DE1752648A1 - Verfahren zum Explosionsplattieren und hierfuer geeignete Zuendladung - Google Patents

Description

betreffend

Verfahren zum Explosionsplattieren und hierfür geeignete Zündladung.

In den letzten Jahren erfolgte die Entwicklung und technische Einführung von Verfahren zur metallurgischen Verbindung, von Metallteilen mit Hilfe von Sprengkraft. Beispiele hierfür sind in den USA-Patentschrift 3 137 937 (DAS 1229 821) und 3 264 731 (deutsche Patentanmeldung P 15 27 577.1) beschrieben. Kurz gesagt bestehen diese Verfahren darin, daß ein lüetallpartner auf einen anderen Metallpartner mit Hilfe einer Sprengstoffdetonation getrieben wird und zwar fortschreitend mit einer Geschwindigkeit unter 120 °/b der Schallgeschwindigkeit innerhalb des Systems. Die Kollisionsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit welcher die Kollisionslinie oder der Kollisionsbereich über die zu verbindenden

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Metallteile fortschreitet. Die zu verbindenden Metallteile werden vor der Zündung in einem Abstand voneinander und in einem gewissen Winkel, im allgemeinen weniger als 10°, angeordnet. Bevorzugt erfolgt jedoch die Anordnung im wesentlichen parallel. Auf zumindest einem der Metallteile wird eine Schicht eines detonierenden Sprengmittels angeordnet und so gezündet, daß die erforderliche fortschreitende Kollision stattfindet. Wenn die Metallteile anfänglich im wesentlichen parallel angeordnet sind, so entspricht die Kollisionsgeschwindigkeit der Detonationsgeschwindigkeit des Sprengmittels· Sind die beiden zu verbindenden Metallteile anfänglich in einem Winkel zueinander angeordnet, so ist die Kollisionsgeschwindigkeit etwas geringer als die Detonationsgeschwindigkeit. Größere Anfangswirikel führen bei einem gegebenen Sprengmittel zu geringeren Kollisionsgeschwindigkeiten· Der bevorzugte sich bildende minimale Winkel zwischen den Metallteilen beim Aufschlag während der Verbindung schwankt mit den angewandten Metallsystemen und beträgt bei einzelnen etwa 4°, bei manchen mehr· Im allgemeinen kann man sagen, daß - wenn alle anderen Faktoren konstant gehalten werden - der sich ausbildende Aufschlagwinkel mit steigender Dichte des Metalls abnimmt, mit steigender Sprengladung und mit zunehmendem Anfangsabstand oder Winkel zwischen den zu verbindenden Metallteilen bis zu einem Maximum ansteigt· Bei weiter zunehmendem Abstand wird der Aufschlagwinkel wieder kleiner. Der Aufschlagwinkel steigt mit der Geschwindigkeit der Metallschichten bei konstanter Kollisionsgeschwindigkeit und

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durchläuft ein Maximum mit zunehmendem Abstand.« Bei einem gegebenen Abstand steigt die Geschwindigkeit der Metallteile mit steigender Sprengladung. Die minimal erforderliche Geschwindigkeit der Metallteile beträgt im allgemeinen etwa 150 bis 400 m/sec.

Bei dem oben erwähnten Plattierungsverfahren erhält man eine kontinuierliche metallurgische Bindung der beiden 'Metallteile. Es ist jedoch oft schwierig, eine feste Verbindung in dem kleinen Bereich der Zwischenfläche zu er- ^ reichen, der direkt unterhalb der Stelle liegen, wo die Zündung der Sprengmittelschicht erfolgift Wegen der speziellen Anforderungen bei diesen Bindungssystemen werden allgemein übliche punktförmige Zünder wie Sprengkapseln nicht angewandt. Sie sind nämlich oft ungeeignet für eine ausreichend schnelle und sichere Zündung insbesondere von weniger.empfindlichen Sprengmitteln für ein Plattierungsverfahren mit geringer Detonationsgeschwindigkeit. Schließlich ist der Impuls, den eine kleine punktförmige Ladung

an der Fläche einer Sprengmittelschicht zugekehrt der Me- ^ tallschicht dieser zu verleihen vermag ,in unmittelbarer Nähe des Zünders geringer als in weiter entfernten Bereichen und zwar infolge der Divergenz der Detonationsfront. Dieser Impulsverlust in unmittelbarer Umgebung des Zünders wird noch von größerer Bedeutung bei der geringen Detonations-

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geschwindigkeit und Energie der Sprengmittel für die Plattierung in diesem Divergenzbereich· Durch den geringen Impuls erhalten die Metallteile bei der Kollision einen zu kleinen Aufschlagwinkel und eine zu hohe Kollisionsgeschwindigkeit für eine einwandreie Bindung im Zündbereich·

Größere Zünder, die innerhalb der Sprengmittelschicht angeordnet werden, ergaben zwar eine bessere Verbindung, jedoch konnte man feststellen, daß immer noch ein kleiner schlecht gebundener Bereich entsteht, da die Bedingungen für die Verbindung, nämlich Kollisionsgeschwindigkeit, Aufschlagwinkel und Metallgeschwindigkeit, vom Moment des ersten Aufschlags an nicht konstant gehalten werden können. Die bisher vorgeschlagenen Maßnahmen zur Vermeidung derartiger schlechter Bindungszonen unterhalb des Zünkpunktes gingen dahin, das an dem Sprengmittel anliegende Metallteil zu verändern· So wird nach der amerikanischen Patentschrift 3 258 8^1 ein über die mit dem Sprengmittel bedeckte Metallschicht vorstehendes Metallteil oder eine Fahne angewandt· Das Sprengmittel erstreckt sich über diese Fahne, es wird an der Kante der Fahne gezündet· Diese Fahne ist aber kostspielig·

Nach der amerikanischen Patentschrift 3 IAO 539 wird ein konvexer Vorsprung auf der zu plattierenden Schicht

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vorgesehen, d.h. der Metallschicht, an die das Spreng~ mittel anliegt. Die Zündung erfolgt dann an einer Stelle, die zu diesem Vorsprung ausgerichtet ist. Die erste Methode kann man nicht anwenden, wenn die verlorengehende Fahne mit dem ganzen Aufwand nicht tragbar ist. Die zweite Methode ist in großtechnischem Maßstab sehr bedenklich, insbesondere bei der Verarbeitung dicker Plattierungsschichten» Aus Gründen der größeren Wirtschaftlichkeit und der allgemeinen Anwendbarkeit würde es also sehr wünschenswert sein, eine Methode für die Verringerung der schlecht gebundenen Zone in der Nähe der Zündstelle bei Sprengplattierungen zu finden, die nicht auf zusätzlichen V/erkstoffen oder Verfahrensstufen bei der Vorbereitung zur Plattierung beruht.

Die Erfindung bringt nun ein Verfahren zur besseren Zündung des Sprengmittels bei einer Sprengplattierung, wobei eine wesentliche Verringerung des Bereiches von ungenügender Bindung in der Nähe der Zündstelle festgestellt wird« Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine im wesentlichen vollständige Verbindung über die gesamte Zwischenfläche auch in der Nähe der Zündstelle mit geringer oder keiner Beschädigung der Metallteile erreicht. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Verbindung von Metallteilen, indem diese durch die Einwirkung der Detonation aua einer Schicht eines Sprengmittels, welche zumindest auf einem der Teile angeordnet ist, pro-

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gresaiv gegeneinander getrieben werden. Es wird nach der Erfindung eine in der Sprengmittelschicht eingebettete Initial- oder Zündladung,z.B. ein Initialsatz, angewendet. Die Zündung der Sprengmittelschicht geschieht von innen her über ihre ganze Dicke, sie schreitet von der der Plättierungsschicht abgekehrten Oberfläche bis an die Berührungsfläche mit der Plattierungsschicht fort, die Zündung der Sprengmittelschicht geschieht ganz nah der Zündungsachse in dem Teil der Schicht, der dem Metallteil zugekehrt iet· Dadurch werden die zu verbindenden Teile im Zündungsbereich unter Plattierungsbedingungen vorgetrieben, das ist der Bereich unter der Zündladung bis zur Erreichung stationärer Kollisionsbedingungen· Die Zündung der Sprengmittelschicht,

anliegend an die Plattierungsschicht, läuft vorzugsweise under
mittelbar dem Impuls voraus /auf das Metall zur Einwirkung

kommt vt»A durch die Zündladung entlang der Zündachse &» erfolgt, daß ein ringförmiger Impuls und anschließend ein axialer Impuls auf die Metallschicht wirkt. Im allgemeinen ist der Impuls entlang der Zündachse ein Maximum· Das Ladungsgewicht je Flächeneinheit der Zündladung ist höher als das der Sprengmittelschicht bezogen auf die Metallschicht, die der Sprengmittelschicht und der Zündladung anliegt·

Bevorzugte Zündladungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem sie in die Sprengmittelski ent eingesetzt und dort gezündet werden, enthalten eine Ladung von Explosivstoffen mit einer kleineren Querschnittsfläche an einem Ende gegenüber der gesamten Längsachse. Die Detonation der Ladung in axialer Sichtung gegen dieses dünnere Ende

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läuft über einen Umfangsteil oder Mantel entlang der Achse vor.

Wird hier von einem Teil einer Sprengmittelschicht oder einer Zündladung "anliegend" an eine Metallschicht gesprochen, so ist der Teil gemeint, der der Metallschicht am nächsten liegt. Sprengmittel und Zündladung können entweder in direkter Berührung mit der Metallschicht stehen pder über ein Puffer- oder Schutzmaterial, wie einem Kunststoff- oder Kautschukkissen oder einem Schaumstoff. Unter dem Begriff "Schicht" wird ein Körper aus Sprengstoff oder Metall mit zwei bevorzugten Dimensionen verstanden, wohingegen die dritte Dimension als Dicke bezeichnet wird, darunter fallen nicht nur ebene Formkörper - also z.B. Sprengstoffschichten, wie man sie zur Verbindung von flachen Blechen oder Platten anwendet - sondern auch gekrümmte, wie rohrförmige Körper. "Stationäre Kollisionsbedingungen" sind Bedingungen, die sich bei Einstellung eines dynamischen Gleichgewichts zwischen den kollidierenden Metallteilen mit " Fortschreiten der Detonation durch die Sprengmittelschicht ohne Einfluß der Zündladung ergeben. Die in dem Zündbereich herrschenden Kollisionsbedingungen können im wesentlichen die gleichen sein als die stationären Bedingungen, so daß die stationären Bedingungen über den gesamten Kollisionsprozeß zur Verfügung stehen. Andererseits können die Κουίζ

sionsbedingungen im Zündbereich von den stationären Bedinr

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gungen abweichen. Die anfänglichen Aufschlagbedingungen und solche, die während des Übergangs in den stationären Zustand vorliegen, sind - ohne Unterbrechung - die für die Verbindung erforderlichen·

Unter dem Begriff "Zündstelle oder Zündbereich·¹ versteht man den Ort in der Sprengmittelschicht, wo deren Zündung durch Detonation der darin eingebetteten Zündladung erfolgt. Es wird damit auch die Stelle der zu verbindenden Metallschichten angegeben, die unter dem Einfluß der Detonation der Zündladung gebunden werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sprengmittelschicht innerhalb ihrer Stärke gezündet. Sie ist also an einer inneren Fläche zu zünden, nämlich der "Zündfläche", die der Außenfläche der eingebetteten Zündladung entspricht. Die "Zündachse¹· bezieht sich auf eine Linie senkrecht zu der Sprengmittelschicht, die im wesentlichen durch die Mittellinie der Öffnung geht, die von der Zündfläche begrenzt ist, d.h. sie geht durch den Mittelpunkt der Zündladung für die Zündung der Schicht. Die "Längsachse" der Zündladung bezeichnet die Achse, die mit der Zündachse zusammenfällt, wenn die Zündladung in der Sprengmittelschicht eingesetzt ist und in dieser Richtung die Detonation fortschreitet. In den meisten Fällen ist die längste Achse der Zündladung die Längsachse.· Liegt Jedoch die Zündladung in einer dünnen Sprengmittelschicht oder iif einer flachen Scheibe aus Sprengmittel

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bei der Zündung vor, so muß die Längsachse nicht immer die längste Ausdehnung haben. Unter dem Begriff "ümfangsteil oder Mantel¹¹ der Zündladung versteht man den Teil, der von der Längsachse entfernt ist, also im allgemeinen der äußere Teil ausschließlich beider Enden, also wo die Zündung erfolgt und an der entgegegesetzten Seite.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch zwei Maßrfahmen charakterisiert und zwar: erstens wird jede Sprengmittelschicht an einer inneren Fläche über ihre ganze Dicke gezündet - im Gegensatz zu einem Zünder oder einer Zündvorrichtung an einer Außenfläche der Sprengmittelschicht, wobei die Detonation durch die Schicht fortschreitet· Auf diese Weise ist eine bessere Regelung der Detonation bei ihrem Einsetzen an der Zündstelle möglich. Die Zünder führen zu höheren Impulsen und wirken damit den Verlusten durch Divergenz der Detonation entgegen. Der zweite Paktor ist, daß die Zündung der Sprengmittelschicht unmittelbar an der Zündachse in dem Teil der Sprengmittelschicht, an der Metallschicht anliegend, erfolgt. Dies bedeutet, daß die Zündfläche der Schicht und damit auch die Außenfläche der Zündladung, die dieser fläche entspricht, möglichst dicht an der Zündachse an dem Teil vorgesehen ist, der der Metallschicht an-^ liegt, d.h. daß die Querschnittsfläche der Ausnehmung, die durch die Zündfläche und die Zündladung begrenzt wird, an dem der Metallschicht anliegenden Teil kleiner ist. Eine

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Folge davon ist,.daß die erste Aktion der Zündladung in die Mitte konzentriert ist, so daß in der Fähe der Achse der Aufschlagwinkel groß genug und die Kollisionsgeschwindigkeit gering genug ist für eine gute Verbindung. Diese Art der Zündung verringert auch die Beschädigung der Metallschicht und gestattet die Anwendung von Zündladungen ausreichender Größe, um eine sichere Zündung der Sprengmittelschicht mit nahezu stationärer Geschwindigkeit zu gewährleisten. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der zweiten Maßnahme liegt darin, daß sich die Detonation durch die Sprengmittelschicht ausreichend schnell ausbreitet, um einen glatten Obergang in die stationären Bedingungen bei guten Bedingungen für die Verbindungen zu erreichen·

Die Anwendung einer speziellen Zündladung bei der Sprengplattierung ist oft zweckmäßig, um eine schnelle und zuverlässige Zündung insbesondere von weniger empfindlichen Sprengmitteln für die Plattierung mit einer niederen Deto-

zu erreichen.
nationsgeschwindigkeitfC Aus diesem Grund sollte daher die Zündladung selbst zündempfindlicher sein als die zur Plattierung verwendeten Sprengstoffe. Zumindest sollte jedoch im allgemeinen in den Teilen, die dem Zündmittel selbst also z.B. einer Zündkapsel anliegen, die Zündladung eine höhere Detonationsgeschwindigkeit als der Plattierungesprengstoff besitzen. Gleichzeitig sollten, um eine maximale Bindung an der Zwischenfläche der Metallschichten in unmittelbarer Nähe der Zündstelle zu erreichen, diese in einer solchen Weise gegeneinander vorgetrieben werden, daß die Bedingungen für optimale Bindung, also Aufschlagwinkel und

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Kollisionsgeschwindigkeit j im wesentlichen vom Moment des Aufschiagens erreicht und weiter aufrecht erhalten werden. Dies soll natürlich durch eine Zündladung erfolgen, die zu keiner nennenswerten Beschädigung der anliegenden Metallschicht führt. Mese Forderung erfüllen die erfindungsgemäß angewandten Zündladungen·

Bei Anwendung von Zündladungen mit konstantem Quer-.schnitt fällt der Druck momentan von einem Maximum unterhalb der Zündladung auf einen Wert, der d em stationären Detonationsdruck der Hauptladung in der Nähe des Umfangs der Zündladung ähnlich ist. Wenn der Kollisionswinkel in der Nähe der Zündachse beträchtlich und der Abstand von der Achse bis zum Umfang oder Mantel gering ist, kann es sein, daß das anliegende Plattierungssprengmittel mit geringer Detonationsgeschwindigkeit dem anliegenden Teil der Metallschicht keinen ausreichenden Impuls verleiht, um diesen auf

so eine ausreichende Geschwindigkeit zu beschleunigen, daß für eine einwandfreie Verbindung ausreichend großer stationärer Kollisionswinkel und korrekte Kollision zustande kommt. Versucht man diese Problem zu überwinden, so : kann man nicht den Abstand von der Achse der Zündladung zu ihrem Umfang vergrößern, da es zu einem großen Aufschlag der Metallschichten kommen kann und die Gefahr der Beschädigung der Metallschicht mit größerer Zündladung anliegend an diese Schicht steigt» Durch das erfindungsgemäße Ver- '

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fahren wird dieses Problem infolge der Flexibilität hinsichtlich des Verhältnisses von Impuls zu Abstand von der Zündachse ohne Risiko gelöst. Nach der Erfindung wird eine Verringerung der Zündladung im Abstand von der Zündachse zu einer graduellen Änderung des Impulses auf die Plattierungsschicht von einem axialen, im allgemeinen maximalen) Impuls zu dem Impuls, wie man ihn mit dem Plattierungssprengmittel allein erhält, sichergestellt. In der Impulszwischenregion wird eine ausreichend hohe Geschwindigkeit der Metallschicht für die geforderten stationären Kollisionswinkel und -geschwindigkeiten erreicht. Gleichzeitig kann die Menge an der Metallschicht anliegendem Sprengmittel auf einem gewünschten Minimum gehalten werden. Die graduelle Änderung des Impulses mit der Erfindung ist ebenfalls vorteilhaft, da innerhalb der Metallschicht viel geringere Spannungen auftreten, wie sie aus einer anliegenden Impulsänderung herrühren würden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zündladung mit kleinerem Querschnitt an der Metallschicht anliegend, als für einwandfreie Bindung üblicherweise erforderlich , liegt darin, daß die Druckbeanspruchung an der Auftreffläche der Metallschicht, an welcher die Verbindung zustande kommt, geringer ist als bei Verwendung von großflächigeren Ladungen. Auch dadurch wird die Metallschicht geringeren Spannungen ausgesetzt.

Die erfindungsgemäß angewandte Zündladung kann irgendeine beliebige geometrische Form besitzen. Sie kann sich vom Ende größeren Querschnitts bis zum anderen Ende kontinuierlich verjüngen also konisch oder kegelstumpfförmig sein oder

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"bis zu einem Mittelteil z.B. trichterförmig. Die ladung kann sich auch von einem Mittelteil;- aus am Unfang verjüngen "bis zum dünnen Ende. Die Ladung wird dann z.B. eine Form haben, die auf einer breiteren Basis einen Konus oder einen abgestumpften Konus darstellt. Diese Basis kann ein massiver Zylinder oder eine Scheibe sein". Auch kann die Ladung einen T-förmigen Längsschnitt besitzen. Die Umfangsform der Ladung und damit auch die Form der inneren Zündfläche des Plattierungssprengmittels ist nicht kritisch. A Sie kann senkrecht zu der Zündachse beliebig sein, z.B. kreisrund, oval, rechteckig,dreieckig oder vieleckig. Die Wahl einer bestimmten Form für die Ladung wird im allgemeinen weitgehend davon abhängen, wie die Herstellung dieses Körpers und wie dessen Haltbarkeit usw. ist.

Die Erfindung wird anhand folgender Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 3 sind Querschnitte verschiedener erfindungsgemäß angewandter Zündladungen· . ■

Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines !Teils der Anordnung bei der Sprengplattierung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zündladung und

Fig. 5 zefgt einen Querschnitt der Anordnung nach Fig_e 4 nach Detonation der Zündladung.

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Fig. 1 zeigt eine Zündladung, deren unteres Ende 1a kegelstumpfförmig mit dem Kegelwinkel o^ und dessen oberer Teil 1b ein massiver Zylinder ist. Die Fläche der Ladung, die der zu bindenden Metallschicht anliegt, ist kleiner als die entgegengesetzte. Die Zündladung besteht aus einem selbsttragenden detonierenden Sprengstoff 2 z.B. gegossen oder stranggepreßt, im Zylinderteil mit einer dünnen Hülse eines anderen detonierenden Sprengstoffs 3 umgeben, welcher auch die große Fläche der Ladung in Form einer dünnen Scheibe 4 bedeckt. Die Zündkapsel 5 ist in der Mitte der Scheibe 4 in der Längsachse der Zündladung wie durch die unterbrochene Linie angedeutet - angeordnet.

Diese doppelte Ladung ist für solche Fälle verwendbar, wo der Sprengstoff der Zündladung mit einer Sprengkapsel nicht gezündet werden könnte oder aber keine ausreichend hohe Detonationsgeschwindigkeit ergeben würde, um das Sprengmittel für die Plattierung schnell und sicher zu zünden. In solchen Fällen besteht die Hülse 3 und die Scheibe 4 aus e inem Sprengstoff höherer Detonationsgeschwindigkeit als die Ladung 2.

Fig. 2 zeigt eine Sprengladung mit I-förmigem Längsschnitt. In diesem Falle wird ein Unterschied in den Quer-* schnittsflächen durch die Scheibe 4 erreicht, die größer ist als der zylindrische Teil der Ladung 2. Im wesentlichen die gleiche Ladung kann hergestellt werden mit einer Scheibe

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gleicher Größe als der Zylinderteil, indem zusätzliches^ [ Sprengmittel um die Scheibe gewickelt oder in anderer Weise geformt werden,.

Die Zündladung nach Pig. 3 ist ein Kegelstumpf aus einem einzigen Sprengstoff 2; im dickeren Ende des Kegelstumpfs befindet sich ein inerter Block 6, z.B. aus Holz. Er ist so eingebracht, daß ihn ein dünner Mantel sowie eine Deckschicht umgibt. Bei dieser Ausführungsform ™ wird bei zentraler Zündung der Grundfläche des Kegelstumpfs die Detonation des Sprengstoffmantels der des axialen Teils vorauseilen, - -

In Pig. 4 ist eine Plattierungsanordnung unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Zündladung 1, jedoch mit " einem einzigen Sprengstoff dargestellt. Die kleinere Fläche ruht auf der Oberfläche der Metallschicht 7, die z.B. eine Platte ist und auf eine zweite Metallplatte sprengplattiert {| werden soll. Die Zündladung 1 hat eine höhere Detonations-

geschv/indigkeit und eine höhere Flächenladung als der sie umgebende Sprengstoff 8 für die Plattierung. Der Eahmen 9 z.B. aus Holz dient zur Begrenzung des pulverförmigen Sprengstoffs 8. Y/ird die Zündkapsel 5 betätigt, so erfolgt die · Zündung der Zündladung, die Detonation schreitet axial durch die Zündladung' 1 fort und beschleunigt die Metallplatte 7 und führt in den anderen Richtungen zur Zündung des Spreng-

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Stoffs 8 an dessen Berührungsfläche. Da die Flächenladung des energiereicheren Sprengstoffs auf der Metallplatte 7 von einem Maximum in der Zündachse und damit in Längsachse der Zündladung abfällt, wird die Metallplatte 7 der konzentrierten Anfangseinwirkung in der Mitte ausgesetzt sein; es kommt zu einer Metallverformung, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht. Die graduelle Änderung des Impulses zu dem schwächeren, stationären Impuls der ladung 8 in anlie-¹ genden Bereichen gestattet ein Vortreiben der Metallschicht mit einer ausreichenden Geschwindigkeit in der Nähe der axialen Hegion, um einen Kollisionswinkel B und eine Kollisionsgeschwindigkeit, die für eine Verbindung in der Achse und den anliegenden Bereichen erforderlich sind, ohne nennenswerte Beschädigung der Metallschicht 7 zu erreichen·

Die Dimensionierung der Ladung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie den Eigenschaften des für die Plattierung angewandten Sprengstoffs und des Sprengstoffs für die Zündladung, der zu beschleunigenden Metallmasse, die Streckgrenze der Metalle in dem System, dem stationären Aufschlagwinkel und der gewünschten Geschwindigkeit, der Form der Ladung usw. Um eine gewünschte Kollisionsgeometrie in dem gegebenen System zu erreichen, werden größere Ladungen für schwächere (lower weight strength ) Ztindsprengstoffe mit kleinerer Festigkeit iffrp- größere zu beschleunigende Metallmassen und für Metalle höherer Streckgrenze erforderlich. Größere La-

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düngen sind notwendig, um größere Aufachlagwinkel zu erreichen. Die Länge der Zündladung, also der Abstand zwischen der kleineren und der größeren Fläche ist im allgemeinen im wesentlichen gleich der Stärke des Sprengstoffs für die Plattierung, welcher damit gezündet werden soll, längere Ztindladungen können gegebenenfalls angewandt werden, wenn sich z.B_e Scheibe* 4 in Pig. 2 über die Sprengstoffschicht für die Plattierung erstreckt-,. Allgemein gesprochen sollte die Grundfläche der Ladung, die der Metall·- % schicht anliegt, möglichst klein sein, um die gewünschte Beschleunigung ohne Beschädigung der Metallschicht zu erreichen. Dieses Ende der Ladung kann ein Punkt sein, wie \ die Spitze eines Konus, bevorzugt wegen der leichteren Handhabung ist jedoch an dieser Stelle eine Fläche. Aus praktischen Erwägungen kann man zuerst eine Ladungsform wählen; die Länge der Ladung ergibt sich aus der Schichtstärke des Sprengstoffs für die Plattierung, dann wird die gewünschte Größe der kleinen Fläche ermittelt. Als Regel kann man sa~ d gen, daß ein Durchmesser von etwa 6,35 mm (0,25 inch) bzw. eine Pläche von etwa 3 cm (0,05 sq.in.) entsprechend sind. Größere Flächen können angewandt werden, insbesondere wenn dickere Metallschichten verbunden werden sollen. Im allgemeinen beträgt die längste Ausdel&ng des Querschnitts der · kleineren Fläche, nämlich die Dimension senkrecht zur Zündachse, etwa dasf 1 - bis 3 -fache der anliegenden Metallschicht ·

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Die größeren Zündladungen werden im allgemeinen bei festeren Metallen zur Anwendung gelangen.

Die Größe der Querschnittsfläche der Zündladung wird so gewählt, daß mit der anliegenden Sprengmittelschicht eine ausreichend hohe Geschwindigkeit der Metallschicht unterhalb der Metallfläche, die dieser kleineren Zündladungsfläche anliegt, und eine für die Verbindung erforderliche Kollisionsgeschwindigkeit erreicht wird. Im allgemeinen wird- der Querschnitt des größeren Teils der Zündladung zumindest ca. 2 mal bis etwa 4 mal größer sein als die kleinere Fläche. Das Verhältnis dieser beiden Querschnittsflächen kann jedoch auch größer sein, dies gilt insbesondere bei T-förmigen Ladungen.

Im allgemeinen hängt der Querschnitt von der jeweils angewandten Form der Ladung ab. Werden konische oder kegelstumpf förmige Ladungen angewandt, bestimmen Länge und Grund- und Deokflachen der Ladung das Ausmaß der Veränderung des Ladungsgewichts zwischen dem Umfang und der Achse, also den Konuswinkel; in anderen Fällen können größere Flächen über ein bestimmtes Stück der Ladung beibehalten werden; die graduelle Verringerung beginnt erst dann, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Der Konuswinkel hängt in diesem Fall von der Stelle ab, wo die Verjüngung beginnt. Bevorzugt v/erden die großen Querschnittflächen für zumindest etwa

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50 Ίο der Ladungslänge beibehalten. Der Konuswinkel σ*~ ist kleiner als etwa 85°. Der Teil großen Querschnitts soll sich nicht weiter als etwa 90 # der Ladungslänge erstrecken. Der Konuswinkel d- sollte zumindest etwa 20° sein»

Bei T-förmigen Ladungen mit einem Zylinder oder einer Scheibe und tibergehend in e'inen Kegel oder einen Kegelstumpf sollte die große Querschnittfläche über eine be-¹ stimmte Länge der Charge bestehen und dann ein plötzlicher Übergang zu der graduellen Verjüngung im Falle eines Konus stattfinden. In diesem Fällen reichen die großen Querschnittflächen zumindest Über etwa 5 i> der Ladungslänge.

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Die Zündladung nach der Erfindung kann aus einem einzigen Sprengstoff oder auch aus zwei oder mehreren bestehen. Wird ein einziger Sprengstoff angewandt, so müssen obige Forderungen erfüllt sein, d.h. er muss zündfähiger sein als das Plattierungssprengmittel und zumindest ein Teil davon eine grössere Detonationsgeschwindigkeit als das Plattierungssprengmittel besitzen. Es sollte auch ein grösseres Ladungsgewicht •bezogen auf die Flächeneinheit der Metallschicht zur Anwendung gelangen, als dies für das Plattierungssprengmittel gilt. Im allgemeinen werden Sprengstoffe mit einer massigen Detonationsgeschwindigkeit z.B. etwa 3OOO bis 7000 m/sec bevorzugt, auch wird ein Verhältnis der Detonationsgeschwindigkeiten des Sprengstoffs aus der Zündladung und für den Plattierungsvorgang zwischen 1,5 : 1 und 3 · 1 bevorzugt. Der Sprengstoff selbst kann selbsttragend sein, also ein gegossener oder plastischer Sprengstoff; pulverförmiger Sprengstoff kann in einem schwachen Behälter wie einem Pappkarton untergebracht sein. Als geeignete Sprengstoffe können z.B. Pentaerythrittetranitrat, Trinitrotoluol, Hexogen,

HMX sowie ander organische Nitrate, Nitramine Nitroverbindungen, anorganische Azide und deren Gemische, gegebenenfalls mit weiteren Zusätzen wie bei gegossenem Pentolit, Amatpl 80/20.angewandt werden.

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Einige Sprengstoffe wie gegossenes Trinitrotoluol sind für die erfindungsgemässen Zündladungen besonders wünschenswert, da sie die sehr erwünschte, massige Detonationsgeschwindigkeit aufweisen und in der Lage sind, die Metallschicht in geeigneter Weise vorzutreiben, jedoch selbst schlier zu zünden sind. Solche Sprengstoffe können als Hauptanteil der Zündiadung Vervrendung finden, wobei eine dünne Schicht oder Hülse eines Kapsel-empfindlichen Sprengstoffs mit höherer Detonationsgeschwindigkeit ' diese Hauptladung umgibt und abdelcbt mit einer dünnen Scheibe, an welcher die Zündung der Zündladung erfolgt. Derartige Ausführungsformen sind in der Pig. I und 2 dargestellt. Im allgemeinen ist die Stärke der Kapsel-empfindlichen Schicht etwa 0,5 bis 5 mm (0,02 bis 0,2 in.). Das Verhältnis der Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffs der Hülse zu

der
der/Hauptladung der Zündladung soll vorzugsweise 1,2 : 1 bis 3 ί 1 betragen. Wenn der Sprengstoff in der Hülse eine Detonationsgeschwindigkeit von = 6000 m/sec besitzt, soll sich die Hülse vom dicken Teil der Zündladung bis etwa mehr als 50 % der Länge der Ladung, vorzugsweise etwa insbesondere nicht mehr als etwa 90 % erstrecken. Die Schicht aus Kapsel-empfindlichem Sprengstoff grösserer Detonationsgeschwindigkeit soll sich bis zu der Fläche der Zündladung, die an die Metallschicht anliegt, vorzugsweise nicht erstrecken, da es sonst zu intensiveren Schockwellen in der Metallschicht

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und in der Folge davon zu einer Beschädigung kommen kann. Wird in der Hülse ein Sprengstoff mit massiger Detonationsgeschwindigkeit z.B. mit etwa 4000 bis 5000 m/sec angewandt, so kann sich diese Hülse über die gesamte Länge des Zündladungsumfangs erstrecken.

Die Anwendung von einer Sprengstoffschicht grösserer Detonationsgeschwindigkeit um die Hauptmasse der Zündladung ist zur Erreichung eines gewünschten Aufschlagwinkels der Metallschichten unterhalb des Zünders von Vorteil. Da.die Detonation in der Außenschicht der Zündladung der Detonation in dem Kern voraus läuft, schlägt die Detonationsfront auf die Metallschicht in Form eines Binges oder Kreises auf. Dies führt zu einer schwachen nach innen gerichteten Bewegung der Metallschicht gegen die Mitte. Damit treibt die Energie aus der Detonation des mittleren Teils der Ladung den mittleren Teil der Metallschicht vor und führt zu einer konischen Verformung und einem ringförmigen Aufschlag. Der gleiche Effekt kann erreicht werden mit einer Zündladung aus einem einzigen Sprengstoff, wenn der Umfang dieser Ladung vor dem Mittelteil zündet, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht wird. Die jeweils anzuwendenden Sprengstoffe für die Außenschicht sind nicht kritisch, vorausgesetzt, daß sie zu der Zündung des Plattierungssprengmittels geringerer

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Detonationsgeschwindigkeit und des Sprengstoffkerns in der Zündladung geeignet sind. Trotzdem gegossene oder pulverförmige Sprengstoffe angewandt werden, werden selbsttragende, plattenförmige Sprengstoffe bevorzugt, da sie sich leicht durch Wickeln um einen Kern anwenden lassen. Wenn als Zündladung ein System aus 2 Sprengstoffen angewandt wird, so kann der Sprengstoffkern ein Plattierungssprengmittel niederer Detonationsgeschwindigkeit sein. Die Detonationsgeschwindigkeit des Hauptanteils eines solchen 2-Komponenten~Systems kann gleich der Detonationsgeschwindigkeit des Plattierungssprengmittels sein. Bevorzugt wird jedoch die Detonationsgeschwindigkeit 1,-5 bis 3 mal grosser als die des Plattierungssprengmittels.

Die Zündladung wird z.B. mit einer Zündkapsel betätigt, die im allgemeinen in der Mitte der grösseren Fläche in Zündstellung zu dem einzigen Sprengstoff eines 1-Komponentenzündsystems oder mit der Außenschicht eines zündwilligeren Sprengstoffs, wenn erforderlich) verbunden ist. Wenn eine Verzögerung der Zündung des Mittelteils der Zündladung angestrebt wird, so daß die Detonation über den Umfang der Ladung der Detonation im Mitteilteil vorausläuft, so kann man einen Block aus inertem Material z.B. Holz im Sinne der Fig. 3 in die Ladung einformen. Es ist aber auch möglich, einen Linienwellengenerator zur Zündung des Umfangs der Sprengladung an deren

dickem Ende anzuwenden. ·

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Wie oben bereits erwähnt, hängt die Auswahl der speziellen Form der Zündladung weitgehend von deren Herstellungsverfahren und Stabilität ab. Aus diesen Gründen wird eine Ausführungsform, wie sie in Pig. k gezeigt ist, bevorzugt. Um eine weitere Kontrollmöglichkeit bei der Aufbringung des gewünschten ringförmi-

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gen Aufschlags unterhalb der Ladung zu haben und wenn insbesondere ein Aufschlag in einem einzigen Punkt angestrebt wird, wird eine Zündladung im Sinne der Fig. besonders bevorzugt, gegebenenfalls unter Verwendung eines inerten Einsatzes unterhalb der Scheibe 4, so daß der Mantel 3 vor der axialen Ladung 2 gezündet werden kann· Eine Zündladung der Fig. 2 führt zu maximaler Verbindung, minimaler Deformation und Absplittern von Material aus der Plattierungsschicht.

Die Zündladung wird nun in der Schicht des Plattierungssprengmittels mit ihrer Längsachse senkrecht zu der Sprengmittelschicht angeordnet. Die kleinere Fläche ruht im wesentllehren auf der der Sprengmittelschicht zugekehrten Metallfläche (Fig. 4). In manchen Fällen kann die Zündladung in Berührung mit der Metallschicht stehen. Wenn gewünscht, kann man eine dünne Schicht eines die Oberfläche schützenden Materials wie eine Kunststoffolie oder einen Klebstreifen anwenden. Die

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Zündladung kann an jeden Punkt der Oberfläche der Metallschicht z.B. an einer Kante, in einem Eck oder an einen mehr innen liegenden Punkt fixiert werden. Mehrere Zünd-' ladungen lassen sich an einer Kante einer grossen Platte befestigen. Wie aus Fig. k hervorgeht, kann auf einem Grundwerkstoff ein Plattierimgswerkstoff gebunden werden.. Es ist jedoch auch möglich,.mehrere Plattierungsschichten mit einer einzigen Sprengmittelschicht zu verbinden, .auch kann man im Sinne der folgenden Beispiele mehrere ^

Sprengmittelschichten gleichzeitig anwenden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt auch darin, daß infolge der vollständig einwandfreien Bindung auch im Bereiche des Zündpunkts die Zündung nicht notwendigerweise auf eine Kante beschränkt bleiben muss, wie dies bisher infolge der fehlerhaften Bindung in der Nähe der Zündstellen erforderlich war und dieser Bereich entfernt werden musste.

Die erwünschten Kollisionsparameter bei Zündlung der Zündladung und damit Zündung des anliegenden Plattierungssprengmittels variieren von System zu System und können den erwähnten Patentschriften entnommen werden. Als Regel kann man ansehen, daß ein minimaler Aufschlagwinkel von etwa k° wünschenswert ist. Bei Silberlegierungen (Beispiel 1) is^t ein Auf Schlagwinkel von etwa 6,5 bis 7°

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zweckmässig. Es handelt sich hier um den stationären Aufschlagwinkel, der sich unterhalb der axialen Region der Zündladung bei einer typischen Plattierungs an Ordnung ausbildet. Der axiale Aufschlagwinkel kann etwas höher sein. Im allgemeinen variiert der Aufschlagwinkel zwischen etwa 4 und 25°, vorzugsweise zvrisehen 5 und 15°· Aufschlagwinkel und Kollisionsgeschwindigkeiten lassen sich mit Abtastkameras ermitteln.

Wie bereits ausgeführt, hängt die jeweils anzuwendende Form der Zündladung von dem zu plattierenden System ab. Im allgemeinen kann man jedoch sagen, daß bei einem speziellen System die Zühdladung eine Länge von etwa der Dicke der Sprengmittelschicht besitzt, das dünne Ende einen Durchmesser etwa der 1-11 s 3-fachen Dicke der Plattierungsschicht und der dicke Teil einen Durch-

; des

messer entsprechend etwa dem 2-bis 4-fachen/dünnen aufweisen solle«. Die stationäre Kollision und die Kollision unter dem Zündpunkt können mit Hilfe einer Abtaetkaraera verglichen werden. Ist der Aufschlagwinkel am Ort der Zündung zu gross oder zu klein während die Kollisionsgeschwindigkeit entspricht, so kann die angewandte Masse oder die Pulvermenge des Sprengstoffs der Zündladung verringert bzw. vergrössert werden. Ist andererseits die Kollisionsgeschwindigkeit zu gering, so kann die Zündladung in ihrem dicken Teil vergösser-t werden. Wird

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eine übermassige Deformation festgestellt, kann die Masse der Zündladung proportional verringert werden, oder aber man verwendet einen energieschwächeren Sprengstoff. Wird ein Sprengstoff höherer Detonationsgeschwindigkeit in der Hauptladung im Umfangsbereich der Zündladung angewandt oder erfolgt die Zündung peripheral·, eo wird der Aufschlagwinkel am 1. Punkt des Aufschlags in der Zündachse spitzer; es gibt also im wesentlichen keine unzureichend gebundenen Bereiche mehr.

Folgende Beispiele erläutern die Erfindung:

Beispiel 1:

Es sollte ein Laminat aus 3 Schichten hergestellt werden, je eine Silber-Kupfer-Legierung-80 % Silber, 20 % Kupfer, 305 χ 2$k mm, Stärke 6,35 mm-wurdarauf

grossen

jeder Seite eines gleichmässigen Bleches aus einer d

Kupfer-Silber-Legierung-80 % Kupfer, 20 % Silber* Stärke 31»? mm-im wesentlichen parallel zueinander, jedoch in einem Abstand von 3,175 mm angeordnet. Eine Zündladung eitsprechend Pig. 1 wird an jeder Außenfläche der Plattierungsplatten in der Mitte einer der 25^ mm langen Seite angebracht. Die Lage der Zündladungen auf den beiden Plattierungsplatten war

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korrespondierend. Jede Zündladung war ein Kegelstumpf kleiner Durchmesser 12,7 mm, grosser Durchmesser 25,k mm, Höhe 12,7 mm-mit einem zylindrischen Teil als dickes Ende, Höhe 38,1 mm. Der Sprengstoff 2 bestand aus gegossenem Trinitrotoluol und hatte eine Detonationsgeschwindigkeit von 55OO m/sec. Eine 1,27 mm starke Folie aus Pentaerythrittet'ranitrat in einem Kautschukoder einem thermoplastischen Terpenharz (US-Patent-' schrift 2 999 7^3), Detonationsgeschwindigkeit 69OO m/sec wurde um den Trinitrotoluol-GußkÖrper und zwar den38|l mm t—μ» langen zylindrischen Teil gewickelt. Aus dem gleichen Material wurde eine Scheibe auf der grossen Fläche angeordnet und an dieser in die Mitte eine Zündkapsel Nr. 6 fixiert.

Diese Zündladung wurde mit der kleinen Konusfläche aufliegend auf der Platte und an die Plattenkante stossend aufgesetzt. Um die Außenflache jeder Plattierungsplatte wurde ein Holzrahmen befestigt und an diesen körniges Sprengmittel, enthaltend 16 % Trinitrotoluol, 7k % Natriumnitrat und 10 % Natriumchlorid so gepackt, daß eine 50,8 mm starke Schicht mit einer Detonationsgeschwindigkeit von 2100 bis 2^00 m/sec entstand. Das körnige Sprengmittel umgab die Zündladung vollständig. Der Rahmen erstreckte sich über die Kante der Plattierungsplatte auf der Seite der Zündung über etwa 25,4 mm Hn.aus.

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Die Zündkapseln wurden gleichzeitig betätigt. Die Zündladungen wurden gezündet und führten zu einer Zündung des körnigen Sprengstoff s_f der daran anlag_/ mit Portschreiten der Detonation über die Oberfläche der Zündladung. Die Zündung des körnigen Sprengstoffs zusammen mit dem Impuls aus den Zündladungen entlang der Zündachse führte zu eine'r fortschreitenden Kollision der Plattierungsplatten mit der Mittelschicht. Die

Prüfung des erhaltenen Gegenstandes ergab eine voll- ^

ständige Bindung in der Nähe der Zündladungen. Man konnte kein Abheben oder einen Eindruck in den Plattie-

auf

rungsplatten feststellen. Aus den Kamerae»tnahmen der gleichen Plattierungsplatte und mit der gleichen Zündladung ergab sich ein stationärer Kollisionswinkel von 6,5°j 3-^er innerhalb einer Strecke von 6,35 mm von einem Punkt auf der Achse der Zündladung erreicht war. Die Kollisionsgeschwindigkeit betrug 2100 bis 2400 m/sec und war im Moment des Aufschlags erreicht. M

Beispiel 2:

Die Maßnahmen des Beispiels 1 wurden wiederholt und zwar zur Herstellung eines "Sandwhich-Köpers" aus eine;m Stahlblech, welches auf beiden Seiten mit einem Titanblech plattiert ist. Je eine Titanplattierungsplatte-292 χ 305 mm/Stärke 6,35 mm aus Titan der Type 35-A-wurde auf jeder Seite einer Mittelplatte aus Stahl-Type C1008 3^3 χ 355 mm, Stärke 25,4 mm-in einem Abstand

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von 6,35 mm angeordnet. Detonationsgeschwindigkeit 2200 m/sec. Zündladung nach Beispiel 1 J Plattierungsplatte.·kleiner Konusdurchmesser 15>9 mm, grosser Konusdurchmesser und Zylinderdurchmesser 31»7 mm. Zündladung auf der anderen Plattierungsplatte mit Kern und Hülse im Sinne des Beispiels 1, jedoch abweichender Form, nämlich -zylindrisch, Durchmesser 25,4 mm. Die Hülse erstreckt sich über die ganze Zylinderlänge. Nach der Detonation konnte festgestellt werden, daß das plattierte Material auf der im Sinne der Erfindung gezündeten Seite vollständig gebunden war. Unterhalb der zylindrischen Zündladung stellte man eine unzureichende Bindung über eine Fläche von etwa 97 cm (15 sqin.) fest.

Patentansprüche 81795O

109823/0 4.3

Claims (2)

1. Patentansprüche

   Io Verfahren zur Verbindung von Metallschichten mit Hilfe von Sprengkraft_f wobei die Metallschichten einander zugekehrt und im Abstand voneinander angeordnet sind und sich auf zumindest einer der Metallschichten eine Sprengmittelschicht befindeti die so gezündet wird, daß die Detonationsfront quer über die Oberfläche der Metallschicht fortschreiteti dabei diese über den Abstand auf die andere Metallschicht vortreibt und dabei mit dieser verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß man das Sprengmittel innen über seine ganze Schichtstärke mit Hilfe einer in dieser eingebetteten Zündladung zündet und eine solche Zündladung verwendet, deren Querschnittsfläche an dem Ende, welches der Metallschicht zugekehrt ist, kleiner ist als in dem von dieser entfernterem Teil»
2. 2. Zündladung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie an einem Ende eine kleinere Querschnittsfläche hat als über die restliche Längsachse und die Detonation dieser Ladung in axialer Richtung gegen deses Ende mit der kleineren Querschnittsfläche über den peripheren Teil der Detonation entlang dieser Achse vorausgeht.

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