RU2185942C1

RU2185942C1 - Method for making non-detachable joints by explosion welding

Info

Publication number: RU2185942C1
Application number: RU2001103660A
Authority: RU
Inventors: Э.С. Атрощенко; А.Е. Розен; И.А. Казанцев; И.С. Лось; С.Г. Усатый; Д.Б. Крюков; О.А. Беляев
Original assignee: Пензенский государственный университет
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2002-07-27

Abstract

FIELD: manufacture of flat blanks by explosion welding of steel with aluminum, titanium, steel. SUBSTANCE: method comprises steps of placing between charge of explosion matter and propellant plate intermediate wedge-shaped member of inert material with angle 3-20 degrees. Relation of specific mass of intermediate member to specific mass of propellant plate is in range (0.009-0.6). Relation of specific mass of intermediate member to that of charge of explosion matter is in range (0.0036- 1.129). It is possible to control in wide range speed of contact spot at welding due to changing inclination angle of surface of intermediate member and its material. EFFECT: improved quality of welded joint. 1 dwg

Description

Изобретение относится к получению неразъемных соединений сваркой металлов взрывом и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. The invention relates to the production of permanent joints by welding metals by explosion and can be used in mechanical engineering, instrumentation and other industries.

Известен способ сварки взрывом металлов, при котором неподвижную и метаемую пластину располагают под углом на заданном расстоянии от вершины угла [1] . На метаемую пластину укладывают заряд взрывчатого вещества, в вершину угла которого устанавливают детонатор. При инициировании по заряду взрывчатого вещества распространяется фронт детонации. Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость и соударяется с неподвижной пластиной под определенным углом. Вследствие высокой скорости соударения и большого давления в зоне контакта происходит очистка поверхностей от оксидных пленок, их активация и образование соединения. A known method of welding by explosion of metals, in which a fixed and throwable plate is placed at an angle at a predetermined distance from the apex of the angle [1]. An explosive charge is placed on a throwable plate, at the apex of the corner of which a detonator is mounted. Upon initiation of an explosive charge, a detonation front propagates. Under the action of high pressure of expanding explosion products, the throwing plate acquires speed and collides with the fixed plate at a certain angle. Due to the high speed of collision and high pressure in the contact zone, surfaces are cleaned of oxide films, their activation and formation of compounds.

Величина установочного угла при постоянной скорости детонации определяет величину скорости движения точки контакта, которая в свою очередь влияет на процесс формирования сварного соединения, определяя вид и геометрию сварного шва. The value of the installation angle at a constant detonation speed determines the velocity of the contact point, which in turn affects the process of formation of the welded joint, determining the type and geometry of the weld.

Недостатком данного способа является узкий диапазон регулирования скорости движения точки контакта, особенно в тех случаях, когда высота слоя взрывчатого вещества имеет минимальное, критически допустимое значение, ниже которого процесс распространения детонационной волны происходит неустойчиво. По мере удаления от точки инициирования в угловой схеме возрастает сварочный зазор, поэтому параметры процесса, например скорость точки контакта, в месте начала сварки резко отличаются от их значений в конце ее. К недостаткам данного способа можно отнести также то, что с его помощью можно производить сварку элементов относительно небольшой длины. The disadvantage of this method is the narrow range of speed control of the point of contact, especially in cases where the height of the layer of explosive has a minimum, critically acceptable value, below which the process of propagation of the detonation wave occurs unstable. As you move away from the initiation point in the angular pattern, the welding gap increases, so the process parameters, for example, the speed of the contact point, at the start of welding sharply differ from their values at the end of it. The disadvantages of this method can also be attributed to the fact that it can be used to weld elements of a relatively small length.

Наиболее близким по технической сущности является способ сварки взрывом, при котором для защиты плакирующего слоя от повреждений, вследствие бризантного действия заряда взрывчатого вещества применяют промежуточные плоскопараллельные элементы из инертного материала (картон, резина, поролон и др.) [2]. The closest in technical essence is the method of explosion welding, in which to protect the cladding layer from damage, due to the blasting effect of the explosive charge, intermediate plane-parallel elements of inert material are used (cardboard, rubber, foam rubber, etc.) [2].

Недостатком данного способа является невозможность регулирования скорости движения точки контакта и, соответственно, невозможность управления параметрами и конфигурацией сварного шва. The disadvantage of this method is the inability to control the speed of the contact point and, accordingly, the inability to control the parameters and configuration of the weld.

Задачей изобретения является возможность регулирования в широких пределах скоростями движения точки контакта для получения требуемой структуры и геометрии сварного шва. The objective of the invention is the ability to control over a wide range of speeds of the contact point to obtain the desired structure and geometry of the weld.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения неразъемных соединений сваркой взрывом с использованием в схеме нагружения между контейнером с зарядом взрывчатого вещества и метаемой пластиной промежуточного элемента из инертного материала согласно предлагаемому способу промежуточный элемент имеет клинообразную форму с углом 3-20^o и отношением его удельной массы к удельной массе метаемой пластины в пределах 0,009-0,6, при отношении удельных масс заряда взрывчатого вещества и промежуточного элемента в пределах 0,0036-1,129.The problem is achieved in that in the known method for producing permanent joints by explosion welding using in the loading circuit between the container with the explosive charge and the missile plate an intermediate element of inert material according to the proposed method, the intermediate element has a wedge-shaped shape with an angle of 3-20 ^o and its ratio specific gravity to specific gravity of the missile plate within 0.009-0.6, with the ratio of the specific masses of the explosive charge and the intermediate element within 0.0036- 1,129.

На фиг. 1 изображена схема получения плоских заготовок сваркой взрывом, где: 1 - пластина-основание; 2 - грунт; 3 - метаемая пластина; 4 - промежуточный элемент; 5 - контейнер со взрывчатым веществом; 6 - электродетонатор. In FIG. 1 shows a diagram of the production of flat billets by explosion welding, where: 1 - base plate; 2 - soil; 3 - throwing plate; 4 - an intermediate element; 5 - container with explosive; 6 - electric detonator.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Для получения плоских заготовок была принята схема (см. фиг.1), в соответствии с которой металлическая пластина-основание 1 устанавливается на грунт 2. Сверху над ней с определенным зазором помещают метаемую пластину 3. На нее устанавливают промежуточный элемент 4 клинообразной формы из инертного материала (пенопласт, поролон, картон и др.), контейнер со взрывчатым веществом (ВВ) 5 и электродетонатор 6. Возникающая при инициировании ВВ детонационная волна формирует ударную волну, скорость распространения которой будет определяться как характеристиками самого взрывчатого вещества, так и материалом и геометрией промежуточного элемента. To obtain flat blanks, a scheme was adopted (see Fig. 1), in accordance with which a metal base plate 1 is installed on the soil 2. A throwable plate 3 is placed above it with a certain clearance. An intermediate element 4 of a wedge-shaped inert form is mounted on it material (polystyrene foam, foam rubber, cardboard, etc.), a container with an explosive (BB) 5 and an electric detonator 6. The detonation wave that arises upon the initiation of an explosive forms a shock wave, the propagation velocity of which will be determined as teristics of explosive material and geometry and the intermediate member.

Промежуточный элемент из инертного материала клинообразной формы расположен таким образом, что фронт детонации распространяется в направлении его наименьшего катета, величина которого определяется углом клина (см. фиг.1). Промежуточный элемент обеспечивает запаздывание подхода фронта детонации к метаемой пластине, увеличивающееся от места инициирования заряда. Варьирование скоростью точки контакта возможно за счет изменения угла клина промежуточного элемента, величина которого в свою очередь определяется удельной массой инертного материала. An intermediate element of an inert material of a wedge-shaped shape is positioned so that the detonation front propagates in the direction of its smallest leg, the magnitude of which is determined by the angle of the wedge (see Fig. 1). The intermediate element provides a delay in the approach of the detonation front to the missile plate, increasing from the place of initiation of the charge. Varying the speed of the contact point is possible due to a change in the wedge angle of the intermediate element, the value of which in turn is determined by the specific gravity of the inert material.

Введение новых признаков обеспечивает получение сварных соединений с требуемой структурой и формой сварного шва за счет регулирования в широких пределах скорости движения точки контакта. The introduction of new features provides welds with the desired structure and shape of the weld due to the wide control of the speed of the contact point.

Предлагаемый способ позволяет производить регулирование величины контактной скорости за счет разности времени подхода волны возмущения к верхнему краю метаемой пластины относительно начальной и конечной точек продвижения фронта детонационной волны. The proposed method allows the regulation of the magnitude of the contact velocity due to the time difference of the approach of the perturbation wave to the upper edge of the missile plate relative to the start and end points of advancement of the detonation wave front.

Пример. Производилась сварка взрывом алюминия (Аl), титана (Ti), стали (Ст) со сталью; в качестве инертного материала промежуточного элемента брали пенопласт, картон, поролон, резину вулканизированную; взрывчатое вещество, использовавшееся при сварке - аммонит 6ЖВ. Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволило получить неразъемные сварные соединения требуемого качества (см. таблицу). Example. Welded by explosion of aluminum (Al), titanium (Ti), steel (St) with steel; as an inert material of the intermediate element, foam, cardboard, foam rubber, vulcanized rubber were taken; the explosive used in welding is ammonite 6ZHV. The application of the proposed method compared to the prototype allowed to obtain one-piece welded joints of the required quality (see table).

Если сварка выполняется при отношении удельной массы промежуточного элемента к удельной массе метаемой пластины 0,009 и при отношении удельных масс промежуточного элемента и заряда взрывчатого вещества 0,0036 (столбец 2 таблицы), в заявляемом способе обеспечивается получение качественного сварного соединения в сравнении с прототипом. Промежуточный элемент обеспечивает регулирование контактной скорости в диапазоне, соответствующем области устойчивого формирования сварного шва. If welding is performed with the ratio of the specific gravity of the intermediate element to the specific gravity of the missile plate 0.009 and the ratio of the specific gravities of the intermediate element and the explosive charge is 0.0036 (column 2 of the table), the claimed method provides a high-quality welded joint in comparison with the prototype. The intermediate element provides contact speed control in the range corresponding to the area of stable formation of the weld.

Если сварка выполняется при отношении удельной массы промежуточного элемента к удельной массе метаемой пластины 0,6 и при отношении удельных масс промежуточного элемента и заряда взрывчатого вещества 1,129 (столбец 6 таблицы), заявленный способ по сравнению с прототипом также обеспечивает образование прочного сварного соединения. If welding is performed with the ratio of the specific gravity of the intermediate element to the specific gravity of the missile plate 0.6 and the ratio of the specific gravities of the intermediate element and the explosive charge 1.129 (column 6 of the table), the claimed method, in comparison with the prototype, also provides the formation of a durable welded joint.

При отношении удельной массы промежуточного элемента к удельной массе метаемой пластины в пределах 0,009-0,6 и при отношении удельных масс промежуточного элемента и заряда взрывчатого вещества в пределах 0,0036-1,129 обеспечивается образование качественного сварного соединения (столбцы 2-6 таблицы). With the ratio of the specific gravity of the intermediate element to the specific gravity of the missile plate within 0.009-0.6 and with the ratio of the specific gravities of the intermediate element and the charge of the explosive within 0.0036-1.129, a high-quality welded joint is formed (columns 2-6 of the table).

Если отношение удельной массы промежуточного элемента к удельной массе метаемой пластины выбирается меньше 0,009 отношение удельных масс заряда взрывчатого вещества и промежуточного элемента выбирается меньше 0,0036, то не обеспечивается образование прочного сварного соединения, поскольку высота заряда взрывчатого вещества становится меньше критически допустимого значения и процесс детонации не происходит (столбец 1 таблицы). If the ratio of the specific gravity of the intermediate element to the specific gravity of the missile plate is chosen to be less than 0.009, the ratio of the specific masses of the explosive charge and the intermediate element is selected to be less than 0.0036, then a durable welded joint is not ensured, since the charge height of the explosive becomes less than the critical value and the detonation process does not occur (column 1 of the table).

Если отношение удельной массы промежуточного элемента к удельной массе метаемой пластины выбирается больше 0,6 и отношение удельных масс промежуточного элемента и заряда взрывчатого вещества выбирается больше 1,129, то скорость соударения метаемого элемента выходит за рамки диапазона, в пределах которого образуется устойчивое сварное соединение, что приводит либо к возникновению в зоне сварного шва зон оплавленного металла и снижению прочности сварного соединения либо к его разрушению (столбец 7 таблицы). If the ratio of the specific gravity of the intermediate element to the specific gravity of the missile plate is selected to be greater than 0.6 and the ratio of the specific gravities of the intermediate element and the charge of the explosive is selected to be greater than 1.129, then the collision speed of the missile element is beyond the range within which a stable welded joint is formed, which leads to or to the appearance of zones of molten metal in the weld zone and to a decrease in the strength of the welded joint or to its destruction (column 7 of the table).

Получение устойчивого сварного соединения требуемого качества возможно при соблюдении соотношения угла наклона поверхности промежуточного элемента в пределах 3-20^o. При величине угла клина менее 3^o промежуточный элемент не позволяет регулировать скорость точки контакта. При величине угла клина более 20^o уменьшается скорость соударения, что требует увеличения массы заряда ВВ для ее сохранения в интервале диапазона, необходимого для получения качественного соединения.Obtaining a stable welded joint of the required quality is possible while observing the ratio of the angle of inclination of the surface of the intermediate element within 3-20 ^o . When the angle of the wedge is less than 3 ^{o the} intermediate element does not allow you to adjust the speed of the contact point. When the angle of the wedge is more than 20 ^o , the collision speed decreases, which requires an increase in the mass of the explosive charge in order to maintain it in the range interval necessary to obtain a high-quality connection.

Предлагаемый способ позволяет в широких пределах осуществлять регулирование скорости точки контакта при сварке материалов взрывом путем изменения угла клина промежуточного элемента и его материала. The proposed method allows for wide limits to control the speed of the contact point when welding materials by explosion by changing the angle of the wedge of the intermediate element and its material.

Литература:
1. Плакирование стали взрывом. Под ред. д-ра техн. наук А.С. Гельмана. М.: Машиностроение, 1978. 191с.Literature:
1. Cladding became an explosion. Ed. Dr. tech. sciences A.S. Gelman. M.: Mechanical Engineering, 1978. 191p.

2. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск: Наука, 1980, 220 с. 2. Deribas A.A. Physics of hardening and explosion welding. Novosibirsk: Nauka, 1980, 220 p.

Claims

A method of producing permanent joints by explosion welding using an intermediate element of an inert material placed between the explosive charge and the missile plate, characterized in that the intermediate element is set to a wedge-shaped shape with an angle of 3-20 ^o and with the ratio of its specific gravity to the specific mass of the missile plate in the range of 0.009-0.6, with the ratio of the specific gravities of the intermediate element and the explosive charge in the range of 0.0036-1.129.