RU2486043C1 - Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding - Google Patents
Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2486043C1 RU2486043C1 RU2012118875/02A RU2012118875A RU2486043C1 RU 2486043 C1 RU2486043 C1 RU 2486043C1 RU 2012118875/02 A RU2012118875/02 A RU 2012118875/02A RU 2012118875 A RU2012118875 A RU 2012118875A RU 2486043 C1 RU2486043 C1 RU 2486043C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- layers
- copper
- nickel
- welding
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения изделий с внутренними полостями с помощью энергии взрыва и может быть использовано при изготовлении, например, деталей термического и химического оборудования, теплорегуляторов и т.п.The invention relates to a technology for producing products with internal cavities using explosion energy and can be used in the manufacture of, for example, parts of thermal and chemical equipment, heat regulators, etc.
Известен способ изготовления теплообменных композиционных элементов с внутренними полостями, в том числе с использованием слоев из меди и алюминия, с помощью взрывных технологий, при котором на плакируемую заготовку, например из меди, наносят с помощью трафарета противосварочную пасту или краску на участки, где сварка не предусмотрена, сваркой взрывом приваривают плакирующий слой из другого металла, например из алюминия, проводят термическую обработку для снятия взрывного упрочнения металлов и повышения их деформационной способности, затем в специальном приспособлении формируют под действием гидравлического давления проходные каналы заданного сечения. Теплозащитные интерметаллидные слои на межканальных промежутках формируют высокотемпературной диффузионной термической обработкой полученных заготовок (Трыков Ю.П., Писарев С.П. Изготовление теплообменных композиционных элементов с помощью взрывных технологий / Сварочное производство, 1998, №6, с.34-37).A known method of manufacturing heat-exchange composite elements with internal cavities, including using layers of copper and aluminum, using explosive technologies, in which an anti-welding paste or paint is applied to a clad blank, for example, copper, to areas where welding is not it is provided that a clad layer of another metal, for example aluminum, is welded by explosion, heat treatment is carried out to remove the explosive hardening of metals and increase their deformation ability, then, in a special device, passage channels of a given section are formed under the action of hydraulic pressure. Heat-protective intermetallic layers on the interchannel gaps are formed by high-temperature diffusion heat treatment of the obtained workpieces (Trykov Yu.P., Pisarev SP Production of heat-exchange composite elements using explosive technologies / Welding production, 1998, No. 6, p. 34-37).
Недостатком данного способа является отсутствие на наружных поверхностях получаемых изделий жаростойких интерметаллидных слоев, повышенная склонность металлических слоев к коррозионному разрушению, поскольку внутренние полости таких изделий контактируют с разнородными металлами, возможность разрушения изделий по хрупким интерметаллидным прослойкам при резких перепадах давления в жидкостях-теплоносителях, пропускаемых через внутренние каналы, что весьма ограничивает возможные области использования таких изделий в теплообменной аппаратуре, предназначенной для эксплуатации в окислительных газовых средах.The disadvantage of this method is the absence of heat-resistant intermetallic layers on the outer surfaces of the obtained products, the increased tendency of metal layers to corrosion, since the internal cavities of such products are in contact with dissimilar metals, the possibility of destruction of products by brittle intermetallic layers with sharp pressure drops in coolant fluids passing through internal channels, which greatly limits the possible areas of use of such products in heat transfer an apparatus designed for operation in an oxidizing atmosphere.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения композиционных алюминиево-никелевых изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, включающем разметку металлического слоя с помощью трафарета, нанесение противосварочного вещества на участки, где сварка не предусмотрена, составление пакета из металлических слоев, размещение над ним защитной металлической прослойки с зарядом взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, термическую обработку для повышения деформационной способности сваренных металлических слоев, формирование гидравлическим давлением внутренних полостей, отжиг для формирования диффузионных теплозащитных интерметаллидных прослоек, при этом составляют пакет из четырех металлических слоев с размещением между алюминиевыми пластинами одинаковых никелевых пластин, в котором соотношение толщин слоев алюминия и никеля составляет 1:(0,4-0,67) при толщине каждого слоя никеля 0,8-1 мм, предварительно на верхнюю поверхность нижней никелевой пластины наносят слои из противосварочного вещества - сверхвысокомолекулярного полиэтилена, в виде полос с расстоянием между ними не менее 12 мм, сварку взрывом пакета осуществляют при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 2200-2770 м/с, отношение удельной массы заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс защитной металлической прослойки, алюминиевой и никелевых пластин, а также сварочные зазоры между слоями пакета выбирают из условия получения скорости соударения верхней алюминиевой пластины с никелевой в пределах 370-430 м/с, никелевых пластин - 450-470 м/с, нижней никелевой с нижней алюминиевой - 400-440 м/с, термообработку сваренной заготовки проводят при температуре 400-430°С в течение 0,3-0,5 часов, отжиг для образования сплошных диффузионных теплозащитных интерметаллидных прослоек проводят при температуре 480-520°С в течение 1,5-3 часов с охлаждением на воздухе, с получением цельносварного композиционного изделия с внутренними полостями со сплошными диффузионными теплозащитными интерметаллидными прослойками между слоями алюминия и никеля. Полученные по этому способу изделия обладают высоким термическим сопротивлением стенок при направлении теплопередачи поперек слоев, повышенной стойкостью к разрушению при резких перепадах давления в их внутренних полостях, а также высокой коррозионной стойкостью, благодаря тому, что внутренние полости в таких изделиях контактируют с однородными металлами (Патент РФ №2399471, МПК B23K 20/08, B32B 15/01, опубл. 20.09.2010, бюл. №26 - прототип).The closest in technical level and the achieved result is a method of producing composite aluminum-nickel products with internal cavities by explosion welding, including marking the metal layer using a stencil, applying an anti-welding substance to areas where welding is not provided, drawing up a package of metal layers, placing above it protective metal layer with explosive charge, explosion welding, heat treatment to increase deformation ability these welded metal layers, the formation of internal cavities by hydraulic pressure, annealing to form diffusion heat-protective intermetallic layers, while making up a package of four metal layers with the same nickel plates between aluminum plates, in which the ratio of the thicknesses of aluminum and nickel layers is 1: (0, 4-0.67) with a thickness of each nickel layer of 0.8-1 mm, previously layers of an anti-welding substance are applied to the upper surface of the lower nickel plate - ultrahigh ocular polyethylene, in the form of strips with a distance between them of at least 12 mm, burst welding is carried out at a detonation velocity of the explosive charge of 2200-2770 m / s, the ratio of the specific charge of the explosive to the sum of the specific gravities of the protective metal layer, aluminum and nickel plates and also the welding gaps between the layers of the package are selected from the condition of obtaining the collision speed of the upper aluminum plate with nickel in the range of 370-430 m / s, nickel plates - 450-470 m / s, lower nickel with lower aluminum - 400 -440 m / s, heat treatment of the welded billet is carried out at a temperature of 400-430 ° C for 0.3-0.5 hours, annealing to form continuous diffusion heat-protective intermetallic layers is carried out at a temperature of 480-520 ° C for 1.5- 3 hours with cooling in air, to obtain an all-welded composite product with internal cavities with continuous diffusion heat-protective intermetallic interlayers between the layers of aluminum and nickel. The products obtained by this method have high thermal resistance of the walls in the direction of heat transfer across the layers, increased resistance to fracture during sharp pressure drops in their internal cavities, and also high corrosion resistance due to the fact that the internal cavities in such products are in contact with homogeneous metals (Patent RF №2399471, IPC
Недостатком данного способа является то, что сплошные теплозащитные слои из интерметаллидов системы никель-алюминий, обладающие помимо высокого термического сопротивления еще и весьма высокой жаростойкостью, располагаются между слоями из алюминия и никеля и отсутствуют по меньшей мере на одной из наружных поверхностей получаемых изделий, контактирующей с окружающей средой. Наружные слои в этих изделиях из легкоплавкого металла - алюминия с температурой плавления 660°С, поэтому их предельно допустимая рабочая температура не превышает 400-600°С, малая прочность изделия при изгибающих нагрузках из-за наличия в его конструкции малопрочных алюминиевых слоев и малой толщины перемычек между полостями, что весьма ограничивает возможные области использования таких изделий в теплообменной аппаратуре, предназначенной для длительной эксплуатации в окислительных газовых средах, где требуются повышенная жаростойкость и прочность при изгибающих нагрузках.The disadvantage of this method is that continuous heat-protective layers of intermetallic compounds of the nickel-aluminum system, which in addition to high thermal resistance also have very high heat resistance, are located between the layers of aluminum and nickel and are absent on at least one of the outer surfaces of the resulting products in contact with the environment. The outer layers in these products are made of low-melting metal - aluminum with a melting point of 660 ° C, therefore, their maximum allowable working temperature does not exceed 400-600 ° C, the low strength of the product under bending loads due to the presence of low-strength aluminum layers and small thickness in its design jumpers between the cavities, which greatly limits the possible areas of use of such products in heat exchangers designed for long-term operation in oxidizing gas environments where increased heat resistance is required strength under bending loads.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом со сплошным интерметаллидным слоем на его наружной поверхности, обеспечивающем их повышенную жаростойкость в окислительных газовых средах, с повышенной прочностью при изгибающих нагрузках, с однородным металлом, контактирующим с внутренними полостями изделия, с повышенной стойкостью к разрушению при резких перепадах давления во внутренних полостях.In this regard, the most important task is to create a new method for producing products with internal cavities by explosion welding with a continuous intermetallic layer on its outer surface, which provides their increased heat resistance in oxidizing gas environments, with increased strength under bending loads, with a homogeneous metal in contact with internal cavities products with increased resistance to fracture under sharp pressure drops in internal cavities.
Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью поэтапной сварки взрывом трехслойного и многослойного пакетов из металлических слоев, термических и силовых воздействий на сваренные заготовки на оптимальных режимах, получение изделия с внутренними полостями со сплошным интерметаллидным слоем на его наружной поверхности, обеспечивающей у него более высокую, чем у изделий, полученных по прототипу, жаростойкость в окислительных газовых средах, повышенную прочность изделия при изгибающих нагрузках, с однородным металлом, контактирующим с внутренними полостями изделия, с повышенной стойкостью к разрушению при резких перепадах давления во внутренних полостях.The technical result of the claimed method is the creation of a new technology, which ensures by means of step-by-step explosion welding of three-layer and multi-layer packages of metal layers, thermal and force effects on the welded workpieces at optimal conditions, obtaining a product with internal cavities with a continuous intermetallic layer on its outer surface, which ensures it is higher than that of products obtained by the prototype, heat resistance in oxidizing gas environments, increased strength of the product from bending loads, with a homogeneous metal in contact with the internal cavities of the product, with increased resistance to fracture under sharp pressure drops in the internal cavities.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, включающем разметку металлического слоя с помощью трафарета, нанесение противосварочного вещества - сверхвысокомолекулярного полиэтилена на участки, в которых сварка не предусмотрена, составление пакета из металлических слоев под сварку взрывом, размещение над ним защитной металлической прослойки с зарядом взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, термическую обработку для повышения деформационной способности сваренных металлических слоев, формирование гидравлическим давлением внутренних полостей, отжиг для формирования диффузионных интерметаллидных прослоек между слоями из алюминия и никеля, составляют трехслойный пакет с размещением между пластинами из алюминия и меди никелевой пластины с соотношением толщин слоев никеля и алюминия 1:(1-1,5), никеля и меди 1:(1,25-2,5), при толщине слоя никеля равном 1-1,2 мм, сварку взрывом пакета осуществляют при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1690-2770 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, материал и толщину защитной металлической прослойки, а также сварочные зазоры между слоями пакета выбирают из условия получения скорости соударения верхней алюминиевой пластины с никелевой в пределах 370-480 м/с, никелевой с нижней медной - 335-480 м/с, составляют пакет из полученной трехслойной заготовки, медной пластины с предварительно нанесенным на ее поверхность противосварочным веществом, и стальной пластины, при этом толщина медной пластины равна толщине медного слоя метаемой трехслойной заготовки, сварку взрывом пакета осуществляют при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1970-3240 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между соединяемыми металлами выбирают из условия получения скорости соударения медных слоев в пределах 300-570 м/с, медного слоя со стальной пластиной - 280-410 м/с, формирование гидравлическим давлением внутренних полостей производят между медными слоями сваренной пятислойной заготовки, ее отжиг для образования сплошной интерметаллидной диффузионной прослойки между слоем из алюминия и никеля проводят при температуре 600-630°С в течение 1,5-7 ч, затем нагревают ее до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 30-50°С, удаляют с ее поверхности расплавленный алюминий, выдерживают при этой температуре 0,3-1 ч для превращения остатков алюминия в интерметаллиды, после чего производят охлаждение на воздухе с получением при этом композиционного изделия с внутренними полостями со сплошным жаростойким покрытием на его наружной поверхности.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing products with internal cavities by explosion welding, including marking the metal layer using a stencil, applying an anti-welding substance - ultra-high molecular weight polyethylene to areas in which welding is not provided, drawing up a package of metal layers for explosion welding, placing a protective metal layer above it with an explosive charge, carrying out explosion welding, heat treatment to increase the def the formation ability of welded metal layers, the formation of internal cavities by hydraulic pressure, annealing to form diffusion intermetallic interlayers between aluminum and nickel layers, comprise a three-layer package with a nickel plate between aluminum and copper plates with a ratio of nickel and aluminum layer thicknesses 1: (1- 1.5), nickel and copper 1: (1.25-2.5), with a nickel layer thickness of 1-1.2 mm, burst welding is carried out at an explosive charge detonation speed of 1690-2770 m / s, height explosive charge of that substance, the material and the thickness of the protective metal layer, as well as the welding gaps between the layers of the package, are selected from the conditions for obtaining the collision speed of the upper aluminum plate with nickel in the range of 370-480 m / s, nickel with lower copper - 335-480 m / s a package of the obtained three-layer workpiece, a copper plate with a pre-applied anti-welding substance, and a steel plate, while the thickness of the copper plate is equal to the thickness of the copper layer of the three-layer workpiece being welded, explosion welding of the package carried out at a detonation velocity of the explosive charge of 1970-3240 m / s, the height of the explosive charge, as well as the welding gaps between the metals to be connected, are selected from the condition for obtaining the collision speed of copper layers within 300-570 m / s, of a copper layer with a steel plate - 280 -410 m / s, the internal cavities are formed by hydraulic pressure between the copper layers of the welded five-layer billet, its annealing to form a continuous intermetallic diffusion layer between the aluminum and nickel layer is carried out at at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours, then it is heated to a temperature exceeding the melting temperature of aluminum by 30-50 ° C, molten aluminum is removed from its surface, maintained at this temperature for 0.3-1 hours conversion of aluminum residues into intermetallic compounds, after which they are cooled in air to obtain a composite product with internal cavities with a continuous heat-resistant coating on its outer surface.
В таких условиях высокоскоростного деформирования свариваемых металлов и последующих тепловых воздействий на металлы происходит надежная сварка слоев в пакете по всем поверхностям контакта без оплавов, непроваров и других дефектов, а на тех участках, где на медный слой нанесены полосы из противосварочного вещества, сварка между медными слоями полностью отсутствует. Отжиг на предложенных режимах обеспечивает за короткое время возникновение и рост сплошной интерметаллидной прослойки необходимой толщины между алюминиевым и никелевым слоем, а после удаления с поверхности интерметаллидного слоя расплавленного алюминия и последующей термообработки для превращения остатков алюминия в интерметаллиды на наружной поверхности изделия образуется покрытие, придающее полученному изделию с внутренними полостями повышенную жаростойкость в окислительных газовых средах, при этом обеспечиваются однородность металлов, контактирующих с внутренними полостями изделия, а также повышенная стойкость сварных соединений к разрушению при резких перепадах давления во внутренних полостях.Under such conditions of high-speed deformation of the metals being welded and subsequent thermal effects on metals, the layers in the bag are reliably welded over all contact surfaces without fusion, lack of fusion and other defects, and in those areas where strips of anti-welding material are applied to the copper layer, welding between copper layers completely absent. Annealing at the proposed modes provides for a short time the appearance and growth of a continuous intermetallic layer of the required thickness between the aluminum and nickel layers, and after removing the molten aluminum layer from the surface of the intermetallic layer and subsequent heat treatment to transform aluminum residues into intermetallic compounds on the outer surface of the product, a coating is formed that gives the resulting product with internal cavities increased heat resistance in oxidizing gas environments, while ensuring uniformity s metal in contact with the internal cavities of the product, as well as increased resistance welds to the destruction of severe pressure fluctuations in the inner cavities.
Новый способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по построению схем сварки взрывом пакетов из металлических слоев, так и по совокупности технологических приемов и режимов при осуществлении способа. Так, предложено составлять трехслойный пакет с размещением между пластинами из алюминия и меди никелевой пластины с соотношением толщин слоев никеля и алюминия 1:(1-1,5), никеля и меди 1:(1,25-2,5), при толщине слоя никеля равном 1-1,2 мм, что создает благоприятные условия для получения качественных сварных соединений на межслойных границах, возможность формирования на одной из наружных поверхностей изделия жаростойкого покрытия, обеспечивает экономный расход металлов в расчете на одно изделие.A new method for producing products with internal cavities by explosion welding has significant differences compared with the prototype, both in constructing schemes for explosion welding of packages from metal layers, and in the totality of technological methods and modes when implementing the method. So, it was proposed to make a three-layer package with a nickel plate between the aluminum and copper plates with a ratio of the thicknesses of the layers of nickel and aluminum 1: (1-1.5), nickel and copper 1: (1.25-2.5), with a thickness a nickel layer equal to 1-1.2 mm, which creates favorable conditions for obtaining high-quality welded joints at the interlayer boundaries, the possibility of forming a heat-resistant coating on one of the outer surfaces of the product provides economical consumption of metals per one product.
Толщина никелевой пластины менее 1 мм является недостаточной для обеспечения стабильных сварочных зазоров между металлическими слоями трехслойного пакета из-за гибкости никелевого слоя, а это может приводить к снижению качества сварных соединений его со слоями из алюминия и меди. Кроме того, при малой толщине слоя никеля возможно нарушение его сплошности при операции формирования гидравлическим давлением внутренних полостей. Его толщина более 1,2 мм является избыточной, поскольку это хоть и не ухудшает качество получаемого изделия, но приводит к чрезмерному расходу дорогостоящего никеля в расчете на одно изделие.A nickel plate thickness of less than 1 mm is insufficient to ensure stable welding gaps between the metal layers of the three-layer package due to the flexibility of the nickel layer, and this can lead to a decrease in the quality of its welded joints with aluminum and copper layers. In addition, with a small thickness of the nickel layer, a violation of its continuity is possible during the operation of forming internal cavities by hydraulic pressure. Its thickness of more than 1.2 mm is excessive, because although it does not impair the quality of the resulting product, it leads to an excessive consumption of expensive nickel per one product.
Предложенные соотношения толщин слоев никеля и алюминия 1:(1-1,5), никеля и меди 1:(1,25-2,5) являются оптимальными, поскольку при этом создаются благоприятные условия для образования качественных сварных соединений при сварке взрывом при минимальном расходе металлов в расчете на одно изделие. При величине этих соотношений ниже нижних предлагаемых пределов толщина алюминиевых и медных пластин оказывается недостаточной, при сварке взрывом у этих пластин возможны неконтролируемые деформации, что ухудшает качество полученных изделий. Величина этих соотношений толщин слоев выше верхних предлагаемых пределов является избыточной, поскольку это приводит к излишнему расходу металлов в расчете на одно изделие.The suggested ratios of the thicknesses of the layers of nickel and aluminum 1: (1-1.5), nickel and copper 1: (1.25-2.5) are optimal, since this creates favorable conditions for the formation of high-quality welded joints in explosion welding with a minimum metal consumption per product. When these ratios are lower than the lower proposed limits, the thickness of aluminum and copper plates is insufficient; uncontrolled deformations are possible during explosion welding at these plates, which worsens the quality of the products obtained. The value of these ratios of the thicknesses of the layers above the upper proposed limits is excessive, since this leads to an excessive consumption of metals per one product.
Предложено сварку взрывом трехслойного пакета осуществлять при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1690-2770 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, материал и толщину защитной металлической прослойки, а также сварочные зазоры между слоями пакетов выбирать из условия получения скорости соударения верхней алюминиевой пластины с никелевой в пределах 370-480 м/с, никелевой пластины с нижней медной - 335-480 м/с, что обеспечивает надежную сварку металлических слоев, исключает нарушение их сплошности. При скорости детонации ВВ и скоростях соударения металлических слоев ниже нижних предлагаемых возможно появление непроваров в зонах соединения металлов, что снижает качество получаемых изделий. При скорости детонации ВВ и скоростях соударения металлических слоев выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации металлических слоев с нарушениями их сплошности, а это может привести к невозможности дальнейшего использования сваренной заготовки для получения изделия.It is proposed that explosion welding of a three-layer package be carried out at a detonation speed of the explosive charge of 1690-2770 m / s, the height of the explosive charge, the material and the thickness of the protective metal layer, as well as the welding gaps between the layers of the packets, should be selected from the conditions for obtaining the speed of impact of the upper aluminum plate with nickel in within 370-480 m / s, nickel plate with a lower copper - 335-480 m / s, which ensures reliable welding of metal layers, eliminates the violation of their continuity. At a detonation velocity of explosives and collision speeds of metal layers below the lower ones, it is possible that lack of fusion in the zones of metal joining, which reduces the quality of the products obtained. At a detonation velocity of explosives and collision speeds of metal layers above the upper proposed limits, uncontrolled deformation of metal layers with violations of their continuity is possible, and this can lead to the inability to further use the welded billet to obtain the product.
Предложено составлять пакет из полученной трехслойной заготовки, медной пластины с предварительно нанесенным на ее поверхность по трафарету противосварочным веществом, и стальной пластины, при этом толщина медной пластины равна толщине медного слоя метаемой трехслойной заготовки. Медная пластина с нанесенным на ее поверхность противосварочным веществом после ее сварки с медным слоем трехслойной заготовки и формирования гидравлическим давлением внутренних полостей обеспечивает однородность металла, окружающего внутренние полости, и тем самым обеспечивает повышенную коррозионную стойкость изделия. Толщина медной пластины пакета должна быть равна толщине медного слоя метаемой трехслойной заготовки, что обеспечивает равнопрочность и герметичность сварных соединений при приварке к полученным изделиям трубопроводов в процессе монтажа энергетических установок. Толщина медной пластины больше, чем толщина медного слоя метаемой трехслойной заготовки, является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу дорогостоящей меди в расчете на одно изделие. Предложено в качестве нижнего слоя пакета использовать стальную пластину, что придает получаемому изделию повышенную прочность при изгибающих нагрузках, снижает вероятность растрескивания интерметаллидных слоев при эксплуатации изделий, расширяет возможности монтажа изделий при изготовлении стальных корпусов химических и тепловых агрегатов. Предельная толщина данной стальной пластины не регламентируется.It is proposed to compose a package of the obtained three-layer billet, a copper plate with a preliminary anti-welding substance stenched on its surface, and a steel plate, while the thickness of the copper plate is equal to the thickness of the copper layer of the three-layer billet being thrown. A copper plate with an anti-welding substance deposited on its surface after welding with a copper layer of a three-layer billet and forming internal cavities by hydraulic pressure ensures uniformity of the metal surrounding the internal cavities, and thereby provides increased corrosion resistance of the product. The thickness of the copper plate of the package should be equal to the thickness of the copper layer of the three-layer workpiece being thrown, which ensures equal strength and tightness of welded joints when welding to the obtained pipe products during the installation of power plants. The thickness of the copper plate is greater than the thickness of the copper layer of the three-layer workpiece being thrown, is excessive, because it leads to unreasonably large consumption of expensive copper per one product. It is proposed to use a steel plate as the lower layer of the bag, which gives the resulting product increased strength under bending loads, reduces the likelihood of cracking of intermetallic layers during product operation, and expands the possibility of mounting products in the manufacture of steel cases for chemical and thermal units. The maximum thickness of this steel plate is not regulated.
Предложено сваривать пакет взрывом при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1970-3240 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между соединяемыми металлами выбирать из условия получения скорости соударения медных слоев в пределах 300-570 м/с, а медного слоя со стальной пластиной - 280-410 м/с, что обеспечивает надежную сварку металлических слоев на участках, где сварка предусмотрена, отсутствие сварных соединений в местах расположения противосварочного вещества, а это создает благоприятные условия для формирования гидравлическим давлением внутренних полостей между медными слоями требуемой формы и размеров после операции термической обработки для повышения деформационной способности сваренных металлических слоев.It is proposed to weld the package with an explosion at a detonation velocity of the explosive charge of 1970-3240 m / s, the height of the explosive charge, as well as the welding gaps between the metals to be joined, to choose from the conditions for obtaining the collision speed of copper layers within 300-570 m / s, and the copper layer with steel plate - 280-410 m / s, which ensures reliable welding of metal layers in areas where welding is provided, the absence of welded joints in the locations of the anti-welding substance, and this creates favorable conditions for forming Ia hydraulic pressure internal cavities between the copper layers of the desired shape and sizes after the heat treatment step to increase the deformability of the welded metal layers.
При скорости детонации ВВ и скорости соударения металлических слоев в свариваемом пакете ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров в зоне соединения слоев. При скорости детонации ВВ и скорости соударения металлических слоев выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации металлических слоев, при этом может происходить интенсивное волнообразование в зонах их соединения, что может привести к снижению прочности сварных соединений и невозможности дальнейшего практического использования сваренных заготовок.When the detonation velocity of the explosive and the speed of collision of the metal layers in the welded package below the lower proposed limits may cause lack of penetration in the zone of connection of the layers. At the detonation velocity of explosives and the collision velocity of metal layers above the upper proposed limits, uncontrolled deformations of metal layers are possible, and intense wave formation can occur in the zones of their joints, which can lead to a decrease in the strength of welded joints and the impossibility of further practical use of welded workpieces.
Предложено формирование гидравлическим давлением внутренних полостей производить между медными слоями сваренной пятислойной заготовки, что обеспечивает повышенную стойкость получаемого изделия к разрушению при резких перепадах давления в их внутренних полостях, а также их высокую коррозионную стойкость, благодаря тому, что внутренние полости в получаемых изделиях контактируют с однородными металлами.It is proposed that hydraulic cavities of internal cavities be formed between the copper layers of the welded five-layer billet, which provides increased resistance to fracture of the resulting product under sharp pressure drops in their internal cavities, as well as their high corrosion resistance, due to the fact that the internal cavities in the resulting products are in contact with uniform metals.
Предложено производить отжиг сваренной пятислойной заготовки для образования сплошной интерметаллидной диффузионной прослойки между слоями из алюминия и никеля при температуре 600-630°С в течение 1,5-7 ч, что обеспечивает высокую скорость диффузионных процессов между алюминием и никелем и, благодаря этому, способствует получению за короткое время отжига на межслойной границе интерметаллидной диффузионной прослойки необходимой толщины и состава, материал которой обладает высокой жаростойкостью. При температуре и времени термообработки ниже нижних предлагаемых пределов толщина получаемой интерметаллидной диффузионной прослойки оказывается недостаточной, что снижает способность получаемого покрытия сопротивляться длительному окислительному воздействию газов при высоких температурах. Температура и время отжига выше верхнего предлагаемого предела являются избыточными, поскольку толщина интерметаллидной прослойки становится чрезмерной, при этом повышается вероятность хрупкого разрушения получаемого материала при его дальнейшей эксплуатации в условиях циклических нагрузок.It is proposed to anneal a welded five-layer billet to form a continuous intermetallic diffusion layer between aluminum and nickel layers at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours, which ensures a high speed of diffusion processes between aluminum and nickel and, due to this, contributes to obtaining a short annealing time at the interlayer boundary of the intermetallic diffusion layer of the required thickness and composition, the material of which has high heat resistance. At a temperature and time of heat treatment below the lower proposed limits, the thickness of the resulting intermetallic diffusion layer is insufficient, which reduces the ability of the resulting coating to resist the prolonged oxidative effects of gases at high temperatures. The temperature and annealing time above the upper proposed limit are excessive, since the thickness of the intermetallic layer becomes excessive, while increasing the likelihood of brittle fracture of the resulting material during its further operation under cyclic loads.
Предложено после завершения выдержки при отжиге нагревать заготовку до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 30-50°С, удалять с ее поверхности расплавленный алюминий, выдерживать при этой температуре 0,3-1 ч для превращения остатков алюминия в интерметаллиды, что способствует окончательному формированию состава и свойств жаростойкого покрытия на наружных поверхностях получаемого изделия. Нагрев заготовки до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 30-50°С после завершения первой стадии отжига, значительно облегчает удаление с поверхности интерметаллидного слоя избыточного алюминия, снижающего жаростойкость изделий. Температура нагрева выше верхнего предлагаемого предела является избыточной, поскольку при этом неоправданно возрастают энергетические затраты на получение изделия. Выдержка менее 0,3 ч является недостаточной для превращения остатков алюминия в интерметаллиды, а это приводит к снижению твердости и жаростойкости покрытий на получаемых изделиях. Выдержка более 1 ч является избыточной, поскольку это не способствует улучшению качества изделий, но неоправданно увеличивает энергетические затраты. Последующее охлаждение предложено производить на воздухе, поскольку это наиболее дешевая технологическая операция, обеспечивающая высокое качество полученных изделий без коробления и трещинообразования в интерметаллидных слоях.It is proposed that after the exposure is completed, upon heating, the workpiece is heated to a temperature higher than the melting temperature of aluminum by 30-50 ° C, the molten aluminum is removed from its surface, and it is kept at this temperature for 0.3-1 hours to convert aluminum residues into intermetallic compounds, which contributes to the final the composition and properties of the heat-resistant coating on the outer surfaces of the resulting product. Heating the billet to a temperature higher than the melting temperature of aluminum by 30-50 ° C after the completion of the first stage of annealing, greatly facilitates the removal of excess aluminum from the surface of the intermetallic layer, which reduces the heat resistance of the products. The heating temperature above the upper proposed limit is excessive, since this unnecessarily increases the energy cost of obtaining the product. An exposure of less than 0.3 hours is insufficient for the conversion of aluminum residues into intermetallic compounds, and this leads to a decrease in the hardness and heat resistance of the coatings on the resulting products. Exposure to more than 1 hour is excessive, because it does not contribute to improving the quality of products, but unnecessarily increases energy costs. It was proposed to perform subsequent cooling in air, since this is the cheapest technological operation providing high quality of the obtained products without warping and cracking in the intermetallic layers.
В результате получают цельносварное композиционное изделие с внутренними полостями со сплошным жаростойким интерметаллидным слоем на его наружной поверхности.The result is an all-welded composite product with internal cavities with a continuous heat-resistant intermetallic layer on its outer surface.
На фиг.1 изображена схема сварки взрывом трехслойного пакета (вид сбоку), на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1, на фиг.3 - схема сварки взрывом пятислойного пакета (вид сбоку), на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.3, на фиг.5 - поперечное сечение сваренного изделия с внутренними полостями.Figure 1 shows a diagram of the explosion welding of a three-layer package (side view), figure 2 is a view along arrow A in figure 1, figure 3 is a diagram of the explosion welding of a five-layer package (side view), figure 4 is a view along arrow B in figure 3, figure 5 is a cross section of a welded product with internal cavities.
Предлагаемый способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом осуществляется в следующей последовательности. Берут пластины из алюминия, никеля и меди и очищают у них соединяемые поверхности от окислов и загрязнений. Составляют трехслойный пакет с размещением в нем между пластинами из алюминия 1 и меди 2 никелевой пластины 3. Толщина слоя никеля при этом равна 1-1,2 мм, соотношение толщин слоев никеля и алюминия в пакете равно 1:(1-1,5), а у никеля и меди 1:(1,25-2,5). Пластины в пакете размещают параллельно друг другу со сварочными зазорами, обеспечиваемыми с помощью упоров 4. На поверхность верхней алюминиевой пластины 1 пакета укладывают защитную металлическую прослойку 5, защищающую наружную поверхность верхней алюминиевой пластины от повреждений при детонации ВВ. Устанавливают полученный пакет на плоское основание 6, размещенное на грунте 7, устанавливают на поверхность защитной металлической прослойки контейнер с зарядом ВВ 8 со скоростью детонации 1690-2770 м/с с генератором плоской детонационной волны 9. Высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между слоями пакета, определяемые с помощью компьютерных технологий, выбирают из условия получения скорости соударения верхней алюминиевой пластины 1 с никелевой 3 в пределах 370-480 м/с, а никелевой пластины с нижней медной 2-в пределах 335-480 м/с. Инициирование процесса детонации в зарядах взрывчатого вещества осуществляют с помощью электродетонатора 10. После этого, например на фрезерном станке, обрезают у сваренной трехслойной заготовки боковые кромки с краевыми эффектами, очищают соединяемые поверхности металлических слоев от окислов и загрязнений и составляют пакет из полученной трехслойной заготовки, медной и стальной пластины, как показано на фиг.3, где поз.11-13 - алюминиевый, никелевый и медный слои трехслойной заготовки, соответственно, 14 - медная, 15 - стальная пластина, при этом толщина медной пластины равна толщине медного слоя метаемой трехслойной заготовки. Предварительно на поверхность медной пластины 14 наносят по трафарету слои противосварочного вещества в виде полос 16, шириной равной М, с расстоянием между противосварочными полосами N, с расстояниями от краев заготовки равными K. Пластины в пакете располагают параллельно друг над другом на расстоянии сварочных зазоров с помощью упоров 17, 18. На поверхность алюминиевого слоя 11 верхней трехслойной заготовки укладывают защитную прослойку из высокоэластичного материала - резины 19, защищающую поверхность металла от повреждений при детонации ВВ. Устанавливают полученный пакет на плоское основание 20, размещенное на грунте 21, устанавливают на поверхность защитной прослойки контейнер с зарядом ВВ 22 со скоростью детонации 1970-3240 м/с, с генератором плоской детонационной волны 23. Высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между соединяемыми металлами выбирают с помощью компьютерных технологий из условия получения скорости соударения медных слоев 13, 14 в пределах 300-570 м/с, медного слоя в виде пластины 14 со стальной пластиной 15 в пределах 280-410 м/с. Инициирование процесса детонации в зарядах взрывчатого вещества 22, 23 осуществляют с помощью электродетонатора 24.The proposed method for producing products with internal cavities by explosion welding is carried out in the following sequence. They take plates of aluminum, nickel and copper and clean their joined surfaces from oxides and contaminants. A three-layer package is made up with a nickel plate 3 placed between aluminum plates 1 and copper 2 in it. The thickness of the nickel layer is 1-1.2 mm, the ratio of the thicknesses of the nickel and aluminum layers in the package is 1: (1-1.5) and for nickel and copper 1: (1.25-2.5). The plates in the package are placed parallel to each other with welding gaps provided by the stops 4. A
Термическую обработку для повышения деформационной способности сваренных металлических слоев сваренной пятислойной заготовки проводят при температуре 400°С в течение 0,5 часа, после чего, например на фрезерном станке, обрезают у нее боковые кромки с краевыми эффектами. Далее производят формирование между медными слоями внутренних полостей необходимого профиля в специальной оснастке с помощью гидравлического давления, а затем отжиг полученной заготовки с внутренними полостями при температуре 600-630°С в течение 1,5-7 часов для формирования сплошной интерметаллидной диффузионной прослойки между слоями из алюминия и никеля, затем нагревают ее до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 30-50°С, удаляют с ее поверхности расплавленный алюминий, выдерживают при этой температуре 0,3-1 ч для превращения остатков алюминия в интерметаллиды, после чего производят охлаждение на воздухе с получением при этом композиционного изделия с внутренними полостями со сплошным жаростойким покрытием на его наружной поверхности. На поперечном сечении сваренного изделия с внутренними полостями, представленном на фиг.5, поз.25, 26 - стальной и медный слои, 27, 28 - сдеформированные медный и никелевый слои, соответственно, 29 - жаростойкое интерметаллидное покрытие, 30 - зоны сварки медных слоев, 31 - внутренние полости изделия.Heat treatment to increase the deformation ability of the welded metal layers of the welded five-layer billet is carried out at a temperature of 400 ° C for 0.5 hours, after which, for example, on a milling machine, side edges are cut off with edge effects. Next, the necessary profile is formed between the copper layers of the internal cavities in a special tool using hydraulic pressure, and then the annealed billet with internal cavities is annealed at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours to form a continuous intermetallic diffusion layer between the layers of aluminum and nickel, then it is heated to a temperature exceeding the melting point of aluminum by 30-50 ° C, molten aluminum is removed from its surface, kept at this temperature for 0.3-1 hours to turn ascheniya aluminum residues in intermetallics, whereupon the cooling air thereby obtaining a composite article with internal cavities with a solid heat-resistant coating on its outer surface. On the cross section of the welded product with internal cavities, shown in Fig. 5,
В результате получают цельносварное изделие с внутренними полостями со сплошным жаростойким интерметаллидным слоем на его наружной поверхности и, благодаря этому, со значительно более высокой, чем у изделий, полученных по прототипу, жаростойкостью в окислительных газовых средах, с повышенной прочностью при изгибающих нагрузках, с обеспечением при этом однородности металлов, контактирующих с внутренними полостями изделия, с повышенной стойкостью к разрушению при резких перепадах давления в его внутренних полостях.The result is an all-welded product with internal cavities with a continuous heat-resistant intermetallic layer on its outer surface and, due to this, with a significantly higher heat resistance in oxidizing gas environments than with the products obtained according to the prototype, with increased strength under bending loads, providing at the same time, the homogeneity of metals in contact with the internal cavities of the product, with increased resistance to destruction during sharp pressure drops in its internal cavities.
Сущность способа поясняется примерами. Все примеры, в том числе и пример по прототипу, сведены в таблице с указанием основных технологических режимов получения композиционных изделий с внутренними полостями, состава и толщин свариваемых материалов, а также свойств полученного продукта.The essence of the method is illustrated by examples. All examples, including the example of the prototype, are summarized in a table indicating the main technological modes for producing composite products with internal cavities, the composition and thickness of the materials being welded, as well as the properties of the resulting product.
Пример 1Example 1
Очищают от окислов и загрязнений пластины из алюминия АД1, никеля НП1 и меди M1, из которых составляют два трехслойных пакета под сварку взрывом с размещением в каждом из них между пластинами из алюминия и меди никелевой пластины. Слои в пакетах располагают параллельно друг другу на расстоянии сварочных зазоров, причем метаемую алюминиевую пластину располагают сверху. Длина каждой пластины пакета 340 мм, ширина 265 мм. Толщина никелевых пластин δNi=1 мм, алюминиевых δAl=1,5 мм, соотношение толщин слоев никеля и алюминия 1:1,5. Толщина медных пластин δCu=2,5 мм, соотношение толщин слоев никеля и меди 1:2,5. На поверхность алюминиевой пластины каждого пакета укладывают защитную металлическую прослойку из стали Ст3, защищающую наружную поверхность верхней алюминиевой пластины от повреждений при детонации ВВ. Ее длина - 350 мм, ширина - 275 мм, толщина - 1 мм. Устанавливают полученные пакеты на плоское основание из древесно-стружечной плиты длиной 340 мм, шириной 265 мм, толщиной 18 мм, размещенные на грунте. При сборке пакетов предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимых сварочных зазоров h1 и h2, где h1 - сварочный зазор между алюминиевой и никелевой пластинами, h2 - между никелевой и медной. Для сварки взрывом каждого пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=1690 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 20% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 80% аммиачной селитры. Взрывчатое вещество помещают в контейнер с обеспечением высоты заряда BB HBB=40 мм, длиной 360 мм, шириной 290 мм и устанавливают его на поверхность защитной металлической прослойки вместе с вспомогательным зарядом BB - генератором плоской детонационной волны. Для получения скоростей соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда BB, величина сварочных зазоров равна: h1=1,2 мм, h2=4,5 мм, что обеспечивает скорость соударения алюминиевой и никелевой пластин при сварке взрывом V1=370 м/с, никелевой и медной V2=335 м/с. Сварку взрывом осуществляют с инициированием процесса детонации в основном заряде ВВ с помощью электродетонатора и вспомогательного заряда ВВ. После сварки, например на фрезерном станке, обрезают у сваренной трехслойной заготовки боковые кромки с краевыми эффектами. После обрезки длина заготовок 320 мм, ширина - 245 мм, толщина δзаг=5 мм.The plates made of aluminum AD1, nickel NP1 and copper M1 are cleaned of oxides and impurities, of which two three-layer packages for explosion welding are made, each containing a nickel plate between aluminum and copper plates. The layers in the packages are arranged parallel to each other at a distance of the welding gaps, with a throwable aluminum plate placed on top. The length of each plate of the bag is 340 mm, the width is 265 mm. The thickness of the nickel plates δ Ni = 1 mm, aluminum δ Al = 1.5 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and aluminum 1: 1.5. The thickness of the copper plates δ Cu = 2.5 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and copper 1: 2.5. A protective metal layer of St3 steel is laid on the surface of the aluminum plate of each package, which protects the outer surface of the upper aluminum plate from damage during explosive detonation. Its length is 350 mm, width - 275 mm, thickness - 1 mm. Install the resulting packages on a flat base of particle board with a length of 340 mm, a width of 265 mm, a thickness of 18 mm, placed on the ground. When assembling packages previously, using computer technology, determine the value of the required welding gaps h 1 and h 2 , where h 1 - welding gap between aluminum and nickel plates, h 2 - between nickel and copper. For explosion welding of each packet, we select an explosive from the recommended range with a detonation velocity D BB = 1690 m / s. This speed provides an explosive, which is a mixture of 20% powdered ammonite 6GV and 80% ammonium nitrate. The explosive is placed in a container with a charge height of BB H BB = 40 mm, 360 mm long, 290 mm wide, and it is placed on the surface of the protective metal interlayer together with the auxiliary BB charge — a plane detonation wave generator. To obtain the collision speeds of metal layers within the proposed range, with the selected charge parameters BB, the welding gaps are equal to: h 1 = 1.2 mm, h 2 = 4.5 mm, which ensures the collision speed of aluminum and nickel plates during explosion welding V 1 = 370 m / s, nickel and copper V 2 = 335 m / s. Explosion welding is carried out with the initiation of the detonation process in the main explosive charge using an electric detonator and an auxiliary explosive charge. After welding, for example on a milling machine, side edges with edge effects are cut off from the welded three-layer workpiece. After trimming, the length of the workpieces is 320 mm, the width is 245 mm, and the thickness δ zag = 5 mm.
Очищают соединяемые поверхности металлических слоев от окислов и загрязнений и составляют пакет из полученной трехслойной заготовки, пластины из меди M1 и пластины из стали 12Х1МФ, при этом толщина медной пластины δм равна толщине медного слоя метаемой трехслойной заготовки δCu=2,5 мм, толщина стальной пластины δст=6 мм, длина и ширина медной и стальной пластин такие же, как у трехслойной заготовки. Предварительно на поверхность медной пластины наносят по трафарету слои противосварочного вещества в виде полос, шириной равной M=25 мм, с расстояним между противосварочными полосами N=15 мм, с расстояниями от краев заготовки K=30 мм, толщина полос - 80-100 мкм. Как и в прототипе, в качестве противосварочного вещества используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен, который наносят по патенту РФ №2171149. Пластины в пакете располагают параллельно друг над другом на расстоянии сварочных зазоров h3 и h4, определяемых с помощью компьютерной технологии, где h3 - зазор между медным слоем трехслойной заготовки и поверхностью медной пластины с нанесенными слоями противосварочного вещества, h4 - зазор между медной и стальной пластинами. На поверхность алюминиевого слоя трехслойной заготовки укладывают защитную прослойку из резины толщиной 3 мм. Устанавливают полученный пакет на плоское основание из древесно-стружечной плиты длиной 320 мм, шириной 245 мм, толщиной 18 мм, размещенное на грунте.They clean the joined surfaces of the metal layers from oxides and contaminants and make up a package of the obtained three-layer billet, copper plates M1 and steel plates 12X1MF, while the thickness of the copper plate δ m is equal to the thickness of the copper layer of the three-layer billet being cast δ Cu = 2.5 mm, thickness steel plate δ st = 6 mm, the length and width of the copper and steel plates are the same as for a three-layer workpiece. Preliminarily, the layers of the anti-welding substance are applied on the surface of the copper plate in the form of strips, with a width equal to M = 25 mm, with a distance between the anti-welding strips N = 15 mm, with distances from the edges of the workpiece K = 30 mm, the thickness of the strips is 80-100 μm. As in the prototype, ultra-high molecular weight polyethylene is used as an anti-welding substance, which is applied according to the patent of the Russian Federation No. 2171149. The plates in the bag are arranged parallel to each other at a distance of welding gaps h 3 and h 4 determined using computer technology, where h 3 is the gap between the copper layer of the three-layer workpiece and the surface of the copper plate with deposited layers of anti-welding substance, h 4 is the gap between the copper and steel plates. A protective layer of rubber 3 mm thick is laid on the surface of the aluminum layer of a three-layer billet. Install the resulting package on a flat base of chipboard with a length of 320 mm, a width of 245 mm, a thickness of 18 mm, placed on the ground.
Для сварки взрывом пакета выбирают взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=1970 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 20% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 80% аммиачной селитры. Взрывчатое вещество помещают в контейнер с обеспечением высоты заряда BB HBB=60 мм, длиной 360 мм, шириной 290 мм и устанавливают его на поверхность защитной прослойки вместе с генератором плоской детонационной волны. Для получения скоростей соударения свариваемых слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда BB, величина сварочных зазоров: h3=1,7 мм, h4=7,5 мм, что обеспечивает скорость соударения медных слоев при сварке взрывом V3=300 м/с и скорость соударения медного слоя со стальной пластиной V4=280 м/с. Сварку взрывом осуществляют с инициированием процесса детонации в основном заряде ВВ с помощью электродетонатора и генератора плоской детонационной волны.For explosion welding of a packet, an explosive is selected from the recommended range with a detonation velocity D BB = 1970 m / s. This speed provides an explosive, which is a mixture of 20% powdered ammonite 6GV and 80% ammonium nitrate. The explosive is placed in a container with a charge height of BB H BB = 60 mm, 360 mm long, 290 mm wide, and it is mounted on the surface of the protective layer together with a plane detonation wave generator. To obtain the collision speeds of the layers to be welded within the proposed range, with the selected charge parameters BB, the values of the welding gaps: h 3 = 1.7 mm, h 4 = 7.5 mm, which ensures the speed of collision of the copper layers during explosion welding V 3 = 300 m / s and the collision speed of the copper layer with a steel plate V 4 = 280 m / s. Explosion welding is carried out with the initiation of the detonation process in the main explosive charge using an electric detonator and a plane detonation wave generator.
Термическую обработку для повышения деформационной способности металлических слоев сваренной пятислойной заготовки проводят в электропечи при температуре 400°С в течение 0,5 часов, после чего, например на фрезерном станке, обрезают у нее боковые кромки с краевыми эффектами. После обрезки длина заготовки - 300 мм, ширина - 225 мм. Затем производят формирование между медными слоями внутренних полостей, имеющих форму, как на фиг.5, в специальной оснастке методом их раздувания под действием гидравлического давления. Ширина каждой внутренней полости равна 25 мм, высота - 4 мм. Отжиг полученной заготовки с внутренними полостями для формирования диффузионной интерметаллидной прослойки между слоем из алюминия и никеля производят в электропечи при температуре 600°С в течение 7 часов, затем нагревают ее до температуры, 690°С, что превышает температуру плавления алюминия на 30°С, удаляют с ее поверхности расплавленный алюминий, например металлической щеткой с электроприводом, выдерживают при этой температуре 1 ч для превращения остатков алюминия в интерметаллиды, после чего производят охлаждение на воздухе с получением при этом изделия с внутренними полостями со сплошным жаростойким интерметаллидным покрытием на его наружной поверхности. Материал противосварочного вещества - сверхвысокомолекулярный полиэтилен в процессе отжига деструктирует и легко удаляется из внутренних полостей.Heat treatment to increase the deformation ability of the metal layers of the welded five-layer billet is carried out in an electric furnace at a temperature of 400 ° C for 0.5 hours, after which, for example, on a milling machine, side edges are cut off with edge effects. After trimming, the workpiece is 300 mm long and 225 mm wide. Then, the formation between the copper layers of the internal cavities having the shape, as in FIG. 5, is carried out in special equipment by the method of inflating them under the influence of hydraulic pressure. The width of each inner cavity is 25 mm, the height is 4 mm. Annealing the obtained preform with internal cavities to form a diffusion intermetallic layer between the aluminum and nickel layer is carried out in an electric furnace at a temperature of 600 ° C for 7 hours, then it is heated to a temperature of 690 ° C, which exceeds the melting temperature of aluminum by 30 ° C, molten aluminum is removed from its surface, for example with a metal brush with an electric drive, maintained at this temperature for 1 h to convert aluminum residues into intermetallic compounds, after which air cooling is obtained from it thus articles with internal cavities with a solid heat-resistant intermetallic coating on its outer surface. The material of the anti-welding substance - ultra-high molecular weight polyethylene during the annealing process, degrades and is easily removed from the internal cavities.
В результате получают цельносварное композиционное изделие с пятью внутренними полостями шириной 25 мм, высотой 4 мм, с герметичными перемычками между полостями шириной около 15 мм, со сплошным интерметаллидным жаростойким слоем на наружной поверхности изделия толщиной 70 мкм, внутренние полости изделия окружены однородным металлом из меди, максимальная толщина изделия в местах расположения внутренних полостей δmax=16 мм, минимальная толщина в местах расположения перемычек между полостями δmin=12 мм, длина изделия 300 мм, ширина 225 мм. Изделие обладает повышенной стойкостью к разрушению при резких перепадах давления в его внутренних полостях, его прочность при изгибающих нагрузках в 4-5 раз выше, чем у изделий по прототипу, его рабочая температура в окислительных газовых средах достигает 1000°С, что на 400-600°С выше, чем у изделий, полученных по прототипу, а это позволяет использовать полученные по предлагаемому способу изделия для изготовления, например, теплообменников и теплорегуляторов энергетических и химических установок.The result is an all-welded composite product with five
Пример 2Example 2
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина никелевых пластин в трехслойных пакетах δNi=1,1 мм, алюминиевых δAl=1,3 мм, соотношение толщин слоев никеля и алюминия 1:1,18. Толщина медных пластин δCu=2 мм, соотношение толщин слоев никеля и меди 1:1,82. Для сварки взрывом каждого пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2280 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 33% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 67% аммиачной селитры. Высота заряда BB HBB=40 мм. Для получения скоростей соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочных зазоров равна h1=0,7 мм, h2=3 мм, что обеспечивает скорость соударения алюминиевой и никелевой пластин при сварке взрывом V1=420 м/с, никелевой и медной V2=405 м/с. Толщина полученной заготовки δзаг=4,4 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the nickel plates in three-layer packages δ Ni = 1.1 mm, aluminum δ Al = 1.3 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and aluminum 1: 1.18. The thickness of the copper plates δ Cu = 2 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and copper 1: 1.82. For explosion welding of each packet, we select an explosive from the recommended range with a detonation velocity D BB = 2280 m / s. Such a speed is provided by an explosive, which is a mixture of 33% powdered ammonite 6GV and 67% ammonium nitrate. Charge height BB H BB = 40 mm. To obtain the collision speeds of metal layers within the proposed range, with the explosive charge parameters selected, the welding gaps are equal to h 1 = 0.7 mm, h 2 = 3 mm, which ensures the collision speed of aluminum and nickel plates during explosion welding, V 1 = 420 m / s, nickel and copper V 2 = 405 m / s. The thickness of the obtained workpiece δ zag = 4.4 mm
При составлении пакета из сваренной трехслойной заготовки, медной и стальной пластины толщина медной пластины, равная толщине медного слоя метаемой трехслойной заготовки, δм=2 мм, толщина стальной пластины δст=8 мм. Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2400 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 33% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 67% аммиачной селитры, HBB=50 мм. Для получения скоростей соударения свариваемых слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочных зазоров h3=3 мм, h4=7 мм, что обеспечивает скорость соударения медных слоев при сварке взрывом V3=430 м/с, а скорость соударения медного слоя со стальной пластиной V4=340 м/с.When compiling a package of a welded three-layer billet, copper and steel plate, the thickness of the copper plate equal to the thickness of the copper layer of the throwable three-layer billet is δ m = 2 mm, the thickness of the steel plate is δ st = 8 mm. For burst welding, select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 2400 m / s. This speed is provided by an explosive, which is a mixture of 33% powdered ammonite 6GV and 67% ammonium nitrate, H BB = 50 mm. To obtain the collision speeds of the layers being welded within the proposed range, with the explosive charge parameters selected, the welding gaps are h 3 = 3 mm, h 4 = 7 mm, which ensures the speed of the collision of copper layers during explosion welding, V 3 = 430 m / s, and the collision speed of the copper layer with the steel plate V 4 = 340 m / s
Отжиг полученной заготовки с внутренними полостями для формирования диффузионной интерметаллидной прослойки между слоем из алюминия и никеля производят в электропечи при температуре 615°С в течение 3,5 часов, затем нагревают ее до температуры, 700°С, что превышает температуру плавления алюминия на 40°С, а после удаления с ее поверхности расплавленного алюминия выдерживают при этой температуре 0,6 ч.Annealing the obtained preform with internal cavities to form a diffusion intermetallic layer between the aluminum and nickel layer is carried out in an electric furnace at a temperature of 615 ° C for 3.5 hours, then it is heated to a temperature of 700 ° C, which exceeds the melting temperature of aluminum by 40 ° C, and after removing molten aluminum from its surface, it is maintained at this temperature for 0.6 hours.
Результаты получения изделия с внутренними полостями те же, что в примере 1, но толщина жаростойкой интерметаллидной прослойки на наружной поверхности изделия равна 60 мкм, толщина изделия δmax=17 мм, δmin=13 мм, его прочность при изгибающих нагрузках в 5-6 раз выше, чем у изделий по прототипу.The results of obtaining the product with internal cavities are the same as in example 1, but the thickness of the heat-resistant intermetallic layer on the outer surface of the product is 60 μm, the thickness of the product is δ max = 17 mm, δ min = 13 mm, its strength under bending loads of 5-6 times higher than that of the prototype products.
Пример 3Example 3
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина никелевых пластин в трехслойных пакетах δNi=1,2 мм, алюминиевых δAl=1,2 мм, соотношение толщин слоев никеля и алюминия 1:1. Толщина медных пластин δCu=1,5 мм, соотношение толщин слоев никеля и меди 1:1,25. Для сварки взрывом каждого пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2770 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 50% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 50% аммиачной селитры. Высота заряда BB HBB=40 мм. Для получения скоростей соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда BB, величина сварочных зазоров равна h1=0,6 мм, h2=3,2 мм, что обеспечивает скорость соударения алюминиевой и никелевой пластин при сварке взрывом V1=480 м/с, никелевой и медной V2=480 м/с. Толщина полученной трехслойной заготовки δзаг=3,9 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of nickel plates in three-layer packages δ Ni = 1.2 mm, aluminum δ Al = 1.2 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and aluminum 1: 1. The thickness of the copper plates δ Cu = 1.5 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and copper 1: 1.25. For explosion welding of each packet, we select an explosive from the recommended range with a detonation velocity D BB = 2770 m / s. This speed is provided by an explosive, which is a mixture of 50% powdered ammonite 6GV and 50% ammonium nitrate. Charge height BB H BB = 40 mm. To obtain the collision speeds of the metal layers within the proposed range, with the selected charge parameters BB, the welding gaps are equal to h 1 = 0.6 mm, h 2 = 3.2 mm, which ensures the collision speed of aluminum and nickel plates during explosion welding V 1 = 480 m / s, nickel and copper V 2 = 480 m / s. The thickness of the obtained three-layer billet δ zag = 3.9 mm
При составлении пакета из сваренной трехслойной заготовки, медной и стальной пластины толщина медной пластины, равная толщине медного слоя метаемой трехслойной заготовки, δм=1,5 мм, толщина стальной пластины δст=10 мм. Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=3240 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 75% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 25% аммиачной селитры, HBB=40 мм. Для получения скоростей соударения свариваемых слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочных зазоров h3=h4=4 мм, что обеспечивает скорость соударения медных слоев при сварке взрывом V3=570 м/с, а скорость соударения медного слоя со стальной пластиной V4=410 м/с.When compiling a package of a welded three-layer billet, copper and steel plate, the thickness of the copper plate equal to the thickness of the copper layer of the three-layer billet being cast is δ m = 1.5 mm, the thickness of the steel plate is δ st = 10 mm. For burst welding, select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 3240 m / s. This speed is provided by an explosive, which is a mixture of 75% powdered ammonite 6GV and 25% ammonium nitrate, H BB = 40 mm. To obtain the collision speeds of the layers being welded within the proposed range, with the explosive charge parameters selected, the value of the welding gaps h 3 = h 4 = 4 mm, which ensures the speed of collision of the copper layers during explosion welding, V 3 = 570 m / s, and the speed of collision of the copper layer with a steel plate V 4 = 410 m / s.
Отжиг полученной заготовки с внутренними полостями для формирования диффузионной интерметаллидной прослойки между слоем из алюминия и никеля производят в электропечи при температуре 630°С в течение 1,5 часов, затем нагревают ее до температуры 710°С, что превышает температуру плавления алюминия на 50°С, а после удаления с ее поверхности расплавленного алюминия выдерживают при этой температуре 0,3 ч.The obtained billet with internal cavities is annealed to form a diffusion intermetallic layer between the aluminum and nickel layers in an electric furnace at a temperature of 630 ° C for 1.5 hours, then it is heated to a temperature of 710 ° C, which exceeds the melting temperature of aluminum by 50 ° C , and after removing molten aluminum from its surface, they are kept at this temperature for 0.3 hours.
Результаты получения изделия с внутренними полостями те же, что в примере 1, но толщина жаростойкой интерметаллидной прослойки на наружной поверхности изделия равна 50 мкм, толщина изделия δmax=18,2 мм, δmin=14,2 мм, его прочность при изгибающих нагрузках в 6-7 раз выше, чем у изделия по прототипу.The results of obtaining the product with internal cavities are the same as in example 1, but the thickness of the heat-resistant intermetallic layer on the outer surface of the product is 50 μm, the thickness of the product is δ max = 18.2 mm, δ min = 14.2 mm, its strength under bending loads 6-7 times higher than that of the product of the prototype.
В композиционных алюминиево-никелевых изделиях с внутренними полостями полученных по прототипу (см. таблицу, пример 4) две сплошные диффузионные теплозащитные интерметаллидные прослойки состава алюминий-никель толщиной 15-20 мкм расположены между наружными слоями из алюминия толщиной 1,5-2 мм и никеля толщиной 0,8-1 мм. Никелевые слои образуют вокруг полостей шириной каждой из них равной 25 мм и высотой 4 мм замкнутые контуры. Ширина перемычек между внутренними полостями около 10-12 мм. Предельная рабочая температура таких изделий в окислительных газовых средах не превышает 400-600°С, что на 400-600°С ниже, чем у изделий, полученных по предлагаемому способу из-за отсутствия жаростойких покрытий на их наружных поверхностях. Прочность таких изделий при изгибающих нагрузках в 4-7 раз ниже, чем у изделий, полученных по предлагаемому способу.In composite aluminum-nickel products with internal cavities obtained according to the prototype (see table, example 4), two continuous diffusion heat-shielding intermetallic interlayers of the composition of aluminum-nickel with a thickness of 15-20 μm are located between the outer layers of aluminum with a thickness of 1.5-2 mm and nickel 0.8-1 mm thick. Nickel layers form closed cavities around the cavities with a width of each of them equal to 25 mm and a height of 4 mm. The width of the jumpers between the internal cavities is about 10-12 mm. The maximum operating temperature of such products in oxidizing gas environments does not exceed 400-600 ° C, which is 400-600 ° C lower than for products obtained by the proposed method due to the absence of heat-resistant coatings on their outer surfaces. The strength of such products under bending loads is 4-7 times lower than that of products obtained by the proposed method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118875/02A RU2486043C1 (en) | 2012-05-04 | 2012-05-04 | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118875/02A RU2486043C1 (en) | 2012-05-04 | 2012-05-04 | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2486043C1 true RU2486043C1 (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48702128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012118875/02A RU2486043C1 (en) | 2012-05-04 | 2012-05-04 | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2486043C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106271017A (en) * | 2016-09-06 | 2017-01-04 | 广西大学 | A kind of explosion welding method of aluminium alloy fine aluminium steel composite board |
| CN108145131A (en) * | 2018-02-09 | 2018-06-12 | 中国科学技术大学 | A kind of production method of heat exchanger being combined based on vacuum hot melt with Explosion composite |
| CN114425560A (en) * | 2021-12-21 | 2022-05-03 | 西安理工大学 | Preparation method of aluminum/copper/aluminum composite material |
| RU2807253C1 (en) * | 2023-03-02 | 2023-11-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for producing heat-resistant coating on surface of heat-resistant steel plate |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4114669A1 (en) * | 1991-05-06 | 1992-11-12 | Hampel Heinrich | Mfr. of heat transfer bodies e.g. support rolls clamps etc. - by explosive welding of heat medium circulating pipes into channels in base after covering with heat conductive layer(s) and cover layer |
| RU2343055C1 (en) * | 2007-04-09 | 2009-01-10 | Александр Меркурьевич Байдуганов | Method for manufacture of flat bimetal stock with internal cavities by explosive welding |
| RU90734U1 (en) * | 2009-09-30 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | COMPOSITION HEAT EXCHANGER WITH INTERNAL CAVES |
| RU2399471C1 (en) * | 2009-09-30 | 2010-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding |
-
2012
- 2012-05-04 RU RU2012118875/02A patent/RU2486043C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4114669A1 (en) * | 1991-05-06 | 1992-11-12 | Hampel Heinrich | Mfr. of heat transfer bodies e.g. support rolls clamps etc. - by explosive welding of heat medium circulating pipes into channels in base after covering with heat conductive layer(s) and cover layer |
| RU2343055C1 (en) * | 2007-04-09 | 2009-01-10 | Александр Меркурьевич Байдуганов | Method for manufacture of flat bimetal stock with internal cavities by explosive welding |
| RU90734U1 (en) * | 2009-09-30 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | COMPOSITION HEAT EXCHANGER WITH INTERNAL CAVES |
| RU2399471C1 (en) * | 2009-09-30 | 2010-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106271017A (en) * | 2016-09-06 | 2017-01-04 | 广西大学 | A kind of explosion welding method of aluminium alloy fine aluminium steel composite board |
| CN108145131A (en) * | 2018-02-09 | 2018-06-12 | 中国科学技术大学 | A kind of production method of heat exchanger being combined based on vacuum hot melt with Explosion composite |
| CN108145131B (en) * | 2018-02-09 | 2024-02-09 | 中国科学技术大学 | Manufacturing method of heat exchanger based on combination of vacuum hot melting and explosion |
| CN114425560A (en) * | 2021-12-21 | 2022-05-03 | 西安理工大学 | Preparation method of aluminum/copper/aluminum composite material |
| RU2807253C1 (en) * | 2023-03-02 | 2023-11-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for producing heat-resistant coating on surface of heat-resistant steel plate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2486999C1 (en) | Method of producing coating | |
| KR101860776B1 (en) | Welded blank assembly and method | |
| JP5587904B2 (en) | Manufacturing method for custom-made sheet metal strip | |
| US8844796B1 (en) | Superplastically formed ultrasonically welded metallic structure | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2649929C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| 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 | |
| RU2488469C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| CN110325313B (en) | Resistance spot welding method | |
| RU2463141C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2488468C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2486042C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2463139C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2221682C1 (en) | Method for making composition material | |
| RU2574177C1 (en) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding | |
| RU2560897C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2560896C1 (en) | Explosion welding procedure for production of composite items with internal cavities | |
| RU2574178C1 (en) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding | |
| RU2563407C1 (en) | Method for obtaining composite items with internal cavities by explosion welding | |
| RU122332U1 (en) | COMPOSITION HEAT EXCHANGER | |
| RU2574179C1 (en) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140505 |