RU2221682C1 - Method for making composition material - Google Patents
Method for making composition material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2221682C1 RU2221682C1 RU2002111280/02A RU2002111280A RU2221682C1 RU 2221682 C1 RU2221682 C1 RU 2221682C1 RU 2002111280/02 A RU2002111280/02 A RU 2002111280/02A RU 2002111280 A RU2002111280 A RU 2002111280A RU 2221682 C1 RU2221682 C1 RU 2221682C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- layers
- copper
- welding
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения изделий из специальных материалов с повышенными теплозащитными свойствами с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении теплообменной аппаратуры, электроэнергетических установок и т.п. The invention relates to a technology for producing products from special materials with enhanced heat-shielding properties using the energy of explosives (BB) and can be used in the manufacture of heat-exchange equipment, power plants, etc.
Известен способ изготовления теплообменных композиционных элементов, в том числе из меди и алюминия, при котором осуществляют разметку заготовки с помощью трафарета, наносят противосварочную краску или пасту на участки, где сварка не предусмотрена, производят сборку пакета из свариваемых пластин и их сварку взрывом, затем при необходимости производят прокатку сваренной заготовки до требуемой толщины, термическую обработку и формование гидравлическим методом в специальном приспособлении проходных внутренних каналов. При этом на межканальных участках при термической обработке возможно формирование в зоне соединения слоев различных материалов сплошной диффузионной прослойки с низким коэффициентом теплопроводности, что в свою очередь способствует существенному снижению теплопередачи на участках изделия, где такие диффузионные прослойки образуются (Трыков Ю.П., Писарев С.П. Изготовление теплообменных композиционных элементов с помощью взрывных технологий/ Сварочное производство. 1998, 6, с.34-35). A known method of manufacturing heat-exchange composite elements, including copper and aluminum, in which the workpiece is marked using a stencil, an anti-welding paint or paste is applied to areas where welding is not provided, the package is assembled from the plates to be welded and explosion-welded, then If necessary, they make rolling of the welded billet to the required thickness, heat treatment and molding by the hydraulic method in a special fixture of internal passageways. In this case, in the interchannel sections during heat treatment, it is possible to form a continuous diffusion layer with a low coefficient of thermal conductivity in the joint zone of the layers of various materials, which in turn contributes to a significant reduction in heat transfer in areas of the product where such diffusion layers are formed (Trykov Yu.P., Pisarev S .P. Production of heat-exchange composite elements using explosive technologies / Welding production. 1998, 6, p. 34-35).
Недостатком этого способа является возникновение сплошной хрупкой интерметаллидной прослойки на участках сварных соединений разнородных металлов, что при повышенном давлении рабочей жидкости или газа в каналах изделия или при изгибающих нагрузках может привести к расслоению сваренного соединения на части, а это значительно ограничивает технологические области применения данного способа. The disadvantage of this method is the emergence of a continuous brittle intermetallic layer in areas of welded joints of dissimilar metals, which, with increased pressure of the working fluid or gas in the product channels or under bending loads, can lead to delamination of the welded joint into parts, and this significantly limits the technological areas of application of this method.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения композиционного материала, содержащего слои алюминия и меди при, котором осуществляют сборку заготовок в пакет, нанесение защитного слоя, установку фальшпластины с зарядом взрывчатого вещества и инициирование его, отличающийся тем, что перед установкой фальшпластины с зарядом на пакете в контакте с ним располагают, по меньшей мере, еще один пакет, причем оба пакета устанавливают горизонтально на основании. При осуществлении способа в качестве фальшпластины используют один из пакетов, при этом толщину защитного слоя со стороны заряда увеличивают, а защитный слой получают путем надевания на пакет заготовок оболочки из инертного материала (патент РФ 2074074, М.кл. 6 В 23 К 20/08, опубл. 27.02.1997). The closest in technical level and the achieved result is a method of producing a composite material containing aluminum and copper layers, which assemble the blanks into a bag, apply a protective layer, install a raised plate with an explosive charge and initiate it, characterized in that before installing a raised plate with at least one more packet is placed in charge with the packet in contact with it, both packets being mounted horizontally on the base. When implementing the method, one of the packages is used as a false plate, while the thickness of the protective layer on the charge side is increased, and the protective layer is obtained by putting on the package of blanks of a shell made of inert material (RF patent 2074074, Mcl 6 V 23 K 20/08 publ. 02.27.1997).
Недостатком данного способа является возникновение при сварке взрывом сплошных хрупких интерметаллидных прослоек на границах соединения слоев разнородных металлов, что при изгибающих нагрузках может приводить к расслоению сварных заготовок, а это существенно ограничивает области применения указанного способа в промышленности. The disadvantage of this method is the occurrence during explosion welding of continuous brittle intermetallic interlayers at the boundaries of the joining of layers of dissimilar metals, which under bending loads can lead to delamination of the welded workpieces, and this significantly limits the scope of this method in industry.
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено отсутствием в его технологической схеме операций и режимов, снижающих долю хрупких интерметаллидных составляющих, возникающих при сварке, в результате чего получаемый композиционный материал имеет пониженную прочность на межслойных границах в условиях действия изгибающих нагрузок, а это снижает эффективность использования данного композиционного материала, например, в теплообменной аппаратуре ответственного назначения, особенно в изделиях, где требуется пониженная теплопроводность поперек металлических слоев. This method has a low technical level, due to the absence in its technological scheme of operations and modes that reduce the share of brittle intermetallic components that occur during welding, as a result of which the resulting composite material has a reduced strength at the interlayer boundaries under bending loads, and this reduces the efficiency the use of this composite material, for example, in critical heat exchangers, especially in products where reduced thermal conductivity across the metal layers.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения композиционного материала алюминий-медь с пониженной теплопроводностью в поперечном направлении и с повышенной теплопроводностью вдоль металлических слоев с обеспечением при этом повышенной прочности соединения на межслойных границах и снижением доли хрупких составляющих в зоне сварки, на базе нового технологического цикла формирования пакета из чередующихся слоев алюминия и меди с заданным соотношением толщин под сварку взрывом, с последующей горячей прокаткой и отжигом, что создает новые технологические условия для образования диффузионных прослоек оптимального состава и толщины в зонах соединения слоев алюминия и меди, с последующим дроблением хрупких диффузионных прослоек при дополнительной прокатке на дискретные частицы с образованием в межчастичных промежутках зон, свободных от хрупких интерметаллидов и с надежной локальной сваркой алюминия с медью, тем самым обуславливается регламентируемая теплопроводность полученного материала вдоль и поперек слоев, причем в поперечном направлении теплопроводность материала значительно ниже, чем у составляющих композиционный материал металлов, а в продольном направлении теплопроводность алюминия и меди сохраняется на прежнем уровне, как в заготовках до сварки взрывом, а это значительно улучшает эффективность изделий из предлагаемого композиционного материала в теплообменной аппаратуре и электроэнергетических установках. In this regard, the most important task is to create a new method for producing an aluminum-copper composite material with reduced heat conductivity in the transverse direction and with increased heat conductivity along metal layers, while ensuring increased bond strength at the interlayer boundaries and reducing the share of brittle components in the welding zone, based on a new technological cycle of forming a package of alternating layers of aluminum and copper with a given ratio of thicknesses for explosion welding, followed by hot by annealing and annealing, which creates new technological conditions for the formation of diffusion layers of optimal composition and thickness in the zones of connection of aluminum and copper layers, followed by crushing of brittle diffusion layers during additional rolling into discrete particles with the formation in the interparticle spaces of zones free of brittle intermetallic compounds and with reliable local welding of aluminum with copper, thereby stipulating the regulated thermal conductivity of the obtained material along and across the layers, and in the transverse systematic way the thermal conductivity of the material is much lower than that constituting the composite metal, and in the longitudinal direction of the thermal conductivity of aluminum and copper is retained at the same level as the workpieces to explosion welding, and this significantly improves the efficiency of manufacturing of the present composite material in the heat exchange equipment and power plants.
Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии получения композиционного материала на основе оптимального сочетания толщин слоев алюминия и меди в пакете, выбора технологических режимов горячей прокатки сваренного пакета и последующего отжига, а также режимов дополнительной прокатки, нового сочетания структурных элементов в зоне соединения с дроблением хрупких интерметаллидных прослоек на дискретные частицы, с одновременной сваркой алюминия и меди в межчастичных промежутках, что обеспечивает сохранение высокого коэффициента теплопроводности алюминия и меди вдоль слоев и получение низкого коэффициента теплопроводности предлагаемого композиционного материала в поперечном направлении с образованием при этом в межслойных границах зон, свободных от интерметаллидов и с надежной локальной сваркой алюминия с медью. The technical result of the claimed method is the creation of a new technology for producing composite material based on the optimal combination of the thicknesses of aluminum and copper layers in the bag, the choice of technological modes for hot rolling of the welded bag and subsequent annealing, as well as additional rolling modes, a new combination of structural elements in the joint zone with brittle crushing intermetallic layers on discrete particles, with simultaneous welding of aluminum and copper in the interparticle spaces, which ensures the preservation of the reduction of the high coefficient of thermal conductivity of aluminum and copper along the layers and the obtaining of a low coefficient of thermal conductivity of the proposed composite material in the transverse direction with the formation of zones free of intermetallic compounds in the interlayer boundaries and with reliable local welding of aluminum with copper.
Указанный технический результат достигается тем, что заявлен способ получения композиционного материала, при котором составляют пакет из чередующихся слоев алюминия и меди, размещают над ним защитную металлическую прослойку с зарядом взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом, при этом соотношение толщин слоев алюминия и меди в пакете выбирают равным 1: (0,4-0,56) при толщине слоя алюминия, равной 1,8-2,5 мм, и отношении удельной массы заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс защитной металлической прослойки, слоев алюминия и меди, равном 0,47-0,92, при этом используют заряд взрывчатого вещества со скоростью детонации, равной 2070-2930 м/с, после сварки пакет подвергают горячей прокатке при температуре 350-500oС с обжатием 50-75%, после чего полученную заготовку подвергают отжигу путем нагрева до температуры 400-500oС в течение 2-3 ч с последующим охлаждением на воздухе, а затем осуществляют дополнительную прокатку при температуре 20-250oС с обжатием 10-30%.The specified technical result is achieved by the claimed method for producing a composite material, in which a package of alternating layers of aluminum and copper is made up, a protective metal layer with an explosive charge is placed over it and explosion welding is carried out, while the ratio of the thicknesses of aluminum and copper layers in the package is chosen equal to 1: (0.4-0.56) with an aluminum layer thickness of 1.8-2.5 mm, and the ratio of the specific mass of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the protective metal layer, aluminum layers and edi equal 0,47-0,92, this time with an explosive charge with a detonation velocity equal to 2070-2930 m / s, after welding the package is subjected to hot rolling at a temperature of 350-500 o C with a reduction of 50-75% after whereby the obtained billet is subjected to annealing by heating to a temperature of 400-500 o C for 2-3 hours, followed by cooling in air, and then additional rolling is carried out at a temperature of 20-250 o C with compression of 10-30%.
В таких условиях силового и теплового воздействия на пакет из свариваемых материалов происходит сварка взрывом листов алюминия и меди, увеличение длины и ширины сваренного пакета при горячей прокатке с одновременной осадкой пакета по толщине, образование при отжиге сплошной теплозащитной диффузионной прослойки из интерметаллидов в зонах соединения слоев, дробление хрупких интерметаллидных прослоек при дополнительной прокатке на дискретные частицы с одновременной высокопрочной сваркой алюминия и меди в межчастичных промежутках, что обеспечивает низкий коэффициент теплопроводности, а следовательно, и высокие теплозащитные свойства сваренного материала в направлении теплопередачи поперек металлических слоев и сохранение высокой, на уровне исходной, теплопроводности вдоль слоев меди и алюминия, что позволяет использовать новую технологию получения композиционного материала и полученные изделия в промышленных целях для изготовления теплообменной аппаратуры, деталей электроэнергетических установок и т.п. Under such conditions of force and heat acting on a package of materials to be welded, there is welding by explosion of aluminum and copper sheets, an increase in the length and width of the welded package during hot rolling with simultaneous precipitation of the package in thickness, the formation of a continuous heat-protective diffusion interlayer of intermetallic compounds in the zones of connection of layers, crushing of brittle intermetallic interlayers during additional rolling into discrete particles with simultaneous high-strength welding of aluminum and copper in interparticle spaces, which provides a low coefficient of thermal conductivity, and therefore, high heat-shielding properties of the welded material in the direction of heat transfer across the metal layers and maintaining high, at the level of the initial, thermal conductivity along the layers of copper and aluminum, which allows using the new technology for producing composite material and the obtained products for industrial purposes manufacturing heat exchange equipment, parts of electric power plants, etc.
Новый способ получения композиционного материала имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по внутреннему строению полученного материала, так и по совокупности технологических приемов воздействия на свариваемый пакет и режимов осуществления способа. Так предложено составлять пакет под сварку взрывом из чередующихся слоев алюминия и меди с соотношением их толщин 1: (0,4-0,56) при толщине алюминия, равной 1,8-2,5 мм, что сводит к минимуму неконтролируемые деформации слоев при сварке взрывом, облегчает процесс сварки. The new method for producing composite material has significant differences compared with the prototype both in the internal structure of the obtained material and in the combination of technological methods for influencing the welded package and the modes of the method. It is proposed to make a package for explosion welding from alternating layers of aluminum and copper with a ratio of their thicknesses 1: (0.4-0.56) with an aluminum thickness of 1.8-2.5 mm, which minimizes uncontrolled deformation of the layers at explosion welding, facilitates the welding process.
Предложено осуществлять сварку взрывом пакета при отношении удельной массы заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс защитной металлической прослойки, слоев алюминия и меди, равной 0,47-0,92, и скорости детонации взрывчатого вещества, равной 2070-2930 м/с, что обеспечивает надежную сварку взрывом всех слоев алюминия и меди в пакете, прочность соединения которых оказывается достаточной, чтобы выдержать без расслоений последующую горячую прокатку. It is proposed to carry out explosion welding of the package with the ratio of the specific mass of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the protective metal layer, aluminum and copper layers equal to 0.47-0.92, and the detonation velocity of the explosive equal to 2070-2930 m / s, which ensures reliable welding by explosion of all layers of aluminum and copper in the package, the strength of the joints of which is sufficient to withstand subsequent hot rolling without delamination.
Предложено сваренный пакет подвергать горячей прокатке при температуре 350-500oС с обжатием 50-75%, что обеспечивает увеличение длины и ширины сваренного пакета с одновременной осадкой по толщине, выравнивает поверхность заготовки, при этом в зонах соединения не возникает расслоений и трещин, а сплошность основного материала не нарушается, кроме того, при этом происходит активация алюминия и меди, способствующая при последующем отжиге ускорению взаимной диффузии металлов на межслойных границах.It is proposed that the welded bag be subjected to hot rolling at a temperature of 350-500 o С with a compression of 50-75%, which ensures an increase in the length and width of the welded bag with simultaneous upsetting in thickness, evens out the surface of the workpiece, while in the connection zones there are no delamination and cracks, and the continuity of the base material is not violated, in addition, the activation of aluminum and copper occurs, which facilitates the accelerated mutual diffusion of metals at interlayer boundaries during subsequent annealing.
Предложено подвергать сваренную, а затем прокатанную заготовку отжигу путем нагрева до температуры 400-500oС в течение 2-3 ч с последующим охлаждением на воздухе, что обеспечивает получение в зонах сварки меди с алюминием, за счет диффузионных процессов, сплошных интерметаллидных прослоек, необходимой толщины, обладающих низкой теплопроводностью, способствующих повышению теплозащитных свойств материала.It is proposed to subject the welded and then rolled preform to annealing by heating to a temperature of 400-500 o C for 2-3 hours, followed by cooling in air, which ensures that copper and aluminum are obtained in the welding zones due to diffusion processes, continuous intermetallic interlayers required thicknesses with low thermal conductivity, contributing to an increase in the heat-shielding properties of the material.
В связи с кратковременностью процесса отжига диффузионное взаимодействие наблюдается лишь вблизи зон сварки, толщина получаемых диффузионных прослоек не превышает 8-24 мкм, сквозной диффузии в слоях меди и алюминия не наблюдается, поэтому основные объемы алюминиевых и медных слоев сохраняют исходную высокую теплопроводность. Due to the short duration of the annealing process, diffusion interaction is observed only near the welding zones, the thickness of the obtained diffusion layers does not exceed 8-24 μm, through diffusion in copper and aluminum layers is not observed, therefore, the main volumes of aluminum and copper layers retain the initial high thermal conductivity.
Предложено дополнительную прокатку осуществлять при температуре 20-250oС с обжатием 10-30%, что обеспечивает дробление хрупких интерметаллидных прослоек в зонах соединения слоев на дискретные частицы с одновременной высокопрочной сваркой меди и алюминия в межчастичных промежутках, что повышает стойкость полученного материала к разрушению при механических испытаниях на изгиб, при этом частично устраняется хрупкий характер разрушения в зонах сварки, способствует получению низкого коэффициента теплопроводности в направлении теплопередачи поперек металлических слоев, с сохранением при этом высоких коэффициентов теплопроводности алюминия и меди при направлении теплопередачи вдоль слоев.It is proposed to carry out additional rolling at a temperature of 20-250 o С with a compression of 10-30%, which ensures crushing of brittle intermetallic interlayers in the zones of connection of layers into discrete particles with simultaneous high-strength welding of copper and aluminum in interparticle spaces, which increases the resistance of the obtained material to fracture at mechanical bending tests, while the brittle nature of fracture in the welding zones is partially eliminated, contributes to a low coefficient of thermal conductivity in the direction of heat transfer and across the metal layers while maintaining the high thermal conductivity of aluminum and copper with heat-transfer direction along the fibers.
Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков решения позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков в заявленном объекте по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Новизна" по действующему законодательству. The analysis of the prior art cited by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed solution, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The determination from the list of identified analogues of the prototype as the closest in terms of the totality of the features of the solution made it possible to identify the set of essential distinguishing features in the claimed object in relation to the technical result perceived by the applicant as set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "Novelty" under applicable law.
Для проверки заявленного изобретения требованию "Изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение соответствует требованию "Изобретательский уровень". To verify the claimed invention to the requirement "Inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention meets the requirement of "Inventive step".
Предлагаемый способ получения композиционного материала алюминий-медь осуществляется в следующей последовательности. Собирают пакет из предварительно очищенных от окислов и загрязнений чередующихся пластин алюминия и меди, располагающихся параллельно друг над другом на расстоянии технологического сварочного зазора, при этом соотношение толщин слоев алюминия и меди выбирают равным 1:(0,4-0,56) при толщине слоя алюминия, равной 1,8-2,5 мм. Укладывают пакет на основание, размещенное на грунте. На поверхность пакета устанавливают защитную металлическую прослойку, защищающую свариваемый пакет от неконтролируемых деформаций, а на ее поверхности располагают контейнер с зарядом взрывчатого вещества. Осуществляют сварку взрывом с инициированием процесса детонации в заряде взрывчатого вещества с помощью электродетонатора, при этом отношение удельной массы заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс защитной металлической прослойки, слоев алюминия и меди выбирается равной 0,47-0,92, а скорость детонации взрывчатого вещества равна 2070-2930 м/с. Затем сваренный пакет подвергают горячей прокатке при температуре 350-500oС с обжатием 50-75%, после чего полученную заготовку подвергают отжигу, например, в электропечи путем нагрева до температуры 400-500oС в течение 2-3 ч с последующим охлаждением на воздухе, а затем осуществляют дополнительную прокатку при температуре 20-250oС с обжатием 10-30%.The proposed method for producing composite material aluminum-copper is carried out in the following sequence. A bag is assembled of alternating aluminum and copper plates pre-cleaned from oxides and contaminants, parallel to each other at a distance of the technological welding gap, while the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and copper is chosen equal to 1: (0.4-0.56) with a layer thickness aluminum equal to 1.8-2.5 mm. Lay the package on a base placed on the ground. A protective metal layer is installed on the surface of the bag, protecting the welded bag from uncontrolled deformations, and a container with an explosive charge is placed on its surface. Explosion welding is carried out with the initiation of the detonation process in the explosive charge using an electric detonator, while the ratio of the specific mass of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the protective metal layer, aluminum and copper layers is chosen equal to 0.47-0.92, and the detonation speed of the explosive equal to 2070-2930 m / s. Then, the welded bag is subjected to hot rolling at a temperature of 350-500 o С with compression of 50-75%, after which the obtained preform is annealed, for example, in an electric furnace by heating to a temperature of 400-500 o С for 2-3 hours, followed by cooling to air, and then carry out additional rolling at a temperature of 20-250 o With a compression of 10-30%.
В результате получают композиционный материал алюминий-медь с пониженным коэффициентом теплопроводности, а следовательно, и с высокими теплозащитными свойствами при направлении теплопередачи поперек металлических слоев и с сохранением исходной теплопроводности в основном объеме изделия при направлении теплопередачи вдоль слоев меди алюминия, при этом обеспечивается повышенная прочность сцепления слоев меди и алюминия при испытаниях на изгиб. The result is an aluminum-copper composite material with a reduced coefficient of thermal conductivity, and therefore with high heat-shielding properties when the direction of heat transfer is across the metal layers and while maintaining the original heat conductivity in the main volume of the product with the direction of heat transfer along the layers of aluminum aluminum, this provides increased adhesion layers of copper and aluminum during bending tests.
Пример 1 (см. таблицу, опыт 1). Example 1 (see table, experiment 1).
Собирают пятислойный пакет из предварительно очищенных от окислов и загрязнений чередующихся пластин алюминия и меди, располагающихся параллельно друг над другом на расстоянии технологического сварочного зазора. Порядок чередования слоев в пакете следующий: медь марки M1 - алюминий марки АД1 - медь M1 - алюминий АД1 - медь M1. Размеры алюминиевых пластин: длина 300 мм, ширина 210 мм, толщина δAl = 1,8 мм. У медных пластин длина и ширина такие же, как у алюминиевых, а толщина δCu = 1 мм, при этом соотношение толщин слоев алюминия и меди равно 1:0,56. Общая толщина пакета с учетом технологических сварочных зазоров составляет 14,1 мм. Укладывают пакет на основание из древесно-стружечной плиты, размещенное на песчаном грунте. Длина основания 300 мм, ширина 210 мм, толщина 18 мм.A five-layer package is assembled from alternating plates of aluminum and copper, previously cleaned from oxides and contaminants, located parallel to each other at a distance from the technological welding gap. The sequence of layers in the package is as follows: M1 copper - AD1 aluminum - M1 copper - AD1 aluminum - M1 copper. Dimensions of aluminum plates: length 300 mm, width 210 mm, thickness δ Al = 1.8 mm. For copper plates, the length and width are the same as for aluminum, and the thickness is δ Cu = 1 mm, while the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and copper is 1: 0.56. The total thickness of the package, taking into account technological welding gaps, is 14.1 mm. Lay the package on the base of a particleboard placed on sandy soil. Base length 300 mm, width 210 mm, thickness 18 mm.
На поверхность пакета устанавливают защитную металлическую прослойку в виде пластины из стели Ст.3. Длина прослойки 340 мм, ширина 250 мм, толщина прослойки δпр = 2 мм. Прослойку устанавливают так, чтобы со всех сторон пакета образовалось нависание шириной по 20 мм. Предварительно верхнюю поверхность пакета смазывают простивосварочной смазкой для предотвращения сварки металлической прослойки с верхней пластиной пакета. На поверхность защитной металлической прослойки устанавливают контейнер с зарядом порошкообразного взрывчатого вещества. Длина и ширина контейнера соответствуют длине и ширине защитной металлической прослойки. Толщина заряда ВВ δBB = 50 мм. В качестве заряда ВВ использовалась смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой с объемным соотношением 1:3. Плотность ВВ ρвв = 0,96 г/см3. Скорость детонации ВВ при выбранной толщине заряда Dвв= 2070 м/с, удельная масса заряда ВВ (произведение толщины на плотность) равна: mвв = δвв• ρвв = 5 см•0,96 г/см3 = 4,8 г/см2. Удельная масса защитной металлической прослойки mпр = δпр•ρпр. У стали Ст. 3 плотность материала δпр = 7,8 г/см3, поэтому mпр = 0,2 см•7,8 г/см3=1,56 г/см2.A protective metal layer in the form of a plate of steel st.3 is installed on the surface of the bag. The length of the interlayer is 340 mm, the width is 250 mm, the thickness of the interlayer is δ pr = 2 mm. The interlayer is installed so that overhang of a width of 20 mm is formed on all sides of the packet. Preliminarily, the upper surface of the bag is lubricated with a simple welding grease to prevent welding of the metal layer with the top plate of the bag. A container with a charge of powdered explosive is installed on the surface of the protective metal layer. The length and width of the container correspond to the length and width of the protective metal layer. BB charge thickness δ BB = 50 mm. A mixture of ammonium 6GV with ammonium nitrate with a volume ratio of 1: 3 was used as an explosive charge. BB cc density ρ = 0.96 g / cm 3. The rate of detonation of the explosive charge at the selected cc thickness D = 2070 m / s, the specific gravity of the explosive charge (the product thickness on density) is: m = δ cc cc cc • ρ = 5 cm • 0,96 g / cm 3 = 4.8 g / cm 2 . The specific gravity of the protective metal layer m pr = δ pr • ρ pr At
В пакете использовано два слоя алюминия и три слоя меди. Плотность алюминия ρAl = 2,7 г/см3, плотность меди ρCu = 8,94 г/см3. Суммарная удельная масса слоев пакета составляет
Отношение удельной массы заряда взрывчатого вещества (mвв) к сумме удельных масс защитной металлической прослойки (mпр), слоев алюминия и меди (mп) равно
mвв:(mпр+mп)=4,8:(1,56+3,654)=0,92.The package used two layers of aluminum and three layers of copper. The density of aluminum ρ Al = 2.7 g / cm 3 the density of copper ρ Cu = 8.94 g / cm 3 . The total specific gravity of the layers of the package is
The ratio of the specific mass of the explosive charge (m cc ) to the sum of the specific gravities of the protective metal layer (m ol ), aluminum and copper layers (m p ) is
m cc : (m ol + m p ) = 4.8: (1.56 + 3.644) = 0.92.
При сварке взрывом осуществляется инициирование процесса детонации в заряде ВВ с помощью электродетонатора. In explosion welding, the detonation process in the explosive charge is initiated using an electric detonator.
После сварки взрывом сваренный пакет подвергают горячей прокатке при температуре 350oС с обжатием 50%, при этом разовое обжатие за проход составляет 10%, конечная толщина заготовки 3,3 мм.After explosion welding, the welded bag is subjected to hot rolling at a temperature of 350 o With a compression of 50%, while a single compression per pass is 10%, the final thickness of the workpiece is 3.3 mm
После горячей прокатки полученную заготовку подвергают отжигу путем нагрева в муфельной электропечи до температуры 500oС в течение двух часов с последующим охлаждением на воздухе, а затем осуществляют дополнительную прокатку при температуре 250oС с обжатием 30%. Разовое обжатие за проход 10%.After hot rolling, the obtained billet is annealed by heating in a muffle electric furnace to a temperature of 500 ° C for two hours, followed by cooling in air, and then additional rolling is carried out at a temperature of 250 ° C with a compression of 30%. Single reduction per
В результате получают слоистый композиционный материал алюминий-медь толщиной 2,3-2,32 мм, в котором 40% всех границ зон соединения алюминия с медью свободны от интерметаллидов и в этих местах алюминий и медь непосредственно прочно сварены между собой, а интерметаллидные прослойки, образовавшиеся при отжиге, раздроблены на мелкие частицы и способствуют улучшению теплозащитных характеристик полученного материала при направлении теплопередачи поперек металлических слоев. Коэффициент теплопроводности материала в этом направлении λком = 11-12 Вт/(м•К), а при направлении теплопередачи вдоль слоев композиционного материала коэффициент теплопроводности слоев алюминия λAl = 226 Вт/(м•К), то есть в 19-20 раз больше, чем λком, а коэффициент теплопроводности меди λCu = 400 Вт/(м•К), что в 33-36 раз больше λком, при этом при испытаниях композиционного материала на изгиб примерно на 40% площади соединения слоев разрушение носит вязкий характер, что свидетельствует о высоком качестве сварки и высокой прочности сцепления слоев и композиционного материала в целом.The result is a layered aluminum-copper composite material with a thickness of 2.3-2.32 mm, in which 40% of all the boundaries of the zones of connection of aluminum with copper are free from intermetallic compounds and in these places aluminum and copper are directly firmly welded together, and intermetallic layers formed during annealing, crushed into small particles and contribute to improving the heat-shielding characteristics of the obtained material in the direction of heat transfer across the metal layers. The coefficient of thermal conductivity of the material in this direction λ com = 11-12 W / (m • K), and when the direction of heat transfer along the layers of the composite material is the coefficient of thermal conductivity of the layers of aluminum λ Al = 226 W / (m • K), that is, 19-20 times more than λ com , and the coefficient of thermal conductivity of copper λ Cu = 400 W / (m • K), which is 33-36 times more than λ com , while when testing the composite material for bending, approximately 40% of the joint area of the layers is damaged viscous nature, which indicates high quality welding and high adhesion layers and to mpozitsionnogo material as a whole.
Пример 2 (см. таблицу, опыт 2). Example 2 (see table, experiment 2).
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина алюминиевых пластин δAl = 2 мм, соотношение толщин слоев алюминия и меди равно 1: 0,5. Общая толщина пакета с учетом технологических сварочных зазоров составляет 15,6 мм. Толщина защитной металлической прослойки δпр = 4 мм. В качестве заряда ВВ использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой с объемным соотношением 1:2. Плотность ВВ ρвв = 0,93 г/см3, скорость детонации ВВ DВВ= 2400 м/с, удельная масса заряда ВВ mвв=5,0•0,93 = 4,65 г/см2. Удельная масса защитной металлической прослойки mпр=0,4•7,8 = 3,12 г/см2. Суммарная удельная масса слоев пакета составляет
Отношение удельной массы взрывчатого заряда вещества (mвв) к сумме удельных масс защитной металлической прослойки (mпр), слоев алюминия и меди (mп) равно
mвв:(mпр+mп)=4,65:(3,12+3,762)=0,675.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the aluminum plates δ Al = 2 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and copper is 1: 0.5. The total thickness of the package, taking into account technological welding gaps, is 15.6 mm. The thickness of the protective metal layer δ CR = 4 mm A mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate with a volume ratio of 1: 2 was used as an explosive charge. BB cc density ρ = 0.93 g / cm 3, the detonation velocity BB BB D = 2400 m / s, the specific gravity of the explosive charge cc m = 5,0 • 0,93 = 4,65 g / cm 2. The specific gravity of the protective metal layer m ol = 0.4 • 7.8 = 3.12 g / cm 2 . The total specific gravity of the layers of the package is
The ratio of the specific gravity of the explosive charge of the substance (m cc ) to the sum of the specific gravities of the protective metal layer (m ol ), aluminum and copper layers (m p ) is
m cc : (m ol + m p ) = 4.65: (3.12 + 3.762) = 0.675.
После сварки взрывом сваренный пакет подвергают горячей прокатке при температуре 400oС с обжатием 60% на толщину 2,8 мм. После горячей прокатки полученную заготовку подвергают отжигу при температуре 450oС в течение 2,5 ч, а дополнительную прокатку проводят при температуре 200oС с обжатием 20% на толщину 2,20-2,25 мм.After explosion welding, the welded bag is subjected to hot rolling at a temperature of 400 o With a compression of 60% to a thickness of 2.8 mm After hot rolling, the obtained billet is subjected to annealing at a temperature of 450 ° C. for 2.5 hours, and additional rolling is carried out at a temperature of 200 ° C. with a compression of 20% to a thickness of 2.20-2.25 mm.
Результаты испытаний полученного материала, как в примере 1, но коэффициент теплопроводности композиционного материала алюминий-медь при направлении теплопередачи поперек металлических слоев λком = 9-10 Вт/(м•К), при этом коэффициент теплопроводности слоев алюминия λAl в 23-25 раз больше, чем λком, а коэффициент теплопроводности слоев меди λCu в 40-44 раза больше, чем λком, при этом примерно на 30% площади соединения слоев интерметаллиды отсутствуют, и в этих местах разрушение при испытаниях на изгиб носит вязкий характер.The test results of the obtained material, as in example 1, but the thermal conductivity coefficient of the aluminum-copper composite material with the heat transfer direction across the metal layers λ com = 9-10 W / (m • K), while the thermal conductivity of the aluminum layers λ Al is 23-25 times more than λ com , and the coefficient of thermal conductivity of copper layers λ Cu is 40-44 times more than λ com , while about 30% of the joint area of the layers of intermetallic compounds are absent, and in these places fracture during bending tests is viscous.
Пример 3 (см. таблицу, опыт 3). Example 3 (see table, experiment 3).
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина алюминиевых пластин δAl = 2,5 мм, соотношение толщин слоев алюминия и меди равно 1: 0,4. Общая толщина пакета с учетом технологических сварочных зазоров составляет 14,7 мм. Толщина защитной металлической прослойки δпр = 7 мм. В качестве заряда ВВ использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой с объемным соотношением 1:1. Плотность ВВ ρвв = 0,91 г/см3, скорость детонации ВВ DВB=2930 м/с, удельная масса заряда ВВ mвв=5,0•0,91 = 4,5 г/см2. Удельная масса защитной металлической прослойки mnp=0,7•7,8 = 5,46 г/см2. Суммарная удельная масса слоев пакета составляет
Отношение удельной массы заряда взрывчатого заряда вещества (mвв) к сумме удельных масс защитной металлической прослойки (mпр), слоев алюминия и меди (mп) равно
mвв:(mпр+mп)=4,5:(5,46+4,032)=0,47.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the aluminum plates δ Al = 2.5 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and copper is 1: 0.4. The total thickness of the package, taking into account technological welding gaps, is 14.7 mm. The thickness of the protective metal layer δ CR = 7 mm A mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate with a volume ratio of 1: 1 was used as an explosive charge. BB cc density ρ = 0.91 g / cm 3, the detonation velocity BB BB D = 2930 m / s, the specific gravity of the explosive charge cc m = 5,0 • 0,91 = 4,5 g / cm 2. The specific gravity of the protective metal layer is m np = 0.7 • 7.8 = 5.46 g / cm 2 . The total specific gravity of the layers of the package is
The ratio of the specific mass of the explosive charge of the substance (m cb ) to the sum of the specific gravities of the protective metal layer (m ol ), aluminum and copper layers (m p ) is
m cc : (m ol + m p ) = 4.5: (5.46 + 4.032) = 0.47.
После сварки взрывом сваренный пакет подвергают горячей прокатке при температуре 500oС с обжатием 75% на толщину 2 мм. После горячей прокатки полученную заготовку подвергают отжигу при температуре 400oС в течение 3 ч, а дополнительную прокатку проводят при температуре 20oС с обжатием 10% на толщину 1,78-1,82 мм.After explosion welding, the welded bag is subjected to hot rolling at a temperature of 500 ° C. with a compression of 75% to a thickness of 2 mm. After hot rolling, the obtained billet is annealed at a temperature of 400 ° C. for 3 hours, and additional rolling is carried out at a temperature of 20 ° C. with a compression of 10% to a thickness of 1.78-1.82 mm.
Результаты испытаний полученного материала, как в примере 1, но коэффициент теплопроводности композиционного материала алюминий-медь в направлении теплопередачи поперек металлических слоев λком = 8,0-8,5 Вт/(м•К), при этом коэффициент теплопроводности слоев алюминия λAl в 26-28 раз больше, чем λком, а коэффициент теплопроводности слоев меди λCu/ в 47-50 раз больше, чем λком, при этом примерно на 20% площади соединения слоев интерметаллиды отсутствуют, и в этих местах разрушение при испытаниях на изгиб носит вязкий характер.The test results of the obtained material, as in example 1, but the coefficient of thermal conductivity of the aluminum-copper composite material in the direction of heat transfer across the metal layers λ com = 8.0-8.5 W / (m • K), while the coefficient of thermal conductivity of the aluminum layers λ Al 26-28 times more than λ com , and the coefficient of thermal conductivity of copper layers λ Cu / is 47-50 times more than λ com , while about 20% of the interconnected layers of the intermetallic compounds are absent, and in these places failure during testing on the bend is viscous.
При получении композиционного материала про прототипу (см. таблицу, опыт 4), при испытаниях на изгиб материал разрушается хрупко, преимущественно по зонам соединения слоев, что ограничивает промышленное применение данного материала, особенно в условиях циклических и ударных нагрузок. Upon receipt of the composite material about the prototype (see table, experiment 4), during bending tests, the material breaks brittle, mainly along the zones of connection of the layers, which limits the industrial use of this material, especially under cyclic and shock loads.
Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующих условий:
- способ получения композиционного материала, предназначенный для изготовления теплообменной аппаратуры, электроэнергетических установок и т.п. впервые обеспечил получение высококачественного многослойного композиционного материала с пониженным коэффициентом теплопроводности, а следовательно, и с высокими теплозащитными свойствами, при направлении теплопередачи поперек металлических слоев, с сохранением исходной теплопроводности в основном объеме изделия при направлении теплопередачи вдоль слоев алюминия и меди, при этом при испытаниях на изгиб обеспечивается повышенная прочность сцепления слоев алюминия и меди;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеизложенных технологических приемов, условий и режимов его реализации;
- способ получения композиционного материала алюминий-медь, воплощенный в заявленном изобретении, при его осуществлении обеспечивает получение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.Thus, the above information indicates the fulfillment of the following conditions when using the invention:
- a method for producing a composite material intended for the manufacture of heat exchange equipment, power plants, etc. for the first time provided a high-quality multilayer composite material with a reduced coefficient of thermal conductivity, and therefore with high heat-shielding properties, with the direction of heat transfer across the metal layers, while maintaining the original thermal conductivity in the main volume of the product when the direction of heat transfer along the layers of aluminum and copper, while testing on bending provides increased adhesion to the layers of aluminum and copper;
- for the claimed invention in the form described in the claims, the possibility of its implementation using the above technological methods, conditions and modes of its implementation is confirmed;
- a method of producing a composite material aluminum-copper, embodied in the claimed invention, when implemented, provides the perceived by the applicant achieved technical result.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "Industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002111280/02A RU2221682C1 (en) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | Method for making composition material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002111280/02A RU2221682C1 (en) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | Method for making composition material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002111280A RU2002111280A (en) | 2003-11-10 |
| RU2221682C1 true RU2221682C1 (en) | 2004-01-20 |
Family
ID=32091028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002111280/02A RU2221682C1 (en) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | Method for making composition material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2221682C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103009701A (en) * | 2012-12-04 | 2013-04-03 | 湖南湘投金天钛金属有限公司 | Aluminum-copper composite plate and method for preparing same |
| RU2522505C1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-07-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Инженерно-Технологический Центр "Сварка" | Method of making composite material |
| RU2606134C1 (en) * | 2015-08-18 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") | Method of producing composite material |
| CN113524817A (en) * | 2021-07-20 | 2021-10-22 | 湖南华冉科技有限公司 | Tantalum-nickel composite board and preparation method thereof |
-
2002
- 2002-04-25 RU RU2002111280/02A patent/RU2221682C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТРЫКОВ Ю.П. и др. Изготовление теплообменных композиционных элементов с помощью взрывных технологий. Сварочное производство. 1998, № 6, с.33-35. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103009701A (en) * | 2012-12-04 | 2013-04-03 | 湖南湘投金天钛金属有限公司 | Aluminum-copper composite plate and method for preparing same |
| CN103009701B (en) * | 2012-12-04 | 2015-11-18 | 湖南湘投金天钛金属有限公司 | Be applied to the preparation method of the aluminum copper composite plate of high-low pressure power transmission and transformation accessory |
| RU2522505C1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-07-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Инженерно-Технологический Центр "Сварка" | Method of making composite material |
| RU2606134C1 (en) * | 2015-08-18 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") | Method of producing composite material |
| CN113524817A (en) * | 2021-07-20 | 2021-10-22 | 湖南华冉科技有限公司 | Tantalum-nickel composite board and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105478475B (en) | A kind of method of rolling high-strength degree composite metal plate | |
| CN105149350B (en) | Rolling preparation big ripple faying face metal composite board production technology | |
| CN102581006B (en) | Hot-rolling compounding method for titanium/aluminum/titanium three-layer composite plate | |
| RU2486999C1 (en) | Method of producing coating | |
| RU2560472C2 (en) | Making of sandwiched material | |
| RU2649929C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| US5067649A (en) | Bonding metal components | |
| Mamalis et al. | Fabrication of aluminium/copper bimetallics by explosive cladding and rolling | |
| RU2221682C1 (en) | Method for making composition material | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2293004C1 (en) | Titanium-steel composition material producing method | |
| RU2463140C1 (en) | Method of producing titanium-aluminium composite material | |
| RU2679814C1 (en) | Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates | |
| RU2315697C2 (en) | Enhanced-strength bimetal and method for making it | |
| RU2407640C2 (en) | Method of producing composite material | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| CN101989686B (en) | Explosive composite superplastic forming electric power irregularly-shaped copper and aluminum parallel groove clamp and manufacturing method thereof | |
| RU2255849C1 (en) | Method for producing aluminum-titanium composition material | |
| RU2463141C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2463139C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2711284C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy | |
| RU2701699C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper | |
| RU2560897C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2488469C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040426 |