جوشکاری حالت جامد، از انواع جوشکاری است که خود شامل چندین متد و زیردسته می‌باشد. از انواع جوشکاری حالت جامد میتوان به جوشکاری انفجاری اشاره کرد. همانطور که از عنوان این روش مشخص است، در جوشکاری انفجاری از انفجار و نیروی ناشی از آن فرآیند جوش انجام می‌شود. در این مطلب قصد داریم در رابطه با این متد جوشکاری صحبت کنیم و به مزایا و محدودیت‌های آن اشاره داشته باشیم.
جوشکاری انفجاری چیست؟
جوش انفجاری (Explosive Welding) یکی از روش‌های جوشکاری حالت جامد است که با نام جوشکاری موج ضربه‌ای نیز شناخته می‌شود. با این که این روش از جوشکاری از نظر تکنولوژی بسیار پیشرفته است، اما از نظر اجرایی خشن و سخت است و تنها برخی از شرکت‌های تخصصی به طور محدود از آن استفاده می‌نمایند.
همانطور که اشاره کردیم جوشکاری انفجاری در دسته جوشکاری حالت جامد قرار دارد. به این معنا که فرآیند اتصال قطعات فلزی در آن بدون تغییر فاز صورت می‌گیرد. در واقع در این روش از اصل ادغام برای برقراری اتصال میان دو قطعه فلزی استفاده می‌شود و اتصال آنها با استفاده از مواد شیمیایی منفجره صورت می‌گیرد. پس در جوش انفجاری هیچگونه ذوب و انجمادی صورت نمی‌گیرد و عامل اصلی اتصال همان انفجار و سرعت ضربه است.
مهمترین ارکان جوشکاری انفجاری
انفجار و ضربه دو رکن مهم و اساسی در جوشکاری انفجاری هستند و اساس آنها بر پایه اتصالات مولکولی است. در این روش مواد منفجره باید تحت کنترل باشند و ضربه‌ی وارد شده به قطعه فلزی از سرعت بالایی برخوردار باشد. در جوش انفجاری دو صفحه یا قطعه به هم متصل می‌شوند که یکی از آنها در قسمت پایین به صورت ثابت و دیگری در قسمت بالا و به شکل متحرک است که در اصطلاح به آن صفحه پرنده می‌گویند. نکته‌ای که در اینجا وجود دارد این است که سرعت ضربه وارد شده به صفحه پرنده باید زیاد باشد تا زمانی که انفجار صورت می‌گیرد، هر دو فلز در بخش‌های مشترک به هم متصل شوند و یک جوش قوی میان آنها شکل بگیرد.
کاربرد جوشکاری انفجاری
از جوشکاری انفجاری میتوان برای فلزاتی که با دیگر روش‌ها قابل اتصال به هم نیستند، استفاده نمود. این فلزات دارای آلیاژهای مختلفی هستند و جوش انفجاری این امکان را می‌دهد تا در زمان کوتاهی اتصال آنها انجام شود. جوشکاری انفجاری در صنایع مختلف و برای اتصال سطوح بزرگ و کوچک زیادی کاربرد دارد. در رابطه با مهمترین کاربردهای جوش انفجاری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- اتصال لوله‌ها و مخازن
- مخازن تحت فشار
- ساخت بدنه کشتی
- تولید لوله و تیوب‌های دارای پوشش
- سازه‌های هوافضا
- سازه‌های دریایی
- مبدل‌های حرارتی
- مخازن فرآیندی مقاوم به خوردگی شیمیایی
خوب است اشاره شود که جوش انفجاری برای ساخت لوله‌های دوجداره کاربرد زیادی دارد. روش آن هم به این شکل است که یک موج حاصل از انفجار ایجاد شده و سبب تغییر شکل لوله‌ها می‌شود.
جوشکاری انفجاری به چه صورتی انجام می‌شود؟
همانطور که در بخش‌های قبلی اشاره کردیم جوشکاری انفجاری به این شکل است که باید دو صفحه را در دو قسمت بالا و پایین قرار داد. به صفحه پایینی، صفحه ثابت و به صفحه بالایی، صفحه پرنده می‌گویند. حال برای جوش انفجاری باید به صفحه پرنده فشار با سرعت بالایی وارد شود. در این زمان سرعت ضربه در حین انفجار سبب ایجاد برقراری اتصال می‌شود. در واقع همانطور که مشخص است انفجار و ضربه عامل اتصال در جوشکاری انفجاری هستند. دو نکته مهمی که در این رابطه وجود دارد این است که جوش انفجاری باید کنترل شده باشد و سرعت ضربه بیشتر یا کمتر از حد تعیین شده نباشد. نکته دیگر هم این است که صفحه پرنده (صفحه بالایی) باید از صفحه پایین یا همان صفحه ثابت کوچکتر باشد.
با جوش انفجاری میتوان فلزات غیر همجنس را نیز به هم متصل کرد. برای این کار باید از روش و نحوه جوش فلزات غیر همجنس مطلع بوده و آنها را در فرآیند جوش رعایت کرد. اگر بخواهیم به روش‌های فرآیند جوش انفجاری اشاره داشته باشیم، باید سه مورد زیر را در نظر بگیریم:
- انفجار توسط صفحه ثابت یا صفحه پایین
- سرعت حرکت بالا در صفحه پرنده
- برخورد صفحات به یکدیگر و برقراری اتصال
مهمترین مزایا و معایب جوشکاری انفجاری
تمام روش‌های جوشکاری دارای یک سری مزایا و یک سری محدودیت هستند که جوشکار باید به آنها توجه نماید. جوشکاری انفجاری نیز دارای چندین مزیت است و همین مزایا آن را برای بسیاری از ساخت و سازها مناسب کرده است. در رابطه با مزایای جوشکاری انفجاری میتوانیم موارد زیر را در نظر بگیریم:
- با این فرآیند امکان اتصال سطوح کوچک و بزرگ وجود دارد و محدودیتی در این زمینه وجود ندارد.
- اتصال شکل گرفته میان قطعات یا صفحات، بسیار مستحکم است و کیفیت خوبی دارد.
- ساختار فلز در این فرآیند هیچگونه تغییری نمی‌کند.
- در این روش نیازی به آماده‌سازی سطوح نبوده و میتوان از آن در ابعاد وسیع استفاده کرد.
- از دیگر مزایای جوشکاری انفجاری باید به عدم پیچش و تخلخل و مقاومت بالا اشاره کرد.
در کنار مزایای اشاره شده، جوش انفجاری چندین عیب و محدودیت نیز دارد که باید مورد توجه قرار بگیرند. در این رابطه هم میتوان به ایجاد سر و صدای زیاد در حین انفجار و احتمال خطر به خاطر استفاده از مواد منفجره اشاره کرد. همچنین در این روش فلزات باید از مقاومت بالایی برخوردار باشند و صفحه پرنده خیلی بزرگ نباشد.
عوامل و فاکتورهای موثر در کیفیت جوش انفجاری
برای اینکه در فرآیند جوش انفجاری بتوان به نتیجه مطلوب و مورد نظر خود دست پیدا کرد، مواد منفجره و میزان آنها را باید با توجه به نوع فلز پایه و روکش (فلز بالا) انتخاب کرد. در صورتی که از مواد منفجره بیش از حد مجاز استفاده شود، فلز آسیب دیده و خواص مکانیکی آن به شدت تضعیف می‌شود.
از سوی دیگر ابعاد صفحه روکش (بالایی) باید در مقایسه با صفحه پایه کوچکتر باشد تا فرآیند اتصال به خوبی شکل بگیرد. از دیگر پارامترها و عوامل تاثیرگذار بر روی فرآیند جوش انفجاری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- زاویه دینامیکی برخورد
- سرعت ضربه یا سرعت برخورد
- سرعت پیشروی نقطه برخورد
کیفیت اتصالات شکل گرفته با جوش انفجاری به چه صورت است؟
کیفیت جوش در هر فرآیندی از اهمیت زیادی برخوردار است. در جوشکاری انفجاری نیز کیفیت اتصالات اهمیت زیادی دارد. برای رسیدن به اتصال با کیفیت باید انفجار و سرعت دارای یک حد استاندارد و مشخص باشند. برای مثال اگر سرعت و انرژی ضربه بیش از حد باشد، سبب ذوب فلز می‌شود و پس از انجماد یک لایه روی قطعه کار ایجاد می‌گردد که همین موضوع سبب استحکام کمتر آن می‌شود.
برای بررسی کیفیت اتصالات در جوش انفجاری، از تست‌های مخرب و غیر مخرب استفاده می‌شود. با این تست‌ها میتوان به میزان مقاومت و استحکام جوش پی برد. تست‌های مخرب و غیر مخرب به منظور بررسی میزان سختی فلزات، شکل‌پذیر بودن آنها و همچنین میزان استحکام به کار برده می‌شوند.
مواد منفجره مناسب برای جوشکاری انفجاری
همانطور که متوجه شدید جوشکاری انفجاری با استفاده از انفجار و نیروی ناشی از آن ایجاد می‌شود. برای انفجار هم نیاز به مواد منفجره مناسب است. همچنین مقدار مواد منفجره باید در حد مناسبی باشد و بیش از حد کم یا زیاد نباشد. در صورتی که ماده انفجار کمتر از حد مورد نیاز باشد، مقاومت جوش ایجاد شده کم می‌شود. در صورتی هم که میزان ماده منفجره زیاد باشد، سبب فرو رفتن فلزات در هم می‌گردد. همچنین در برخی از فلزات همچون تیتانیوم استحکام بالاتر می‌رود. برای همین علاوه بر استفاده از مواد منفجره مناسب، از آنها باید در حد استاندارد استفاده شود. در رابطه با انواع مواد منفجره برای جوشکاری انفجاری هم میتوانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
- تی ان تی: از جمله مواد انفجاری میتوان به TNT اشاره کرد که جزو مواد منفجره نظامی است و میتواند در جوش انفجاری نیز مورد استفاده قرار بگیرد. تی ان تی از قدرت بالایی برخوردار است و بدون هیچ خطری قابلیت ذوب شدن دارد.
- دینامیت: از دیگر مواد منفجره برای جوش انفجاری میتوان به دینامیت اشاره کرد. دینامیت یک ماده انفجاری نسبتا مطمئن است که در کارهای مربوط به انفجار و تخریب استفاده می‌شود. دینامیت ترکیبی از نیتروگلیسیرین با نیترات سدیم، آمونیوم نیترات و مواد خمیری چوب است.
- نیتروگلیسیرین: این ماده منفجره از ترکیب گلیسیرین و نیتریک اسید به دست می‌آید و قدرت انفجار زیادی دارد. همچنین این ماده نسبت به ضربه نیز حساس است. از نیتروگلیسیرین میتوان در جوشکاری انفجاری استفاده کرد. با این حال باید توجه شود تا در زمان کار با آن ضربه‌ای پیش از انفجار به آن وارد نشود.
جمع بندی
جوشکاری انفجاری از انواع جوشکاری حالت جامد است که اتصال در آن از طریق انفجار شکل می‌گیرد. با این روش اتصال انواع فلزات هم نوع با کیفیت بالا و بدون تخلخل وجود دارد. همچنین میتوان از آن برای فلزات غیر همجنس نیز استفاده کرد. جوشکاری انفجاری دارای مزایا و معایب خاصی است که در متن به آنها اشاره کردیم. با توجه به نکات اشاره شده و در نظر گرفتن موارد ایمنی، میتوانید از این روش جهت اتصال فلزات مورد نظر خود استفاده نمایید.
