Sự va ñập của các tấm kim loại hàn khi thực hiện theo một trong các sơñồ nổ nói trên có ñi kèm lượng biến dạng dẻo rất lớn, làm xuất hiện sự nung nóng ñẳng nhiệt cục bộ các bề mặt tiếp xúc khi hàn nổ, kết quả quá trình ñó là hình thành ñược liên kết kim loại [10]. Khi ñó, ñể nhận ñược liên kết bền vững, cần thiết phải ñảm bảo sao cho thời gian tác dụng trong mối hàn áp lực dương lớn hơn thời gian kết tinh lại của hỗn hợp các kim loại hàn và kim loại nền nóng chảy [17]. Mối hàn nổ kim loại thường có biên dạng sóng, thỉnh thoảng có các tạp chất kim loại nóng chảy và kết tinh phân bố trên ñỉnh sóng, mà theo cách gọi của các nhà nghiên cứu khác nhau: “vùng trộn” (A. A. Deribas) [13], “vùng rối” (Crosland) [18], “vùng nóng chảy” (I. D. Zakharenko) hoặc “vùng chảy” (V. V. Señưckh) [16].
a) b)
Hình 2.2. Hình dạng liên kết kim loại giữa hai lớp hàn nổ
Trong công trình [17]ñề xuất sơñồ hình thành bề mặt sóng khi hàn tốc ñộ cao bằng năng lượng nổ (hình 2.3).
a) b) c)
d) e) f)
g) h) i)
Hình 2.3. Sơñồ hình thành bề mặt sóng liên kết khi hàn nổ các kim loại khác nhau [17].
Rõ ràng là các phía của ñỉnh và chân sóng liên kết theo hướng lan truyền sóng va ñập, hình thành bởi tia kim loại cục bộ, ñược hấp thụ bởi vật liệu tấm kim loại hàn (tấm trên), còn ở phía sau sóng va ñập là vật liệu tấm kim loại nền
(tấm dưới). Toàn bộ khối lượng kim loại bịñẩy ra khi hàn nổ bị cuốn vào tia kim loại cục bộ, vì phần lớn của nó cuốn vào các vòng xoáy từ phía sau ñỉnh sóng liên kết, nơi có hỗn hợp cơ học của các hạt rất mịn từ bề mặt hai tấm kim loại hàn. Thông thường sự nóng chảy nhờ chuyển biến ñộng năng của tia kim loại cục bộ thành nhiệt năng các vùng có kim loại nóng chảy tại ñiểm va ñập khi hàn nổ ñược làm nguội nhanh bởi sự tản nhiệt của nó, ñiều này dẫn ñến sự hình thành các vùng kết tinh trên ñỉnh sóng liên kết. Nếu như các ñoạn kết tinh ñó không lớn và phân bố cách biệt so với nhau thì chúng ít gây ảnh hưởng tới chất lượng liên kết kim loại hai lớp bimetal. Nếu khi hàn nổ có tia kim loại cục bộ có cường ñộ cực cao thì toàn bộ bề mặt liên kết hai lớp kim loại bimetal bị phủ bởi một lớp vật liệu nóng chảy.
Lý thuyết về sự hình thành sóng liên kết và làm sạch bề mặt hai tấm kim loại hàn nổ ñầy ñủ hơn cả ñã ñược các nhà nghiên cứu như Crosland và Wiliam ñề xuất [14]. Dựa trên cơ sở hàng loạt các nghiên cứu hàn nổ, trong công trình [12] ñưa ra kết luận rằng: ðể hình thành ñược sóng liên kết cần phải có sự kích hoạt ñủ mạnh ban ñầu khi hàn nổ và việc tạo thành sóng liên kết không phải là sự xuất hiện của trạng thái không bền vững nào ñó, mà xẩy ra do quá trình tự dao ñộng cùng với kích hoạt cứng sóng kiên kết và tại vùng lân cận xung quanh ñiểm va ñập là ảnh ñồ của nó.
Bằng thực nghiệm, người ta ñã chứng minh rằng: ñiểm bắt ñầu kích hoạt sóng liên kết là sóng phản xung va ñập theo bề mặt tự do của tấm kim loại hàn và ñuổi theo sau ñiểm tiếp xúc va ñập khi hàn nổ. Việc làm sạch bề mặt tiếp xúc hai tấm kim loại hàn nổ ñược gắn kết với hiện tượng dòng khối lượng kim loại trước ñiểm tiếp xúc va ñập, có thể ñược quan sát thấy ở dạng dòng chảy ngược khi hàn nổ với góc va ñập lớn, cũng như ở dạng ñám mây của các hạt mịn kim loại khi góc va ñập nhỏ [17]. Trong trường hợp này, sự có mặt của dòng chảy kim loại dẫn ñến liên kết hai lớp không có biên dạng
sóng, còn sự có mặt của ñám mây các hạt kim loại – dẫn ñến liên kết có biên dạng sóng. Cũng trong công trình này, tác giả ñã nhấn mạnh rằng ở các góc va ñập nhỏ chiều dày của dòng tia kim loại cục bộ so sánh ñược với chiều cao của ñộ nhấp nhô bề mặt, do vậy, không nên chờñợi có chuyển ñộng ổn ñịnh trên khoảng cách lớn của dòng tia kim loại cục bộ bởi vì các nhấp nhô bề mặt làm phá huỷ nhanh chóng dòng kim loại ñó. Trong công trình [18] bằng thực nghiệm ñã nhận ñược quan hệ giữa bước sóng (λ) và các thông số va ñập trong trường hợp tấm kim loại hàn có chiều dày nhỏ hơn nhiều so với chiều dày tấm kim loại nền:
λ = 26.δ1. [sin (γ / 2)]2 (2.1) trong ñó: δ1 – chiều dày tấm kim loại hàn (tấm trên).
Mối tương quan này cũng ñược các nhà nghiên cứu Gordopolov Yu. A. và Dremin A. N. [13]. Trên cơ sở lý thuyết sóng mao dẫn trên biên giới phân cách hai lớp chất lỏng có chiều sâu vô hạn, các nhà nghiên cứu trên ñã ñề xuất sự phụ thuộc của bước sóng vào tốc ñộ nhóm tương tự như biểu thức (2.1):
λ / δ1 = A. [sin (r / 2)]2 (2.2) và ñưa ra kết luận về ảnh hưởng có thể của sức căng bề mặt kim loại ở trạng thái không bình thường các lớp bề mặt của chúng trong ñiều kiện va ñập tốc ñộ cao ñến quá trình hình thành liên kết dạng sóng.
Ta ñã biết rằng: Bước sóng có thể thay ñổi tuỳ thuộc vào ñường ñi qua ñiểm tiếp xúc va ñập, tốc ñộ nổ của thuốc nổ sử dụng và khe hở ban ñầu giữa hai tấm kim loại hàn [10, 11]. Các thông số sóng liên kết hai lớp kim loại có thể thay ñổi ñáng kể tuỳ thuộc vào cấu hình tế vi của các bề mặt hàn với nhau khi hàn nổ: Bề mặt gia công thô sẽ tạo ra hình thành sóng liên kết trong vùng mối hàn rất ñáng kể, còn gia công bề mặt tinh – dẫn ñến giảm các thông số sóng liên kết và giảm số lượng các chất nóng chảy trong mối hàn nổ [16]. Nguyên nhân của các hiện tượng này chưa ñược nghiên cứu kỹ, nhưng ñã có
ñề xuất quan hệ sau ñây trong hệ các thông số không thứ nguyên [17]:
λ / δ1 = A.lg (RZ / c + B. lg (RZ / δC) + C (2.3) trong ñó: A, B, C – các hệ số thực nghiệm;
RZ - ðộ nhấp nhô bề mặt các tấm kim loại hàn, µm; δC – Chiều dày dòng tia kim loại cục bộ.