جوشکاری انفجاری
Explosive Welding
جوشکاری انفجاری تکنیک بکارگیری مواد منفجره برای اتصال متالورژیکی فلزات در فشار همراه با حداقل ذوب فلزات مورد نظر می باشد.
اساس این روش بر این قاعده استوار است که اگر دو سطح فلزی با سرعت کافی به هم نزدیک گردند ممکن است سیلان پلاستیکی ناشی از برخورد سطوح مشترک باعث جوش خوردن دو سطح گردد که طی آن عمل نفوذ اتفاق نمی افتد.
فشار مورد نیاز جهت جوشکاری از فشار یک لایه مواد منفجره که بر روی یکی از صفحات نصب شده حاصل می شود.صفحه ی زیرین موسوم به صفحه ی ساکن را بر روی تکیه گاه محکمی که اغلب فلزی است (و می تواند از بتن یا ماسه باشد) قرار می دهند.ماده انفجاری ممکن است بصورت ورقه رشته و پودر یا حتی به صورت خمیر باشد که بر روی صفحه ی پرنده قرار می گیرد.بسته به نوع ماده ی انفجاری ضخامت لایه ی ماده ی انفجاری و چگالی آن سرعت ناشی از انفجار معمولآ بین 3600-2400 متربرثانیه می باشدفشار تماس بسیار بالای ناشی از انرژی جنبشی فوق باعث می شود که در نقاط تماس سیلان پلاستیک رخ داده و به ناحیه ی اطراف و فضاهای خالی مجاور پخش گردد که منجر به اتصال چنگکی بین دو سطح می گردد.
مکانیزم اساسی جوش انفجاری ساده استبا مشتعل شدن ماده ی انفجاری صفحه ی بالایی سرعت گرفته و در اثر برخورد دو صفحه بک اتصال دائم و قوی ایجاد می شود
برای اینکه جوشکاری سطوح یکنواخت و کامل باشد بهتر است دو سطح قبل از کاربرد مواد منفجره از یکدیگر فاصله داشته باشند. عملا صفحه ی پرنده تحت زاویه ی آلفا نسبت به صفحه ساکن قرار داده می شود.با توسعه ی انفجار هوای موجود در فاصله ی دو صفحه به سرعت خارج می شود که منجر به تمیزی دو سطح اتصال می گردد. صافی و تمیزی دوسطح عاملی جهت تماس و اتصال بهتر سطوح می باشد.
بوسیله ی انفجار دو فرآیند قابل انجام است:
الف) روکش کاری
ب) جوشکاری
روکش کاری:
دراین روشبا استفاده از حجم زیادی از موادمنفجره مانند دینامیت فشار لازم حاصل می گردد. انرژی مورد نیاز برای روکش کاری ضخامت های مختلف محاسبه و از انفجارکسب می گردد. صفحه ای که به عنوان روکش مورد استفاده قرار می گیرد در فاصله ی 3 تا 6 میلیمتر صفحه ی زیرین قرار می گیرد.با توسعه ی انفجار که از لبه ی صفحه ی بالایی شروع می شود فشار تماس به میلیون ها نیوتن بر متر مربع رسیده و همزمان صفحات به هم متصل می گردند جریان هوای بوجود آمده بین دو صفحه باعث پاک شدن سطوح تماس می گردد. فاصله ی مورد نیاز را می توان توسط شیارهایی که روی صفحات ایجاد شده و یا توسط مقوا و موادی از قبیل فوم ایجاد کرد.با شروع انفجار و توسعه ی جوش این مواد اضافی توسط جت هوا از روی سطوح پاک می گردد.فشار ناشی از انفجار جریان پلاستیک مغشوشی از فلز را ایجاد می کندکه باعث اتصال چنگکی سطوح می گردد. روکش کاری انفجاری را در طیف وسیعی از مواد مانند آلمینیوم و مس و آلیاژهای آهن و نیکل و تیتانیوم و غیره می توان استفاده کرد. اما عموما برای اتصال ورقه های فولادی بکار می رود. دلیل لصلی استفاده از روکش های فلزی بدست آوردن مقاومت بالا در برابر خوردگی می باشد.
درز جوشی انفجاری:
ماده انفجاری مورد استفاده برای درز جوشی (و جوش لب به لب) سیکلوتری متیلن تری نیترامینمی باشد که قوی تر از مواد انفجاری مورد استفاده در روکش کاری است .ماده ی انفجاری فوق بصورت نوار های باریک در داخل ورقه های سربی قرار می گیرد. با انفجار این نوارها بر روی صفحه ی پرنده قسمت مرکزی سطحی که توسط ماده ی انفجاری پوشش داده شده خم می شود.
مکانیزم درز جوشی انفجاری
مطابق شکل که باعث برخورد آن به صفحه ی زیرین و ایجاد اتصال می گردد جوش حاصل بسیار یکنواخت و محکم و پهنای آن کمر از 13 میلیمتر می باشد. فاصله ی بین دوصفحه در حدود 0.25 تا 6 میلیمتر می باشد که توسط قید و بند مناسب , قرار دادن صفحات لایی و یا حتی ایجاد تاچ قابل ایجاد است.شکل زیر نشان می دهد که اتصال لب به لب ورق ها نیز قابل ایجاد است.
توانایی ها و قابلیت های این فرایند:
اولین مشاهدات تجربی این روش در طی جنگ جهانی اول زمانی که ترکش بمب های منفجر شده به مواد فلزی اصابت می کرد دیده شد و توسعه ی این فرآیند به دهه های50 و 60 بر می گردد که برای روکش کاری صفحات بکار گرفته شده است. مزایای عمده این روش عبارتند از :
1- در شرایط متضاد محیطی از قبیل دمای بالا 230 درجه سانتیگراد یا دمای پایین 28- درجه سانتیگراد قابل انجام است. نور , صدا , تشعشع و یا مواد سمی تاثیری در جوشکاری ندارند.
2- جوشکاری در ابعاد کوچک امکان پذیر است. برای مثال:
یکی از کاربرد های این روش اتصال لوله به ورقه بدنه مخازن و مبدل های حرارتی است. نحوه کار به این صورت است که ماده ی منفجره را در انتهای لوله در محل اتصال به ورقه قرار داده و با انفجار آن لوله به بدنه ی مخزن متصل می گردد.(شکل پایین)
3-فلزاتی را که با دیگر روشهای اتصال قابل جوشکاری نیستند یا مشکل دارند می توان بااین روش به یکدیگر متصل کرد . ورقهایی با بزرگی 6×2 متر توسط این روش به هم متصل می شوند.
4- انفجار را می توان از راه دور کنترل کرد که ایمنی تکنسین ها و کارگران را به همراه خواهد داشت.
5- قدرت اتصال این نوع جوشکاری بالا بوده و به دلیل کار سرد بجز ناحیه ی اتصال در نقاط دیگر فلز تغییر محسوسی در ساختار فلز رخ نمی دهد.
6- ورقه های خیلی نازک را می توان به ورقه های ضخیم متصل کرد.
7- ابزار زیادی بجز قید و بند ها نیاز نبوده و نوار های مواد منفجره سریع و آسان قابل نصب است.
از دیگر ویژگی های این روش می توان به جلوگیری از خوردگی و بهبود کیفیت انتقال حرارت افزایش مقاومت در مقابل تنش ها بهبود خواص الکتریکی و... اشاره نمود.
معایب این روش:
1- حمل و نقل و استفاده از مواد منفجره خطرناک بوده و نکات ایمنی باید رعایت گردد
2- انفجار باید در محل سر بسته صورت گیرد و گاز های ناشی از انفجار سمی بوده و باید از محیط خارج گردد.