Saldatura a esplosione: cos'è e come viene utilizzata
Molto spesso nel processo di progettazione delle strutture, gli ingegneri devono affrontare il problema della selezione dei materiali: quei materiali ideali per svolgere alcune funzioni strutturali non hanno le proprietà necessarie per soddisfare altri requisiti operativi. Ad esempio, un materiale può avere una buona resistenza alla corrosione, conduttività elettrica e conducibilità termica, ma una durezza o una resistenza all'usura insufficienti. Materiali prodotti mediante saldatura ad esplosione.
La saldatura esplosiva come possibile processo tecnologico è stata scoperta durante la seconda guerra mondiale, quando dopo l'esplosione di bombe sono stati trovati frammenti di proiettili saldati con altri oggetti metallici. All'inizio degli anni '60, DuPont sviluppò un pratico processo di saldatura esplosiva e lo brevettò negli Stati Uniti.
Da allora, la tecnologia della saldatura ad esplosione si è sviluppata rapidamente ed è applicata in molti campi, dalla produzione di bimetalli per l'industria petrolifera ai giunti sigillati nell'elettronica.Le parti ottenute mediante saldatura a esplosione hanno permesso di raggiungere il limite precedentemente irraggiungibile della vita utile del prodotto - fino a 30 anni.
Il processo di saldatura a esplosione è a prima vista abbastanza semplice. I metalli da unire devono essere posizionati vicini tra loro con un piccolo spazio. Lo strato esplosivo è distribuito uniformemente sulla piastra superiore. La risultante struttura a sandwich scoppia e si forma un nuovo materiale strutturale.
Processo di saldatura a esplosione
Da due materiali separati e spesso completamente diversi si può ottenere un'unica composizione di metallo saldato. Piatto bimetallico possono quindi essere ulteriormente lavorati (ad es. laminazione) per essere utilizzati in vari prodotti. Lo spessore dello strato di rivestimento applicato al metallo di base può variare da alcuni decimi di millimetro a diverse decine di centimetri.
Esempi di prodotti ottenuti mediante saldatura esplosiva
Dopo la saldatura, di norma, è necessaria la raddrizzatura del giunto risultante, che viene eseguita su rulli o su una pressa. Seguono le operazioni di controllo: test meccanici e test ultrasonici del cordone di saldatura.
Il test a scalpello del giunto saldato mostra che la frattura non si verifica lungo la saldatura.
Un campione saldato di acciaio inossidabile e alluminio viene sottoposto a una prova di flessione. La frattura è avvenuta nell'alluminio, non nella saldatura
In realtà, però, il processo è molto più complicato. Per ottenere una connessione di alta qualità senza delaminazione, è necessario un attento controllo di una serie di parametri tecnologici e la produzione di compositi di alta qualità richiede una notevole esperienza in questa materia.
L'esplosivo per saldatura più comune è l'igdanite (una miscela di nitrato di ammonio e combustibile idrocarburico, molto spesso diesel).
La quantità di esplosivi può variare notevolmente, ma la maggior parte delle operazioni di saldatura viene eseguita utilizzando esplosivi del peso di 10 ... 1000 kg. Ovviamente, un lavoro così pericoloso non può essere svolto in una normale officina di saldatura di produzione. La saldatura a getto d'aria deve essere eseguita da ingegneri autorizzati ed esperti lontano dalla posizione delle persone.Dovrebbero essere applicate precauzioni relative all'esplosione e allo stoccaggio di esplosivi.
Durante il processo di saldatura, viene generata una forza molto grande nella zona di esposizione all'esplosivo, che può raggiungere diverse centinaia di migliaia di tonnellate. Gli strati atomici superficiali di ciascuno dei materiali che vengono uniti sono esposti al getto di plasma. Il plasma induce la formazione di un legame metallico, in cui i metalli sono separati l'uno dall'altro da elettroni di valenza.
A un livello più macroscopico, il giunto saldato appare come una linea ondulata lungo la direzione dell'esplosione. L '"ampiezza" della formazione dell'onda dipende dall'angolo e dalla velocità di detonazione. In casi estremi, può essere così grande da provocare vuoti indesiderati sotto le creste dell'onda. L'angolo di detonazione è solitamente inferiore a 30 gradi.
In questa foto è chiaramente visibile la natura ondulatoria del legame tra due metalli.
La saldatura a esplosione ha una vasta gamma di materiali che devono essere uniti. In alcuni casi, la qualità del giunto saldato composito può essere migliorata posizionando un sottile strato intermedio tra due strati diversi. Anche i sandwich di quattro o più strati di metallo non sono rari.Il numero totale di possibili combinazioni di bimetalli, secondo gli esperti, è superiore a 260 opzioni.
L'uso di bimetalli ottenuti mediante saldatura a esplosione può aumentare significativamente la durata e aumentare l'affidabilità di apparecchiature termiche, di fonderia, petrolifere, scambiatori di calore e contenitori nell'industria chimica. I compositi acciaio-alluminio sono utilizzati nella produzione di elettrodi.
I fogli bimetallici saldati possono essere utilizzati come elementi di transizione durante l'assemblaggio di strutture di metalli diversi. I rivestimenti per rivestimenti in metalli preziosi possono ridurre significativamente il costo di parti precedentemente realizzate interamente con materiali costosi, pur non deteriorandosi e talvolta ricevendo anche caratteristiche tecniche molto più elevate.
Le strutture saldate esplosive sono utilizzate con successo nella costruzione di strutture marine perché possono ridurre significativamente o eliminare completamente la corrosione elettrochimica nell'ambiente marino. Strati sottili di materiali schermanti applicati con questo metodo di saldatura proteggono il veicolo spaziale dalle radiazioni.