Soudage par explosion - qu'est-ce que c'est et comment il est utilisé
Très souvent, lors de la conception de structures, les ingénieurs sont confrontés au problème de la sélection des matériaux - les matériaux idéaux pour remplir certaines fonctions structurelles n'ont pas les propriétés nécessaires pour répondre à d'autres exigences opérationnelles. Par exemple, un matériau peut avoir une bonne résistance à la corrosion, une bonne conductivité électrique et une bonne conductivité thermique, mais une dureté ou une résistance à l'usure insuffisantes. Matériaux produits par soudage par explosion.
Le soudage par explosion en tant que processus technologique possible a été découvert pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque des fragments d'obus soudés avec d'autres objets métalliques ont été découverts après l'explosion de bombes. Au début des années 1960, DuPont a développé un procédé pratique de soudage à l'explosif et l'a breveté aux États-Unis.
Depuis lors, la technologie du soudage par explosion s'est développée rapidement et est appliquée dans de nombreux domaines, de la production de bimétaux pour l'industrie pétrolière aux joints étanches en électronique.Les pièces obtenues par soudage par explosion ont permis d'atteindre la limite jusqu'alors inatteignable de la durée de vie du produit - jusqu'à 30 ans.
Le processus de soudage par explosion est à première vue assez simple. Les métaux à assembler doivent être rapprochés avec un petit espace. La couche explosive est uniformément répartie sur la plaque supérieure. La structure sandwich résultante éclate et un nouveau matériau structurel se forme.
Procédé de soudage par explosion
A partir de deux matériaux distincts et souvent totalement différents, une même composition métallique soudée peut être obtenue. Plaque bimétallique ils peuvent ensuite être transformés (par exemple, laminage) pour être utilisés dans divers produits. L'épaisseur de la couche de placage appliquée sur le métal de base peut varier de quelques dixièmes de millimètre à plusieurs dizaines de centimètres.
Exemples de produits obtenus par soudage à l'explosif
Après le soudage, en règle générale, le redressement du joint résultant est nécessaire, ce qui est effectué sur des rouleaux ou sur une presse. Suivent les opérations de contrôle — essais mécaniques et essais par ultrasons du cordon de soudure.
L'essai au ciseau du joint soudé montre que la rupture ne se produit pas le long de la soudure.
Un échantillon soudé d'acier inoxydable et d'aluminium est soumis à un essai de flexion. La fracture s'est produite dans l'aluminium, pas dans la soudure
En réalité, cependant, le processus est beaucoup plus compliqué. Afin d'obtenir une connexion de haute qualité sans délaminage, un contrôle minutieux d'un certain nombre de paramètres technologiques est nécessaire, et la production de composites de haute qualité nécessite une expérience considérable en la matière.
L'explosif de soudage le plus courant est l'igdanite (un mélange de nitrate d'ammonium et d'hydrocarbure, le plus souvent du diesel).
La quantité d'explosifs peut varier considérablement, mais la plupart des opérations de soudage sont effectuées avec des explosifs pesant 10 ... 1000 kg. De toute évidence, un travail aussi dangereux ne peut pas être effectué dans un atelier de soudage de production normale. Le soudage par soufflage doit être effectué par des ingénieurs agréés et expérimentés loin de l'emplacement des personnes.Les précautions liées au sautage et au stockage des explosifs doivent être appliquées.
Lors du processus de soudage, une force très importante est générée dans la zone d'exposition à l'explosif, pouvant atteindre plusieurs centaines de milliers de tonnes. Les couches atomiques superficielles de chacun des matériaux à assembler sont exposées au jet de plasma. Le plasma induit la formation d'une liaison métallique, dans laquelle les métaux sont séparés les uns des autres par des électrons de valence.
A un niveau plus macroscopique, le joint soudé apparaît comme une ligne ondulée le long de la direction de l'explosion. "L'amplitude" de la formation des vagues dépend de l'angle et de la vitesse de détonation. Dans les cas extrêmes, il peut être si grand qu'il en résulte des vides indésirables sous les crêtes de la vague. L'angle de détonation est généralement inférieur à 30 degrés.
Sur cette photo, la nature ondulée de la liaison entre deux métaux est clairement visible.
Le soudage par explosion a une large gamme de matériaux qui doivent être assemblés. Dans certains cas, la qualité du joint soudé composite peut être améliorée en plaçant une fine couche intermédiaire entre deux couches différentes. Les sandwichs de quatre couches de métal ou plus ne sont pas rares non plus.Le nombre total de combinaisons possibles de bilames, selon les experts, est supérieur à 260 options.
L'utilisation de bimétaux obtenus par soudage par explosion peut augmenter considérablement la durée de vie et augmenter la fiabilité des équipements thermiques, de fonderie, pétroliers, des échangeurs de chaleur et des conteneurs dans l'industrie chimique. Les composites acier-aluminium sont utilisés dans la fabrication des électrodes.
Les tôles bimétalliques soudées peuvent être utilisées comme éléments de transition lors de l'assemblage de structures à partir de différents métaux. Les revêtements pour garnitures en métaux précieux peuvent réduire considérablement le coût de pièces auparavant entièrement constituées de matériaux coûteux, tout en ne se détériorant pas et en recevant même parfois des caractéristiques techniques beaucoup plus élevées.
Les structures soudées explosives sont utilisées avec succès dans la construction de structures marines car elles peuvent réduire considérablement ou éliminer complètement la corrosion électrochimique dans le milieu marin. De fines couches de matériaux de blindage appliquées par cette méthode de soudage protègent les engins spatiaux des radiations.