NL2011608A - Werkwijze voor het door middel van explosielassen aan elkaar bevestigen van ten minste twee metalen werkstukdelen. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR HET DOOR MIDDEL VAN EXPLOSIELASSEN AAN ELKAAR BEVESTIGEN VAN TEN MINSTE TWEE METALEN WERKSTUKDELEN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het door middel van explosielassen aan elkaar bevestigen van ten minste twee metalen werkstukdelen, alsmede op een op deze wijze uit werkstukdelen samengesteld werkstuk.

Om werkstukken, bijvoorbeeld buizen, een hogere corrosiebestendigheid te geven worden deze bekleed met een laag hoog-gelegeerd staal. In het bijzonder Chroom-Nikkel legeringen zijn hiervoor populair.

Traditioneel wordt een dergelijke beschermlaag aangebracht door middel van een boog-las proces. Dit heeft als belangrijk nadeel dat beide materialen zich mengen waardoor de legering een deel van haar eigenschappen verliest. Verder heeft de legering de neiging zich te ontmengen wat verder ten koste gaat van de eigenschappen. Onvermijdelijk ontstaat bij een traditioneel boog-lasproces een zogenaamde derde fase; een fase waarin beide materialen zich hebben opgemengd, en waar door ontmenging Carbides en in enige mate poreuze holten zijn ontstaan. Veelal wordt deze derde fase, en haar omgeving, aangeduid als de 'door warmte aangetaste zone', ofwel de 'Heat Affected Zone (HAZ)'. Wel is er sprake van versmelting van beide materialen op het niveau van het metallurgisch rooster.

Teneinde de eigenschappen van beide materialen te behouden is een twee-fase verbinding tussen metalen ideaal. Hierbij is op de verbindingslijn van beide materialen een metallurgische verbinding ontstaan, maar is aan beide zijde van deze lijn de metallurgie van beide materialen onaangedaan. Belangrijk is dat er werkelijk sprake is van een metallurgische verbinding; in de markt claimen technieken als co-extrusie en wals-bekleding ook een metallurgische verbinding tot stand te brengen. Veel meer geldt hier dat beide materialen aan de oppervlakte in elkaar verwikkeld zitten. Deze verbindingen falen bij trekproeven op de verbindingslijn, ver beneden de vloeisterkte van de beide materialen.

Door middel van een explosielas ontstaat wel een twee-fase verbinding op metallurgisch niveau. Bij dit lasproces worden de beide materialen onder de extreem hoge druk van een voortschrijdende explosie op elkaar gedrukt.

Omdat in de voorbereiding van het proces een ruimte wordt gelaten zal de zijde waar de explosieven zijn aangebracht na het tot ontploffing brengen van deze explosieven, enige tijd hebben te accelereren, en zal het materiaal aan de andere zijde met zeer hoge snelheid treffen. Doordat de explosie voortschrijdt treffen beide zijden elkaar onder een hoek, waardoor het oppervlak van de impact zeer klein is, en zo de impact zeer hoog. Omdat de aanwezige lucht in de ruimte tussen beide materialen met zeer grote snelheid wordt verdrongen ontstaat een drukgolf die de metaaloppervlakken reinigt en zeer lokaal sterk verhit. Ter plaatse van de impact ontstaat zo een metallische verbinding tussen beide materialen.

Na de explosie zal de warmte van de drukgolf in het omliggende materiaal worden opgenomen en is per saldo slechts sprake van een zeer kleine temperatuurverhoging van het materiaal. Een tweede factor die een temperatuursverhoging brengt is de warmte die vrijkomt bij de ontleding in gas van de explosieven. Dit is een exotherme reactie die het gas waarin het explosief zich ontleedt zal verwarmen. Indirect zal een deel van dit gas ook het staal verwarmen. De temperaturen die ontstaan in het materiaal liggen echter zeer ver beneden het smeltpunt van de materialen, of zelfs ver beneden de temperaturen waarbij het kristalrooster zich anders zou kunnen ordenen (ontlaattemperaturen) .

De verbindingslijn die door het explosielassen tussen beide materialen tot stand is gebracht, zal, indien een ruime tussenruimte is gekozen, een golvend patroon laten zien. Dit golvende patroon is veroorzaakt door de voortschrijdende detonatie. Deze "golf" is echter niet essentieel voor de verbinding tussen beide materialen, ook bij een vlakke lijn is sprake van een metallurgische verbinding.

Bij het bekleden van werkstukdelen die een holle ruimte insluiten, zoals buizen, dient te worden voorkomen dat de holle ruimte door de explosie van het explosief lassen in elkaar wordt gedrukt.

Het in een holle ruimte aanbrengen van een massief aambeeld is in de praktijk geen optie. De ervaring leert dat perfect ronde buizen niet bestaan, en ook dat buizen binnen een aanzienlijke maattolerantie worden geleverd. Het aanbrengen van een massief aambeeld is dus geen optie omdat een negatief maatverschil tussen de binnendiameter van de buis en de buitendiameter van het aambeeld in het proces zal worden opgeheven door plastische vervorming van de buis. De buis zal zich daardoor om het aambeeld heen vormen, waarbij niet ondenkbeeldig is dat het aambeeld niet meer uit de buis wegneembaar is.

Het Nederlandse octrooi NL1037426 van Aanvraagster toont een techniek waarbij korrelig materiaal in het door een buis ingesloten volume wordt aangebracht. Dit materiaal is in feite klein gebroken graniet dat door de hoekige vorm van de korrels mechanisch in elkaar grijpt en kleine compartimenten vormt die vervolgens met water worden gevuld. Een drukgolf zal zich door het innig verdichte graniet voortplanten, maar dat gebeurt met een relatief hoge snelheid van 4500 m/s, en dat is dan weer ruim boven de voortplantingssnelheid van de botslijn. Overigens werkt dit aambeeld enkel indien het goed is opgesloten in de buis door de buiswand zelf en doppen aan beide uiteinden. De verbinding tussen de korrels is alleen druk-sterk en geheel niet trek-sterk; opsluiting is dus essentieel om te voorkomen dat de granulaatdeeltjes langs elkaar afschuiven. Omdat het aambeeld goed opgesloten dient te zijn om een goede werking te verkrijgen, is het enkel toepasbaar bij werkstukdelen die een volledige opsluiting mogelijk maken.

Er is behoefte aan een grotere vormvrijheid van te bekleden werkstukdelen.

Een tweede nadeel van deze techniek is dat door de toevoeging van een relatief groot volume granulaat, een klein volume water in de buis komt. De warmte welke vrijkomt bij de gasontleding (explosie) zal primair door het water worden opgenomen. Bij toepassing van vrij grote hoeveelheden explosieven (d.w.z. bij de fabricage van dikwandige en/of grote diameter buizen) zal in de buis stoomvorming optreden. De expansie hiervan veroorzaakt een zeer hoge druk in de buis die de opsluiting (doppen) aan de uiteinden van de buis lanceert. Bij gebruik van een sterkere dop, zal de dop tezamen met het einde van de buis worden gelanceerd.

Een verder nadeel wordt gevormd doordat de granulaatdeeltjes de binnenwand van het werkstuk beschadigen.

De uitvinding heeft nu tot doel een werkwijze voor het door middel van explosielassen aan elkaar bevestigen van ten minste twee metalen werkstukdelen met een verschillende metaalsamenstelling van de hiervoor beschreven soort te verschaffen, waarbij de genoemde nadelen zich niet, of althans in mindere mate voordoen.

Het genoemde doel is volgens de uitvinding bereikt met de werkwijze voor het door middel van explosielassen aan elkaar bevestigen van ten minste twee metalen werkstukdelen met een verschillende metaalsamenstelling, omvattende de stappen van: - het ten minste deels met een buitenste werkstukdeel omhullen van een binnenste werkstukdeel; - het om het buitenste werkstukdeel aanbrengen van een mantel van explosief materiaal; en - het tot explosie brengen van het explosief materiaal teneinde een metallurgische verbinding tussen beide werkstukdelen tot stand te brengen; en - waarbij het binnenste werkstukdeel tijdens het tot explosie brengen van het explosief materiaal in hoofdzaak volledig is gevuld met en/of ten minste gedeeltelijk is omhuld door een dilatant niet-Newtoniaans mengsel.

De twee verschillende metaalsamenstellingen kunnen enerzijds twee verschillende basismetalen zijn, maar kunnen anderzijds ook twee dezelfde basismetalen in een verschillende kwaliteit zijn.

Bij dilatante niet-Newtoniaanse mengsels neemt de viscositeit wél toe onder invloed van een schuifspanning, maar niet door de tijd. Nadat de schuifspanning is opgeheven zal de viscositeit terugkeren naar de beginwaarde. Hoe groter de afschuifkracht des te hoger is de viscositeit. Dilatantie treedt op doordat de deeltjes door de optredende afschuifspanning vaker met elkaar in botsing komen dan zonder deze afschuifspanning. Hierdoor gaan de deeltjes elkaar wegdrukken en wordt de viscositeit en het volume groter. De werkwijze verschaft door de toepassing van een niet-Newtoniaans mengsel aldus een aambeeld dat zich enerzijds vormt naar het werkstuk en dat anderzijds onder de procescondities van explosielassen, tijdens de kortstondige enorme drukverhoging, géén dynamisch gedrag vertoont. Nadat de druk weer is afgenomen zal het niet-Newtoniaans mengsel zich langzaam weer als vloeistof gaan gedragen, waardoor het eenvoudig uit het werkstuk kan worden verwijderd.

Door een dilatant mengsel als aambeeld te gebruiken, worden een aantal significante voordelen voor de toepassing van explosielassen verkregen: - het aambeeld vormt zich naar het werkstuk en zal dus het gehele werkstuk ondersteunen in het proces; - het aambeeld beschadigt het werkstuk niet, zoals dat bijvoorbeeld wél het geval is wanneer volgens het Nederlandse octrooi NL1037426 vaste korrels als aambeeld worden gebruikt; - het aambeeld beïnvloedt het proces niet door enig dynamisch gedrag; en - het aambeeld hoeft niet te worden opgesloten om tijdens het explosielassen haar stabiliteit te houden. Een opsluiting om het aambeeld slechts op zijn plaats te houden voldoet al.

Omdat het aambeeld niet hoeft te worden opgesloten om tijdens het explosielassen haar stabiliteit te behouden, is een aambeeld gevormd door een dilatante niet-Newtoniaanse vloeistof dus ook geschikt voor het met explosielassen bekleden van een werkstuk dat niet volledig symmetrisch wordt omsloten door de detonatie. De werkwijze volgens de uitvinding is dus ook toepasbaar op andere werkstukken dan ronde buizen die over de hele omtrek dienen te worden bekleed met een andere buis.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm heeft het toegepaste dilatante niet-Newtoniaans mengsel bij een lage schuifspanning een dusdanig lage viscositeit dat het zich gedraagt als een makkelijk schenkbare vloeistof. Hierdoor is dit niet-Newtoniaans mengsel eenvoudig aan te brengen in en rondom een werkstuk. Door de vloeibare eigenschap worden daarbij de contouren van het werkstuk nauw gevolgd, waarbij alle hoeken, kieren, naden, etc. worden opgevuld. Omdat na het opheffen van een schuifspanning de viscositeit terugkeert naar de beginwaarde, is een dergelijk niet-Newtoniaans mengsel bovendien eenvoudig achteraf uit het werkstuk te verwijderen.

Het toegepaste dilatante niet-Newtoniaans mengsel heeft in ongeroerde toestand bij voorkeur een (dynamische) viscositeit tussen 10 en 100 mPa·s. Omdat bij een dilatante vloeistof geen lineair verband bestaat tussen de afschuifsnelheid en de afschuifspanning wordt doorgaans een viscositeitswaarde genoemd die hoort bij een ongeroerde toestand; dat komt het dichtst bij het vrij uitschenken van de vloeistof. Room heeft een viscositeitswaarde van 10 mPa·s, en verf of olijfolie heeft een viscositeitswaarde van 100 mPa·s.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm heeft het toegepaste dilatante niet-Newtoniaans mengsel bij een hoge schuifspanning een dusdanig hoge viscositeit dat het zich in hoofdzaak als een vaste stof gedraagt. Doordat tijdens het explosielassen tijdelijk een hoge schuifspanning zal optreden, zal een dergelijk dilatant mengsel zich tijdens en vlak na de explosie in hoofdzaak gedragen als een vaste stof, waardoor dit mengsel tijdens het explosielassen als aambeeld met een massief karakter kan fungeren.

Het toegepaste dilatante niet-Newtoniaans mengsel heeft bij voorkeur bij een afschuifsnelheid 'Y van 30 tot 100-s een viscositeitswaarde cP tussen 104 en 2,5-104 mPa · s heeft.

Hoewel de toepassing van een dilatant niet-Newtoniaans mengsel tevens geschikt is wanneer een in hoofdzaak vlak werkstukdeel daar gedeeltelijk door wordt omhuld, wordt een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de werkwijze verkregen indien het binnenste werkstukdeel ten minste een holle ruimte insluit die tijdens het explosielassen in hoofdzaak volledig is gevuld met het niet-Newtoniaans mengsel.

Indien het niet-Newtoniaans mengsel volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm ten minste maïszetmeel en een vloeistof omvat, wordt een milieuvriendelijk mengsel toegepast. Maïszetmeel, dat ook wel bekend is onder de handelsnaam maizena, is immers een natuurproduct, waardoor er géén milieubelasting is indien wordt gemorst. Bovendien is maïszetmeel goedkoop en goed verkrijgbaar. De vloeistof verschaft aan het mengsel een incompressibel gedrag, en door het vloeibare gedrag zijn de holtes snel en volledig op te vullen.

Opgemerkt wordt dat de vloeistof te alle tijden een niet-brandbare vloeistof is, omdat de temperaturen die bij het explosielassen ontstaan anders ontbranding van de vloeistof tot gevolg kan hebben.

Doordat de verhouding maïszetmeel:vloeistof zich volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm bevindt in het bereik 1,5:1 - 2,5:1, wordt een dilatant niet-Newtoninaans mengsel verkregen waarbij een gewenste balans is tussen gedrag als een vloeistof bij lage schuifspanningen en gedrag als een vaste stof bij hoge schuifspanningen. Indien minder maïszetmeel wordt toegepast zakt het mengsel zo snel uit dat de toepassing bij het explosielassen onprakstisch wordt. Anderzijds zal het mengsel zich bij een hoger aandeel maïszetmeel onvoldoende vloeibaar gedragen om snel en gemakkelijk in en rondom een werkstuk te kunnen worden aangebracht.

Proefondervindelijk is gebleken dat bij een verhouding maïszetmeel:vloeistof van in hoofdzaak 2:1 een voor de explosielaswerkwijze volgens de uitvinding praktische balans tussen vloeibaar en vast gedrag wordt verkregen.

Doordat de vloeistof volgens een voorkeursuitvoeringsvorm water omvat, wordt een overal verkrijgbare vloeistof toegepast, die bovendien milieuvriendelijk is.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat het niet-Newtoninaans mengsel verder een viscositeitsverhogend bestanddeel. Hierdoor zullen de zetmeeldeeltjes minder snel bezinken en is er meer tijd beschikbaar tussen de bereiding van het dilatante niet-Newtoniaanse mengsel en de toepassing daarvan tijdens het explosielassen, hetgeen de praktische toepasbaarheid van het mengsel verhoogt.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de vloeistof ten minste glycol of glycerol. Glycol (1,2-ethaandiol) en glycerol (propaan-1,2,3-triol) vertonen viskeuzer gedrag dan water, waardoor bij het opmengen van glycol of glycerol met water en maïszetmeel een mengsel ontstaat dat een hogere weerstand geeft aan de zetmeeldeeltjes, waardoor deze minder snel zullen bezinken.

Glycol heeft ten opzichte van glycerol de voorkeur, omdat glycol makkelijker met water mengt. Zowel glycol als glycerol hebben een ontvlampunt dat hoger ligt dan het kookpunt van water. Hierdoor zal de warmte van de explosie eerst het water verdampen, waardoor de temperatuur, zolang er water verdampt, beperkt blijft tot 100 °C.

Hierdoor wordt voorkomen dat de opgeloste stof spontaan zal kunnen ontbranden.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm zijn in de vloeistof één of meer vaste stoffen opgelost, waardoor de dichtheid van het mengsel verder wordt verhoogd.

Indien volgens een voorkeursvorm als vaste stof ten minste zout in de vloeistof wordt opgelost, wordt naast een verhoging van de dichtheid teven het kook- en vriespunt verlegt. Het mengsel wordt hierdoor geschikter voor toepassing bij een lagere omgevingstemperatuur.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm wordt als vaste stof ten minste suiker in de vloeistof opgelost.

De werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor het volledig rondom met een andere metaalsamenstelling bekleden van een metalen buis. Derhalve omvat het binnenste werkstukdeel volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm een metalen buis die voorafgaand aan de explosie wordt gevuld met het niet-Newtoniaans mengsel.

Doordat volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm het buitenste werkstukdeel is gevormd als een helft van een in langsrichting doorgesneden buis die een grotere kromtestraal heeft dan de buitenste kromtestraal van het binnenste werkstukdeel, wordt gewaarborgd dat beide werkstukdelen op een geringe tussenafstand van elkaar kunnen worden aangebracht. Deze afstand is zodanig dat het buitenste werkstuk ten gevolge van de explosie voldoende kan versnellen alvorens het botst met het binnenste werkstuk.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat het binnenste werkstukdeel een aaneenschakeling van ten minste twee metalen buizen, en is het buitenste werkstukdeel daarop aansluitend gevormd, teneinde na het explosielassen als samengesteld werkstuk een wand van een stoomketel te vormen.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm bevindt de afstand tussen de werkstukdelen zich voorafgaand aan de explosie in het bereik van 0,5-3 cm. De exacte afstand wordt zodanig gekozen dat het buitenste werkstuk ten gevolge van de explosie voldoende kan versnellen alvorens het botst met het binnenste werkstuk. De afstand is daarmee mede afhankelijk van de wanddikte en ductiliteit (vervormbaarheid), die tezamen de trefhoek bepalen die de drukgolf veroorzaakt. Bij een buis met een wanddikte van circa 1 centimeter kan de afstand oplopen tot enkele centimeters, bijvoorbeeld 2 cm.

Een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm die een minder groot volume dilatant niet-Newtoniaans mengsel als aambeeld behoeft wordt verkregen indien de holle ruimte voorafgaand aan het vullen met het niet-Newtoniaans mengsel gedeeltelijk wordt opgevuld met een massief aambeeld, waarbij het niet-Newtoniaans mengsel de resterende ruimte in hoofdzaak volledig opvult. Doordat minder 'vloeibaar aambeeld' nodig is, wordt de tijdsduur die benodigd is voor het vooraf met niet-Newtoniaans mengsel vullen en het achteraf legen daarvan gereduceerd. Met name bij grotere buisdiameters kan een aanzienlijke besparing in benodigd volume voor het 'vloeibaar aambeeld' worden bewerkstelligd door de ruimte gedeeltelijk met een vast aambeeld op te vullen.

De uitvinding heeft verder betrekking op een werkstuk, dat door explosielassen volgens de hierboven beschreven werkwijze is vervaardigd, omvattende ten minste twee metalen werkstukdelen van een verschillende metaalsamenstelling, waarbij door het explosielassen een metallurgische verbinding tussen de werkstukdelen tot stand is gebracht.

De uitvinding is tevens geschikt voor het door middel van explosielassen bekleden van een werkstuk dat uit meerdere holle ruimten bestaat, waardoor bijvoorbeeld een wand van een stoomketel kan worden bekleed met een andere metaalsoort.

In de navolgende beschrijving worden voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding aan de hand van de tekening verder verklaard, waarin toont:

Figuur 1: een schematische weergave van een explosielasproces;

Figuur 2: een perspectivische en deels opengewerkte weergave van een aanvangstoestand van de werkwijze volgens de uitvinding;

Figuur 3: een doorsnede aanzicht van een aanvangstoestand van de werkwijze waarbij een alternatief werkstukdeel wordt bekleed;

Figuur 4: een weergave van een aanvangstoestand voor het bekleden van een buis; en

Figuur 5: een doorsnede aanzicht van de in Figuur 4 getoonde toestand.

Het principe van explosielassen wordt toegelicht aan de hand van figuur 1, waarbij het binnenste werkstukdeel 2 wordt gevormd door een moederdeel, waarboven met een tussenruimte 22 een bekledingsdeel is geplaatst dat fungeert als buitenste werkstukdeel 8. Bovenop de van het moederdeel 2 afgekeerde buitenzijde 12 van het bekledingsdeel 8 is een laag explosief materiaal 14 aangebracht.

Het principe van explosief lassen berust erop dat het binnenste werkstukdeel 2 (het moederdeel) en het buitenste werkstukdeel 8 (het bekledingsdeel) elkaar met zeer hoge snelheid onder een hoek β raken.

Het bekledingsdeel 8 zal door de drukgolf van een explosie versnellen alvorens met een zeer grote impact het moederdeel 2 te treffen. Om de impact op een klein gebied te concentreren dient het bekledingsdeel 8 het moederdeel 2 onder een hoek te treffen.

Om te versnellen is een afstand nodig tussen het moederdeel 2 en het bekledingsdeel 8. Deze afstand wordt gevormd door de tussenruimte 22. De combinatie van de grootte van de tussenruimte 22, en de voorplantingssnelheid van de explosie bepaalt de hoek van de impact. Hierin is ook de ductiliteit van het bekledingsdeel 8 van invloed en zal zich in meer of mindere mate een golfpatroon vormen op de bindingslijn 23.

Doordat de tussen beide delen 2, 8 aanwezige lucht wordt verdrongen doordat de tussenruimte 22 door de explosie wordt gesloten, ontstaat in deze ruimte een aanzienlijke drukgolf die de temperatuur van de platen 2, 8 lokaal sterk verhoogt en de oppervlakten 6, 10 zal reinigen door de microstructuur even bloot te leggen. De Boltzman-vergelijking voorspelt bij een voorplantingssnelheid van de explosie van 2500 m/s een gastemperatuur van 7270 graden Kelvin. Overwegend dat staal gasvormig wordt bij ongeveer 3000 graden Kelvin, maar ook de lage enthalpie van lucht, wordt aangenomen dat de drukgolf van cruciaal belang is.

Voor wat betreft de te lassen materialen is gebleken dat de voortplantingssnelheid van de botslijn tussen beide platen 2, 8 beneden de geluidsnelheid in de materialen moet liggen om een nette las te maken. Hierdoor zal het proces beneden de geluidssnelheid blijven, waardoor het lasproces blijft gevrijwaard van een supersone knal, die het lasproces zou verwoesten.

De kinetische energie van de impact tussen beide delen 2, 8 moet voldoende groot zijn om de materialen op atomair niveau een binding te laten aangaan. Het is daarbij van belang dat het moederdeel 2 door een stabiel aambeeld 16 wordt ondersteund en zo niet zal meegeven onder de druk van de explosie.

Voor het explosief bekleden van bijvoorbeeld een vlakke plaat kan de aarde als ondergrond deze aambeeldfunctie vervullen. Weliswaar is er sprake van enige "terugslag" uit de elasticiteit van het aambeeld 16 en het moederdeel 2 waardoor de hoek α uit Figuur 1 kan ontstaan, maar dat is, in het geval van een vlakke plaat, met een wals nog wel op te lossen.

Figuur 2 toont een toepassing van een werkwijze waarin een buisvormig binnenste werkstukdeel 2 via explosielassen wordt voorzien van een buitenste werkstukdeel 8 dat een bekledingslaag van hoog-gelegeerd staal vormt. Volgens de uitvinding wordt de functie van een stabiel aambeeld 16 daarin verschaft door een niet-Newtoniaans mengsel 20 dat in een bak 24 is aangebracht. Omwille van de duidelijkheid is de voorwand van de bak 24 in de Figuur 2 niet getoond. Dit mengsel 20 wordt ten minste in het door het buisvormige werkstukdeel 2 ingesloten volume aangebracht, en wordt bij voorkeur tevens rondom het onderste deel van de buitenwand 6 van het binnenste werkstukdeel 2 aangebracht.

De te bekleden bovenste helft van de buitenwand 6 van het binnenste werkstukdeel 2 steekt boven het niet-Newtoniaans mengsel 20 uit. Op enige afstand bevindt zich een buitenste werkstukdeel 8 van bijvoorbeeld een hoog-gelegeerd staal. De tussenruimte 22 kan bijvoorbeeld worden gewaarborgd doordat het buitenste werkstukdeel 8 van enkele doorslagen wordt voorzien die (niet getoonde) steunpunten vormen waarmee het buitenste werkstukdeel 8 op de buitenwand 6 van het binnenste werkstukdeel 2 steunt.

Op de buitenwand 12 van het buitenste werkstukdeel 8 is explosief materiaal 14 aangebracht, dat volgens het aan de hand van figuur 1 beschreven principe van explosielassen het buitenste werkstukdeel 8 tegen het binnenste werkstukdeel 6 kan doen botsen, hetgeen tot de gewenste metallurgische verbinding tussen beiden werkstukdelen 2, 8 leidt.

Figuur 3 toont hoe de werkwijze volgens de uitvinding wordt toegepast om in één enkele stap een complex werkstuk, zoals een stoomketelwanddeel 26, te bekleden. Dit stoomketelwanddeel 26 omvat in de getoonde uitvoeringsvorm twee buisdelen 28, waartussen zich een tussenverbinding 30 bevindt. Aan weerszijden zijn flensen 32 aangebracht, waarmee meerdere van dergelijke stoomketelwanddelen 26 met elkaar verbonden kunnen worden. De werkwijze volgens de uitvinding is aldus tevens geschikt voor niet-rotatiesymmetrische werkstukken.

Figuren 4 en 5 tonen hoe een buis volledig rondom explosief bekleed kan worden. Doordat de explosieve lading aan de buitenzijde aangebracht wordt aangebracht, zal de naar binnen gerichte kracht (drukgolf) van de explosie gebruikt worden om te lassen.

De twee werkstukdelen 2, 8 worden in buisvorm in elkaar geschoven, waarbij het binnenste werkstukdeel 2 fungeert als moederdeel, en waarbij het buitenste werkstukdeel 8 fungeert als bekledingsdeel. De buis die het buitenste werkstukdeel 8 vormt heeft een grotere binnendiameter dan de buitendiameter van de buis die het binnenste werkstukdeel 2 vormt. De helft van het verschil tussen deze diameters vormt de tussenruimte 22 tussen de buitenwand 6 van het binnenste werkstukdeel 2 en de binnenwand 10 van het buitenste werkstukdeel 8.

In de dwarsdoorsnede van Figuur 5 is getoond hoe de buisvormige werkstukdelen 2, 8 aan de boven- en onderzijde worden gecentreerd met behulp van respectievelijk een bovenste afstandsring 34, en een onderste afstandsring 36. Tijdens de explosie zal de drukgolf de buisvormige werkstukdelen 2, 8 verder centreren.

Het binnenste buisvormig werkstukdeel 2 wordt gevuld met een materiaal dat slagvast is, en zo een stabiel aambeeld 16 vormt. Volgens de uitvinding wordt hiervoor een niet-Newtoniaans mengsel 20 gebruikt. Dit niet-Newtoniaans mengsel 20 is enerzijds voldoende vloeibaar om ten minste in het door het werkstukdeel 2 ingesloten volume geschonken te worden en deze te vullen. Anderzijds zal het niet-Newtoniaans mengsel 20 tijdens een explosie als stabiel aambeeld 16 fungeren, terwijl het na afloop weer als vloeibaar mengsel uit het binnenste werkstukdeel 2 kan wegstromen. De onderste afstandsring 36 fungeert ook als een afsluitdop die de door het binnenste werkstukdeel 2 ingesloten holle ruimte aan de onderzijde afsluit, waardoor het niet-Newtoniaans mengsel 20 deze ingesloten holle ruimte vult en daar als aambeeld 16 kan fungeren.

Het samenstel van de twee buisvormige werkstukdelen 2, 8 wordt gecentreerd in een koker 38 geplaatst die daarmee de laagdikte van de explosieve lading 14 bepaalt.

Aan de bovenzijde wordt een ontsteker 40 geplaatst met een startlading 42 om op afstand de explosie van het explosief materiaal 14, dat rondom het buitenste werkstukdeel 8 is aangebracht, te starten. Tijdens de explosie zal de drukgolf de buisvormige werkstukdelen 2, 8 verder centreren.

Zoals getoond in Figuur 4, kunnen buizen verticaal worden opgehangen. Het gehele samenstel hangt vrij van de grond met een zodanig vrije ruimte dat de te bekleden buis 2, die door het explosief 14 onvermijdelijk axiaal wordt afgeschoten, de grond pas raakt wanneer het gehele lasproces zich heeft voltrokken. Het lasproces loopt met een snelheid van ongeveer 2500 m/s over een buislengte van 6.000 mm en heeft dus 2,4 msec nodig; ervaring leert dat hiervoor een vrije lengte tussen buis en grond van 500 mm genoeg is.

Indien een serie buizen wordt opgehangen, worden de individuele buizen bij voorkeur verticaal aan een kabel gehangen met een onderlinge afstand van ongeveer 3 meter, en de ontstekers worden met een opeenvolgende tijdsvertraging van 5 ms scherpgesteld.

De hierboven beschreven uitvoeringsvormen zijn, hoewel ze voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding tonen, enkel bedoeld om de onderhavige uitvinding te illustreren en niet om op enigerlei wijze de omschrijving van de uitvinding te beperken. Wanneer maatregelen in de conclusies gevolgd worden door verwijzingscijfers, dienen dergelijke verwijzingscijfers enkel om bij te dragen aan het begrip van de conclusies, maar zijn ze op geen enkele wijze beperkende voor de beschermingsomvang. In het bijzonder wordt opgemerkt dat de vakman technische maatregelen van de verschillende uitvoeringsvormen kan combineren. De beschreven rechten worden bepaald door de navolgende conclusies in de strekking waarvan vele modificaties denkbaar zijn.

Claims (22)

1. Werkwijze voor het door middel van explosielassen aan elkaar bevestigen van ten minste twee metalen werkstukdelen met een verschillende metaalsamenstelling, omvattende de stappen van: - het ten minste deels met een buitenste werkstukdeel omhullen van een binnenste werkstukdeel; - het om het buitenste werkstukdeel aanbrengen van een mantel van explosief materiaal; en - het tot explosie brengen van het explosief materiaal teneinde een metallurgische verbinding tussen beide werkstukdelen tot stand te brengen; met het kenmerk, dat het binnenste werkstukdeel tijdens het tot explosie brengen van het explosief materiaal in hoofdzaak volledig is gevuld met en/of ten minste gedeeltelijk is omhuld door een dilatant niet-Newtoniaans mengsel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het toegepaste dilatante niet-Newtoniaans mengsel bij een lage schuifspanning een dusdanig lage viscositeit heeft dat het zich gedraagt als een makkelijk schenkbare vloeistof.

3. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het toegepaste dilatante niet-Newtoniaans mengsel in ongeroerde toestand bij voorkeur een viscositeit tussen 10 en 100 mPa·s omvat.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het toegepaste dilatante niet-Newtoniaans mengsel bij een hoge schuifspanning een dusdanig hoge viscositeit heeft dat het zich in hoofdzaak als een vaste stof gedraagt.

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het toegepaste dilatante niet-Newtoniaans mengsel bij een afschuifsnelheid 'Y van 30 tot 100'S een viscositeitswaarde cP tussen 104 en 2,5·104 mPa · s heeft.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het binnenste werkstukdeel ten minste een holle ruimte insluit die tijdens het explosielassen in hoofdzaak volledig is gevuld met het niet-Newtoniaans mengsel.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het niet-Newtoniaans mengsel ten minste maïszetmeel en een vloeistof omvat.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, waarbij de verhouding maïszetmeel:vloeistof zich bevindt in het bereik 1,5:1 - 2,5:1.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, waarbij de verhouding maïszetmeel:vloeistof in hoofdzaak 2:1 is.

10. Werkwijze volgens één van de conclusies 7-9, waarbij de vloeistof water omvat.

11. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het niet-Newtoninaans mengsel verder een viscositeitsverhogend bestanddeel omvat.

12. Werkwijze volgens één van de conclusies 7-11, waarbij de vloeistof ten minste glycol of glycerol omvat.

13. Werkwijze volgens één van de conclusies 7-12, waarbij in de vloeistof één of meer vaste stoffen zijn opgelost.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij ten minste zout in de vloeistof is opgelost.

15. Werkwijze volgens conclusie 13 of 14, waarbij ten minste suiker in de vloeistof is opgelost.

16. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het binnenste werkstukdeel een metalen buis omvat die voorafgaand aan de explosie wordt gevuld met het niet-Newtoniaans mengsel.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, waarbij het buitenste werkstukdeel is gevormd als een helft van een in langsrichting doorgesneden buis die een grotere kromtestraal heeft dan de buitenste kromtestraal van het binnenste werkstukdeel.

18. Werkwijze volgens conclusie 16 of 17, waarbij het binnenste werkstukdeel een aaneenschakeling van ten minste twee metalen buizen omvat, en het buitenste werkstukdeel daarop aansluitend is gevormd, teneinde na het explosielassen als samengesteld werkstuk een wand van een stoomketel te vormen.

19. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de afstand tussen de werkstukdelen voorafgaand aan de explosie zich in het bereik van 0,5-3 cm bevindt.

20. Werkwijze volgens één van de conclusies 6-20, waarbij de holle ruimte voorafgaand aan het vullen met het niet-Newtoniaans mengsel gedeeltelijk wordt opgevuld met een massief aambeeld, waarbij het niet-Newtoniaans mengsel de resterende ruimte in hoofdzaak volledig opvult.

21. Werkstuk, dat door explosielassen volgens één van de voorgaande conclusies is vervaardigd, omvattende ten minste twee metalen werkstukdelen van een verschillende metaalsamenstelling, waarbij door het explosielassen een metallurgische verbinding tussen de werkstukdelen tot stand is gebracht.

22. Werkstuk volgens conclusie 21, dat door explosielassen volgens conclusie 18 is vervaardigd, en dat een wand van een stoomketel vormt.