¿Qué es el revestimiento por explosión o el proceso de soldadura por explosión?

La unión por explosión o el revestimiento por explosión o la soldadura por explosión es un proceso de soldadura por depósito de superficie. El proceso utiliza una detonación explosiva como fuente de energía para producir un enlace metalúrgico entre dos materiales colocados uno sobre el otro en paralelo. Teóricamente, se puede utilizar para unir prácticamente cualquier combinación de materiales, teniendo incompatibilidades metalúrgicas y aquellas que se conocen como no soldables por otros procesos de soldadura convencionales. Además, este proceso puede revestir una o más capas sobre una o ambas caras de un metal base, con el potencial de que cada una sea de un tipo de metal o aleación diferente.

Principio de soldadura / revestimiento por explosión

  1. Preparación:  El primer paso de la operación de revestimiento explosivo es la preparación de las dos superficies que se van a unir. Estas superficies se esmerilan o se pulen para obtener un acabado de superficie uniforme en todas partes con un valor de rugosidad de Ra 3 µm (140 RMS) o menos para lograr la cercanía de los dos materiales, dependiendo de la combinación y el grosor de los metales.

2. Configuración:  La placa de revestimiento se coloca en paralelo y sobre el material del sustrato o la placa base como se muestra en la figura siguiente, a una distancia de separación (espacio entre placas) que se ha predeterminado para la combinación de metales específicos que se va a unir. Esta distancia se selecciona para asegurar que la placa de revestimiento choque con la placa base después de acelerar a una velocidad de colisión específica. La distancia de separación varía típicamente de 0,5 a 4 veces el espesor de la hoja de revestimiento dependiendo de la elección de los parámetros de impacto. La tolerancia limitada en la velocidad de colisión da como resultado un control de tolerancia similar de la distancia de separación.

La distancia de separación se controla mediante espaciadores de soporte en los bordes de la placa e internamente según sea necesario. Los dispositivos de separación internos están diseñados para ser consumidos por el jet.

Se coloca un marco de contención de explosivos alrededor de los bordes de la placa de metal de revestimiento. La altura del marco está configurada para contener una cantidad específica de explosivo que proporciona una liberación de energía específica por unidad de área.

3. Operación de unión:  la composición y el tipo de explosivo se seleccionan para producir una liberación de energía específica y una tasa de detonación específica (la velocidad a la que el frente de detonación viaja a través de la capa explosiva). La tasa de detonación debe ser subsónica a las velocidades acústicas de los metales.

El explosivo, que generalmente es granular, se distribuye uniformemente sobre la superficie de la placa de revestimiento que llena el marco de contención. Se enciende en un punto predeterminado en la superficie de la placa utilizando un propulsor explosivo de alta velocidad. La detonación se aleja del punto de inicio y atraviesa la superficie de la placa a la velocidad de detonación especificada. La expansión del gas de la detonación explosiva acelera la placa de revestimiento a través del espacio de separación, lo que resulta en una colisión angular a la velocidad de colisión especificada. El impacto resultante crea presiones muy localizadas en el punto de colisión.

Estas presiones se alejan del punto de colisión a la velocidad acústica de los metales. Dado que la colisión avanza a una velocidad subsónica, se crean presiones en las superficies adyacentes que se acercan inmediatamente, que son suficientes para desprender una capa delgada de metal de cada superficie y expulsarla en un chorro. Los contaminantes, óxidos e impurezas de la superficie se eliminan en el chorro. En el punto de colisión, las superficies metálicas limpias recién creadas impactan a altas presiones de varios GPa. Aunque se genera mucho calor en la detonación explosiva, no hay tiempo para la transferencia de calor a los metales. El resultado es una unión metal-metal ideal sin fusión ni difusión.

Tipos y combinaciones de materiales soldados con soldadura por explosión

El proceso de soldadura explosiva se puede utilizar para unir una variedad de materiales independientemente de la gran diferencia entre ellos. Por ejemplo, con soldadura explosiva, el aluminio se puede unir al acero al carbono o al acero inoxidable. Esta combinación no es posible lograr con el proceso de soldadura convencional.

Como puede notar, en las imágenes de arriba, donde el color naranja representa el material del sustrato y el color azul representa los diversos compuestos químicos o materiales del revestimiento que se pueden unir con el proceso de soldadura explosiva.

Metalurgia del revestimiento explosivo

El revestimiento explosivo funciona según el principio de unión de estado vendido donde se aplica una gran fuerza externa para unir dos materiales. Las piezas unidas explosivas exhiben una alta fuerza de unión, uniones uniformes y un espesor de revestimiento uniforme. A continuación, la micrografía muestra la apariencia visual del material de aluminio unido explosivamente sobre un sustrato de acero al carbono como placa.

Dimensiones estándar de las láminas de revestimiento en el mercado.

El tamaño de las placas revestidas normalmente está limitado solo por la disponibilidad de la placa o placa de metal de componente plano y las limitaciones de transporte. El tamaño máximo de la placa también puede estar limitado por límites de detonación explosiva, como el ruido y las limitaciones ambientales. Normalmente se pueden producir los siguientes tamaños máximos de placa:

  • Longitud 12000 mm
  • Ancho 5000 mm
  • Espesor base 500 mm
  • Espesor de revestimiento 25 mm
  • Superficie 35 m²

Soldadura de placas revestidas

Las láminas o placas revestidas se forman y sueldan fácilmente en las industrias. Se utilizan ampliamente para fabricar equipos de proceso. En el campo del petróleo y el gas, los equipos estáticos, como columnas, recipientes y cabezales de intercambiadores, se fabrican con placas revestidas junto con aplicaciones de superposición de soldadura convencionales. El material revestido se comporta de manera similar a un material similar en términos de soldabilidad sin ninguna preocupación.