Вы находитесь: Главная » Технология

Технологические операции изготовления биметалла

  

Фото 1. Резка листа (газовая, плазменная)
Фото 2. Очистка от окалины
Фото 3. Сборка пакетов на полигоне
Фото 4. Детонация (процесс сварки)
Фото 5. УЗК, механические испытания и последующие технологические операции

Технология сварки взрывом

  

Сварка взрывом относится к разновидности сварки давлением, и представляет собой процесс образования соединения соударяющихся металлических тел, разгоняемых продуктами детонации взрывчатого вещества.

Достоинства сварки взрывом, которые характеризуют ее как конкурентоспособный способ соединения разнородных металлов, заключаются в следующем:

  • Высокопроизводительный и экономичный процесс, позволяющий получать соединения разнородных металлов и сплавов с прочностью на уровне прочности основных металлов (сталь + титан, сталь + алюминий, алюминий + медь и т.д.).
  • Сварка взрывом может осуществляться на больших площадях, ограничиваемых только размерами используемых листов.
  • Толщина плакирующего слоя может изменяться в широких пределах (от 0,05 до 30 мм).

Схема сварки взрывом. На опоре 5  располагают основную пластину 4, над которой с определенным зазором h устанавливают метаемую пластину 3. На метаемый слой укладывают заряд взрывчатого вещества высотой Н - 2 и закрепляют детонатор 1.

При инициировании ВВ по заряду распространяется детонационная волна со скоростью детонации D. Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва 6 отдельные участки метаемой пластины последовательно приобретают скорость порядка нескольких сотен метров в секунду, поворачиваются относительно своего первоначального положения и соударяются со скоростью Vc с неподвижной пластиной. В результате косого соударения пластин при правильно выбранных параметрах процесса в зоне контакта происходят частичная очистка соединяемых поверхностей, их активация и образование соединения со скоростью Vк с характерной волнообразной границей раздела слоев.


Фото 1. Микроструктура зоны соединения

     

Разработаны технологии сварки взрывом изделий плоской и цилиндрической геометрии, а также сварки целых конструкций. Методом сварки взрывом можно получать разнообразные биметаллические, многослойные и композиционные материалы с улучшенными прочностными, коррозионно-стойкими, жаропрочными и другими свойствами для нужд химического машиностроения, нефтегазовой, алюминиевой, электротехнической и других отраслей промышленности.

   

Особенности структуры и свойств биметалла,

полученного сваркой взрывом

   

1. Физические явления определяющие возможность получения сварного соединения при сварке взрывом

   Кинетика образования соединения определяется процессами возникновения металлических связей.

  При сварке взрывом соединение образуется даже при наличии окисных и масляных пленок, что свидетельствует о существовании эффективного механизма очищения поверхностных слоев, струей сжатого воздуха, находящегося в зазоре между свариваемыми элементами.

  Существенную роль играют и процессы деформации, в результате которых одновременно с активацией поверхностных атомов и выхода на поверхность раздела дислокаций и других дефектов кристаллической решетки происходит также разрушение и удаление окисных пленок.  

 

  2. Влияние режимов сварки взрывом на структуру и свойства биметалла

     Отличительной особенностью сварки взрывом является "волнообразование" на границе соединения  (Фото1), что объясняется протеканием интенсивной пластической деформации, при высоких давлениях, превышающих динамический предел текучести соединяемых материалов. Волны, в зависимости от режимов сварки и свойств исходных металлов,  могут быть синусоидальные, не симметричные и с завихрениями, однако их образование не является обязательным условием достижения высокой прочности соединения. 

   По микроструктуре можно косвенно оценивать прочность соединения. 

    Максимальная прочность соединения, как правило выше прочности соединяемых металлов (за счет наклепа при соударении),  соответствует "чистой" границе: без окисных включений и участков с оплавленной структурой; но обязательно со следами пластической деформации (хорошо видны на Фото 1 в низколегированной стали в виде деформированных перлитных зерен (темного цвета)).

    Незначительное снижение прочности может происходить из-за появления на границе соединения  участков, содержащих структуру оплавленного металла (на Фото 1 - это завихрения на гребне и впадине волны), а также различных  включений: окисных и жировых пленок, частиц пыли  и других загрязнений.  Разрушение такого биметалла при испытаниях на отрыв слоев происходит частично по линии соединения, поскольку указанные дефекты являются концентраторами напряжения, и чем больше их протяженность, тем ниже прочность.

    Пониженная прочность соединения (брак) может получаться при сварке на переходных режимах, которые не обеспечивают необходимого уровня пластических деформаций, а также полного очищения поверхности металлов потоком сжатого воздуха, движущегося перед точкой контакта. С помощью ультразвукового контроля в диапазоне частот 2,5-10 МГц обычно такие участки пониженной прочности обнаружить не удается (необходимо проведение механических испытаний и анализа микроструктуры).  

    При  последующих технологических операциях: правки, вальцовки, штамповки возможно расслоение биметалла в этих зонах.

   Дефекты типа "ёлочка" - трещины, которые могут возникать в основном и плакирующем слое и распространяющиеся под углом 60° к линии соединения. Образование таких дефектов связано с существованием в свариваемых пластинах растягивающих и сдвиговых напряжений. Склонность к их образованию возрастает с уменьшением пластичности материала. 

   Последующие нагревы в интервале температур 500-800 °С могут приводить  к выделению  в упрочненных зонах высоколегированной стали  карбидов, что приводит к еще большему снижению прочности соединения (Фото 2).

    

Фото 2. Трещины типа "ёлочка"