جوشکاری انفجاری

گسترش روز افزون جوشکاری و استفاده از آن در انواع مختلف صنایع و مشاغل باعث شده است تا جوشکاری یکی از حرفه های مهم و کاربردی برای اتصال فلزات در طول این سالها باشد که دارای دو روش ذوبی و جامد (غیر ذوبی) است. جوشکاری در حالت جامد یکی از روش هایی است که به وسیله آن می توان فلزات مختلف را به یکدیگر متصل کرد که یکی از انواع آن نیز جوشکاری انفجاری است. جوش انفجاری روشی است که در آن با استفاده از انفجار و نیروی ناشی از آن ، فرایند جوش انجام می شود. در این مطلب قصد آن را داریم تا به صورت جامع و کاربردی به این موضوع بپردازیم که جوشکاری انفجاری چیست و تمام عوامل و پارامتر هایی را که به شناخت هرچه بهتر جوش انفجاری کمک می کند، بررسی و تحلیل کنیم. با آروا همراه باشید تا این روش و نوع جوشکاری را به صورت صفر تا صد بررسی کنیم.

جوشکاری چیست؟

اتصال متریال مختلف یکی از روش هایی است که در سالیان اخیر در صنایع و ساخت و ساز از اهمیت بالایی برخوردار بوده است. همانگونه که می دانیم مهم ترین و اثرگذار ترین حالت برای یک اتصال مقاوم و مستحکم جوشکاری است. جوشکاری این کمک را می کند تا بتوانیم در سریع ترین زمان و با مناسب ترین روش ،فرایند و عملیات اتصال را انجام دهیم. برای اینکه بتوانیم مناسب ترین روش برای جوشکاری را انتخاب کنیم مهم است که بداینم جوشکاری دارای چه انواعی است و برای کاری که قصد انجام آن را داریم از چه نوع دستگاه جوش اینورتری می توان استفاده کرد.

همانطور که می دانید جوشکاری در یک تقسیم بندی کلی دارای دو نوع ذوبی و جامد است که هر کدام نیز دارای انواع روش ها و حالت ها می باشند. هر کدام از این دو روش یعنی جوشکاری ذوبی و جوشکاری جامد دارای مزیت ها و ویژگی هایی هستند که به کاربر کمک می کند تا یک جوش مقاوم و مستحکم را تجربه کنند. در مقالات دیگری انواع جوشکاری  را به طور کامل معرفی کرده ایم که پیشنهاد می شود برای شناخت بهتر جوشکاری انفجاری ، آنها را مطالعه نمایید.

به طور کلی اگر بخواهیم به زبان ساده جوشکاری را تعریف کنیم باید بگوییم که جوشکاری به انواع روش ها و حالت هایی گفته می شود که با کمک انواع دستگاه های جوش می توان فلزات را به یکدیگر متصل کرد.

جوشکاری انفجاری چیست؟ (Explosive Welding)

جوشکاری انفجاری (Explosive Welding ) از انواع جوش جامد است که در آن با استفاده از انفجار کنترل شده مواد منفجره می توان دو و یا چند فلز را به یکدیگر متصل کرد. در جوش انفجاری به هیچ وجه ذوب و انجماد صورت نمی گیرد و عامل اصلی اتصال انفجار و سرعت ضربه است و برای اینکه بتوان یک جوشکاری انفجاری را انجام داد نیاز به روانساز داریم.

انفجار و ضربه دو رکن اساسی در جوشکاری انفجاری است که اساس آن بر پایه اتصال مولوکولی است. در جوشکاری انفجاری مواد منفجره باید تحت کنترل باشد و ضربه ای که به فلز وارد می شود از سرعت بالایی برخوردار است. در این روش از جوشکاری دو صفحه به یکدیگر متصل می شوند که یکی ثابت در قسمت پایین و دیگری متحرک در بالا که اصطلاحا به آن صفحه پرنده نیز گفته می شود.نکته مهم این است که سرعت ضربه ای که باید به صفحه پرنده وارد شود زیاد باشد تا هنگامی که انفجار به وجود می آید هر دو فلز در قسمت های مشترک به یگدیگر متصل شده و جوش بخورند.

از جوشکاری انفجاری برای جوشکاری فلزاتی که آنها را نمی توان با روش های دیگر به هم متصل کرد استفاده می شود. این فلزات دارای آلیاژ های مختلفی هستند و جوش انفجاری این امکان را در اختیار ما می گذارد تا در مدت زمان کمی بتوانیم کار اتصال را انجام دهیم. در ادامه توضیح خواهیم داد که چه فلزاتی را می توان با جوشکاری انفجاری جوش داد و به کاربردهای جوشکاری انفجاری، مزایا، عوامل تاثیر گذار و دیگر موارد مهمی که شما را در شناخت هرچه بهتر جوش انفجاری کمک می کند، خواهیم پرداخت.

تاریخچه جوشکاری انفجاری (Explosive Welding)

پیشینه جوشکاری به هزاران سال پیش بازمی گردد. در طول قرون گذشته یکی از روش های اصلی جوشکاری، آهنگری بوده است. اما به مرور و در قرون گذشته روش ها و حالت هایی به جوشکاری اضافه شده که هر کدام بر اساس تحقیقات و کشفیات مخترعین بوده است. هر کدام از این روش هایی که اختراع شده یک پیشینه و دلیل تحقیقاتی داشته است که در کل تبدیل به یک روش جوشکاری گردیده است. جوشکاری انفجاری نیز مانند دیگر روش ها دارای یک تاریخچه و پیدایش است که شروع آن باز می گردد به جنگ جهانی دوم و مشاهداتی که از رها شدن پوسته های گلوله ها و فرو رفتن آنها در اجسام فلزی به دست آمد.

پس از این مشاهدات و تحقیقات در سال ۱۹۴۴ جوشکاری انفجاری به عنوان یکی از روش های جوش جامد شناخته شد و پس از حدود دو دهه (۱۹۶۰) به عنوان یک فرایند تجاری به بهره برداری رسید. در سال ۱۹۶۲ شرکت Dupont این روش را ثبت کرد که در سال ۱۹۶۴ مورد تایید قرار گرفت و در سال ۱۹۶۶ شرکت Dynamic Materials Corporation حق مالکیت را از آن خریداری کرد. امروزه از این روش در بخش های مختلفی از صنایع استفاده می شود.

کاربرد جوشکاری انفجاری

کاربرد جوشکاری انفجاری در صنایع مختلف و برای متصل کردن سطوح بزرگ و کوچک و اتصال لوله ها و مخازن و … است. با توجه به اینکه صنایع مختلفی وجود دارد و جوش جامد یکی از روش های پرطرفدار در این صنایع است از جوشکاری انفجاری نیز در حجم وسیعی  استفاده می شود و جوش انفجاری در این صنایع کیفیت خوبی را به وجود می آورد. در زیر به انواع کاربرد های جوشکاری انفجاری اشاره می کنیم.

• تولید لوله و تیوب های دارای پوشش
• مخازن تحت فشار
• سازه های هوافضا
• مبدل های حرارتی
• سازه های دریایی
• مخازن فرآیندی، مقاوم به خوردگی شیمیایی

فرایند و روش جوشکاری انفجاری

جوش انفجاری نیز همانند دیگر روش های جوشکاری برای اتصال دادن فلزات است و برای اینکه بتوانیم فلزات را به شکلی مطلوب به یکدیگر متصل کنیم نیاز است که مناسب با روش این جوشکاری فرایند جوش را انجام دهیم. در روش جوشکاری انفجاری فرایند به این گونه است که ابتدا باید دو صفحه را در دو قسمت پایین و بالا قرار دهیم که اصطلاحا صفحه پایینی را ثابت و بالایی را پرنده می گویند.

جوش انفجاری به این صورت است که به صفحه بالایی فشاری با سرعت وارد می شود و سرعت ضربه در حین انفجار باعث می شود که اتصال برقرار شود. در اصل روش و فرایند اصلی در جوشکاری انفجاری به این صورت است که انفجار و ضربه عامل اتصال هستند و باید در نظر داشت که اولا انفجار کنترل شده باشد و دوم اینکه سرعت ضربه  بیشتر یا کمتر از حد تعیین شده نباشد. از دیگر نکات مهم در فرایند این روش جوشکاری این است که صفحه پرنده باید کوچکتر از صفحه ثابت باشد.

با توجه به اینکه جوشکاری انفجاری یکی از روش های جوشکاری است به همین خاطر می توان فلزات غیر همجنس را نیز به یکدیگر متصل کرد که برای این کار هم نیاز به این است که روش و نحوه جوش فلزات غیر همجنس را نیر بدانیم و در فرآیند جوش رعایت کنیم. در حالت کلی فرایند جوشکاری انفجاری به سه روش زیر انجام می شود.

1. انفجار توسط صفحه ثابت
2. سرعت حرکت بالا در صفحه پرنده
3. برخورد دو صفحه پایینی و بالایی به یکدیگر و برقراری اتصال

مزایای جوشکاری انفجاری

یکی از دلایلی که موجب می شود یک روش جوشکاری از طرفداران بسیاری برخوردار شود و به صورت مداوم مورد استفاده قرار گیرد مزیت ها و ویژگی هایی است که می تواند داشته باشد. مزایا همیشه به کاربر کمک می کند تا یک فرایند مطلوب در اختیار داشته باشد. جوشکاری انفجاری از جمله روش های جوشکاری است که از آن در موارد مختلفی برای ساخت و ساز ها استفاده می شد و دلیل این هم میزان مزیت های بسیار این مدل جوش است که در ادامه به مهم ترین مزایای جوشکاری انفجاری به صورت تیتروار اشاره می کنیم.

• امکان اتصال سطوح بزرگ
• کیفیت بالای اتصال
• بدون تغیر ریز ساختار فلز
• بدون نیاز به آماده سازی سطوح
• مقاومت بالا
• عدم پیچش و تخلخل
• فرایند ساده جوشکاری
• جوشکاری در ابعاد وسیع

محدودیت ها و معایب جوشکاری انفجاری

روش های مختلف جوشکاری وجود دارد که با کمک آنها می توان مواد و متریال های گوناگون را به یکدیگر متصل کرد. این روش ها و حالت ها در کنار مزایا همیشه دارای معایب و محدودیت هایی هستند. جوشکاری انفجاری نیز همانند دیگر روش ها دارای برخی محدویت ها و معایب است که در مقابل مزیت های آن شاید به چشم نیاید. در ادامه به برخی از معایب و محدودیت های این روش جوشکاری جامد اشاره می کنیم.

1. فلزات باید از مقاومت بالایی برخوردار باشند
2. صفحه پرنده نباید خیلی بزرگ باشد
3. ایجاد سر و صدای زیاد
4. احتمال خطر به خاطر استفاده از مواد منفجره

پارامتر ها و عوامل تاثیر گذار در فرایند جوشکاری انفجاری

منظور از پارامتر ها و عوامل تاثر گذار در جوشکاری انفجاری، به نسبت میان دو سطح گفته می شود و عوامل تاثیر گذار ( سرعت ضربه) نیز در چگونگی اتصال سهیم هستند و کمک می کنند که با رعایت این عوامل تاثیر گذار بتوانیم یک فرایند دقیق و مستحکمی را در جوشکاری انفجاری به وجود بیاوریم. برای مثال در جوش انفجاری سرعت ضربه و یا سرعت برخورد از جمله پارامتر های مهم است که باید مورد توجه قرار گیرد و در صورتی که این عوامل مهم در نظر گرفته نشوند جوشکاری دچار اختلال می شود. برای اینکه بتوانیم یک جوشکاری انفجاری بی نقص و کامل را اجرا کنیم مهم است که تمام پارامتر ها و عوامل تاثیر گذار را در فرایند جوش رعایت کنیم. رعایت کردن این شرایط لازم سبب می شود تا جوشکاری انفجاری سالمی رخ دهد. از جمله این شرایط آن است که ابتدا سرعت لازم برای ضربه اولیه را ایجاد کنیم و سپس زاویه دینامیکی را از اندازه حداقل بیشتر کنیم تا جوش مورد نظر نظر ایجاد شود.

در ادامه به مهم ترین پارامتر و عوامل تاثیر گذار در جوش انفجاری اشاره می کنیم.

• سرعت ضربه یا سرعت بر خورد
• سرعت پیشروی نقطه برخورد
• زاویه دینامیکی بر خورد

الزامات و نکات ایمنی جوشکاری انفجاری

جوشکاری انفجاری یکی از حالت های جوش جامد است که برای انجام دادن آن می بایست برخی از الزامات و نکات ایمنی را در نظر گرفت. مهم ترین نکات ایمنی در هنگام جوشکاری انفجاری رعایت برخی موارد از جمله: رعایت فاصله، ایمن کردن محل جوشکاری و استفاده استاندارد از مواد منفجره است.

جوشکاری انفجاری در لوله ها

برای ساخت لوله های دو جداره از جوشکاری انفجاری استفاده می شود و کار به این صورت است که یک موج حاصل از انفجار به وجود می آید و موجب تغییر شکل در لوله ها می شود و با فشار و سرعت ضربه ای که به لوله متحرک وارد می شود فرایند اتصال کامل می شود و برای دستیابی به اتصال کافی است الزامات جوش و کیفیت جوشکاری رعایت شود.

چه فلزاتی را می توان با جوشکاری انفجاری متصل نمود

جوش انفجاری این امکان را در اختیار ما می گذارد که با کمک آن بتوانیم انواع فلزات هم نوع را با کیفیت بالا و بدون تخلخل به یکدیگر متصل کنیم. از دیگر مزیت هایی که می توان برای این روش جوشکاری در نظر گرفت این است که علاوه بر فلزات هم نوع می توان فلزات غیر همجنس را نیز به یکدیگر متصل کرد.

همانطور که در مقاله مربوط به جوشکاری جامد صحبت کردیم و با توجه به اینکه جوش انفجاری نیز زیر مجموعه جوش جامد است به راحتی به ما امکان می دهد جوشکاری فلزات با آلیاژ های غیر مشابه را انجام دهیم. از جمله فلزاتی که با این روش می توان به یکدیگر متصل کرد، مس به فولاد، نیکل به فولاد، تیتانیوم به فولاد، آلومینیوم به فولاد و مس به آلومینوم است. هنگام جوشکاری فلزات غیر مشابه باید به ضخامت آنها و سرعت ضربه و همچنین مقدار مواد منفجره دقت کرد تا بتوان یک جوشکاری با کیفیت و تمیز و بدون تخلخل را انجام داد.

ماده منفجره لازم و انواع آن

انفجار از الزامات و پارامتر های مهم و تاثیر گذار در جوشکاری انفجاری است و برای اینکه بتوانیم یک جوش ایده آل را به وجود بیاوریم نیاز است که مواد منفجره مناسب با جوشکاری را در اختیار داشته باشیم. مقدار ماده منفجره از موارد مهمی است که حتما باید به آن توجه کرد در صورتی که ماده انفجار کمتر از میزان مشخص شده باشد مقاومت جوش به وجود آمده کم خواهد بود و در صورتی که ماده منفجره بیشتر از حد مجاز باشد فلزات در هم فرور می روند و در برخی از فلزات مانند تیتانیوم استحکام نیز بالاتر خواهد رفت. اما اگر انفجار ۱۲۰ درصد بالاتر از صوت باشد ممکن است ذوب فلزات به وجود بیاید. به خاطر همین مهم است که نوع مواد منفجره چه باشد و مقداری که می خواهیم از آن برای انفجار استفاده کنیم مشخص و معین باشد. در ادامه این بخش انواع مواد منفجره برای جوش انفجاری را معرفی می کنیم و می گوییم که از چه موادی برای ساخت آنها استفاده شده است.

•  تی ان تی TNT: تیری نیترو تولوئن از جمله ماده های انفجاری نظامی است که از آن در جوشکاری انفجاری نیز استفاده میشود. این ماده قدرت بالایی دارد و بدون هیچ خطری قابلیت ذوب شدن دارد.
• نیتروگلیسیرین: نیتروگلیسیرین یک ماده منفجره است که از ترکیب گلیسیرین و نیتریک اسید تشکیل شده است و قدرت انفجاری بالایی داشته که نسبت به ضربه نیز حساس است. این ماده منفجره در جوشکاری انفجاری کاربرد دارد و هنگام کار با آن باید توجه داشت ضربه ای پیش از انفجار به آن وارد نشود.
• دینامیت: دینامیت یک ماده انفجاری نسبتا مطمئن است که از آن در کارهای انفجاری استفاده می شود. دینامیت ترکیبی از نیتروگلیسیرین با مواد خمیری چوب و نیترات سدیم و آمونیوم نیترات است.

کیفیت اتصالات جوشکاری انفجاری

از موارد مهم در جوشکاری انفجاری کیفیت اتصالات است و برای در اختیار داشتن این پارامتر ها باید انفجار و سرعت دارای یک حد استاندارد و مشخصی باشد. برای مثال اگر سرعت و انرژی ضربه بیش تر از حد باشد باعث ذوب شدن فلز می شود و پس از انجماد یک لایه روی قطعه کار به وجود می آید که همین عامل موجب می شود تا استحکام کمتری شکل بگیرد.

برای بررسی کیفیت اتصالات در جوشکاری انفجاری از تست های مخرب و غیر مخرب استفاده می شود. این تست ها مشخص می کند که استحکام و مقاومت مورد نیاز برای اتصالات باید به چه صورت باشد. این تست ها به منظور میزان استحکام، استقامت، سختی فلزات و شکل پذیر بودن آنها بررسی می شود.