جوشکاری انفجاری

در فرایند جوشکاری انفجاری ، صفحه بالایی که صفحه پرنده نیز نامیده می شود با فاصله یا زاویه خاصی نسبت به صفحه پایینی قرار می گیرد. این فاصله یا زاویه نباید از مقدار حداقلی کمتر باشد. صفحه پایینی روی تکیه گاهی از شن و ماسه یا فلز گذاشته می شود. بر روی سطح خارجی صفحه پرنده یک لایه ضربه گیر لاستیکی یا مقوایی اعمال شده و ماده منفجره روی ضربه گیر گذاشته می شود. با انفجار ماده منفجره دو صفحه با سرعتی که وابسته به نوع و تعداد ماده منفجره است به سمت هم حرکت می کنند.

در جوشکاری انفجاری اتصال بین دو صفحه با خروج قشر سطحی دو قطعه از محل اتصال به صورت مایع شروع می شود. این اتصال با تداخل قطعات در ابعاد ملکولی در فصل مشترک تشکیل می شود. شکل این فصل مشترک اغلب به صورت موجی است. ابعاد این موج ها به پارامترهای برخورد و خواص فلزات بستگی دارد. چنانچه سرعت برخورد از حد بحرانی کمتر باشد، فصل مشترک اتصال شکل صاف به خود میگیرد.

پارامترهای جوشکاری انفجاری

به طور کلی سه متغیر اصلی فرایند جوش انفجاری فاصله یا زاویه دو ورق، سرعت انفجار و حجم ماده منفجره هستند. این متغیرها با توجه به مساحت اتصال، ضخامت و خواص دو فلز، خواص مطلوب اتصال و ملاحظات اقتصادی تعیین می شوند. اعمال یک لایه واسط بین دو قطعه نیز با توجه به ملاحظات مکانیکی و فیزیکی انجام می شود. برای مثال برای بهبود عملکرد دمابالای اتصال آلومینیوم و مس می توان به آن یک لایه تیتانیوم اضافه کرد.

به دلیل عدم وجود گرما، محصولات جوشکاری انفجاری بسیاری از مشخصه های جوشکاری های ذوبی، لحیم کاری یا نوردی را نشان نمی دهند. اجزای جوشکاری شده در شرایط متالورژیکی کار شده باقی می مانند. ریزساختار، خواص مکانیکی و خواص خوردگی قطعات کار شده نسبت به شرایط پیش از انجام اتصال تغییری نمی کند. مناطق متاثر از حرارت وجود ندارند. نفوذ عناصر آلیاژی بین قطعات اتصال داده شده وجود ندارد و ترکیبات شیمیایی بین فلزی نیز تشکیل نمی شوند.

موارد استفاده جوشکاری انفجاری

جوشکاری انفجاری می تواند فرایند مناسبی برای اتصال دادن ترکیبات بین فلزات باشد. انتخاب فلزات برای این فرایند محدودیت های خیلی کمی دارد. تنها محدودیت متالورژیکی انتخاب فلزات برای این فرایند چقرمگی مناسب و انرژی شکست کافی است. اهمیت این دو پارامتر در تحمل تغییر شکل سریع بدون شکست است. محدوده پذیرفته شده برای این پارامترها ده درصد و سی ژول است.

جوش انفجاری برای اتصال فلزات مشابه، برای مثال اتصال فولاد های متنوع، فرایند بسیار ایده آلی است. این فرایند برای اتصال فلزاتی با اختلاف شدید در چگالی، نقطه ذوب و استحکام تسلیم نیز مناسب است. جوشکاری دو فلز بسیار نامتشابه تانتالیوم به تیتانیوم با جوش انفجاری ممکن می شود. این فرایند اغلب برای جوشکاری آلیاژهای مقاوم به خوردگی به فولادهای کربنی و آلیاژی استفاده می شود.

جوشکاری انفجاری محدودیت ابعادی زیادی ندارد. ضخامت ورق های پوشش داده شده با فرایند جوش انفجاری از 0.025 میلی متر تا بالای یک متر و ضخامت پوشش آنها از 0.025 تا 100 میلی متر میرسد. پهنای ورق های اتصال داده شده با این فرایند نیز از 0.5 میلیمتر تا چند متر متغیر است. عامل محدود کننده ضخامت ورق ها امکانات تولید کننده و کارایی قطعه ساخته شده است.

ماده منفجره در جوشکاری انفجاری

ترکیب اغلب مواد منفجره استفاده شده در جوش انفجاری بر پایه آمونیوم نیترات است. انرژی آمونیوم نیترات به وسیله ترکیب کردن یا پوشش دهی آن با مواد دیگر افزایش داده می شود. یکی از مواد افزودنی متداول، روغن سوخت یا فراورده های مشابه دیگر بر پایه نفت است.

به دلیل ملاحظات امنیتی و ایجاد لرزش و سروصدا، جوش انفجاری در کارخانه هایی انجام می شود که نزدیک مناطق مسکونی نیستند. حمل و نقل، نگهداری و به کارگیری این مواد منفجره نیز اصولی دارد که در استانداردها ذکر شده است.

کاربردهای جوشکاری انفجاری

فراورده های اصلی جوشکاری انفجاری شامل ورق های پوشش داده شده بزرگ است که در محفظه های فشار، مبدل های حرارتی و کاربردهای متنوع الکتروشیمیایی استفاده می شوند. یکی از مهمترین کاربردهای این فرایند ساخت اتصالات واسطه (transition joint) برای تسهیل جوشکاری های نامتشابه است. این اتصالات به وسیله جوش انفجاری به شکل های بلوک، نوار یا لوله ای ساخته شده و برای تسهیل جوشکاری های ذوبی نامتشابه به شرکتهای دیگر فروخته می شوند. از بین کاربردهای متداول این فرایند در ساخت اتصال نامتشابه می توان به آلومینیوم – فولاد برای ساخت کشتی ها و آلومینیوم – مس برای ساخت تجهیزات الکترونیکی اشاره کرد.

قیمت جوشکاری انفجاری

بالا بودن قیمت جوشکاری انفجاری منجر به محدودیت استفاده از این فرایند در صنعت می شود. به طور کلی هنگامی که پوشش دهی فلزات با روش های سنتی ذوبی قابل انجام نیست، جوش انفجاری به کار می آید. معمولا جوشکاری نوردی گرم کم هزینه تر از جوشکاری انفجاری است و تجهیزات کمتری نیز نیاز دارد.. با این وجود نبود محدودیت ضخامت برای ورق های پوشش دهی شده و سرعت بالاتر موجب به صرفه شدن قیمت جوشکاری انفجاری می شود. به علاوه برای برخی از ترکیبات مثل پوشش دهی فولاد با آلومینیوم ، تیتانیوم ، زیرکونیم یا تانتالیم ، جوشکاری انفجاری تنها راه حل است.

از میان فرایندهای مشابه جوش انفجاری در رابطه با تولید اتصالات واسطه، می توان به جوشکاری نوردی ، جوشکاری اصطکاکی و جوشکاری نفوذی اشاره کرد. قیمت جوشکاری انفجاری از تمام این فرایند ها بیشتر است ولی کیفیت اتصال ایجاد شده توسط جوش انفجاری نیز بیشتر از تمام فرایندهای ذکر شده است.