RU2365475C2

RU2365475C2 - Method for manufacturing of multi-layer products by blasting energy

Info

Publication number: RU2365475C2
Application number: RU2007124881/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Оголихин (RU); Виктор Михайлович Оголихин
Original assignee: Институт гидродинамики им. М.А.Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН)
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-08-27
Also published as: RU2007124881A

Abstract

FIELD: technological processes, metal working.

SUBSTANCE: invention is related to technology of materials processing with energy of explosives, namely, to production of flaky products that consist of metal base having horizontal surface and inclined surface arranged along perimetre, steel plate and layer of powdery material arranged between them. Method consists in the fact that inclined surface on metal base billet is produced by arrangement of bevels at angle of 7°≤φ≤20°. Then cavity is arranged on horizontal surface of base billet and filled with powdery material. Afterwards flyer steel plate is installed relative to fixed billet of metal base at the angle equal to angle of flyer plate turn under action of detonating charge of explosive in process of flight. Then explosive charge placed on flyer plate is initiated with provision of billets collision and welding of steel plate to metal base billet along its horizontal and inclined surfaces with simultaneous pressing of powdery material.

EFFECT: production of complex configuration products with simultaneous blast welding of metal billets and compaction of powders.

3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии обработки материалов энергией взрывчатых веществ и может быть использовано для изготовления слоистых композиционных материалов в виде плоских круглых и цилиндрических заготовок, со слоями из различных металлов и порошковых материалов.The invention relates to a technology for processing materials with explosive energy and can be used for the manufacture of layered composite materials in the form of flat round and cylindrical blanks, with layers of various metals and powder materials.

Известен способ плакирования металлической поверхности путем приварки к ней взрывом плакирующего листа, устанавливаемого под углом к плакируемой поверхности, и инициирования заряда взрывчатого вещества из наиболее удаленной от плакируемой поверхности точки (см. патент Англии №1255231, кл. В23Р 3/09, 01.12.71).A known method of cladding a metal surface by welding to it an explosion of a clad sheet, set at an angle to the clad surface, and initiating an explosive charge from a point farthest from the clad surface (see England Patent No. 1255231, CL B23P 3/09, 01.12.71 )

Этот способ не обеспечивает возможности плакирования наклонных поверхностей.This method does not provide the ability to clad inclined surfaces.

Известен способ прессования порошковых материалов взрывом по схеме (см. Обработка металлов взрывом / А.В.Крупин, В.Я.Соловьев, Г.С.Попов и др. - М.: Металлургия, 1991. - 496 с., стр.313-317), в которой прессование осуществляется метаемой пластиной за счет плоского соударения последней с порошком, расположенным в песчаном или металлическом контейнере.A known method of pressing powder materials by explosion according to the scheme (see. Processing of metals by explosion / A.V. Krupin, V.Ya. Soloviev, G.S. Popov and others. - M .: Metallurgy, 1991. - 496 p., P. 313-317), in which the pressing is carried out by a throwable plate due to a flat collision of the latter with a powder located in a sand or metal container.

Этот способ не обеспечивает полную сохранность материала контейнера и спрессованного в нем порошка, так как не обеспечивает сварку метаемой заготовки с металлическим контейнером. Способ не позволяет получить многослойные замкнутые изделия из порошков и металлических заготовок.This method does not ensure the complete safety of the material of the container and the powder pressed in it, since it does not provide welding of the workpiece with a metal container. The method does not allow to obtain multilayer closed products from powders and metal blanks.

Изобретение решает следующие задачи: получение многослойного сварного монолитного изделия сложной конфигурации; обеспечение плоского и косого соударения заготовок между собой; одновременную сварку взрывом металлических заготовок и прессование взрывом порошкового материала.The invention solves the following problems: obtaining a multilayer welded monolithic product of complex configuration; ensuring a flat and oblique collision of the blanks with each other; simultaneous explosion welding of metal workpieces and pressing by powder material explosion.

Задачи решаются следующим образом. В предлагаемом способе перед установкой метаемой заготовки на неподвижной заготовке, являющейся металлической основой многослойного изделия, по периметру относительно горизонтальной поверхности выполняют скосы под углом 7≤φ≤20°, на горизонтальной поверхности неподвижной заготовки выполняют полость и заполняют прессуемым порошковым материалом. Интервал углов скосов от 7° до 20° выбирается исходя из того, что при сварке взрывом листовых металлических заготовок между собой для большинства металлов необходимо обеспечить косое соударение под углом от 7° до 20°. При меньших или больших углах соударения сварка либо не происходит, либо не достигает нужного качества.The tasks are solved as follows. In the proposed method, before installing a throwable billet on a fixed billet, which is the metal base of the multilayer product, bevels are made along the perimeter relative to the horizontal surface at an angle of 7≤φ≤20 °, a cavity is made on the horizontal surface of the fixed billet and filled with pressed powder material. The range of bevel angles from 7 ° to 20 ° is selected based on the fact that, when explosion welding of sheet metal billets with each other, for most metals it is necessary to provide an oblique collision at an angle from 7 ° to 20 °. At smaller or larger collision angles, welding either does not occur or does not reach the desired quality.

Метаемую заготовку устанавливают относительно неподвижной заготовки под углом α, равным углу поворота β метаемой заготовки под действием детонирующего заряда ВВ в процессе полета. В результате плоского соударения с метаемой заготовкой порошковый материал прессуется, а в результате последующего косого соударения той же метаемой заготовки с наклонной поверхностью неподвижной заготовки происходит сварка заготовок с получением многослойного изделия сложной конфигурации из порошкового материала и металлических заготовок.A throwable workpiece is set relative to a stationary workpiece at an angle α equal to the angle of rotation β of the throwable workpiece under the action of a detonating explosive charge during flight. As a result of a flat collision with a missile blank, the powder material is pressed, and as a result of a subsequent oblique collision of the same missile blank with an inclined surface of the fixed blank, the blanks are welded to obtain a multilayer product of complex configuration from the powder material and metal blanks.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг.1 показано положение неподвижной и метаемой заготовок, прессуемого порошкового материала перед взрывной обработкой, а на фиг.2, 3 - то же в процессе обработки энергией взрыва.The invention is illustrated by graphic material, where in Fig.1 shows the position of the stationary and missile blanks, pressed powder material before explosive processing, and in Fig.2, 3 - the same in the process of processing the energy of the explosion.

Метаемую заготовку 1 (см. фиг.1) устанавливают под углом α к горизонтальной поверхности 2 неподвижной заготовки 3, на которой в специальном углублении 4 размещен прессуемый (компактируемый) порошковый материал 5. По краям неподвижная заготовка 3 имеет наклонную поверхность 6, имеющую угол наклона 7≤φ≤20° к горизонтальной поверхности 2. На метаемой заготовке 1 устанавливают заряд взрывчатого вещества (ВВ) 7 и в точке заряда ВВ, наиболее удаленной от неподвижной заготовки 3, установливают детонатор 8. При этом заряд ВВ 7 (см. фиг.2) подобран таким образом, что при метании заготовки 1 последняя поворачивается на угол β, равный углу α между метаемой заготовкой 1 и горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3.The throwing blank 1 (see Fig. 1) is installed at an angle α to the horizontal surface 2 of the fixed blank 3, on which a pressed (compacted) powder material 5 is placed in a special recess 4. At the edges, the fixed blank 3 has an inclined surface 6 having an angle of inclination 7≤φ≤20 ° to the horizontal surface 2. On the missile blank 1 set the explosive charge (BB) 7 and at the charge point of the explosive farthest from the stationary blank 3, set the detonator 8. In this case, the charge of BB 7 (see. FIG. 2) matched in this way ohm that when throwing the last blank 1 is rotated by the angle β, equal to the angle α between the hurlled workpiece 1 and horizontal surface 2 of a stationary workpiece 3.

Метаемая заготовка 1 (см. фиг.3) после инициирования заряда ВВ 7 приобретает скорость V, направленную вертикально вниз, поворачивается на угол β=α и плоско соударяется с горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3. В результате плоского соударения метаемой заготовки 1 с горизонтальной поверхностью 2 и порошковым материалом 5, расположенным в специальном углублении 4 на горизонтальной поверхности 2 неподвижной заготовки, происходит прессование порошкового материала 5.Throwing the workpiece 1 (see figure 3) after the initiation of the explosive charge 7 acquires a speed V directed vertically downward, rotates the angle β = α and flatly collides with the horizontal surface 2 of the fixed workpiece 3. As a result of the flat impact of the workpiece 1 with the horizontal surface 2 and powder material 5, located in a special recess 4 on the horizontal surface 2 of the stationary workpiece, the powder material 5 is pressed.

Далее, после соударения центральной части метаемой заготовки 1 с горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3 края метаемой заготовки 1, летящие горизонтально, соударяются с наклонной поверхностью 6 неподвижной заготовки 3 под ранее заданным углом φ.Further, after the collision of the central part of the missile billet 1 with the horizontal surface 2 of the fixed billet 3, the edges of the missile billet 1 flying horizontally collide with the inclined surface 6 of the fixed billet 3 at a predetermined angle φ.

В результате косого соударения под углом φ происходит качественная сварка метаемой заготовки 1 с неподвижной заготовкой 3 по наклонной поверхности 6. Угол φ задают при механической обработке на неподвижной заготовке 3 расположением горизонтальной 2 и наклонной 6 поверхностями в интервале от 7° до 20°. Интервал угла φ выбирают равным интервалу угла соударения γ, обеспечивающего качественную сварку взрывом плоских листовых заготовок из данного материала между собой при их параллельном расположении и использовании аналогичных зарядов ВВ. Выбор величины угла φ также зависит от свойств материала метаемой и неподвижной заготовок и, как правило, определяется экспериментально.As a result of oblique collision at an angle φ, high-quality welding of the projectile 1 with the stationary workpiece 3 on the inclined surface 6 occurs. The angle φ is set during machining on the fixed workpiece 3 by horizontal 2 and inclined 6 surfaces in the range from 7 ° to 20 °. The interval of angle φ is chosen equal to the interval of the angle of impact γ, which provides high-quality explosion welding of flat sheet blanks of this material with each other when they are parallel and using similar explosive charges. The choice of the angle φ also depends on the material properties of the missile and fixed blanks and, as a rule, is determined experimentally.

Пример конкретного исполнения.An example of a specific implementation.

Описанное взаимное расположение метаемой и неподвижной заготовок в процессе взрывного нагружения позволяет плакировать сложные поверхности неподвижной заготовки с одновременным прессованием (компактированием) порошкового материала, размещенного в неподвижной заготовке на горизонтальной поверхности в специальном углублении, и сваривать часть поверхности метаемой заготовки с наклонной поверхностью неподвижной заготовки.The described mutual arrangement of the missile and fixed workpieces during explosive loading allows cladding complex surfaces of the fixed workpiece with the simultaneous pressing (compaction) of powder material placed in the fixed workpiece on a horizontal surface in a special recess, and welding part of the surface of the workpiece to be tilted with the inclined surface of the fixed workpiece.

По описанному способу в КТФ ИГиЛ СО РАН были изготовлены многослойные изделия из порошкового материала и металлических стальных заготовок.According to the described method, multilayer products from powder material and metal steel billets were manufactured at the CTF IGiL SB RAS.

На неподвижной стальной заготовке диаметром 170 мм и высотой 30 мм на одной из сторон по периметру протачивали усеченную коническую поверхность с наклоном образующей конуса к горизонтали под углом φ=14° и диаметром вершины усеченного конуса 80 мм. На горизонтальной поверхности усеченного конуса протачивали специальное углубление глубиной 15 мм и диаметром 70 мм. В углубление засыпали порошковый материал (смесь порошков меди и карбида вольфрама) и статически подпрессовывали. В качестве метаемой заготовки использовали стальную (Ст.3) пластину размером 200×200×3 мм. На метаемой пластине располагали заряд ВВ (смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:1) слоем высотой δ_о=18 мм. Скорость детонации (Д) составляла 3100 м/с.On a fixed steel billet with a diameter of 170 mm and a height of 30 mm, a truncated conical surface with a slope of the generatrix of the cone to the horizontal at an angle φ = 14 ° and a diameter of the tip of the truncated cone of 80 mm was machined on one side along the perimeter. On the horizontal surface of the truncated cone, a special recess was machined with a depth of 15 mm and a diameter of 70 mm. Powder material (a mixture of powders of copper and tungsten carbide) was poured into the recess and statically pressed. A steel (St.3) plate 200 × 200 × 3 mm in size was used as a missile blank. An explosive charge (a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 1) was placed on a throwable plate with a layer of height δ _о = 18 mm. The detonation velocity (D) was 3100 m / s.

Предварительно на аналогичной пластине таким же зарядом ВВ экспериментально с помощью скоростной фоторегистрационной установки определялся угол поворота пластины (стального листа) под действием продуктов взрыва. Он равнялся β=11°.Previously, on a similar plate with the same explosive charge, the angle of rotation of the plate (steel sheet) under the influence of explosion products was experimentally determined using a high-speed photographic recording installation. It was equal to β = 11 °.

С учетом полученных результатов метаемую заготовку с зарядом ВВ устанавливали с зазором от 5 до 20 мм относительно горизонтальной поверхности усеченного конуса неподвижной заготовки под углом 11°. Заряд ВВ инициировали электродетонатором из точки, наиболее удаленной от неподвижной заготовки. Под действием продуктов взрыва метаемая заготовка поворачивалась на угол 11°, летела вниз и соударялась с неподвижной.Taking into account the obtained results, a missile billet with an explosive charge was set with a gap of 5 to 20 mm relative to the horizontal surface of the truncated cone of the stationary billet at an angle of 11 °. The explosive charge was initiated by an electric detonator from the point farthest from the stationary workpiece. Under the action of the explosion products, the projectile was rotated through an angle of 11 °, flew down and collided with a stationary one.

На горизонтальной поверхности неподвижной заготовки происходило плоское соударение метаемой заготовки с порошковым материалом и прессование (компактирование) последнего. По конической поверхности происходило косое соударение заготовок под углом 14° и сварка их между собой.On the horizontal surface of the stationary blank, there was a flat collision of the missile blank with the powder material and pressing (compaction) of the latter. On the conical surface there was an oblique collision of the workpieces at an angle of 14 ° and their welding between themselves.

В результате было получено многослойное изделие с качественной сваркой металлических заготовок по краям между собой и качественное компактирование порошкового материала.As a result, a multilayer product was obtained with high-quality welding of metal workpieces along the edges between each other and high-quality compacting of powder material.

Способ позволяет получать многослойные изделия сложной конфигурации при одновременной обработке взрывом металлических заготовок и порошковых материалов.The method allows to obtain multilayer products of complex configuration while simultaneously processing the explosion of metal billets and powder materials.

Claims

A method of manufacturing explosion energy of a multilayer product consisting of a metal base having a horizontal surface and an inclined surface made along the perimeter, a steel plate and a layer of powder material placed between them, in which the inclined surface on the metal base blank is obtained by beveling at an angle of 7 ° ≤φ ≤20 ° relative to its horizontal surface, then a cavity is made on the horizontal surface of the base blank and filled with powder material m, after which a throwable steel plate is installed relative to the fixed billet of the metal base at an angle equal to the angle of rotation of the throwable plate under the influence of the detonating explosive charge during the flight, and the explosive charge placed on the throwing plate is initiated from the point farthest from the fixed base billet, ensuring collision of the workpieces and welding of the steel plate to the workpiece of the metal base along its horizontal and inclined surfaces with simultaneous sizing of powder material.