جوشکاری انفجاری چیست؟

به‌صورت کلی، جوشکاری دارای دو روش ذوبی و جامد (آلیاژی) است. جوشکاری حالت جامد یکی از روش‌هایی است که می‌توان فلزات غیر مشابه را به هم وصل کرد و یکی از انواع آن جوشکاری انفجاری است. جوشکاری انفجاری روشی است که در آن فرآیند جوشکاری با استفاده از انفجار و نیروی حاصل از آن انجام می‌شود.

در این مقاله قصد داریم به‌طور جامع و عملی به این سوال بپردازیم که جوش انفجاری چیست و تمامی عوامل و پارامترهایی را که به درک بهتر جوشکاری انفجاری کمک می‌کنند، تحلیل کنیم. برای بررسی میزان انفجار از صفر تا صد قبل از جوشکاری با ما همراه باشید.

تعریف جوشکاری

اتصال مصالح مختلف یکی از روش‌هایی است که در سال‌های اخیر اهمیت زیادی در صنعت و ساختمان پیدا کرده است. همانطور که می‌دانیم؛ مهم‌ترین و موثرترین روش برای یک رابطه قوی و پایدار، جوشکاری است. این به ما کمک می‌کند تا فرآیند جوشکاری، اتصال و تراکنش را به سریع‌ترین و راحت‌ترین راه تکمیل کنیم.

برای اینکه بتوانیم مناسب‌ترین روش را برای جوشکاری انتخاب کنیم، مهم است که بدانیم چه نوع جوشی در دسترس بوده و از کدام نوع جوشکاری می‌توان برای کاری که قصد انجام آن را داریم استفاده کرد.

همانطور که می‌دانید جوشکاری در تقسیم‌بندی کلی دارای دو نوع ذوبی و جامد است که هر کدام دارای روش‌ها و حالت‌های متنوعی هستند. هر یک از این دو روش، یعنی جوشکاری ذوبی و جوش جامد، دارای مزایا و ویژگی‌هایی هستند که به کاربران کمک می‌کند تا جوشکاری قوی و بادوام را تجربه کنند.

در مقاله انواع جوشکاری CO2 کدامند؟ به‌طور کامل انواع جوشکاری را معرفی کرده‌ایم که برای درک بهتر جوشکاری انفجاری مطالعه آن توصیه می‌شود.

جوشکاری انفجاری چیست؟

می‌توان گفت: جوشکاری انفجاری نوعی جوش جامد است که در آن دو یا چند فلز را می توان با استفاده از انفجار کنترل‌شده مواد منفجره به یکدیگر متصل کرد. در جوشکاری، سندبلاست ذوب یا انجماد وجود ندارد و عامل اصلی باند انفجاری و سرعت ضربه است و برای انجام جوش سریع به روان‌کننده نیاز داریم.

انفجار و ضربه دو عنصر اساسی در این جوشکاری هستند که مبتنی بر پیوندهای مولکولی می‌باشند. در جوشکاری انفجاری، ماده منفجره باید کنترل شود و ضربه به فلز سرعت بالایی دارد. در این روش جوشکاری دو صفحه به یکدیگر متصل می‌شوند که یکی در پایین ثابت و دیگری در بالا قابل جابجایی است که به صفحه پرنده نیز معروف است.

نکته مهم این است که سرعت ضربه‌ای که باید به صفحه پرنده فرستاده شود بالا باشد به‌طوری که این دو فلز در قسمت‌های مشترک به هم متصل شده و در هنگام انفجار جوش داده می‌شوند. جوشکاری انفجاری برای جوشکاری فلزاتی که با روش‌های دیگر قابل اتصال نیستند استفاده می‌شود.

این فلزات دارای آلیاژهای مختلفی هستند و جوشکاری انفجاری اجازه می‌دهد تا کار اتصال در زمان کوتاهی انجام شود. در ادامه به توضیح فلزات قابل جوشکاری با جوش انفجاری می‌پردازیم و در مورد کاربردهای جوش انفجاری، مزایا، عوامل تاثیرگذار و سایر نکات مهم که به شما در درک بهتر جوشکاری انفجاری کمک می‌کند، بحث خواهیم کرد.

برای خرید انواع دستگاه جوش و برش می‌توانید با مشاوران ایران بور تماس حاصل کنید.

تاریخچه جوشکاری انفجاری

در چند قرن اخیر آهنگری یکی از روش‌های اصلی جوشکاری بوده است و تاریخچه جوشکاری به هزاران سال قبل باز می‌گردد. اما به‌مرور زمان و در قرون اخیر روش‌هایی به جوشکاری اضافه شد که هر کدام بر اساس تحقیقات و اکتشافات مخترعین بوده است.

هر یک از این روش‌های ابداع شده دارای پیشینه‌هایی بوده که تبدیل به روش جوشکاری شده است. جوشکاری انفجاری نیز مانند سایر روش‌ها، تاریخچه و ریشه‌ای دارد که به جنگ جهانی دوم و مشاهدات به‌دست‌آمده از رهاشدن گلوله هنگام نفوذ به اجسام فلزی بازمی‌گردد.

پس از این مشاهدات و تحقیقات در سال 1944، جوشکاری انفجاری به‌عنوان یکی از فرآیندهای جوشکاری جامد شناخته شد. حدود دو دهه بعد (1960) به‌عنوان یک فرآیند تجاری مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1962، شرکت دوپونت این فرآیند را به ثبت رساند که در سال 1964 تصویب شد و در سال 1966، شرکت Dynamic Materials حقوق آن را به دست آورد. امروزه از این روش در صنایع مختلف استفاده می‌شود.

کاربردهای جوش انفجاری

در صنایع مختلف برای اتصال سطوح بزرگ و کوچک، اتصال لوله‌ها و مخازن، جوشکاری انفجاری استفاده می‌شود. در زیر انواع کاربردهای جوشکاری انفجاری آورده شده است.

• تولید لوله و لوله عایق
• مخازن تحت فشار
• سازه های هوانوردی
• مبدل های حرارتی
• ساختار دریایی

به‌دلیل توانایی در اتصال فلزاتی که با روش‌های سنتی قابل جوش نیستند، نقش مهمی در صنایع پیشرفته دارد. این روش علاوه بر فراهم‌کردن پیوند قوی و یکنواخت، موجب صرفه‌جویی در مواد گران‌ قیمت و افزایش عمر قطعات می‌شود.

فرآیند انجام جوشکاری انفجاری

مانند سایر روش‌های جوشکاری، جوش انفجاری برای اتصال فلزات است. برای اتصال فلزات به نحو مطلوب باید فرآیند جوشکاری طبق این روش جوشکاری انجام شود. در فرآیند جوشکاری انفجاری فرآیند به این صورت است که ابتدا باید دو صفحه در قسمت پایین و بالایی قرار داده شود که به آن صفحه تحتانی ثابت و صفحه بالایی را پرواز می‌گویند.

سپس فشار با سرعت بالا به صفحه اعمال می‌شود و سرعت ضربه در هنگام انفجار شروع به جوش می‌کند. اصولاً روش و فرآیند اصلی جوشکاری انفجاری مربوط به عوامل انفجار و ضربه است و باید توجه داشت که ابتدا انفجار کنترل شده و سرعت ضربه کمتر از حد تعیین شده نباشد. نکته مهم دیگر در مورد این روش جوشکاری این است که صفحه فلای باید کوچک‌تر از صفحه ثابت باشد. فرآیند جوشکاری انفجاری به سه روش زیر انجام می‌شود.

• انفجار صفحه ثابت
• سرعت حرکت بالا در صفحه فلای
• دو صفحه بالا و پایین با هم برخورد می کنند و به هم وصل می شوند.

از آنجایی که جوشکاری انفجاری یکی از روش‌های جوشکاری است، می‌توان فلزات غیرمشابه را نیز به هم وصل کرد و برای این کار لازم است روش‌‌های جوشکاری فلزات غیر مشابه در حین جوشکاری را بشناسید.

مزایای جوش انفجاری

این روش بدون نیاز به ذوب، یک پیوند بسیار قوی بین سطوح ایجاد می‌کند. این روش به‌ویژه در شرایطی که روش‌های مرسوم جوشکاری دچار محدودیت هستند، مزایای فراوانی را ارائه می‌دهد.

• امکان اتصال مناطق بزرگ
• اتصال با کیفیت بالا
• بدون تغییر ریزساختار فلز
• نیازی به آماده سازی سطح نیست.
• مقاومت بالا
• بدون چرخش و بدون تخلخل
• فرآیند جوشکاری ساده
• جوشکاری در سایزهای بزرگ

باتوجه به ویژگی‌های منحصربه‌فرد این روش، جوش انفجاری انتخابی مناسب برای کاربردهایی است که در آن‌ها نیاز به ترکیب خواص چند فلز مختلف یا مقاومت بالا در شرایط محیطی سخت وجود دارد.

معایب جوش انفجاری

با وجود مزایای فراوان، محدودیت‌ها و معایبی نیز جوش انفجاری دارد که در برخی شرایط می‌تواند مانع استفاده گسترده از این روش شود. این معایب بیشتر به‌دلیل ماهیت انفجاری فرآیند و نیاز به تجهیزات خاص و شرایط ایمنی ویژه است.

• فلزات باید مقاومت بالایی داشته باشند.
• صفحه فلای نباید خیلی بزرگ باشد.
• سر و صدای زیادی ایجاد می‌شود.
• خطر احتمالی به دلیل استفاده از مواد منفجره

با وجود این معایب، جوش انفجاری همچنان به دلیل توانایی منحصربه‌فرد در اتصال فلزات و کاربردهای خاص، جایگاه خود را در صنایع مهم حفظ کرده است. در بسیاری از پروژه‌های صنعتی که نیاز به جوش‌هایی با ویژگی‌های خاص دارند، معایب این روش با مزایای آن جبران می‌شود.

عوامل تاثیرگذار در فرآیند جوشکاری انفجاری

در جوشکاری انفجاری، اتصال بین فلزات بدون ذوب شدن و صرفاً با استفاده از فشار و سرعت بسیار زیاد ناشی از انفجار انجام می‌شود. این فرآیند پیچیده تحت تأثیر مجموعه‌ای از پارامترهای مهندسی قرار دارد که کنترل دقیق هر کدام برای موفقیت در ایجاد یک اتصال قوی، یکنواخت و فاقد عیب ضروری است.

زاویه برخورد 

زاویه بین دو فلز در لحظه برخورد یکی از حساس‌ترین پارامترهاست. زاویه به‌صورت دقیق تنظیم می‌شود تا برخورد نه کاملاً عمودی باشد (که باعث شکستگی شود) و نه خیلی سطحی (که پیوند ناقص ایجاد می‌کند).

این زاویه تعیین‌کننده‌ی شکل و عمق “موج اتصال” است. زاویه‌های بیشتر معمولاً موج‌های درشت‌تر اما استحکام کمتر ایجاد می‌کنند و زاویه‌های کوچکتر پیوندهای صاف‌تر ولی با استحکام مکانیکی بالا دارند.

جنس و خواص فیزیکی فلزات مورد استفاده

ترکیب فلزات مختلف مانند: فولاد با آلومینیوم یا تیتانیوم با مس، به‌دلیل تفاوت در خواص فیزیکی و مکانیکی، نیاز به تنظیمات ویژه دارند.

اختلاف در چگالی، استحکام تسلیم، سختی و مدول الاستیسیته بر الگوی برخورد، شکل موج‌ها و میزان اختلاط بین لایه‌ها تأثیر مستقیم دارد. برخی فلزات ممکن است نیاز به پوشش‌های واسط یا مواد میانجی داشته باشند تا جوش‌پذیر شوند.

شرایط سطح تماس

سطوح تماس باید عاری از آلودگی، زنگ‌زدگی، اکسید، روغن و چربی باشند. آماده‌سازی معمولاً با برس‌زنی، سندبلاست یا تمیزکاری شیمیایی انجام می‌شود.

وجود هرگونه آلودگی یا اکسید در سطح تماس باعث جلوگیری از تشکیل پیوند فلزی واقعی می‌شود و موجب ناپیوستگی یا ایجاد عیوب داخلی مانند ترک و حفره در محل جوش می‌گردد. حتی ناهمواری سطح نیز بر شکل موج اتصال، اثر دارد.

سرعت ضربه

نکات ایمنی در جوشکاری انفجاری

به‌دلیل استفاده از مواد منفجره و انرژی بالا، یکی از خطرناک‌ترین فرآیندهای صنعتی، جوشکاری انفجاری است. به همین دلیل رعایت نکات ایمنی در تمامی مراحل طراحی و آماده‌سازی تا اجرای انفجار کاملاً ضروری و الزامی است. سهل‌انگاری یا خطای انسانی در این فرآیند می‌تواند منجر به خسارات مالی، جانی یا حتی انفجار کنترل‌نشده شود.

• استفاده از محل اجرای ایزوله و دور از مناطق مسکونی: عملیات باید در فضای باز، کنترل‌شده و دور از مناطق پرجمعیت انجام شود. محل باید دارای خاک‌ریز، دیواره محافظ یا پناهگاه باشد تا در صورت انفجار ناخواسته، آسیب‌های اطراف به حداقل برسد.
• آموزش کامل پرسنل اجرایی: افراد درگیر در این فرآیند باید آموزش تخصصی در زمینه کار با مواد منفجره، تحلیل خطر و مدیریت بحران دیده باشند. حضور افراد آموزش‌ ندیده در محل ممنوع است.
• استفاده از تجهیزات محافظتی فردی (PPE): شامل: لباس ضدآتش، عینک ایمنی، کلاه ایمنی، کفش ایمنی، محافظ گوش و دستکش‌های مقاوم است. تجهیزات باید مطابق استانداردهای بین‌المللی تهیه و پیش از استفاده بررسی شوند.
• کنترل شرایط آب‌وهوایی و محیطی: انجام جوش انفجاری در شرایط آب‌وهوایی نامناسب (باد شدید، رعد و برق، باران) می‌تواند باعث ایجاد خطر شود. رطوبت بالا نیز بر رفتار مواد منفجره تأثیر منفی دارد.
• دور نگه داشتن مواد اشتعال‌زا یا تجهیزات الکترونیکی غیرایمن: وجود گازها، حلال‌ها، یا تجهیزات جرقه‌زن در اطراف محل اجرای انفجار می‌تواند باعث اشتعال یا انفجار ناخواسته شود.
• بررسی دقیق ایمنی مدار انفجار و سیم‌کشی‌ها: مدارهای الکتریکی فعال‌کننده باید کاملاً کنترل‌شده، ایمن و از سیستم‌های ضد جرقه استفاده شود. بررسی چندباره قبل از انفجار الزامی است.

ایمنی از هر عامل فنی دیگر در این جوشکاری مهم‌تر است. چون برخلاف بسیاری از فرآیندهای صنعتی، این روش در صورت بروز خطا معمولاً فرصت اصلاح یا توقف ندارد. رعایت کامل پروتکل‌های ایمنی نه تنها از خطرات جانی جلوگیری می‌کند، بلکه موجب افزایش اعتماد به فرآیند، بهره‌وری و کاهش هزینه‌های احتمالی ناشی از حوادث خواهد شد.

انجام جوشکاری انفجاری در صنایع مختلف 

این جوشکاری روشی خاص برای اتصال فلزات است که با استفاده از انرژی حاصل از انفجار، دو فلز را بدون ذوب به‌هم متصل می‌کند. این روش برای اتصال فلزات غیرهمجنس مانند فولاد به آلومینیوم یا تیتانیوم به مس بسیار کاربردی است و در صنایعی مانند نفت و گاز، هوافضا و ساخت مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود.

از مهم‌ترین مزایای جوشکاری انفجاری می‌توان به: استحکام بالا، عدم ایجاد منطقه متاثر از حرارت و صرفه‌جویی در مواد گران‌ قیمت و… اشاره کرد. با این حال نیاز به مواد منفجره، محدودیت مکانی و ضرورت رعایت شدید نکات ایمنی از چالش‌های آن است.

موفقیت در این فرآیند به کنترل دقیق عواملی مانند: سرعت و زاویه برخورد، فاصله اولیه و آماده‌سازی سطح بستگی دارد. در نهایت جوشکاری انفجاری روشی کارآمد ولی تخصصی است که با رعایت نکات فنی و ایمنی می‌تواند نتایج صنعتی ارزشمندی ایجاد کند.

گردآوری توسط: فروشگاه ابزار آلات صنعتی ایران بور