جوشکاری انفجاری
جوشکاری انفجاری یک فرایند جوشکاری در فاز جامد است که در آن انرژی حاصل از انفجار یک ماده منفجره به نحو کنترل شده‌ای برای اتصال دو یا چند فلز مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این روش اتصال محدود وسیعی از فلزات ممکن بوده و فصل مشترک دو فلز اغلب دارای خواص ممتاز و منحصر به فرد است.
جوشکاری انفجاری یکی از انواع روش‌های تولید با نرخ بالای انرژی بوده که بسیار پرکاربرد و مفید است. مزیت عمده این روش نداشتن عیوب متداول روش‌های جوشکاری دیگر است. به عنوان مثال در جوشکاری ذوبی، ذوب کردن فلزات به صورت موضعی لازم بوده و نیز در جوشکاری فشاری ایجاد تغییر شکل‌های پلاستیک بزرگ ضروری است. لذا هر دو این روش‌ها محدود به فلزات با دمای ذوب و تنش شارش نزدیک به هم خواهند بود. از طرفی برای جوشکاری مواد با دمای ذوب بالا مثل تنگستن یا مواد با مقاومت بالا نیز محدودیت‌های اجرایی خواهیم داشت. اما در جوشکاری انفجاری دمای ذوب یا خواص مکانیکی جز پارامترهای اساسی نبوده و اختلاف میان خصوصیات ذوبی و مقاومت مکانیکی اجزا محدودیتی را در برندارد.
مزایای جوشکاری انفجاری
- میتوان با این روش بسیاری از فلزات نامشابه و معمولاً جوش ناپذیر را به یکدیگر پیوند داد.
- به دلیل فقدان حرارت و ذوب، خواص فلز در اثر آن تغییر نمیکند.
- از ایجاد پیوند بین فلزی که مشکلات متالورژیکی فراوانی دارد جلوگیری می‌شود.
- این فرایند نسبتاً ساده و قابل حمل و نقل بوده و به سادگی میتوان آن را انجام داد.
- تا حدی ارزان قیمت است.
- مساحت جوش میتوان از چند اینچ مربع تا چند فوت مربع باشد.
- هیچ گونه محدودیت ابعادی برای صفحه پایه وجود ندارد.
- امکان انجام آن در خلا وجود دارد و از قابلیت اتوماسیون بالایی برخوردار است.
معایب جوشکاری انفجاری
- فلزات به کار رفته باید مقاومت به ضربه کافی و انطاف پذیری مناسبی داشته باشند.
- هندسه قطات، باید ساده بوده و حداکثر میتوان مسطح، استوانه‌ای یا مخروطی باشد.
- صفحه پوشش نمی‌تواند بیش از حد بزرگ باشد.
- برای محافظت از پرسنل در برابرغرش و امواج ضربه انفجار، نیاز به استفاده از سنگر بوده یا این که فرایند را در محفظه‌های خلاً یا زیر ماسه یا آب انجام داد.
مکانیک جوشکاری انفجاری
مکانیزم‌های مختلفی برای توضیح فرایند جوشکاری انفجاری ارائه شده است. برخی آن را یک جوشکاری ذوبی قلمداد نموده‌اند که انرژی جنبشی را به عنوان منبع انرژی برای ذوب و نفوذ به لایه‌ها فرض می‌کنند که این نفوذ سیال مانند موجب تغییر تدریجی از یک فلز به دیگری خواهد شد. اما عملاً در جوشکاری انفجاری بارها مشاهده شده که تغییر خواص تند (sharp) است. برخی دیگر از محققین این فرایند را از نوع فشاری می‌دانند که در آن تغییر شکل پلاستیک در محل تماس منجر به ایجاد سطوح تمیز و رخ دادن پدیده Solid Diffusion به دلیل فشار و زمان کافی است. اما این امر در جوشکاری انفجاری که فشار ماکزیمم فقط در حد چند میکرو ثانیه وارد می‌شود و ضریب نفوذ پایین است سنخیتی ندارد. از طرفی در محل اتصال یک سری موج و گردابه‌هایی مشاهده می‌شود که با جوشکاری فشاری قابل توضیح نیست.
تغییر شکل دانه‌های بین فلزی و تشکیل موج نشان می‌دهد که مکانیزم اصلی مبتنی بر فرایند جریان flow است. در حین جوشکاری لغزش بین سطوح منجر به ایجاد گرکا می‌شود و جوش را به این گرما نسبت می‌دهند.
کاربردهای جوشکاری انفجاری
- پوشش دهی لوله به روش جوشکاری انفجاری
- روکش دهی صفحات مسطح
- جوشکاری داخلی استوانه‌های هم مرکز
- روکش دهی داخلی و خارجی استوانه‌ها
- جوشکاری سطوح استوانه‌ای
- جوشکاری لوله به صفحه
- جوشکاری سربه‌سر لوله به لوله
- جوشکاری خطی لب به لب صفحات مسطح
- جوشکاری مقاطع توخالی (رادیاتورها)
- روکش دهی سیم‌ها و مفتوله
تولید لوله‌های دو جداره به روش جوشکاری انفجاری
از این روش برای تولید لوله‌های دو جداره به صورت صنعتی استفاده می‌شود. محصول تولیدی به این روش معمولاً دارای ترکیب خواص فلزات مورد استفاده است. و نیز ملاحظات اقتصادی لحاظ شده است. مثلاً میتوان لوله دو جداره که جداره خارجی آن فولاد کربنی CK22 و جداره داخلی آن فولاد ضد زنگ ۳۱۶L است. به روش انفجاری تولید نمود. محصول نازک از یک فولاد آلیاژی ارزان قیمت فولادی با ضخامت جداره قابل توجه است که سطح داخلی آن با لایه نازک از یک فولاد آلیاژی گران قیمت پوشش داده شده است. برای این لوله‌های مقاوم در برابر خوردگی که از نظر فنی و اقتصادی مقبول هستند میتوان کاربردهای فراونی در صنایع شیمیایی، هسته‌ای، نظامی، غذایی …برشمرد.
جوشکاری انفجاری لوله‌ها شامل دو تکنیک به داخل و به خارج است. در روش جوشکاری انفجاری به خارج ابتدا لوله پوشش در داخل لوله اصلی قرار می‌گیرد. معمولاً اختلاف قطر داخلی و لوله خارجی لوله داخلی در حد ضخامت لوله پوشش است. که به این فاصله فاصله قرار Stand off می‌گویند. بعد از مرکز کردن لوله‌ها، حجم درونی لوله درونی منفجر پر شده و از یک طرف چاشنی گذاری می‌شود. با انفجار چاشنی، خرج انفجاری تعبیه شده در داخل لوله درونی منفجر شده و یک موج انفجار که فشار گازهای داغ پشت آن برابر فشار ماده منفجره است.
