ما هو الكسوة المتفجرة؟ Explosion Cladding..
الترابط الانفجاري أو الكسوة الانفجارية أو اللحام الانفجاري هي عملية لحام صناعية تعتمد على التقنية. وكما هو الحال مع أي عملية لحام أخرى، فهي تتوافق مع مبادئ موثوقة ومفهومة جيدًا. تستخدم العملية تفجيرًا انفجاريًا كمصدر للطاقة لإنتاج رابطة معدنية بين مكونات معدنية. ويمكن استخدامها لربط أي تركيبة معدنية تقريبًا، سواء تلك المتوافقة معدنيًا أو تلك المعروفة بأنها غير قابلة للحام من خلال العمليات التقليدية. وعلاوة على ذلك، يمكن لهذه العملية تغليف طبقة واحدة أو أكثر على وجه واحد أو وجهين من المعدن الأساسي، مع إمكانية أن تكون كل طبقة من نوع معدني أو سبيكة مختلفة.
تم اكتشاف عملية الكسوة الانفجارية في أواخر الخمسينيات. وبحلول نهاية الستينيات، تم تصنيع هذه العملية في جميع أنحاء العالم. وخلال ما يقرب من أربعين عامًا من التطبيق الصناعي، تم تحسين العملية باستمرار. وقد قام المصنعون ذوو الخبرة بتدوين التكنولوجيا وطريقة تحديد معلمات الترابط. وبالمقارنة بستينيات القرن العشرين، يمكن للمصنعين اليوم إنتاج ألواح أكبر بكثير، تصل إلى 30 مترًا مربعًا، وقد أتقنوا تركيبات المعادن الأكثر صعوبة بما في ذلك الكسوة بالزركونيوم على الفولاذ المقاوم للصدأ.
مصطلحات
- كما هو الحال مع عمليات اللحام الأخرى، فإن عملية الكسوة المتفجرة تطبق مصطلحات خاصة على العديد من متغيرات العملية.
- المعدن المغلف (يُسمى أيضًا بالغطاء المعدني) هو اللوحة التي تلامس المادة المتفجرة. وهو عادةً المكون الأرق.
- المعدن الأساسي هو اللوحة التي يتم ربط المعدن الكسوة عليها.
- مسافة التباعد هي المسافة الفاصلة بين المعدن الكسوي والمعدن الأساسي عند تثبيتهما بالتوازي مع بعضهما البعض قبل عملية الترابط.
- عملية التجميع هي العملية التي يتم فيها تثبيت المعادن في المواضع المناسبة للترابط، بما في ذلك ضبط مسافة التباعد والحمل المتفجر.
- عملية الترابط هي الفترة التي يحدث فيها التفجير المتفجر والتي يحدث فيها الترابط الفعلي.
الصورة (الصور) أعلاه مملوكة لـ.. www.nov.com
مبدأ
التحضير.. الخطوة الأولى في عملية الكسوة هي تحضير السطحين المراد لصقهما معًا. يتم طحن أو تلميع هذين السطحين لتحقيق سطح موحد مع خشونة Ra تبلغ 3 ميكرومتر
(140 RMS) أو أقل، اعتمادًا على تركيبة المعادن وسمكها.
التجميع.. يتم وضع صفيحة الكسوة بشكل موازٍ لصفيحة القاعدة وفوقها، على مسافة تباعد تم تحديدها مسبقًا لتركيبة المعادن المحددة التي يتم ربطها. يتم اختيار هذه المسافة لضمان اصطدام صفيحة الكسوة بصفيحة القاعدة بعد التسارع إلى سرعة تصادم محددة. تتراوح مسافة التباعد عادةً من 0.5 إلى 4 أضعاف سمك صفيحة الكسوة اعتمادًا على اختيار معلمات التأثير. يؤدي التسامح المحدود في سرعة الاصطدام إلى تحكم مماثل في التسامح في مسافة التباعد.
يتم التحكم في مسافة التباعد من خلال فواصل الدعم الموجودة على حواف اللوحة وداخليًا حسب الحاجة. تم تصميم أجهزة التباعد الداخلية بحيث يتم استهلاكها بواسطة النفاثة.
يتم وضع إطار احتواء متفجر حول حواف لوحة الكسوة المعدنية. يتم ضبط ارتفاع الإطار لاحتواء كمية معينة من المتفجرات مما يوفر إطلاقًا محددًا للطاقة لكل وحدة مساحة.
عملية الترابط.. يتم اختيار التركيبة المتفجرة ونوعها لإنتاج طاقة محددة ومعدل تفجير محدد (السرعة التي تنتقل بها جبهة التفجير عبر الطبقة المتفجرة). يجب أن يكون معدل التفجير أقل من سرعة الصوت بالنسبة للسرعات الصوتية للمعادن.
يتم توزيع المتفجرات، والتي تكون حبيبية بشكل عام، بشكل موحد على سطح لوحة الكسوة التي تملأ إطار الاحتواء. يتم إشعالها عند نقطة محددة مسبقًا على سطح اللوحة باستخدام معزز متفجر عالي السرعة. ينتقل التفجير بعيدًا عن نقطة البدء وعبر سطح اللوحة بمعدل تفجير محدد. يعمل تمدد الغاز الناتج عن التفجير المتفجر على تسريع لوحة الكسوة عبر فجوة التباعد مما يؤدي إلى تصادم زاوي بسرعة تصادم محددة. يخلق التأثير الناتج ضغوطًا موضعية عالية جدًا عند نقطة التصادم.
تنتقل هذه الضغوط بعيدًا عن نقطة الاصطدام بسرعة صوتية للمعادن. ونظرًا لأن الاصطدام يتحرك للأمام بسرعة دون سرعة الصوت، فإن الضغوط تتولد عند الأسطح المجاورة التي تقترب مباشرة، وهي كافية لتفتيت طبقة رقيقة من المعدن من كل سطح وقذفها بعيدًا في نفاثة. ويتم تجريد الملوثات السطحية والأكاسيد والشوائب في النفاثة. وعند نقطة الاصطدام، تصطدم الأسطح المعدنية النظيفة التي تم إنشاؤها حديثًا بضغوط عالية تبلغ عدة جيجاباسكال. وعلى الرغم من وجود قدر كبير من الحرارة المتولدة في التفجير المتفجر، إلا أنه لا يوجد وقت لنقل الحرارة إلى المعادن. والنتيجة هي رابطة معدنية مثالية بدون ذوبان أو انتشار.
تصنيع
تُستخدم عملية تغليف الانفجارات بشكل شائع للألواح المسطحة. ويمكن أيضًا استخدام هذه العملية في تصنيع الأنابيب والمواسير المترابطة بشكل مركزي. وفي تغليف الأنابيب، يمكن وضع المتفجرات داخل التجويف، أو على الجانب الخارجي للأنبوب الخارجي، اعتمادًا على الأقطار وسمك الجدار وعوامل أخرى. ولا تصلح هذه العملية لتغليف الأسطح المعقدة ذات الخطوط المحددة. وعندما تكون هناك حاجة إلى منتجات مشكلة، مثل الرؤوس، يتم إنتاج التغليف على شكل لوح مسطح وتشكيله في تكوين المنتج المطلوب بعد الترابط.
الكسوة والمعادن الأساسية
يوضح الرسم التوضيحي أعلاه مجموعة واسعة من التركيبات التي يمكن إجراؤها باستخدام الرابطة الانفجارية.
الأبعاد العالمية لألواح الكسوة
تقتصر الأبعاد العالمية للكسوة عادةً على توفر صفائح أو ألواح معدنية مسطحة وقيود النقل. وقد يكون الحد الأقصى لحجم اللوحة محدودًا أيضًا بحدود الانفجارات، مثل الضوضاء والقيود البيئية. ونادرًا ما يكون الحجم محدودًا بمعرفة الكسوة. يمكن عادةً إنتاج أحجام اللوحة القصوى التالية..
- الطول 12000 مم
- العرض 5000 مم
- سمك القاعدة 500 مم
- سمك الكسوة 25 ملم
- المساحة 35 متر مربع
التصنيع
يمكن تشكيل المعدن المغلف بسهولة ولحامه حسب الحاجة لبناء معدات العمليات. يتمتع العديد من مصنعي المعدات في جميع أنحاء العالم بخبرة واسعة ومعرفة في هذا المجال. إن تشكيل الرأس والقشرة ولحام الصفائح المغلفة معروف جيدًا لدى المصنعين المتخصصين في الصفائح المغلفة.
اعتبارات عامة
في العديد من التطبيقات، وخاصة بالنسبة لأوعية الضغط الكبيرة المصممة لدرجات الحرارة والضغط المرتفعين، يمكن أن يكون البناء الفولاذي المغطى بالتيتانيوم أو الزركونيوم اقتصاديًا للغاية مقارنة بالبناء الصلب. تكلفة التنتالوم مرتفعة للغاية لدرجة أن البناء المغطى هو البديل الاقتصادي الوحيد لمعظم معدات العمليات. أيضًا، لا يتم التعرف على التنتالوم على الأقل من قبل قانون ASME كمواد هيكلية، مما يحد من تطبيقه حتى لو كانت اقتصاديات البناء الصلب مواتية.
يجب أن يكون الكسوة أكثر اقتصادا من البناء الصلب حيث يزيد سمك الجدار عن 19 مم إلى 32 مم في التيتانيوم، و 16 مم إلى 19 مم في الزركونيوم.
بالنسبة للتيتانيوم أو الزركونيوم، عادة ما يتم تحديد سمك بطانة أدنى يبلغ 2.0 مم بناءً على القلق بشأن تلوث الحديد من مادة الدعم بسبب حرارة اللحام أو الاحتراق إذا كان اللحام مهملاً. من المؤكد أن استخدام بطانة أرق أمر ممكن مع اختيار عملية اللحام بعناية واختيار معلمات اللحام لتقليل الاختراق، ولكن التوفير في التكلفة ضئيل للغاية لدرجة أن هذه الممارسة توقفت إلى حد كبير.
يُستخدم التنتالوم عادةً بسمك 1.0 مم. ونظرًا للتكلفة العالية ودرجات حرارة الانصهار الأعلى، غالبًا ما يستخدم التانتالوم المغطى طبقة نحاسية بينية تعمل على نقل الحرارة وتقليل خطر تلوث اللحام حتى مع وجود بطانات رقيقة للغاية.
يصبح البناء المغطى أكثر تكلفة نسبيًا إذا كانت هناك تفاصيل أكثر مثل الفوهات والاختراقات التي تتطلب عمل تصنيع تفصيلي كبير. يمكن أن تكون تكلفة الكسوة منخفضة جدًا للأسطح الكبيرة غير المنقطعة.
قد يكون البناء الصلب أفضل حيث يوجد متطلب لسطح داخلي أملس نظرًا لأن التفاصيل العادية لبناء شرائح الخشب المكسوة تؤدي إلى سطح غير مستو.
مميزات البناء المغطى
- السبب الرئيسي للبناء المغطى هو الاقتصاد.
- ويسمح الكسوة أيضًا بتطبيق التيتانيوم أو الزركونيوم في درجات حرارة تتجاوز التصميم المسموح به في البناء.
عيوب البناء المغطى
- هناك ضعف بنيوي متأصل في اللحامات الشائكة المستخدمة لعمل الوصلات في البطانة نفسها. والعيب الأكبر هو أن فشل أحد هذه اللحامات يؤدي إلى إطلاق مركبات تآكلية في جميع أنحاء مادة الدعم. ويمكن أن يؤدي هذا إلى تآكل غير مكتشف. علاوة على ذلك، فإن الملوثات السائلة خلف البطانة تجعل الإصلاحات عالية الجودة صعبة للغاية إن لم تكن مستحيلة. والبطانات السائبة ليست مناسبة بشكل عام تحت الفراغ.
- يعتبر البناء المغلف معقدًا بطبيعته مقارنة بالبناء الصلب، وخاصة في الهياكل ذات الفوهات العديدة أو المرفقات أو الأجزاء الداخلية المعقدة.
- على الأقل في حالة التيتانيوم، قد تكون المعدات المكسوة أثقل من البناء الصلب، مما قد يزيد من تكلفة الأساسات والدعامات، وقد يكون هذا الأمر موضع اعتبار في بعض التطبيقات الحرجة للوزن على المنصات البحرية، على سبيل المثال.
- قد يتطلب الجزء الخارجي من السفينة المكسوة الطلاء واللمسات الفنية بالإضافة إلى الصيانة المستمرة لنظام الطلاء.
المراجع (جزئيًا).. شركة ديناميك ماتيريالز وشركة تيتانيوم فابريكيشن
وعاء ضغط كبير مغطى بالتيتانيوم