Công nghệ hàn nổ


Hàn nổ thực chất là gia công áp lực bằng năng lượng nổ để nhận bimetall hoặc composite (nhiều) lớp. Ngoài ra cũng vận dụng năng lượng nổ, tương tự ta có công nghệ ép nổ cho bột (kim loại, polimer, gốm kỹ thuật…).
Hàn nổ cho phép liên kết các bề mặt kim loại “khó hàn” lại với nhau mà dùng các phương pháp hàn khác không thể (hoặc rất khó) làm được, ví dụ: Thép-titan…
Hàn nổ cho phép tạo bimetall với kích thước lớn mà máy cán không thể đáp ứng được. Ngoài ra nó còn cho phép nhận được composite nhiều lớp với độ dày, mỏng khác nhau.
Cơ tính của sản phẩm rất đáng tin cậy, với chế độ tối ưu được tính toán tham số nổ hợp lý sẽ cho độ bền cao hơn nhận bằng phương pháp thông thường. Ngoài ra có thể cho phép tạo ra liên kim loại để dùng trong các mục đích khác nhau như dẫn nhiệt, chi tiết làm việc chịu nhiệt cao ..

Bản chất của quá trình hàn nổ

Hàn nổ xét theo kiểu năng lượng đưa vào, có liên quan đến nhóm quá trình cơ học lien kết các kim loại. Khi đó năng lượng hóa học chuyển hóa của lượng thuốc nổ ở dạng sản phẩm khí nổ được chuyển thành năng lượng cơ, làm cho một phần của vùng hàn trong các tấm kim loại dịch chuyển với vận tốc rất lớn. Động năng va đập của phần chuyển động với bề mặt của phần cố định, được dùng làm công biến dạng mềm hỗn hợp của các lớp tiếp xúc của các kim loại (2 kim loại cần hàn), dẫn đến việc hình thành lien kết hàn hay mối hàn.
Công biến dạng mềm chuyển thành nhiệt, nhiệt này do hậu quả tính đoạn nhiệt của quá trình, do vận tốc lớn có thể đốt nóng kim loại ở vùng liên kết cho đến khi đạt nhiệt độ khá cao (cho đến khi tạo những vùng nóng chảy cục bộ).
Sơ đồ nguyên lý hàn nổ có 2 dạng: dạng song song và dạng không song song (tạo góc).
Sơ đồ song song được trình bày sơ bộ trên hình

 

Sơ đồ song song

1-khối thuốc nổ, 2- tấm đệm lót, 3- tấm kim loại dịch chuyển (tấm kim loại thứ nhất), 4-dụng cụ cố định khe hở giữa 2 tấm kim loại, 5-tấm kim loại cố định (tấm thứ 2), 6- tấm ván, 7-nền đất, 8- ngòi nổ điện (kích nổ bằng điện).

Với việc kích nổ thuốc, sẽ xuất hiện một mặt trước (mặt tiền) của sóng dẫn nổ và nó lan truyền với vận tốc D, phù hợp với việc chọn thuốc nổ, tính chất, khối lượng, trạng thái…, sẽ trong khoảng 2000-8000 m/s. Ở mặt sau (mặt hậu) tạo thành những sản phẩm nổ dạng khí trong khoảng thời gian rất ngắn theo quán tính chúng sẽ bảo toàn thể tích trước kia của thuốc nổ nằm trên đó dưới áp suất 100-200 nghìn at, sau đó với vận tốc 0,5-0,7D chúng sẽ mở rộng ra theo hướng vuông góc với những mặt phẳng tự do của khối thuốc nổ. Việc này tạo ra vùng kim loại ở dưới xung lượng nào đó, xung lượng này sẽ cuốn lần lượt từng khoảng thể tích kim loại thứ nhất vào sự chuyển động hướng tới bề mặt của tấm kim loại cố định và va đập với nó với vận tốc V(v)-(vận tốc va đập). Trong quá trình này, tấm kim loại thứ nhất (tạm gọi là kim loại “bay”) sẽ bị bẻ cong hai lần. Phần nghiêng của nó chuyển động với vận tốc V(t)-(vận tốc tiếp điểm), chuyển động ngay sau “mặt tiền” của song dẫn nổ, còn phần phía trước nữa của sóng dẫn nổ chưa kịp nổ thì dưới quán tính sẽ tiếp tục chiếm trạng thái chính là trạng thái ban đầu.

111.jpg

1-Mặt tiền của song dẫn nổ, 2-mặt tản của sản phẩm nổ, 3-mặt sóng loãng.
Sự va đập với vận tốc lớn của kim loại “bay” (KLB) và kim loại cố định (KLCD) phát triển ra trong phạm vi của đỉnh chuyển động với góc gama (), các mặt phẳng KL gặp nhau với áp lực . Sự nén của nổ khắp các hướng tạo thuận lợi cho xu hướng mềm hóa ở khu vực tiếp xúc theo hướng hàn nhờ có sự hiện diện của mặt phẳng tự do phía trước góc gama và thành phần vận tốc , điều này bắt buộc những lớp bề mặt của cả 2 kim loại đồng thời biến dạng theo cùng hướng vận tốc . Kết quả dẫn đến sự kết dính hai bề mặt các kim loại và nhận được mối hàn.
Cũng dưới cơ chế này thì các màng oxi hóa và những tạp chất bẩn trên bề mặt kim loại cũng bị đập vỡ, phân tán và rơi ra khỏi đỉnh góc gama dưới sự tác động của hiệu ứng dồn (hiệu ứng chồng chất).
Tham số động lực của quá trình hàn nổ chính là vận tốc va đập của các mặt tiếp xúc, vận tốc chuyển động của đỉnh góc gama (vận tốc tiếp điểm), động năng va đập của các phần tiếp xúc W.
Vận tốc va đập phụ thuộc vào vận tốc dẫn nổ D, mật độ của khối thuốc nổ, độ cao H của khối thuốc nổ, độ dày và mật độ hay độ chặt của KLB, đồng thời nó cũng phụ thuộc vào khoảng cách h giữa hai bề mặt kim loại. Có hai cách xác định . đó là bằng thực nghiệm và bằng tính toán. Phương pháp thứ nhất dựa vào sự chụp ảnh ở từng thời điểm xảy ra của quá trình hàn nổ trong khoang chân không với sự trợ giúp của dụng cụ chuyên dụng ghi ảnh hoặc máy xung lượng rơnghen.
Công thức tính toán chính xác hoàn toàn của đến giờ vẫn chưa thể thực thi được, lí do vì sự phức tạp của sơ đồ tính toán và số lượng lớn các đại lượng thay đổi (biến số) xác định quá trình va đập các vật thể kim loại khi hàn. Từ đó có thể vận dụng công thức gần đúng được giới thiệu sau:

trong đó:
.
Biến dạng mềm của kim loại theo cơ chế biến vị (lệch), khả năng xảy ra với vận tốc nhỏ hơn vận tốc truyền của sóng mềm nén Bởi vậy để tạo ra liên kết vật lý trong vùng hàn và hiện thực hóa cơ chế tạo thành những trung tâm kích hoạt, phải nhỏ hơn trong trường hợp ngược lại, kim loại không kịp biến dạng và không xảy ra quá trình hàn. Đối với một loạt liên kết các kim loại (thép-titan, nhôm-thép…) thỏa mãn điều kiện là cần nhưng chưa đủ. Độ bền các liên kết của chúng tiếp tục tăng cùng với việc giảm và vào miền “tiền âm thanh”.







 









Tác giả: Lê Hải Ninh
email: noivevatlieu@yahoo.com ; tichdakhoi@yahoo.com

Advertisements

One thought on “Công nghệ hàn nổ

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất / Thay đổi )

Connecting to %s