Verfahren zum Verbinden von Metallschichten, insbesondere zur Herstellung eines mehrschichtigen Metallkörpers Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Metallschichten, insbesondere zur Her stellung eines mehrschichtigen Metallkörpers, wobei die zu verbindenden Metallschichten im Abstand vonein ander angeordnet sind, mit Hilfe eines detonierenden Sprengmittels.
Plattierungen, plattierte Bleche und Verbundkörper haben sich in den letzten Jahren für viele Anwendungs gebiete als Werkstoffe eingeführt. Sie bestehen im allge meinen aus einem verhältnismässig billigen Grundmate rial, auf dem eine Schicht eines anderen Materials auf gebracht ist. Aus diese Weise lassen sich z. B. Bauteile für die verschiedensten Industriezweige aus relativ billi gem Material der entsprechenden Festigkeit herstellen die jedoch nicht entsprechen würden wegen zu geringer Korrosions- oder Zunderfestigkeit. Für diese Fälle wird das Grundmaterial mit entsprechend beständigen Über zügen versehen.
Nach den bekannten Verfahren war die Herstellung von derartigen Plattierungen oder Ausklei- dungen schwierig, nicht immer möglich und zufrieden stellend und meist sehr aufwendig.
Die bekannten Verfahren arbeiten entweder mit elektro--chemischer oder elektrolytischer Abscheidung des Plattierungsmaterials auf das Grundmaterial und sind wegen der dabei ablaufenden Reaktionen auf eine bestimmte Anzahl von Metallen und auf eine ganz enge Auswahl von Metallkombinationen beschränkt. Die elek trochemisch erzeugten Schichten sind meist auch nicht ausreichend dicht oder es kann bei der Abscheidung so wohl bei der Elektrolyse als auch bei der elektroche mischen Plattierung zu einer Versprödung des Grund materials infolge von Wasserstoffentwicklung an der Metallelektrode und damit Aufnahme von Wasserstoff durch das Metall des Grundmaterials kommen. Ein anderes Verfahren arbeitet mit der sogenannten Gasphasenplattierung oder Aufdampfung.
Das aufzu- bringende Metall wird entweder verdampft oder ther misch zersetzt aus den entsprechenden Metallverbin dungen und auf dem Grundmaterial abgeschieden. Die Gasphasenplattierung ist infolge der hierfür erforder lichen Apparaturen sehr aufwendig, auf kleinere Gegen stände, einfachere Form und in erträglichen Tempera turgrenzen verdampfbar bzw. pyrolysierbare Metalle be schränkt. Die Aufbringung von dickeren Schichten nach diesem Verfahren würde jedoch zu einer ungebührlichen Verteuerung des plattierten Gegenstandes führen.
Das gebräuchlichste Verfahren zur Plattierung, insbe sondere zur Herstellung von plattierten Blechen jeder Stärke, ist das sogenannte Aufwalzen. Dabei werden zwei Bleche der verschiedenen Qualitäten warm aufein ander gewalzt und miteinander verschweisst. Die Bin dung ist für manche Zwecke ausreichend, für höhe An forderungen - sowohl was Dichtigkeit, Biegefestigkeit, Warmfestigkeit und eventuell auch Vibrationsfestigkeit anbelangt - meistens unzulänglich.
Beim Biegen tren nen sich die Schichten infolge der unterschiedlichen Dehnbarkeit der plattierten Metalle, bei hohen Arbeits temperaturen erfolgt ein Abschälen und Trennen der Einzelbleche infolge unterschiedlicher Wäremeausdeh- nung, in korrodierender Atmosphäre können sich an den Verbindungszonen in manchen Fällen schwere Korro sionen ausbreiten, so dass durch chemische Reaktion die Abhebung der Schichten erfolgt.
Dies sind nur einige der Nachteile des Plattierungsverfahrens durch Warmwal zen, ganz abgesehen davon, dass man damit natürlich nur miteinander verträgliche Metalle und nur Bleche ent sprechender Dicke, vor allem nur Materialien, die warm walzbar sind und den Walzbedingungen ohne Gefüge- änderung widerstehen, anwenden kann. Es gibt jedoch eine ganze Reihe von Metallkombi nationen,
die im Hinblick auf die neuesten Verwendungs zwecke mit höchsten Anforderungen an Warmfestigkeit, Zunderfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und dgl. inter essant wären, die sich jedoch nach den bisher bekann ten Verfahren nicht durch Plattierung vereinigen lassen und zwar gilt dies sowohl für die Walzplattierung als auch für die elektrochemische, elektrolytische und Dampfphasenplattierung. Der Grund für die mangelnde Plattierbarkeit verschiedener Metallsysteme ist unter an derem in der Bildung von intermetallischen Verbindun gen zu erblicken, die meistens sehr spröde sind und da mit die Festigkeit des Verbundkörpers nachteilig beein flussen.
Auch kann es bei den Plattierungsverfahren zur Aufnahme von Stoffen aus der Umgebung kommen, die ihrerseits wieder zur Bildung von spröden oder den Zu sammenhalt des Gefüges störenden Stoffen führen. Es sei nur z. B. an die Gefährlichkeit der Wasserstoffauf nahme von Titanlegierungen und die oberflächliche Oxy dation verschiedener Metalle erinnert, wodurch infolge der Oxydhaut eine Verbindung unmöglich gemacht oder wesentlich erschwert wird und ein Arbeiten unter Schutz gas oder im Vakuum erforderlich würde.
Es ist bereits bekannt, eine Rohrverbindung mit Hil fe einer Muffe unter Anwendung einer im Rohr ange ordneten Ringladung aus einem brisanten Sprengstoff zur Aufbringung der für die mechanische Verteilung er forderlichen Energie zu erreichen. Dabei werden die der Ringladung gegenüberliegenden Materialbereiche pla stisch verformt und die Muffe mit Rohrenden aufgewei tet.
Die Erfindung bringt nun ein Verfahren, welches die Herstellung von mehrschichtigen Metallkörpern der ver schiedensten Materialien in den verschiedensten Kombi nationen gestattet, wobei die Verbindung untrennbar ist, d. h. es löst sich die Verbindungszone zwischen den zwei Metallschichten nicht, auch beim Biegen nicht oder auch unter den höchsten Beanspruchungen, so dass alle Ge fahren, die mit einem Abheben oder Abschälen der Plat- tierung verbunden sind, bei dem erfindungsgemässen Verbundkörper gar nicht auftreten.
Die Verbindung der beiden Metallschichten nach dem erfindungsgemässen Verfahren. ist homogen, beträt also gleichmässige Fe stigkeit über den ganzen Flächenbereich, weist keine Feh ler durch Einschlüsse, sei es metallischer, oxydischer oder gasförmiger Natur auf, führt zu keiner Versprödung der umliegenden Bereiche und gestattet die Aufrecht erhaltung der mechanischen Eigenschaften des Grund materials, insbesondere auch was eeine Flexibilität anbe langt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Verbinden von Metallschichten, insbesondere zur Herstellung eines mehrschichtigen Metallkörpers, wobei die zu verbinden den Metallschichten im Abstand voneinander angeordnet sind, mit Hilfe eines detonierenden Sprengmittels ist da durch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zu verbindenden Metallschichten mindestens 0,025 mm beträgt und die Detonationsgeschwindigkeit mindestens 1200 m/sec., jedoch weniger als 120 % der Schallge schwindigkeit des Metalls beträgt, wenn Metalle gleicher Schallgeschwindigkeit verbunden werden, bzw.
weniger als 120 % der Schallgeschwindigkeit des Metalls mit der höchsten Schallgeschwindigkeit beträgt wenn Metalle verschiedener Schallgeschwindigkeit verbunden werden, und dass sich das Sprengmittel über den zu verbinden den Bereich erstreckt und auf einer der Metallschichten entweder unmittelbar oder unter Anbringung einer Puf- ferschicht auflieft und dass die Detonation des Spreng mittels parallel zu den Metallschichten fortschreitet.
Eines der Merkmale des erfindungsgemässen Ver fahrens liegt darin, dass man die zu verbindenden Me talle für die Planierung mit Hilfe von Sprengkraft in einem gewissen Minimalabstand voneinander hält.
Dies kann geschehen, entweder indem man zwischen den bei den zu verbindenden .Schichten Abstandshalter oder der gleichen anordnet, die eine oder beide Metallschichten mit als Abstandshalter wirkenden, kleinen Erhebungen, Nasen und, dergleichen versieht oder auf die untere Platte eine Schicht eines Pulvers, Granulats oder von Körper chen aufstreut, insbesondere Eisenpulver entsprechender Korngrösse.
Dadurch wird die auf diese Schicht aufgeleg te zweite Metallplatte von der ersten in dem der Korn- grösse des Pulvers und dergleichen entsprechenden Ab stand gehalten. Bei allen Abstandshaltern ist jedoch da rauf zu achten, dass sie den Verbindungsvorgang nicht schädlich beeinflussen, also keine grösseren Flächenbe reiche abdecken und in die Verbindungszone keine Ver unreinigungen oder Fremdmetalle einbringen, welche der Anlass für eine Zwischenphase oder Inhomogenität sein könnten.
Die Anordnung der beiden zu verbindenden Metall partner geschieht vorzugsweise parallel zueinander im Abstand, wie oben angedeutet. Der jeweils anzuwenden de Abstand zwischen den zu verbindenden Metallteilen hängt von vielen Faktoren ab. Er kann bei hoher La dung und bei Evakuierung des Raumes zwischen den beiden Schichten beträchtlich höher sein.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die zu ver bindenden Metallteile oberflächlich zu reinigen. Es ge nügt ein leichtes Abreiben und anschliessendes Spülen. Eine so aufwendige Reinigung und Glättung der Ober fläche, wie sie für die anderen Plattierungsverfahren er forderlich ist, kann bei dem erfindungsgemässen Ver fahren entfallen.
Es ist vorteilhaft, oberflächlich haften den Schmutz, Zunder und leicht haftende Fremdkörper zu entfernen, weil dadurch Einschlüsse in der Verbin dungszone vermieden werden können.
Für die Durchführbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ist es nicht erforderlich, es hat sich jedoch als zweckmässig erwiesen, den unten liegenden Partner gut und fest zu lagern, um ein Verziehen auszuschliessen. Diese Lagerung geschieht z. B. auf einer Sperrholzplatte, auf einem Gipssockel oder dergleichen.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungs- gemässen Verfahrens ist das zu verwendende Spreng mittel. Es muss eine Detonationsgeschwindigkeit von mindestens 1200 m/sec, jedoch weniger als 120 % der Schallgeschwindigkeit des Metalls aufweisen, wenn Me talle gleicher Schallgeschwindigkeit verbunden worden. Das Sprengmittel! muss sich über den zu verbindenden Bereich erstrecken.
Die anzuwendende Menge an Sprengstoff lässt sich in üblicher Weise ermitteln. Es ist dabei z. B. die in üblicher Weise ermitteln. Es ist dabei z. B. die Spreng kraft, die Dicke der Metallschicht und dergleichen zu berücksichtigen.
Daraus ergibt sich das für den speziel len Anwendungszweck erforderliche Flächengewicht, also die Ladung je Flächeneinheit in Gramm. Über- mässige Sprengmittelmengen sind nicht zweckmässig, da sie unter Umständen zu einer nicht gewünschten Defor mation führen können. überhöhte Mengen an Spreng mitteln sind daher tunlichst zu vermeiden.
Die Anordnung des Sprengstoffs auf den zu verbin denden und im Abstand angeordneten Metallteilen ge- schieht im allgemeinen auf der einen freien Fläche des Metallgegenstandes. Theoretisch kann man zwar auch an beiden freien Flächen der zwei Partner eine Spreng stoffschicht vorsehen, jedoch ist das in der Praxis nicht einfach, da die Zündung ;synchron erfolgen müsste.
Andererseits ist es aber möglich, mit einer einzigen Sprengstoffschicht zwei Plattierungen vorzunehmen, d. h. über und unter bzw. rechts oder links einer Sprengstoff schicht je eine Anordnung aus mindestens zwei Partners, die im Abstand voneinander angeordnet sind, vorzu sehen. Bei der Zündung einer so zentrisch liegenden Sprengstoffschicht erreicht man mit einer Zündung, also mit praktisch der halben Sprengstoffmenge, die Plattie- rung von zwei Gegenständen.
Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von ab brennenden, also nicht detonierenden Sprengstoffen mit einer Detonationsgeschwindigkeit unterhalb der erfin- dungsgemässen Grenze, also 1200 m/sec, man trotz Einhaltung aller anderen Forderungen des erfindungs- gemässen Verfahrens keine einwandfreie Bindung der Partner erhält.
Es hat sich gezeigt, dass es in vielen Fällen zweck- mässig ist, vor Aufbringung der Sprengstoffschicht auf die eine Metallschicht eine Zwischenlage vorzusehen, die sozusagen als Puffer dient, um eine Beschädigung der Oberfläche des Metallpartners durch dass Sprengmittel und die bei der Detonation entstehenden Produkte und Kräfte zu vermeiden. Als Pufferschicht kann man im einfachsten Fall Wasser verwenden, aber auch Kunst stoff, wie Polyesterschaumstoffe, und Klebestreifen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens ist darauf zu achten, dass die Detonation par allel zu den zu verbindenden Partnern fortschreitet. Wird diese Forderung nicht eingehalten und trifft die Detona tionsfront, z. B. durch Aufschlag, auf die zu verbinden den Metallteile, so erreicht man keine einwandfreie Ver bindung und nicht die Ausbildung einer Verbindungs zone, wie das nach dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt.
Zur Zündung des Sprengstoffs verwendet man üb liche Zünder, Zündkapseln, Zündschnüre und derglei chen. Grundsätzlich ist es ohne Belang, von welcher Stelle aus die Zündung erfolgt, vorausgesetzt, dass die Detonation parallel zu den zu verbindenden Metall teilen fortschreitet. Als sehr zweckmässig erwies sich die Anbringung des Zünders an einer Ecke. Es ist aber auch möglich, einen Zünder in der Mitte einer Kante anzu ordnen oder auch mehrere Zünder entlang ;einer Kante und schliesslich einen sogenannten Linienwellen-Gene rator zu verwenden, der eine gleichzeitige Zündung ent lang einer Linie bewirkt, so dass sich eine Wellenfront ungefährt linear vorbewegt.
Als zu verbindenden Metallteil oder Partner kann man eine Platte, ein Blech oder einen sonstigen Form körper aus einem einzigen Metall, aus einer Legierung aber auch bereits einen Verbundkörper von zwei und mehreren Schichten, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einer vorherigen Stufe oder nach einem anderen Verfahren bereits erhalten wurden, verwenden. Es ist auch möglich, auf ein Bauteil durch entsprechende Anordnung einen Überzug oder in einem Behälter eine Auskleidung nach dem erfindungsgemässen Verfahren aufzubringen. Daraus ergibt sich, dass nicht nur die Plattierung von zwei ebenen Körpern, wie sie zwei Plat ten darstellen, möglich ist, sondern auch die Aufbrin gung eines Blechs auf einen Stab oder einen Gegenstand irregulärer Kontur gelingt. Es lassen sich auch Rohre nach dem erfindungsgemässen Verfahren herstellen.
In diesem Fall wird das das Rohr bildende Material in Form eines Bandes oder Streifens um einen Dorn ge wickelt, wobei sich die Kanten soweit überlappen, dass nach Aufbringung eines streifenförmigen Sprengstoffs und Zündung dieses an der Überlappungslinie eine Schweissnaht erhalten wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Festigkeit der Verbin dungszone und damit die Bindung besser ist als die Streckgrenze des weicheren Metalls. Die Duktilität des Verbundkörpers entspricht der der nicht verbundenen Partner und lässt sich oft durch eine milde Wärme behandlung verbessern.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich grund sätzlich auf alle Metalle und Legierungen anwenden, insbesondere auch auf solche Systeme, welche sich nach bekannten Verfahren nicht oder sehr unzufriedenstellend verbinden liessen. Als Beispiele seien aufgeführt: Alu minium, Stahl, Eisen, Titan, Niob, Chrom, Kobalt, Nik- kel, Beryllium, Magnesium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Vanadium, Zirkonium, Silber, Platin, Kupfer und Gold. Es gelingt also mit dem erfindungsgemässen Verfahren erstmals in wirtschaftlicher Weise die Plattierung von warmfesten und korrosionsbeständigen Metallen und Me tallegierungen auf bewährten Baumaterialien wie weicher Stahl und Aluminium.
Von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung sind auch Verbundkörper von weichem Stahl und korrosionsbeständigem Stahl, Plattierungen in Form von Nickel, Kupfer, Titan, Aluminium, Tantal, Magnesium und Silber auf weichem Stahl, korrosions beständiger Stahl plattiert mit Molybdän, die Systeme Nickel-Kupfer, Titan-Kupfer, Titan-Aluminium, Kupfer Tantal und die verschiedensten Kombinationen mit den Legierungen mit zwei oder mehr Komponenten ja bis zu Sandwichkörpern, die eine grosse Anzahl von Schichten aufweisen. Diese Sandwichkörper lassen ;sich in einem Arbeitsgang direkt herstellen oder auch Vorkörper aus wenigen Schichten machen, die dann wieder zu den fer tigen Sandwichkörpern vereinigt werden.
Es ergibt sich also durch das erfindungsgemässe Verfahren eine un geheure Variationsbreite hinsichtlich der Auswahl der Metallpartner und hinsichtlich der Auswahl der Formen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von einem zweischich tigen bzw. dreischichtigen Verbundkörper. Das System der Fig. 2 lässt sich sinngemäss für einen n-schichtigen Körper abwandeln.
In Fig. 1 ist zu sehen der eine Partner 1, der ein gelassen ist in einen Block 5 aus Hartgips, und der zweite Partner 2, also die Plattierungsschicht, mit Hilfe der Vorsprünge 4 in einem Abstand 6 gehalten. Auf dem Metallteil 2 befindet sich die Sprengstofflage 3, an deren Kante ein Zünder 7 befestigt ist, er wird über die Drähte 8 mit Strom versorgt.
Nach Fig.2 ruht die eine Metallschicht 10 auf der Sperrholzunterlage 13, über der Platte 10 ;sind im Ab- standangeordnet die Plattierungsbleche 11 und 12. Der Abstand zwischen den Partnern wird durch die Metall teilchen 14 gehalten. Auf der oberen Fläche der Platte 12 befindet sich als Puffer eine Schicht 15 in Form von, Poly- styrolschaumstoff und auf dieser die Sprengstoffschicht 16. Der über die Leitungen 18 betätigbare Zünder 17 ist an einer Ecke der Sprengstoffschicht 16 angeordnet.
Zweckmässigerweise besitzt die Sprengstoffschicht 16 einen geringen Vorsprung für die Befestigung des Zünders 17. Dadurch ist auch gewährleistet, dass die Detonationsfront die Plattenanordnung bereits mit ihrer vollen Geschwindigkeit erreicht.
Das Eindringen von Wasser in die übereinander an geordneten Metallteile und in die Sprengstoffschicht ist in manchen Fällen zu vermeiden. Hierzu eignet sich ein wasserdichter Klebestreifen, der um die Kanten der Anordnung gelegt wird.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungs- gemässen Verfahrens dient die Fig. 3.
Die Fig. 3 zeigt den einen zu verbindenden Metall teil A, die aufzuplattierende Schicht B und die Spreng- stoffschicht D. Nach Zünden der Sprengstoffschicht D breiten sich die Verbrennungsprodukte fächerförmig in entgegengesetzter Richtung zur Fortpflanzung der Deto nation aus. Diese fächerförmig nach hinten gerichteten Verbrennungsprodukte sind mit D' bezeichnet.
Unter der Einwirkung der Detonationsfront wird aus dem Material der beiden zu verbindenden und im Abstand voneinan der angeordneten Metallteilen ein Strahl E gebildet, und zwar besteht dieser aus geschmolzenem Oberflächen material der beiden zu verbindenden Teile. Der Strahl E trifft auf die Unterseite der Schicht B gerade vor dem Kollisionspunkt C. F bezeichnet die Verbindungszone, bestehend aus dem aus den Oberflächenbereichen der beiden zu verbindenden Partner in flüssigem Zustand abgestrahlten Metalls.
Trotzdem die Theorie über das Auftreten eines Strahls für das erfindungsgemässe Verfahren keine es sentielle Bedeutung hat, erscheint es doch zweckmässig, die theoretischen Grundlagen bei dem erfindungsgemäs- sen Verfahren kurz zu diskutieren.
Nach Zündung des Sprengstoffs pflanzt sich die De- tonaition mit der Detonationsgeschwindigkeit des ange- wandten Sprengmittels über die ganze Schicht fort. Der bei der Detonation erzeugte Druck wirkt somit progressiv auf die Stellen der zu verbindenden Metallagen und treibt diese gegeneinander.
Bei parallel zu der Oberfläche des zu plattierenden Metalls angeordnetem Plattierungsblech wird der Teil, der am nächsten von der Zündstelle liegt, die plattierende Fläche bereits berühren, während die anderen Teile entweder stehen bleiben oder sich eben gegen diese Fläche bewegen Es bildet sich also aus dem oberflächlich abgetragenen, geschmolzenen Material ein Strahl, der in den noch leeren Raum zwischen den zu verbindenden Partnern gerichtet ist. Das abgestrahlte Material wird umgelenkt und damit gut gemischt. Diese Abhebung des Oberflächenmetaills und die Durchmi schung unter dem hohen, herrschenden Druck führt zu der einwandfreien Verbindung.
Die Ausbildung eines solchen Strahls ist jedoch nicht möglich, wenn die ganze Plattierungsschicht gleichzeitig. im wesentlichen senkrecht auf die mit der Schicht zu versehenden Oberfläche aufschlägt. Ein Aufschlagen der Plattierungsfolie erfolgt, wenn die Detonation in der Sprengstoffschicht nicht parallel zu den zu verbinden den Partnern fortschreitet, sondern diese beispielsweise gleichzeitig über die gesamte Fläche gezündet wird. Für das erfindungsgemässe Verfahren ist daher kein Genera tor zur Erzeugung von ebenen Wellen geeignet. Wenn die Sprengstoffschicht auch in einem wesentlichen Abstand von dem Plattierungsblech, z.
B. mehr als 10 cm, ange ordnet ist und der Druck durch ein verhältnismässig dichtes Medium übertragen wird, führt dies auch eher zu einem Aufschlagen des Plattierungsmaterials und nicht zu einem parallelen Fortschreiten der Detonation über die zu verbindenden Partner. Dieser grosse Abstand zwischen Sprengstoffschicht und Plattierungsblech wirkt ähnlich wie eine gleichzeitige Zündung über die gesam te Oberfläche. Aus diesem Grund ist es wesentlich, dass entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren der Sprengstoff so gezündet wird, dass die Detonation paral lel zu den zu verbindenden Metallen fortgepflanzt wird. Selbstverständlich ist die Ausdehnung des Sprengstoffs angepasst an die Dimensionen des zu plattierenden Be reichs.
Der Sprengstoff muss natürlich nicht zwangsläu fig, wie oben beschrieben, in Form einer selbsttragen den biegsamen Schicht oder Folie angewandt werden. Grundsätzlich spielt die Form des Sprengstoffs keine Rol le und es eignet sich jede, die eine gleichmässige Ein haltung einer bestimmten Flächenladung gestattet. Man kann beispielsweise auch auf der Metallfläche einen Rahmen vorsehen, in welchen lockere Sprengmittelmi- schung gefüllt ist.
Wie oben bereits ausgeführt, ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens die Anwen dung eines Sprengstoffs mit einer Detonationsgeschwin digkeit von weniger als 120 % der Geschwindigkeit des Schalas in; dem Metall des Systems, welches die höchste Schallgeschwindigkeit besitzt.
In diesem Fall wird auch unter Metall - wie oben bereits ausgeführt - ein reines Metall, eine Legierung oder abwechselnde Schich ten von bereits plattierten Materialien verstanden. überschreitet die Detonationsgeschwindigkeit die erfin- dungsgemässe festgestellte Grenze, so kann dies zu schräg auftreffenden Schockwellen führen, es kommt zu keiner Strahlungsbildung und damit zu keiner guten Verbindung der beiden Metalle. Wenn jedoch unter der artigen Bedingungen doch ein Strahl sich bildet, so treten starke Nebeneffekte auf und führen zu einer Zer störung der Platten und Reissen der Verbindungszone.
Unter Bezeichnung Schallgeschwindigkeit bei Me tallen wird üblicherweise die Geschwindigkeit von plasti schen Schockwellen in den Metallen verstanden, die auf treten, wenn bei einer plötzlich angelegten Spannung oder Belastung eben die Elastizitätsgrenze für eindimensiona le Kompression des in Rede stehenden Metalls oder Metallsystems überschritten wird. Sie ergibt sich durch bekannte Berechnungen aufgrund von in der Literatur vorliegender Werte für die Geschwindigkeit von plasti schen Schockwellen bzw. bei Durchführung von Messun gen über die Schockwellen, wie sie beispielsweise in den Aufsatz von R. G. McQuenn und S.
P. Marsh in Journal of Applied Physics 31, (7), 1253 (1960) beschrieben sind. Die in den dortigen Berechnungen ein gehenden Geschwindigkeiten der elastischen Wellen las sen sich in bekannter Weise bestimmen. In, folgender Tabelle sind die Schallgeschwindigkeiten von gebräuch lichen Metallen zusammengestellt.
EMI0004.0062
Schall Metall <SEP> geschwindig keit
<tb> <U>in <SEP> m/sec</U>
<tb> Zink <SEP> <B>...........................................</B> <SEP> .... <SEP> ....................... <SEP> <B>3000</B>
<tb> Kupfer <SEP> <B>...................................</B> <SEP> .<B>........................</B> <SEP> .. <SEP> 4000
<tb> Magnesium <SEP> <B>.......................</B> <SEP> .<B>........</B> <SEP> .<B>................</B> <SEP> .<B>.........</B> <SEP> <I>4500</I>
<tb> Niob <SEP> ..............._........................._....._......_.............. <SEP> <I>4500</I>
<tb> austenitischer <SEP> korrosionsbeständiger <SEP> Stahl <SEP> 4 <SEP> 500
<tb> Nickel <SEP> ..............___..............................._.............._. <SEP> 4700
<tb> Titan <SEP> ............_..........................................._...............
<SEP> 4800
<tb> Eisen <SEP> .._..................................................................... <SEP> 4800
<tb> Molybdän <SEP> <B>......... <SEP> .................................................. <SEP> 5200</B>
<tb> Aluminium <SEP> <B>...................</B> <SEP> .<B>.....</B> <SEP> -<B>....................</B> <SEP> .<B>............ <SEP> <I>5500</I></B> Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele nä her erläutert Der in den Beispielen im allgemeinen angewandte Sprengstoff bestand aus einer dünnen, biegsamen, homo genen Schicht folgender Zusammensetztung a) 20 % sehr feines Pentaerythrittetranitrat b) 70 % Bleimennige c) 10 % einer Mischung (1 : 1) von Butylkautschuk und einem thermoplastischen Terpenharz (Mischung von Polymeren des ss-Pinens der Formel (C10H6)n) als Bin demittel.
Die Masse lässt sich leicht zu Platten oder Folien aus walzen und detoniert mit einer Detonationsgeschwindig keit von etwa 4100 m/sec.
<I>Beispiel 1</I> Eine Platte aus weichem Stahl oder Flusseisen (15,2 x 22,9 x 1,27 cm) wurde auf eine Sperrholzunter lage gelegt und darauf eine zweite Platte aus rostfreiem Stahl (15,2 x 22,9 x 0,32 cm) angeordnet, die durch recht winklige Abstandshalter aus Stahl an den Ecken in einem Abstand von 0,32 cm von der ersten Platte gehalten wurde. Zum Schutz der äusseren Oberfläche der zwei ten Platte wurde diese mit einem Deckstreifen abgedeckt. Nunmehr wurde eine entsprechend zugeschnittene Schicht der oben beschriebenen Sprengstoffmasse (Flä chengewicht: 2,32 g/cm2) auf den Deckstreifen gelegt, ein, handelsüblicher Linienwellen-Generator an der einen Seite der rechteckigen Sprengstoffschicht angebracht und gezündet.
Nach der Detonation waren die beiden Platten fest und gleichmässig miteinander verbunden. Die mikrosko pische Prüfung bestätigte die ausgezeichnete Verbindung. Die Prüfung auf Scherfestigkeit (ASTM-A-263-44-T) ergab durchschnittlich 5145 kg/cm2. Als untere Grenze der nach dieser Methode ermittelten Scherfestigkeit wird ein Wert von 1400 kg/cm2 angesehen. Handelsübliche Produkte zeigen im allgemeinen Scherfestigkeiten von 2100 - 2450 kg/cm2. Das plattierte Blech liess sich ohne zu reissen 180" um einen Dorn mit einem Durchmesser entschprechend der Blechstärke biegen.
<I>Beispiel 2</I> Auf eine Flusseisenplatte (25,4 mm) wurde eine Nik- kelblech (6,35 mm) plattiert, indem die Flusseisenplatte (15,24 x 22,86 cm) :auf eine Sperrholzunterlage gelegt, Eisenpulver mit einer Korngrösse G147 u in einer Höhe von 0,15 mm auf die Platte aufgetragen und die Nickel platte aufgelegt; die obere Fläche des Nickelbleches war zum Schutz gegen geringfügige Deformationen oder Oberflächenrauhigkeiten durch den Sprengdruck mit Deckstreifen abgedeckt.
Auf die so maskierte Nickel fläche wurde oben beschriebene Sprengstoffschicht (Flächengewicht: 4,65 g/cm2) aufgelegt, an einer Ecke der Sprengstoffschicht eine Zündkapsel Nr. 6 angebracht und gezündet. Die nickelplattierte Flusseisenplatte war ausgezeichnet gebunden.
<I>Beispiel 3</I> Für die Plattierung von Titanblech (1,27 mm) auf ein Blech (1,27 cm) aus weichem Stahl (7,62 x 15,24 cm) wurde das Titanblech mit einer Polystyrolschaumstoff platte (2,54 cm) belegt und darauf die oben beschriebene Sprengstoffschicht aufgelegt (Flächengewicht 2,32 g/cm2), die Kanten dieser Anordnung mit wasserdichtem Strei fen beklebt und das Ganze mit der freien Metallfläche auf die auf der Stahlfläche aufgebrachte Lage aus Eisen pulver als Abstandshalter gegeben (korngrösse 44 g" Ab- stand 44 ). Der Verbundkörper war fest und einheitlich gebunden.
<I>Beispiel 4</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein 3,18 mm Alumi niumblech auf ein 12,7 mm Blech aus weichem Stahl aufgebracht. Grösse der Bleche: 7,62 x 15,24 cm, Flä chengewicht der Sprengstoffschicht: 2,32 g/cm2 ; Ab stand zwischen den Blechen: 151 . Nach der Deto nation war das Aluminiumblech fest mit dem Stahlblech verbunden.
<I>Beispiel 5</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein Verbundkörper (7,62 x 15,24 cm) aus Tantal und Kupfer hergestellt. Tantalblech 0,254 mm: Kupferblech 1,59 mm: Flächen gewicht der Sprengstoffschicht 1,55 g/cm2 : Abstand zwischen den Blechen: 151 u.
<I>Beispiel 6</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein Edelstahlblech (121,92 x 243,84 cm) auf weichem Stahl plattiert. Es wurde eine etwas andere Sprengstoffzusammensetzung angewandt, und zwar mit 72 % Mennige, 8 % Bindemittel und 20 % Pentaerythrittetranitrat (Detonationsgeschwin digkeit ca. 4000 m/sec.). Flächengewicht 1,94 g/cm2, Abstand 250 u, Blechstärken : Edelstahl 0,794 mm, wei cher Stahl<B>1,91</B> mm.
<I>Beispiel 7</I> Eine Folie (76 u) aus einer 90 Ti 6A1 4V-Legierung (2,54 x 2,54 cm) wurde zur Plattierung eines in einem Block aus Hartgips eingebetteten Wolframblech (1,27 mm) gleicher Grösse herangezogen. Abstand 0,076 mm, Sprengstoffzusammensetzung : 35 % Pentaery- thrittetranitrat, 50 % Mennige, 15 % Bindemittel nach Beispiel 1. Detonationsgeschwindigkeit : ca. 5000 m/sec., Flächengewicht 0,465 g/cm2. Zünder Nr. 6 an einer Kante.
Beipiel 8 Auf eine tragende Stahlplatte wurde ein Molybdän blech (2,54 mm x 2,54 cm x 10,16 cm) und unmittelbar darüber ein Blech aus weichem Stahl (2,54 cm x 10,l6 cm x 013 mm) gelegt. Die Ecken des Stahlbleches waren so aufgebogen, dass sie als Abstandshalter dienten. Ab stand : 0,64 mm, dann wurde eine Sprengstoffschicht (Flächengewicht 0,31 g/cm2, 2,54 cm x 10,16 cm) auf die Fläche des Stahlbleches geklebt. Die Zündung des Sprengstoffes erfolgte an einer Kante. Der Verbund körper war fest gebunden und zeigte keine Risse.
<I>Beispiel 9</I> Herstellung eines 16-schichtigen Sandwich-Körpers Es wurden abwechsende Schichten (15,24 x 15,24 cm) von Blechen 0,13 mm aus weichem Stahl und au- stenitischem, korrosionsbeständigem Stahl verbunden. Sprengstoff-Flächengewicht 1,55 g/em2, Abstand zwi schen allen Schichten: 0,15 mm. Zwischen Sprengstoff schicht und oberstem Metallblech befand sich Wasser in einer Höhe von 2,54 cm.
Das oberste Blech war be deckt mit einer Folie aus einem Polyäthylen-Terephtha- lat-Kunststoff (254 #L). Das Eindringen von Wasser zwi schen die Schichten wurde mit Hilfe eines Klebestreifens über die Kanten der Anordnung verhindert. Der erhal- tene Verbundkörper zeigt keine Fehler oder Unzuläng lichkeiten.
<I>Beispiel 10</I> In einer Versuchsreihe wurden 26 Plattierungen Nik- kel auf Kupfer hergestellt. Sprengstoff nach Beipsiel 1, Flächengewicht: 0,775 g/cm2. Der Abstand zwischen den Blechen (10,.16 x 10,16 x 0,053 cm) wurde variiert zwischen 43[t und 4,07 mm. Die Sprengstoffschicht wurde in einem Abstand von 6,37 mm angeordnet und der Zwischenraum mit Wasser gefüllt.
Die röntgenographische Untersuchung der Verbin dungszone ergab, dass in allen Fällen ein identisches kubisch-flächenzentriertes Gitter vorlag. Unabhängig vom Abstand und der Probenahme aus der Verbindungs zone betrug der Gitterabstand 3,575 + 0,003 A. Eine Kupfer-Nickel-Verbindung mit einem Gitterabstand von 3,575 A besteht aus 33 % Nickel und 67 % Kupfer.
<I>Beispiel 11</I> Um einen zylindrischen Eisenschaft wurde ein Titan band (15,24 x 25,4 cm x 0,20 mm) etwa 2,54 cm Über lappend aufgewickelt. Die eine Kante des Blechas war mit kleinen Prägungen versehen, so dass sich zwischen den beiden übereinander liegenden Kanten ein Luftspalt bildete. Ein Streifen des Sprengstoffs nach Beispiel 7 mit einer Länge entsprechend der des Bleches wurde über die überlappenden Kantenbereiche gelegt und an einem Ende gezündet. Das so hergestellte Titanrohr war gleich- mässig und zeigte keinerlei Risse oder Fehler. Die Naht hatte eine ausgezeichnete Festigkeit: die metallurgische Prüfung ergab keine Inhomogenitäten.
The present invention relates to a method for joining metal layers, in particular for producing a multi-layer metal body, the metal layers to be joined being spaced apart with the aid of a detonating explosive.
Cladding, clad sheet metal and composite bodies have been introduced as materials for many application areas in recent years. They generally consist of a relatively cheap base material on which a layer of a different material is applied. In this way, z. B. produce components for a wide variety of industries from relatively cheap gem material of the appropriate strength, but would not match because of insufficient corrosion or scale resistance. For these cases, the base material is provided with correspondingly resistant coatings.
According to the known processes, the production of claddings or linings of this type was difficult, not always possible and satisfactory and usually very expensive.
The known methods work either with electrochemical or electrolytic deposition of the cladding material on the base material and, because of the reactions that take place, are limited to a certain number of metals and to a very narrow selection of metal combinations. The electrochemically generated layers are usually not sufficiently dense, or during deposition, both in electrolysis and in electrochemical plating, the base material can become brittle as a result of hydrogen development on the metal electrode and thus the absorption of hydrogen by the metal Base material come. Another method uses what is known as gas phase plating or vapor deposition.
The metal to be applied is either evaporated or thermally decomposed from the corresponding metal compounds and deposited on the base material. The gas phase plating is very expensive due to the equipment required for this, on smaller objects, simpler form and in tolerable tempera ture limits vaporizable or pyrolysable metals be limited. The application of thicker layers by this method would, however, lead to an undue increase in the cost of the plated object.
The most common method of plating, especially for the production of clad sheets of any thickness, is what is known as rolling. Two sheets of different qualities are rolled hot on top of one another and welded together. The binding is sufficient for some purposes, but mostly inadequate for high demands - in terms of tightness, flexural strength, heat resistance and possibly also vibration resistance.
During bending, the layers separate due to the different extensibility of the clad metals; at high working temperatures, the individual sheets are peeled off and separated due to different thermal expansion; in a corrosive atmosphere, severe corrosion can sometimes spread to the connection zones, so that the layers are lifted off by a chemical reaction.
These are just some of the disadvantages of the hot-rolling cladding process, quite apart from the fact that only compatible metals and only sheets of the appropriate thickness are used, especially only materials that can be hot-rolled and withstand the rolling conditions without changing the structure can. However, there is a whole range of metal combinations
which in view of the latest uses with the highest requirements in terms of heat resistance, scale resistance, corrosion resistance and the like would be interesting, but which cannot be combined by plating according to the previously known methods, and this applies to both roll cladding and the electrochemical, electrolytic and vapor phase plating. The reason for the inadequate plating of various metal systems can be seen, among other things, in the formation of intermetallic compounds, which are usually very brittle and therefore adversely affect the strength of the composite body.
During the plating process, substances from the environment can also be absorbed, which in turn lead to the formation of brittle substances or substances that interfere with the cohesion of the structure. It is only z. B. reminds of the danger of the hydrogen uptake of titanium alloys and the superficial oxidation of various metals, which makes a connection impossible or significantly more difficult due to the oxide skin and working under protective gas or in a vacuum would be necessary.
It is already known to achieve a pipe connection with Hil fe a sleeve using a ring charge arranged in the pipe from a highly explosive material to apply the energy required for mechanical distribution. The material areas opposite the ring charge are plastically deformed and the socket with pipe ends is expanded.
The invention now provides a method which allows the production of multilayer metal bodies of the most varied of materials in a wide variety of combinations, the connection being inseparable, i.e. H. the connection zone between the two metal layers does not come loose, not even during bending or even under the highest loads, so that all risks associated with lifting or peeling off the plating do not occur with the composite body according to the invention.
The connection of the two metal layers by the method according to the invention. is homogeneous, i.e. has a uniform strength over the entire surface area, has no defects due to inclusions, be it metallic, oxidic or gaseous in nature, does not lead to embrittlement of the surrounding areas and allows the maintenance of the mechanical properties of the base material, in particular also when it comes to flexibility.
The method according to the invention for connecting metal layers, in particular for producing a multilayer metal body, the metal layers to be connected being arranged at a distance from one another, with the aid of a detonating explosive, is characterized in that the distance between the metal layers to be connected is at least 0.025 mm and the detonation speed is at least 1200 m / sec., but less than 120% of the speed of sound of the metal if metals with the same speed of sound are connected, or
is less than 120% of the speed of sound of the metal with the highest speed of sound when metals of different speed of sound are connected, and that the explosive extends over the area to be connected and runs onto one of the metal layers either directly or with the application of a buffer layer and that the Detonation of the blast by means of parallel to the metal layers progresses.
One of the features of the method according to the invention is that the metals to be connected are kept at a certain minimum distance from one another for leveling with the aid of explosive force.
This can be done either by arranging spacers or the like between the layers to be connected, which provide one or both metal layers with small elevations, noses and the like acting as spacers, or a layer of powder, granules on the lower plate or scattered by bodies, in particular iron powder of a corresponding grain size.
As a result, the second metal plate placed on this layer is kept from the first at a distance corresponding to the grain size of the powder and the like. With all spacers, however, care must be taken to ensure that they do not have a detrimental effect on the joining process, i.e. that they do not cover large areas and that they do not introduce any impurities or foreign metals into the joining zone, which could be the reason for an intermediate phase or inhomogeneity.
The arrangement of the two metal partners to be connected is preferably done parallel to one another at a distance, as indicated above. The distance to be used between the metal parts to be connected depends on many factors. It can be considerably higher when the charge is high and when the space between the two layers is evacuated.
It has proven to be useful to clean the surface of the metal parts to be bound. All that is needed is a light rub and then rinse. Such an elaborate cleaning and smoothing of the surface, as it is necessary for the other plating processes, can be dispensed with in the inventive method.
It is advantageous to remove the dirt, scale and lightly adhering foreign bodies adhering to the surface, because this way inclusions in the connec tion zone can be avoided.
It is not necessary for the method according to the invention to be carried out, but it has proven to be expedient to position the partner lying below well and firmly in order to exclude any warping. This storage happens z. B. on a plywood board, on a plaster base or the like.
Another essential feature of the method according to the invention is the explosive to be used. It must have a detonation speed of at least 1200 m / sec, but less than 120% of the speed of sound of the metal, if metals with the same speed of sound have been connected. The explosives! must extend over the area to be connected.
The amount of explosives to be used can be determined in the usual way. It is z. B. determine in the usual way. It is z. B. the explosive force, the thickness of the metal layer and the like to be considered.
This gives the weight per unit area required for the special purpose, i.e. the load per unit area in grams. Excessive amounts of disintegrant are not advisable as they can lead to undesired deformation under certain circumstances. Excessive amounts of explosives should therefore be avoided whenever possible.
The arrangement of the explosive on the metal parts to be connected and arranged at a distance generally takes place on the one free surface of the metal object. Theoretically, you can also provide a layer of explosives on both free surfaces of the two partners, but in practice this is not easy because the ignition would have to take place synchronously.
On the other hand, however, it is possible to make two plating with a single layer of explosive; H. Above and below or to the right or left of an explosive layer an arrangement of at least two partners, which are arranged at a distance from one another, is provided. When igniting such a centrally located layer of explosives, one ignition, ie with practically half the amount of explosive, achieves the plating of two objects.
It has been shown that when using burning, ie non-detonating, explosives with a detonation speed below the limit according to the invention, ie 1200 m / sec, the partners do not bond properly despite all other requirements of the method according to the invention.
It has been shown that in many cases it is advisable to provide an intermediate layer before the explosive layer is applied to the one metal layer, which acts as a buffer to prevent damage to the surface of the metal partner by the explosive and the products formed during the detonation and forces to avoid. In the simplest case, water can be used as the buffer layer, but also plastic such as polyester foams and adhesive strips.
When carrying out the method according to the invention, care must be taken that the detonation proceeds parallel to the partners to be connected. If this requirement is not met and meets the detonation front, z. B. by impact on the metal parts to be connected, one does not achieve a perfect connection and not the formation of a connection zone, as is achieved by the inventive method.
To ignite the explosive one uses usual fuses, detonators, fuses and the like. In principle, it is irrelevant from which point the ignition takes place, provided that the detonation proceeds parallel to the metal parts to be connected. It turned out to be very useful to attach the detonator to a corner. But it is also possible to arrange a detonator in the middle of an edge or several detonators along an edge and finally to use a so-called line wave generator, which causes a simultaneous ignition along a line so that a wave front approximates each other linearly advanced.
The metal part or partner to be connected can be a plate, sheet metal or other shaped body made of a single metal, but also a composite body of two or more layers made of an alloy, which according to the inventive method in a previous stage or after another Use procedures already obtained. It is also possible to apply a coating to a component by means of an appropriate arrangement or a lining in a container using the method according to the invention. This means that it is not only possible to clad two flat bodies, as represented by two plates, but also that sheet metal can be applied to a rod or an object with an irregular contour. Pipes can also be produced by the method according to the invention.
In this case, the material forming the tube is wrapped around a mandrel in the form of a tape or strip, the edges overlapping to such an extent that a weld seam is obtained after a strip-shaped explosive has been applied and ignited at the line of overlap.
It has been shown that the strength of the connection zone and thus the bond is better than the yield point of the softer metal. The ductility of the composite body corresponds to that of the unconnected partners and can often be improved by a mild heat treatment.
The method according to the invention can in principle be applied to all metals and alloys, in particular also to those systems which could not be joined or joined very unsatisfactorily by known methods. Examples are: aluminum, steel, iron, titanium, niobium, chromium, cobalt, nickel, beryllium, magnesium, molybdenum, tungsten, tantalum, vanadium, zirconium, silver, platinum, copper and gold. With the method according to the invention, it is possible for the first time in an economical manner to clad heat-resistant and corrosion-resistant metals and metal alloys on tried-and-tested building materials such as soft steel and aluminum.
Composite bodies of soft steel and corrosion-resistant steel, plating in the form of nickel, copper, titanium, aluminum, tantalum, magnesium and silver on soft steel, corrosion-resistant steel plated with molybdenum, the systems nickel-copper, titanium- Copper, titanium-aluminum, copper tantalum and the most varied of combinations with the alloys with two or more components up to sandwich bodies that have a large number of layers. These sandwich bodies can be produced directly in one operation or pre-bodies can be made from a few layers, which are then combined again to form the finished sandwich body.
The method according to the invention therefore results in an immense range of variation with regard to the selection of the metal partners and with regard to the selection of the shapes.
The method according to the invention is explained in more detail with reference to the accompanying figures.
Fig. 1 and 2 show arrangements for carrying out the method for producing a two-layer term or three-layer composite body. The system of FIG. 2 can be modified accordingly for an n-layer body.
In FIG. 1, one partner 1 can be seen, who is left in a block 5 made of hard plaster, and the second partner 2, that is to say the cladding layer, is held at a distance 6 with the aid of the projections 4. On the metal part 2 is the explosive layer 3, on the edge of which a detonator 7 is attached; it is supplied with power via the wires 8.
According to FIG. 2, the one metal layer 10 rests on the plywood base 13, above the plate 10. The cladding plates 11 and 12 are arranged at a distance from one another. The distance between the partners is maintained by the metal particles 14. On the upper surface of the plate 12 there is a layer 15 in the form of polystyrene foam as a buffer and on this the explosive layer 16. The detonator 17, which can be actuated via the lines 18, is arranged at a corner of the explosive layer 16.
The explosive layer 16 expediently has a small projection for fastening the detonator 17. This also ensures that the detonation front already reaches the plate arrangement at its full speed.
The penetration of water into the stacked metal parts and into the layer of explosives must be avoided in some cases. A waterproof adhesive strip is suitable for this, which is placed around the edges of the arrangement.
FIG. 3 serves to explain the mode of operation of the method according to the invention.
3 shows the one metal part A to be connected, the layer B to be plated and the explosive layer D. After the explosive layer D has been ignited, the combustion products spread out in a fan shape in the opposite direction to propagate the detonation. These products of combustion, directed backwards in a fan shape, are designated by D '.
Under the action of the detonation front, a beam E is formed from the material of the two to be connected and at a distance from one another of the arranged metal parts, namely this consists of molten surface material of the two parts to be connected. The beam E hits the underside of the layer B just before the collision point C. F denotes the connection zone, consisting of the metal which is blasted in a liquid state from the surface areas of the two partners to be connected.
In spite of the fact that the theory about the occurrence of a jet is of no essential importance for the method according to the invention, it nevertheless appears expedient to briefly discuss the theoretical fundamentals of the method according to the invention.
After the explosive has been ignited, the detonation propagates over the entire shift at the rate of detonation of the explosive used. The pressure generated during the detonation thus acts progressively on the locations of the metal layers to be connected and drives them against each other.
If the plating sheet is arranged parallel to the surface of the metal to be plated, the part that is closest to the ignition point will already touch the plating surface, while the other parts either stop or move against this surface.This means that it is formed from the surface removed, molten material a jet that is directed into the still empty space between the partners to be connected. The blasted material is deflected and mixed well with it. This separation of the surface metal and the mixing under the high, prevailing pressure leads to the perfect connection.
However, the formation of such a beam is not possible if the whole clad layer is at the same time. hits the surface to be provided with the layer essentially perpendicularly. The cladding foil is cracked open if the detonation in the explosive layer does not proceed parallel to the partners to be connected, but instead, for example, is ignited simultaneously over the entire surface. For the method according to the invention, therefore, no generator is suitable for generating plane waves. If the explosive layer is also at a substantial distance from the cladding sheet, e.g.
B. more than 10 cm, is arranged and the pressure is transmitted through a relatively dense medium, this also leads to an impact of the plating material and not to a parallel progression of the detonation over the partners to be connected. This large distance between the explosive layer and the cladding sheet has a similar effect to simultaneous ignition over the entire surface. For this reason, it is essential that, according to the method according to the invention, the explosive is ignited in such a way that the detonation is propagated parallel to the metals to be joined. Of course, the extent of the explosive is adapted to the dimensions of the area to be plated.
Of course, the explosive does not necessarily have to be used in the form of a self-supporting flexible layer or film, as described above. In principle, the shape of the explosive does not play a role and any one that allows a certain surface charge to be maintained evenly is suitable. For example, a frame can also be provided on the metal surface, in which a loose explosive mixture is filled.
As already stated above, an essential feature of the inventive method is the application of an explosive with a Detonationsgeschwin speed of less than 120% of the speed of the Schalas in; the metal of the system that has the highest speed of sound.
In this case, metal - as already stated above - is understood to mean a pure metal, an alloy or alternating layers of already plated materials. If the detonation speed exceeds the limit established according to the invention, this can lead to shock waves striking obliquely, there is no formation of radiation and thus no good connection between the two metals. If, however, a jet does form under these conditions, severe side effects occur and lead to destruction of the plates and tearing of the connection zone.
The term speed of sound in metals is usually understood to mean the speed of plastic shock waves in the metals that occur when the elastic limit for one-dimensional compression of the metal or metal system in question is exceeded when suddenly applied tension or stress. It results from known calculations based on values available in the literature for the speed of plastic shock waves or when measurements are carried out on the shock waves, as described, for example, in the article by R. G. McQuenn and S.
P. Marsh in Journal of Applied Physics 31, (7), 1253 (1960). The velocities of the elastic waves used in the calculations there can be determined in a known manner. The following table shows the speeds of sound for common metals.
EMI0004.0062
Sound metal <SEP> speed
<tb> <U> in <SEP> m / sec </U>
<tb> zinc <SEP> <B> ........................................ ... </B> <SEP> .... <SEP> ....................... <SEP> <B> 3000 </ B >
<tb> Copper <SEP> <B> ................................... </B> < SEP>. <B> ........................ </B> <SEP> .. <SEP> 4000
<tb> Magnesium <SEP> <B> ....................... </B> <SEP>. <B> ...... .. </B> <SEP>. <B> ................ </B> <SEP>. <B> ......... < / B> <SEP> <I> 4500 </I>
<tb> Niobium <SEP> ..............._........................._. ...._......_.............. <SEP> <I> 4500 </I>
<tb> austenitic <SEP> corrosion-resistant <SEP> steel <SEP> 4 <SEP> 500
<tb> Nickel <SEP> ..............___............................ ..._.............._. <SEP> 4700
<tb> Titan <SEP> ............_.............................. ............._...............
<SEP> 4800
<tb> iron <SEP> .._........................................ ............................. <SEP> 4800
<tb> Molybdenum <SEP> <B> ......... <SEP> ............................ ...................... <SEP> 5200 </B>
<tb> Aluminum <SEP> <B> ................... </B> <SEP>. <B> ..... </B> < SEP> - <B> .................... </B> <SEP>. <B> ............ < SEP> <I>5500 </I> </B> The invention is explained in more detail using the following examples. The explosive generally used in the examples consisted of a thin, flexible, homogeneous layer of the following composition a) 20% very fine pentaerythritol tetranitrate b) 70% red lead c) 10% of a mixture (1: 1) of butyl rubber and a thermoplastic terpene resin (mixture of polymers of ss-pinene of the formula (C10H6) n) as binder.
The mass can easily be rolled into sheets or foils and detonates with a detonation speed of about 4100 m / sec.
<I> Example 1 </I> A plate made of mild steel or flux iron (15.2 x 22.9 x 1.27 cm) was placed on a plywood base and a second plate made of stainless steel (15.2 x 22 cm) was placed on top , 9 x 0.32 cm), which was held by right-angled steel spacers at the corners at a distance of 0.32 cm from the first plate. To protect the outer surface of the second plate, it was covered with a cover strip. Now a suitably cut layer of the explosive mass described above (surface weight: 2.32 g / cm2) was placed on the cover strip, a commercial line wave generator was attached to one side of the rectangular explosive layer and detonated.
After the detonation, the two plates were firmly and evenly connected to one another. The microscopic examination confirmed the excellent connection. The shear strength test (ASTM-A-263-44-T) gave an average of 5145 kg / cm2. A value of 1400 kg / cm2 is regarded as the lower limit of the shear strength determined using this method. Commercially available products generally show shear strengths of 2100 - 2450 kg / cm2. The clad sheet metal could be bent 180 "around a mandrel with a diameter corresponding to the sheet thickness without tearing.
<I> Example 2 </I> A nickel sheet (6.35 mm) was plated on a river iron plate (25.4 mm) by placing the river iron plate (15.24 x 22.86 cm): on a plywood base, Iron powder with a grain size G147 u applied at a height of 0.15 mm to the plate and placed the nickel plate; The upper surface of the nickel sheet was covered with cover strips to protect against minor deformations or surface roughness caused by the blasting pressure.
The above-described explosive layer (weight per unit area: 4.65 g / cm2) was placed on the nickel surface thus masked, a detonator No. 6 was attached to one corner of the explosive layer and detonated. The nickel-plated river iron plate was excellently bonded.
<I> Example 3 </I> For the plating of titanium sheet (1.27 mm) on a sheet (1.27 cm) made of soft steel (7.62 x 15.24 cm), the titanium sheet was covered with a polystyrene foam plate ( 2.54 cm) and then placed the explosive layer described above (weight per unit area 2.32 g / cm2), pasted the edges of this arrangement with waterproof strips and the whole thing with the free metal surface on the layer of iron powder applied to the steel surface as Spacers were given (grain size 44 g "spacing 44). The composite body was firmly and uniformly bound.
<I> Example 4 </I> As in Example 3, a 3.18 mm aluminum sheet was applied to a 12.7 mm sheet made of soft steel. Size of the metal sheets: 7.62 x 15.24 cm, weight per unit area of the explosive layer: 2.32 g / cm2; Distance between the sheets: 151. After the detonation, the aluminum sheet was firmly connected to the steel sheet.
<I> Example 5 </I> According to Example 3, a composite body (7.62 × 15.24 cm) was produced from tantalum and copper. Tantalum sheet 0.254 mm: copper sheet 1.59 mm: surface weight of the explosive layer 1.55 g / cm2: distance between the sheets: 151 u.
<I> Example 6 </I> As in Example 3, a stainless steel sheet (121.92 x 243.84 cm) was plated on soft steel. A slightly different explosive composition was used, namely with 72% red lead, 8% binder and 20% pentaerythritol tetranitrate (detonation speed approx. 4000 m / sec.). Weight per unit area 1.94 g / cm2, distance 250 u, sheet thicknesses: stainless steel 0.794 mm, soft steel <B> 1.91 </B> mm.
<I> Example 7 </I> A foil (76 u) made of a 90 Ti 6A1 4V alloy (2.54 x 2.54 cm) was used to clad a sheet of tungsten (1.27 mm) embedded in a block of hard plaster. of the same size. Distance 0.076 mm, explosive composition: 35% pentaerythritol tetranitrate, 50% red lead, 15% binder according to Example 1. Detonation speed: approx. 5000 m / sec., Weight per unit area 0.465 g / cm2. Detonator No. 6 on one edge.
Example 8 A molybdenum sheet (2.54 mm x 2.54 cm x 10.16 cm) and a sheet made of soft steel (2.54 cm x 10.16 cm x 013 mm) immediately above it was placed on a supporting steel plate. The corners of the steel sheet were bent up so that they served as spacers. From the stand: 0.64 mm, then a layer of explosives (weight per unit area 0.31 g / cm2, 2.54 cm x 10.16 cm) was glued to the surface of the steel sheet. The explosives were ignited at one edge. The composite body was firmly bound and showed no cracks.
<I> Example 9 </I> Production of a 16-layer sandwich body Alternating layers (15.24 × 15.24 cm) of sheet metal 0.13 mm made of soft steel and austenitic, corrosion-resistant steel were connected. Explosives weight per unit area 1.55 g / em2, distance between all layers: 0.15 mm. There was water at a height of 2.54 cm between the explosive layer and the top metal sheet.
The top sheet was covered with a film made of a polyethylene terephthalate plastic (254 #L). The penetration of water between the layers was prevented by means of an adhesive strip over the edges of the arrangement. The composite body obtained shows no defects or inadequacies.
<I> Example 10 </I> In a series of tests, 26 platings of nickel on copper were produced. Explosives according to example 1, weight per unit area: 0.775 g / cm2. The distance between the sheets (10.16 x 10.16 x 0.053 cm) was varied between 43 [t and 4.07 mm. The explosive layer was placed 6.37 mm apart and the gap was filled with water.
The X-ray examination of the connection zone showed that an identical face-centered cubic grid was present in all cases. Regardless of the distance and the sampling from the connection zone, the grid spacing was 3.575 + 0.003 A. A copper-nickel connection with a grid spacing of 3.575 A consists of 33% nickel and 67% copper.
<I> Example 11 </I> A titanium band (15.24 x 25.4 cm x 0.20 mm) was wound around a cylindrical iron shaft with an overlap of about 2.54 cm. One edge of the sheet metal was embossed so that an air gap was formed between the two superimposed edges. A strip of the explosive according to Example 7 with a length corresponding to that of the metal sheet was placed over the overlapping edge areas and detonated at one end. The titanium tube produced in this way was uniform and did not show any cracks or defects. The seam had excellent strength: the metallurgical test showed no inhomogeneities.