جوشکاری فلزها، جوشکاری ذوبی و بویژه جوشکاری برق و جوشکاری گاز را در ذهن تداعی میکند. هر چند فرآیندهای جوشکاریاصلی که در سه یا چهار هزاره ی اخیر استفاده شده اند، از قبیل جوشکاری فشاری سرد فلزهای نرم یا جوشکاری پتکه ای، فرآیندهای حالت جامد هستند. اگرچه در طی این سده، فرآیندهای دیگر جوشکاری حالت جامد از قبیل جوشکاری اصطکاکی، جوشکاری فراصوتی و … بوجود آمده اند، اما از آخرین فرآیندهای کشف شده، جوشکاری انفجاری Explosive Welding بوده است.

گرچه جوشکاری انفجاری (Explosive Welding) در قرن حاضر روشی شناخته شده است، اما روش تداول جوشکاری که هم اکنون برای اتصال قطعات مختلف به کار می روند، از سه هزار سال پیش از میلاد شناخته شده بودند. تا قرن نوزدهم تنها روش اتصال قطعات به یکدیگر، روش فورجینگ (آهنگری) بود تا اینکه با پیدایش باطریهای الکتریکی، ژنراتورها و استفاده از اکسیژن و استیلن، فرایند جوشکاری به روش ذوبی اختراع شد و تاکنون با ابداع روشهای نوین جوشکاری پیشرفتهای زیادی در این زمینه صورت گرفته است که از آن جمله میتوان به جوشکاری قوسی با فلاکس محافظ، جوشکاری با پرتو الکترونها و جوشکاری با لیزر اشاره کرد.
جوشکاری انفجاری بعد از جنگ جهانی اول مورد توجه قرار گرفت. در طول این جنگ، مشاهده شد تکه هایی که از متلاشی شدن پوشش فلزی گلوله های توپ یا بمب، با سرعت خیلی زیاد رها میشدند، در تیرهای فولادی و دیگر سطوح فلزی فرو میرفتند، اما در آن زمان هیچ برخورد علمی با این موضوع نشد. اولین کسی که جوشکاری تحت سرعت بالای برخورد را مورد توجه قرارداد کارل بود. او در آزمایشهای خود، دو نیمه برنج سخت که توسط مواد منفجره و تحت سرعت بالا به یکدیگر برخورد کرده بودند را مورد بررسی قرارداد و متوجه شد که این اتصال بر اثر ذوب به وجود نیامده است بلکه توسط مکانیزم جوش در فاز جامد تشکیل شده است و عامل اتصال دو قطعه، ایجاد موج در سطح مشترک آنها بوده است.

جوشکاری، یکی از تکنیکهای اصلی اتصال مواد به یکدیگر است. تحلیل علمی و فنی جوشکاری با تکیه بر فرایندهای مختلف آن و بویژه در مورد قطعات فولادی، یکی از مسائل اصلی است که در راستای طراحی اتصالات و با زمینه های کاربردی فراوان، میتواند همواره مورد توجه قرار گیرد. برای جوشکاری و اتصال دو فلز، باید آنها را آنقدر به یکدیگر نزدیک کرد تا فاصله آنها کمتر یا برابر با فاصله تعادل بین اتمی شود (کمتر از ۱۰ آنگسترون ). برای تحقق این امر سطوح باید از هرگونه اکسید یا قشر مواد خارجی، پاکیزه شود که چنین درجه ای از  پاکیزگی از طرق متداول مکانیکی و شیمیایی میسر نیست .
در روشهای مختلف جوش ذوبی، ذوب نسبی اجزا در ناحیه ای مشترک رخ میدهد، مواد زاید به سطح مذاب رانده شده و در فرایند انجماد، اتصال متالوژیکی بین اجزا تحقق مییابد. جوشکاری انفجاری (EXW)، نوعی جوشکاری حالت جامد است که در آن، از انفجار ماده منفجره کنترل شده استفاده میشود تا دو فلز در فشار بالا به هم متصل شوند. سیستم مرکب حاصل در واقع یک اتصال متالوژیکی پایدار است. اولین مشاهدات این روش طی جنگ اول جهانی و هنگامی دیده شد که ترکشهای بمب های منفجر شده، به مواد فلزی اصابت کرده و به آنها جوش میخورند. در آن زمان، مشاهده شد که این ترکشها را پس از سرد شدن، نمیتوان براحتی جدا کرد.

جوشکاری انفجاری (EXW)، تحت اثر ضربه مایل با سرعت بالا، تحقق می پذیرد و مکانیسم اساسی آن مبتنی بر پایه اتصال مولکولی است. تنظیم اولیه برای انجام جوشکاری در (شکل ۱) نشان داده شده است. در این شکل، صفحه بالایی موسوم به صفحه پرنده تحت زاویه نسبت به صفحه زیرین موسوم به صفحه ساکن، توسط یک لایه ضربه گیر محفاظت می شود. یک لایه از ماده منفجره به صورت ورقهای و یا پودری، روی صفحه فلزی بالایی قرار میگیرد .چاشنی در انتهای پایینی عمل میکند و باعث میشود صفحه فلزی بالا با سرعت زیاد به سطح صفحه فلزی زیرین که بر روی سندان قرار دارد، چسبیده شود. شکل۲  لحظه پس از انفجار را نشان میدهد. در شکل ۳نیز به صورت ۳ بعدی، لحظه انفجار نشان داده شده است.

پدیده جت برای تشکیل اتصال، امری ضروری است و تحقق آن تحت شرایطی خاص در ارتباط با سرعت صفحه فوقانی و زاویه برخورد، امکانپذیر می شود. لایه ای جهنده متشکل از ذرات مسطح دو فلز، تشکیل شده و به موازات رانده شدن آن از سیستم، دو صفحه در هم فشرده می شوند و اتصال در فاز جامد در طول فصل مشترک آنها به وجود می آید. قشری از سطح دو صفحه پرنده و ساکن که معمولا محل تجمع اکسیدها و مواد ناخالصی دیگر است، جدا شده و در همسایگی نقطه Q که در آن، فشار فوق العاده ای حضور دارد، دو صفحه عاری از اکسیدها و مواد ناخالصی به یکدیگر ملحق می شوند و به این ترتیب، جوش تشکیل و توسعه مییابد. با توجه به (شکل ۴)وجود حالت موجی در فصل مشترک صفحات پس از جوشکاری انفجاری با تهیه نمونه متالوگرافی و بررسی میکروسکوپی به سهولت قابل مشاهده است (شکل ۵) وجود حالت موجی در فصل مشترک، معرف استحکام اتصال است که مکانیسم تنشهای موجی (موجهای تنش) را میتوان عامل تشکیل آن دانست.
پس از جوش، دو فلز در هم فشرده شده و اتصال در فاز جامد، در طول فصل مشترک به وجود می آید.

از جوشکاری انفجاری، در اصل برای اتصال ورقه های فلزی مقاوم در برابر خوردگی، به ورقهای ضخیم و سنگینتر فلز پایه (عملیات روکشدهی) بویژه در مواردی که سطوح تماس وسیع باشند، استفاده می شود. نتیجه عمل، جوش دمای پایین است که در آن، آرایش سطوح تماس به شکل یک سری موجهای متداخل و متصل به هم خواهد بود (شکل ۵ استحکام این اتصال بسیار زیاد است و صفحاتی را که با این روش روکش داده شده اند، میتوان تحت دیگر فرایندهای مختلف شامل کاهش ضخامت به وسیله نورد، قرار داد. از آنجا که این روش نوعی فرایند جوشکاری حالت جامد است، زوج های بسیار متنوعی از فلزات غیرهمجنس را براحتی میتوان به یکدیگر متصل کرد.

الف – وقوع انفجار
ب – تغییر شکل و شتاب یافتن صفحه پرنده
پ – برخورد بین صفحات پرنده و ساکن

الف – سرعت ضربه یا سرعت برخورد لوله پرنده Vp
ب – سرعت پیشروی نقطه برخورد Vw
ج – سرعت دتونیشن ماده منفجره VD
پ – زاویه دینامیکی برخورد ß
ه- انرژی ضربه IE

محاسبه سرعت لوله پرنده به روش تحلیلی بسیار مشکل بوده و به همین جهت تاکنون معادلات متعدد تجربی و نیمه تجربی برای محاسبه آن ارایه شده است. شاید پر کاربرد ترین آنها (معادلات گرنی) باشد که استفاده از آن، مستلزم انجام فرضیات زیر است:

پارامتر R که برابر نسبت به جرم ماده منفجره به جرم صفحه یا لوله پرنده است و انرژی گرنی، بصورت زیر محاسبه می شود

سرعت پیشروی نقطه برخورد

مشاهده می شود که در چیدمان موازی (۰=α) این سرعت برابر سرعت انفجار (Vw=VD) خواهد بود.

چنانچه زاویه بر خورد دینامیکی دو فلز از مقدار حداقلی کمتر باشد امکان تشکیل جت در نقطه برخورد وجود نداشته ودر نتیجه جوش تشکیل نخواهد شد از آنجا که سرعت دتونشین یک ماده محسوب می گردد مقدار بحرانی در یک چیدمان موازی تابعی از سرعت نقطه برخورد خواهد بود بیشتر محققین زاویه دینامیکی مناسب را برای بدست اوردن سطح مشترک مطلوب در محدوده پیشنهاد نموده اند.

۱-سرعت کافی ضربه برای ایجاد فشار مورد نیاز، (حداقل ۰۱برابر تنش تسلیم استاتیکی جزء قویتر اتصال)
۲-افزایش زاویه برخورد از یک مقدار حداقل که با کمک فشارضربه باعث تشکیل جت می شود.

سرعت ضربه و زاویه برخورد با یکدیگر تعیین کننده سرعت نقطه برخورد است که برای ارضای شرط دو باید کمتر از سرعت صوت باشند. با تحقق دو شرط فوق، مقاومت اتصال بین دو فلز به دو عامل زیر بستگی دارد :

الف) بزرگی سرعت ضربه و زاویه برخورد ( که خود به پارامترهایی نظیر : سرعت انفجار، ضخامت و شکل خرج، ضخامت ضربه گیر و جسم پرنده، فاصله توقف و زاویه استاتیکی بستگی دارد).
ب) میزان صافی سطوح برخورد کننده که اثر آن تسهیل در ستردن لایه اکسید و دیگر آلاینده ها از روی سطح فلزها و تشکیل جت است. بیشتر پارامترهای جوشکاری انفجاری به نحوی به یکدیگر وابسته بوده یا دارای آثار مهم ثانویه هستند.

انرژی ضربه یا انرژی برخورد، از رابطه زیر قابل محاسبه است :
که در این رابطه m معرف جرم لوله و ضربه گیر بر واحد طول و d قطر متوسط لوله در حین برخورد است. انرژی برخورد لازم برای تشکیل جوش، به پارامترهائی چون انرژی کرنشی و مقاومت تسلیم دینامیکی فلز پرنده وابسته است. بدیهی است، برای اینکه انرژی برخورد برای تشکیل جوش کافی باشد، باید حداقلی از فشار ضربه ای تأمین گردد .همچنین حد بالائی برای انرژی ضربه ای وجود دارد که در صورت تجاوز از آن، اتلاف بالای انرژی مکانیکی باعث افزایش حرارت موضعی و تشکیل فاز مذاب می گردد. این فاز مذاب، پس از انجماد لایه ای ترد را شکیل داده و باعث کاهش استحکام مکانیکی جوش خواهد شد.

کیفیت جوش انفجاری وابسته به ماهیت فصل مشترک و اثرات انفجار بر روی خواص اجزای فلزی می باشد. تاثیرات جوش بر روی خواص فلزی نظیر استحکام، سختی و شکل پذیری را می توان به وسیله مقایسه نتایج تست های کشش، ضربه، خمکاری و خستگی جوش و مواد جوشکاری شده مشخص کرد. کیفیت پیوند جوش با تست های مخرب و غیر مخرب قابل تشخیص است. این تست ها می بایست منعکس کننده شرایط دوام جوش در طول سرویس دهی باشند.

برای ساخت این لوله دو جداره از روش انفجار به خارج استفاده شده است در این روش موج شوک تولید شده از انفجار باعث تغییر شکل پلاستیک و شتاب گرفتن لوله پرنده در گذر از فاصله توقف می شود که برخورد آن به لوله مبنا باعث تشکیل لایه ای بسیار نازک از مذاب (در حد چند لایه اتمی ) در سطح مشترک دو فلز شده که بیشتر آن به سبب تشکیل جت از سیستم بیرون ریخته می شود سپس فشار بالای بین دو فلز باعث ایجاد فصل مشترک موجی بین دو فلز می شود.

از آنجا که تشکیل جت از ذرات سطح دو صفحه، برای تشکیل ضروری است، زاویه ß باید از حد مینیمم تجاوز کند.
سرعت صفحه پرنده VPو سرعت نقطه برخورد Vc باید کوچکتر از سرعت صوت در اجزای اتصال باشد .
به حداقل فشار ضربه لازم تا انرژی کافی برای ایجاد اتصال فراهم آید. البته این انرژی نباید از مقدار بحرانی تجاوز کند زیرا در غیر این صورت، زمینه تشکیل نواحی مذاب را فراهم خواهد کرد .
باید فاصلهای مناسب را بین صفحات در نظر گرفت تا صفحه پرنده، شتاب یافته و سرعت ضربه مورد نیاز تامین شود.

جدول ۱ فلزاتی که توانایی جوشکاری انفجاری را دارند نشان میدهد.

مقدار ماده منفجره و جنس آن در تعیین کیفیت جوش، تاثیری بسزا دارد. اگر مقدار ماده منفجره از مقداری بحرانی کمتر باشد، سطوح جوش به دست آمده به صورت تخت بوده و جوشی با مقاومت پایین به دست می آید. در صورت استفاده از مقدار مواد بیشتر از مقدار بحرانی، سطوح جوش در هم فرو رفته و شکل موج مانند به خود میگیرند و استحکام جوش بالا میرود. اگر مقدار مواد منفجره بیش از اندازه باشد، سرعت انفجار بیش از ۱۲۰ درصد سرعت صوت در فلزات شده و امکان ذوب سطوح تماس پیش می آید. البته این حالت در مواقعی باعث افزایش مقاومت جوش می شود، مثال آلیاژ تیتانیم به فولاد ضدزنگ ۳۱۴ (stainless steel 304) مقاومت برشی تا Mpa 480 افزایش می یابد.

تیری نیترو تولوئن یا TNTمهم ترین ماده ی منفجره ی شیمیایی نظامی است . TNTیک ماده ی بلورین دارای رنگ زرد کم رنگ است که می تواند بدون هیچ گونه خطری ذوب شود و در خرج های گلوله های توپ و بمب ها ریخته شود. معمولاً TNTبا دیگر مواد منفجره ترکیب می شود.
این ماده بوسیله ی اثر دادن تولوئن (یک ماده ی شیمیایی که از پالایش نفت خام یا قطران ذغال سنگ بدست می آید). بر ترکیبی از نیتریک اسید و سولفوریک اسید بدست می آید.

نیتروگلیسیرین یک مایع چرب و زردرنگ است که بر اثر ترکیب گلیسیرون با نیتریک اسید و سولفوریک اسید بدست می آید. این ماده ، ماده منفجره ی به شدت قدرتمندی است و به ضربه به شدت حساس می باشد و به همین دلیل استفاده از آن خطرناک است. این ماده تقریباً همیشه با مواد پایدارتری ترکیب می شود.

دینامیت ماده ی منفجره ای است که بوسیله ی ترکیب نیتروگلیسرین با ماده ی جاذب دیگری (همانند خمیر چوب) و دیگر ابزار سازنده ( همانند آمونیوم نیترات و سدیم نیترات) ساخته می شود. دینامیت نسبتاً برای استفاده ایمن می باشد و مدت ها مهم ترین ماده ی منفجره برای انجام انفجار بود. هم اکنون دینامیت با مواد ارزان تر و دارای حساسیت کمتری که عمدتاً ترکیبات آمونیوم نیترات هستند، جایگزین شده است.

به طور گسترده جهت تعیین یکپارچگی و بی عیبی اتصال جوش انفجاری به کار می رود. این تست به کمک کوبش یک قلم بر سطح فصل مشترک ودر امتداد آن انجام می گیرد. توانایی فصل مشترک در مقاومت به انفصال در برابر نیروی اعمالی، میزان استحکام فصل مشترک را نشان می دهد.

یک تست کشش RAM ویژه یا گسیختگی حلقه ای می تواند به منظور ارزیابی استحکام کششی جوش های انفجاری مورد استفاده قرار گیرد. همانگونه که در نشان داده شده است نمونه به نحوی طراحی شده است که تابعی از فصل مشترک جوش نسبت به بارگذاری کششی باشد. ناحیه مقطع عرضی نمونه بین قطر های خارجی و داخلی به صورت حلقوی است.

نوعی رم یا پیکر بندی نمونه تست گسیختگی حلقه ای.

نمونه دارای محدوده کوچکی از طول است که به منظور ایجاد شکست به طور آنی در فصل مشترک جوش یا ناحیه مجاور انتخاب شده است. چنانچه شکست در یکی از نواحی فلز پایه رخ دهد آزمایش نشان می دهد که جوش قوی تر از فلز پایه است.
تست به واسطه جایگذاری نمونه روی بلوک پایه یا رم در سوراخ هدایت می شود، در ادامه یک نیروی مقایسه ای در طول رم و پایه اعمال می شود. نیرو در لحظه شکست ثبت می شود

متالوگرافی می تواند اطلاعات مفیدی درباره کیفیت جوش های انفجاری ارائه می دهد. نمونه متالوگرافی باید به نحوی انتخاب شودکه فصل مشترک بتواند روی سطح موازی با جهت انفجار و عمود بر سطح قطعه جوشکاری شده مورد آزمایش قرار بگیرد. یک الگوی موجی شکل گرفته معمولا نشان دهنده یک جوش خوب است. بسته به ترکیب مواد مورد ارزیابی، شدت و فرکانس موج می تواند تا حدی بدون تاثیر قابل توجه روی استحکام جوش تغییر کند. حباب های کوچک و مجزا ذوب ناشی از جریان گردابی جت معمولا برای کیفیت جوش زیان آور نیستند. حباب های ذوبی بزرگ شامل حفرات یا حتی میکرو ترک ها در ناحیه گردابی نشان می دهند که زاویه برخورد و انرژی بیش از حد بالا بوده و چنین جوشی یک جوش ضعیف محسوب می شود. نمونه آزمایش متالوگرافی می بایست از یک ناحیه انتخاب شود که بر کل جوش دلالت داشته باشد. لذا لبه های قطعه ممکن است به همین دلیل برای انجام آزمایش مناسب نباشد.

این تست برای تعیین مقاومت برشی جوش به کار می رود. پیکر بندی نمونه تست در شکل نشان داده شده است. طول ناحیه برش (d) می بایست به نحوی انتخاب شود که تنها خمش اندکی یا هیچ گونه خمشی در دیگر قسمت ها رخ ندهد. شکست نمونه تست می بایست به واسطه برش، به موازات خط جوش رخ دهد. چنانچه شکست در فلز پایه اتفاق بیفتد استحکام برشی جوش به طور مشهودی بزرگتر از استحکام فلز پایه است. در هر صورت نتایج تنها برای مقایسه با استفاده از یک نمونه تست مشترک مورد استفاده قرار می گیرد.

۱- یکی از روشهای روکش با استفاده از فرایند جوشکاری انفجاری است که در صنعت رشد روزافزون داشته است .جلوگیری از خوردگی و بهبود کیفیت، انتقال حرارت، افزایش مقاومت در برابر تنشها، بهبود خواص الکتریکی و… از ویژگیهای فرایند یاد شده است. این فرایند در شکل ۱۳ به صورت شماتیک ۶مرحلهای نشان داده شده است:

۳- اتصال فلزات غیرهمسان آلومینیم به استیل، مس به فولاد زنگ نزن stainless Steel همبستگی از آهن و کربن و کروم و منگنز با درصدهای ۹۰ و ۰٫۵ و ۸ و ،۰٫۵ نقطه ذوب ۱۵۱۰ و چگالی ۷/۷۴ ) تنگستن به استیل و جوشکاری فلزات آهن – مس، تیتانیم – آلومینیم، فولاد نزن زنگ – اینکون: (Inconel همبستگی از نیکل و آهن و کروم با درصدهای ۸۰ و ۶ و ۱۴ که دارای قدرت زیادی در دماهای بالا میباشد،) آلومینیم – آهن و غیره

مزایا

استفاده از نیروی حاصل از انفجار، امکان می دهد که بر محدودیت های روشهای متداول جوشکاری فائق آمده و بدون نیاز به تجهیزاتی ویژه، برای برخی معضلات صنایع شیمیایی، صنایع هوا و فضا و صنایع کشتی سازی، راه حل هایی مناسب بیابیم .