, die allgemein eingesetzt werden, um die gewünschten Detonationsraten zu erreichen, umfassen:
(i) Ammoniumnitrat-TNT-zerstäubtes Aluminiumgemisch,
(ii) Ammoniumnitratpaletten mit 6 bis 12% Dieselkraftstoff,
(iii) Nitroguanidinne plus Inertmaterial,
(iv) Amatol und Sodatol mit 30 bis 55% Steinsalz.
(ii) Standabstand :
Durch Erhöhen des Abstandes vergrößert sich der Anstellwinkel zwischen der Flyerplatte und der Zielplatte. Dies führt zu einer vergrößerten Größe der Welle, die ein Maximum erreicht und dann abnimmt, wenn der Abstandsabstand weiter erhöht wird. Bei einem parallelen Aufbau wird normalerweise ein Abstand von 1/2 bis 2 mal der Dicke der Flyerplatte verwendet. der geringere Abstand wird mit einem Sprengstoff mit hoher Detonationsgeschwindigkeit verwendet.
(iii) Annäherungswinkel :
Für ein erfolgreiches Sprengschweißen muss der Aufprall- oder Annäherungswinkel normalerweise zwischen 5 ° und 25 ° liegen. Bei einer parallelen Einstellung kann sich dieser Winkel nur dann entwickeln, wenn ein ausreichender Abstand zum Abstand vorliegt. Beim Schweißen der Rohr-zu-Rohr-Platte wird ein geeigneter Winkel erreicht, indem das Loch in der Rohrplatte verjüngt wird, wie in Abb. 13.31 gezeigt.
Schweißverbindungseigenschaften von explosivem Schweißen :
Die Verbindungseigenschaften einer explosiven Schweißnaht werden in Abhängigkeit davon beeinflusst, ob die Grenzfläche durch eingeschlossenen Strahl gebildet wird, der zu einer Riffelung führt, oder der Freistrahl, der zum vollständigen Ausstoß einer dünnen Grenzflächenschicht führt. Die eingeschlossene Strahltechnik wird bevorzugt, da sie zu einer verlängerten Grenzfläche mit einer Länge von fast 75% führt.
Es wird berichtet, dass sich verschmolzene Nuggets vor und teilweise direkt hinter dem Scheitel der Grenzflächenformation befinden. In diesen Zonen scheint es eine beträchtliche Vermischung unterschiedlicher Metalle zu geben, was dazu führt, dass sich in dem anderen Metall Partikel ablösen oder feste Lösungen oder intermetallische Verbindungen hergestellt werden. Durch freies Ausstoßen kann eine gegossene Grenzflächenzone erzeugt werden, beispielsweise in Kupfer. Durch freies Ausstoßen kann die metallische Grenzflächenzone vollständig verdrängt werden.
Bei Aluminium kann ein Abstandswinkel von 10 ° zu einer fast unsichtbaren Festkörper-Grenzfläche führen, deren Spuren durch Tempern entfernt werden können, während ein paralleler Abstand zu einer geriffelten Grenzfläche mit einer dunklen Grenzflächenschicht führt, die durch das Tempern nicht beeinflusst wird.
Die Grenzflächenhärte von Schweißnähten in Kupfer stieg von 65 auf 150 VHN, während Weichstahl-Kupfer-Schweißungen zu einer stärkeren Härtung des Kupfers führten als der Stahl, während Kupfer von 60 auf 160 VHN und der Stahl von 120 auf 160 VHN erhärtete. Edelstahl erreichte einen Härtewert von 400 VHN, möglicherweise aufgrund der Bildung von Martensit, während Kupfer, an das es angeschweißt wurde, eine Härte von 60 auf 150 VHN erhöhte.
Es ist offensichtlich, dass während des Explosionsschweißens Nichtgleichgewichtsphasen erzeugt werden können und hohe Dehnungsraten zu sehr hohen Diffusionsraten führen; auch, dass die erzeugten Phasen für die genaue Arbeitsweise und die verwendeten Prozessvariablen empfindlich sind.
Varianten des Explosionsschweißens:
Das explosive Punktschweißen ist vielleicht die einzige Variante des Verfahrens. In diesem Prozess wird eine kleine Sprengladung verwendet, um schwer schweißbare Metalle zu verbinden.
Mit einem robusten und kompakten Handsprengschweißgerät mit einem Gewicht von etwa 5 kg können Schweißnähte mit einem Durchmesser von etwa 10 mm hergestellt werden. Zum Zünden der Ladung wird elektrischer Strom verwendet und das Gerät verfügt über mehrere Sicherheitsverriegelungen. PTN (Pentaerythritratitrat) Sprengstoffkapseln mit unterschiedlichem Gewicht sind für die Verwendung mit der Standardkappe verfügbar.
Normalerweise steht der Sprengstoff in direktem Kontakt mit dem zu schweißenden Werkstück. Es können jedoch auch Kunststoffpufferscheiben vorgesehen werden, um die Arbeitsfläche erforderlichenfalls zu schützen. Der Abstand kann bei Bedarf variiert werden. Normalerweise wird die Sprengkraft jedoch durch Verwendung einer möglichst geringen Sprengladung kontrolliert.
Die meisten technischen Metalle können durch Explosionsschweißen punktgeschweißt werden, es wurde jedoch berichtet, dass das Verfahren zum Schweißen von austenitischem rostfreiem Stahl an Kobaltbasislegierungen für Hochtemperaturanwendungen und auch zum Verbinden von Nickelbasislegierungen wie Inconel und Titan besonders erfolgreich ist Nickel. Aluminiumlegierungen können auch leicht punktgeschweißt werden, sofern sie maximal 4 Stunden vor dem Schweißen von der hartnäckigen Oxidschicht gereinigt werden.
Explosives Punktschweißen kann für Weltraumanwendungen wie Notfallreparaturen an Raumfahrzeugen oder sogar für die Montage von Geräten im Weltraum unerlässlich sein.
Anwendungen des Explosionsschweißens:
Explosionsschweißen ist ein spezialisiertes Verfahren für Überlappungsverbindungen in schwer schweißbaren Metallen und deren Kombinationen. Aluminium und Kupfer können an Edelstahl, Aluminium an Nickellegierungen und Edelstahl an Nickel geschweißt werden. Aluminium kann mit Kupfer und Edelstahl mit Messing verschweißt werden. Die Bindung von Aluminium an Stahl wird durch die Bildung einer FeAl 2 -Schicht an der Grenzfläche kompliziert.
Dies kann jedoch behoben werden, indem eine Zwischenschicht aus einem Metall eingefügt wird, das mit diesen beiden Metallen kompatibel ist, oder indem die Parameter ausgewählt werden, um das Ausmaß der Diffusion zu reduzieren, das über die Grenzfläche auftritt. Die Festigkeit von Schweißnähten hängt von der Struktur an der Grenzfläche ab. Eine Schweißnaht ohne brüchige Grenzfläche führt jedoch normalerweise zu einem Wirkungsgrad von 100 Prozent - Scherung oder Spannung.
Im Allgemeinen können Metalle mit einer Dehnung von mindestens 5% bei 50 mm Messlänge und einer Charpy-V-Kerbschlagzähigkeit von 13, 5 Joule oder mehr durch Explosionsschweißen geschweißt werden. Normalerweise nehmen Festigkeit und Härte zu und die Zähigkeit nimmt durch explosives Schweißen ab. Dies wird durch starke plastische Verformung verursacht, die insbesondere in der Flyerplatte auftritt. Durch explosives Schweißen kann auch die Übergangstemperatur von Kohlenstoff zu Sprödstoff erhöht werden.
Das Plattieren von Blechen ist eine der wichtigsten kommerziellen Anwendungen des Explosionsschweißens. Plattierte Platten werden im geschweißten Zustand geliefert, da die erhöhte Grenzflächenhärte die technischen Eigenschaften der Platten nicht beeinflusst. Während des Plattierens kann es zu geringfügigen Verformungen der Platten kommen, die zur Erfüllung der Standardebenheitsspezifikationen korrigiert werden müssen. Zu diesem Zweck können Walzen oder eine Presse eingesetzt werden.
Die Innen- und Außenverkleidung der Zylinder erfolgt durch Explosionsschweißen; Eine Anwendung davon ist die Innenverkleidung von Stahlschmiedeteilen aus Edelstahl, um Düsen mit einem Durchmesser von 12 mm bis 600 mm und bis zu 900 mm Länge für den Anschluss an dickwandige Druckbehälter herzustellen.
Metalle, die für das Schmelzschweißen nicht geeignet sind, werden mit Übergangsschweißnähten, die durch Explosionsschweißen hergestellt werden, geschweißt (siehe Abb. 13.32).
Übergangsfugen, die aus dicken, explosionsgeschweißten Blechen aus Aluminium und Stahl oder aus Aluminium und Kupfer geschnitten werden, sorgen für effiziente Stromleiter. Diese Technik wird auch zur Herstellung von Anoden für Primäraluminiumstahl in Rohren mit einem Durchmesser von 50 bis 300 mm verwendet. Andere Metalle, die durch diese Technik verbunden werden, umfassen Titan mit Stahl, Zirkonium mit Edelstahl, Zirkonium mit Nickelbasislegierungen und Kupfer mit Aluminium.
Das explosive Schweißen findet auch Anwendung bei der Herstellung von Wärmetauschern, bei denen Rohr-Rohr-Plattenverbindungen hergestellt werden können. Eine kleine Sprengladung wird verwendet, um die Verbindung in drei Schritten in Abb. 13.33 herzustellen. Die Rohre können einzeln oder in Gruppen geschweißt werden. Die Anzahl der Rohre, die gleichzeitig geschweißt werden, hängt von der Sprengstoffmenge ab, die bei einer einzelnen Detonation sicher explodiert werden kann.
Abb. 13.34 zeigt die schematische Darstellung des Gesamtaufbaus für das Explosionsschweißen von Steckern zum Abdichten der undichten Rohre durch Fernbedienung.
Rohre, die in Rohr-zu-Rohr-Plattenverbindungen geschweißt werden, haben gewöhnlich einen Durchmesser zwischen 12 und 40 mm. Metalle, die für solche Verbindungen geschweißt werden, umfassen Stahl, Kupferlegierungen, rostfreie Stähle, Nickellegierungen, plattierte Stähle und sowohl Aluminium als auch Titan zu Stählen.
Explosives Schweißen kann für die Reparatur und den Aufbau insbesondere innerhalb und außerhalb zylindrischer Bauteile verwendet werden.
