RU2488469C1 - 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
- RU2488469C1 RU2488469C1 RU2012118879/02A RU2012118879A RU2488469C1 RU 2488469 C1 RU2488469 C1 RU 2488469C1 RU 2012118879/02 A RU2012118879/02 A RU 2012118879/02A RU 2012118879 A RU2012118879 A RU 2012118879A RU 2488469 C1 RU2488469 C1 RU 2488469C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- nickel
- welding
- aluminum
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
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-shielding 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, S.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 (ВВ) 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 (EX) of 2200-2770 m / s, the ratio of the specific mass of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the protective metal layer, aluminum and nickel plates, as well as 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 interlayers 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-shielding 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 come into contact with homogeneous metals. (RF patent No. 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 на наружных поверхностях получаемых изделий, контактирующих с окружающей средой. Наружные слои в этих изделиях из легкоплавкого металла - алюминия с температурой плавления 660°C, поэтому его предельно допустимая рабочая температура не превышает 400-600°C, что весьма ограничивает возможные области использования таких изделий в теплообменной аппаратуре, предназначенной для длительной эксплуатации в окислительных газовых средах, где требуется повышенная жаростойкость.The disadvantage of this method is that continuous heat-shielding 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 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, its maximum allowable working temperature does not exceed 400-600 ° C, which greatly limits the possible areas of use of such products in heat-exchange equipment designed for long-term operation in oxidizing gas environments where increased heat resistance is required.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом со сплошными интерметаллидными прослойками на наружных поверхностях, обеспечивающими их повышенную жаростойкость, 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 composite products with internal cavities by explosion welding with continuous intermetallic interlayers on the external surfaces, providing them with increased heat resistance, 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.
Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью поэтапной сварки взрывом трехслойных и многослойных пакетов из металлических слоев, термических и силовых воздействий на сваренные заготовки на оптимальных режимах, получение композиционных изделий с внутренними полостями со сплошными интерметаллидными прослойками на их наружных поверхностях, обеспечивающими у них более высокую, чем у изделий, полученных по прототипу, жаростойкость в окислительных газовых средах, 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 provides for the use of stepwise explosion welding of three-layer and multi-layer packages of metal layers, thermal and force effects on the welded workpieces at optimal conditions, obtaining composite products with internal cavities with continuous intermetallic layers on their external surfaces, providing they have higher than that of products obtained by the prototype, heat resistance in oxidizing gas environments, with a uniform Ferrous materials in contact with the internal cavities articles with improved resistance to fracture at sharp pressure drops in the inner cavities.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемом способе получения композиционных 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 трехслойные пакеты с размещением в каждом из них 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 каждого 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 пакетов 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 двух полученных трехслойных заготовок, при этом предварительно на поверхность медного слоя нижней заготовки наносят по трафарету противосварочное вещество, сваривают их взрывом при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1900-2930 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочный зазор между ними выбирают из условия получения скорости соударения их медных слоев в пределах 310-550 м/с, формирование гидравлическим давлением внутренних полостей производят между медными слоями сваренной шестислойной заготовки, ее отжиг для образования сплошных интерметаллидных диффузионных прослоек между слоями из алюминия и никеля проводят при температуре 600-630°C в течение 1,5-7 ч, затем нагревают ее до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 30-50°C, удаляют с ее поверхностей 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 сплошными жаростойкими покрытиями на его наружных поверхностях.The specified technical result is achieved by the fact that the proposed method for producing composite products with internal cavities by explosion welding, including marking the metal layer using a stencil, applying 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, the placement of a protective metal layer above it with a charge of explosive, the implementation of explosion welding, heat treatment for increase the deformation 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 three-layer packets with a nickel plate in each of them 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, explosion welding of each packet is carried out at an explosive charge detonation speed of the remaining 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 packages, are selected from the condition of obtaining the collision speed of the upper aluminum plate with nickel in the range of 370-480 m / s, nickel from the bottom copper - 335-480 m / s, make up a package of two obtained three-layer billets, while previously an anti-welding substance is applied to the surface of the copper layer of the lower billet, they are welded by explosion at a detonation speed of the explosive charge substances of 1900-2930 m / s, the height of the explosive charge, and also the welding gap between them is selected from the condition for obtaining the collision speed of their copper layers within 310-550 m / s, the hydraulic cavities are formed between the copper layers of the welded six-layer billet, its annealing to form continuous intermetallic diffusion layers between aluminum and nickel layers is carried out at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours, then it is heated to a temperature higher than the melting temperature of aluminum by 30-5 0 ° C, molten aluminum is removed from its surfaces, kept at this temperature for 0.3-1 hours to convert aluminum residues into intermetallic compounds, and then cooled in air to obtain a composite product with internal cavities with continuous heat-resistant coatings on its outer surfaces.
В таких условиях высокоскоростного деформирования свариваемых металлов и последующих тепловых воздействий на металлы происходит надежная сварка слоев в каждом 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 сплошных интерметаллидных прослоек необходимой толщины между слоями из алюминия и никеля, а после удаления с поверхностей интерметаллидных слоев расплавленного алюминия и последующей термообработки для превращения остатков алюминия в интерметаллиды, на наружных поверхностях изделия образуются покрытия, придающие полученным композиционным изделиям с внутренними полостями повышенную жаростойкость в окислительных газовых средах, при этом обеспечивается 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 each package are reliably welded over all contact surfaces without fusion, imperfections and other defects, and in those areas where strips of anti-welding material are deposited on the copper layer, welding between copper layers completely absent. Annealing in the proposed modes provides for a short time the appearance and growth of continuous intermetallic layers of the required thickness between the layers of aluminum and nickel, and after removal of the surfaces of intermetallic layers of molten aluminum and subsequent heat treatment to convert aluminum residues into intermetallic compounds, coatings are formed on the outer surfaces of the product the resulting composite products with internal cavities increased heat resistance in oxidizing gas environments, while ensuring Xia homogeneity of metals 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 композиционных 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.A new method for producing composite 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 during the implementation of the method.
Так предложено составлять трехслойные пакеты с размещением в каждом из них 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 наружных поверхностях изделий жаростойких покрытий, обеспечивает экономный расход металлов в расчете на одно изделие.So, it is proposed to make three-layer packages with the placement in each of them between plates of aluminum and copper a nickel plate 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 nickel layer thickness of 1-1.2 mm, which creates favorable conditions for obtaining high-quality welded joints at the interlayer boundaries, the possibility of forming heat-resistant coatings on the outer surfaces of the products provides an economical consumption of metals per one product.
Толщина никелевой пластины менее 1 мм является недостаточной для обеспечения стабильных сварочных зазоров между металлическими слоями пакетов из-за гибкости никелевых слоев, 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. Ее 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 bags due to the flexibility of the nickel layers, 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 this 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 каждого 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 никелевого слоя, а это может привести к невозможности дальнейшего использования сваренной заготовки для получения изделия.It is proposed that each pack burst with welding at a detonation velocity 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 the detonation velocity of explosives and collision velocities of metal layers above the upper proposed limits, uncontrolled deformation of metal layers with violations of their nickel layer continuity is possible, and this can lead to the inability to further use the welded billet to obtain the product.
Предложено составлять пакет из двух полученных трехслойных заготовок, при этом предварительно на поверхность медного слоя нижней заготовки наносить по трафарету противосварочное вещество, сваривать их взрывом при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1900-2930 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочный зазор между ними выбирать из условия получения скорости соударения их медных слоев в пределах 310-550 м/с, что обеспечивает надежную сварку медных слоев на участках, где сварка предусмотрена и отсутствие сварных соединений в местах расположения противосварочного вещества, а это создает благоприятные условия для формирования гидравлическим давлением внутренних полостей требуемой формы и размеров после операции термической обработки для повышения деформационной способности сваренных металлических слоев.It is proposed to compose a package of the two obtained three-layer billets, while previously applying an anti-welding substance to the surface of the copper layer of the lower billet, stitch them with an explosion at a detonation speed of the explosive charge of 1900-2930 m / s, the height of the explosive charge, and also the welding gap they should choose from the conditions for obtaining the collision speed of their copper layers within 310-550 m / s, which ensures reliable welding of copper layers in areas where welding is provided and the absence of welded joints ies at the locations of the anti-welding substance, and this creates favorable conditions for the formation by hydraulic pressure of the internal cavities of the desired shape and size after the heat treatment to increase the deformation ability of the welded metal layers.
При скорости детонации ВВ и скорости соударения медных слоев трехслойных заготовок ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров в зоне соединения слоев. При скорости детонации ВВ и скорости соударения медных слоев выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации металлических слоев, при этом может происходить интенсивное волнообразование в зоне соединения слоев, что может привести к снижению прочности сварных соединений и невозможности дальнейшего практического использования сваренных заготовок.When the detonation velocity of the explosive and the collision rate of the copper layers of the three-layer billets are lower than the lower proposed limits, the occurrence of lack of penetration in the zone of connection of the layers. At the detonation velocity of explosives and the collision velocity of copper layers above the upper proposed limits, uncontrolled deformation of metal layers is possible, and intense wave formation in the joint zone of layers can occur, 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 шестислойной заготовки, что обеспечивает повышенную стойкость получаемых изделий 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 be formed to produce internal cavities between the copper layers of a welded six-layer billet, which ensures increased resistance of the resulting products to fracture 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 шестислойной заготовки для образования сплошных интерметаллидных диффузионных прослоек между слоями из алюминия и никеля при температуре 600-630°C 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 интерметаллидных прослоек становится чрезмерной, при этом повышается вероятность хрупкого разрушения получаемого материала при его дальнейшей эксплуатации в условиях циклических нагрузок.It is proposed to anneal the welded six-layer billet to form continuous intermetallic diffusion layers 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, therefore, contributes to obtaining in a short time of annealing 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 interlayers 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°C, удалять с ее поверхностей расплавленный алюминий, выдерживать при этой температуре 0,3-1 ч для превращения остатков алюминия в интерметаллиды, что способствует окончательному формированию состава и свойств жаростойких покрытий на наружных поверхностях получаемого изделия. Нагрев заготовки до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 30-50°C после завершения первой стадии отжига, значительно облегчает удаление с поверхностей интерметаллидных слоев 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.It is proposed that after the exposure is completed, upon heating, the billet be heated to a temperature higher than the melting point of aluminum by 30–50 ° C, the molten aluminum should be removed from its surfaces, and soaked at 0.3–1 h at this temperature to convert aluminum residues to intermetallic compounds, which contributes to the final formation composition and properties of heat-resistant coatings on the outer surfaces of the resulting product. Heating the preform 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 surfaces of the intermetallic layers, 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.
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 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 сплошными жаростойкими интерметаллидными слоями на его наружных поверхностях.The result is an all-welded composite product with internal cavities with continuous heat-resistant intermetallic layers on its outer surfaces.
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 шестислойного 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 six-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 композиционных 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 два одинаковых трехслойных пакета с размещением в каждом из них 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 каждом пакете равно 1:(1-1,5), а у никеля и меди 1:(1,25-2,5). Пластины в пакетах размещают параллельно друг другу со сварочными зазорами, обеспечиваемыми с помощью упоров 4. На поверхность верхней алюминиевой пластины 1 каждого пакета укладывают защитную металлическую прослойку 5, защищающую наружную поверхность верхней алюминиевой пластины от повреждений при детонации ВВ. Устанавливают каждый 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 пакетов, 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 - 335-480 м/с. Инициирование процесса детонации в зарядах взрывчатого вещества осуществляют с помощью электродетонатора 10. После этого, например на фрезерном станке, обрезают боковые кромки у каждой сваренной трехслойной заготовки с краевыми эффектами, очищают поверхности медных слоев от загрязнений продуктами детонации ВВ и составляют пакет из двух полученных трехслойных заготовок, как показано на фиг.3, где поз.11, 14 - алюминиевые слои, 12, 15 - никелевые, 13, 16 - медные, при этом предварительно на поверхность медного слоя 16 нижней заготовки наносят по трафарету слои противосварочного вещества в виде полос 17, шириной равной М, с расстоянием между противосварочными полосами N, с расстояниями от краев заготовки равными К. Трехслойные заготовки в пакете располагают параллельно друг над другом на расстоянии сварочного зазора с помощью упоров 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 1900-2930 м/с, с генератором плоской детонационной волны 23. Высоту заряда ВВ, а также сварочный зазор между трехслойными заготовками, определяемый с помощью компьютерных технологий, выбирают из условия получения скорости соударения медных слоев 13, 16 в пределах 310-550 м/с. Инициирование процесса детонации в зарядах взрывчатого вещества осуществляют с помощью электродетонатора 24.The proposed method for producing composite 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. Two identical three-layer packets are made with each of them placed between plates of
Термическую обработку для повышения деформационной способности сваренных металлических слоев сваренной шестислойной заготовки проводят при температуре 400°C в течение 0,5 часа, после чего, например на фрезерном станке, обрезают у нее боковые кромки с краевыми эффектами. После этого производят формирование между медными слоями внутренних полостей необходимого профиля в специальной оснастке с помощью гидравлического давления, а затем производят отжиг полученной заготовки с внутренними полостями при температуре 600-630°C в течение 1,5-7 часов для формирования диффузионных интерметаллидных прослоек между слоями из алюминия и никеля, затем нагревают ее до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 30-50°C, удаляют с ее поверхностей 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 сплошными жаростойкими интерметаллидными покрытиями на его наружных поверхностях. На поперечном сечении сваренного изделия с внутренними полостями, представленном на фиг.5, поз.25, 26 - сдеформированные медные слои, 27 - зоны сварки медных слоев, 28, 29 - сдеформированные никелевые слои, 30, 31 - жаростойкие интерметаллидные покрытия, 32 - внутренние полости изделия.Heat treatment to increase the deformation ability of the welded metal layers of the welded six-layer billet is carried out at a temperature of 400 ° C for 0.5 hours, after which, for example, on a milling machine, the side edges are cut off with edge effects. After that, the necessary profile is formed between the copper layers of the internal cavities in a special tool using hydraulic pressure, and then the resulting billet with internal cavities is annealed at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours to form diffusion intermetallic interlayers between the layers from 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 surfaces, maintained at this temperature for 0.3-1 h I conversion aluminum residues in intermetallics, whereupon the cooling air thereby obtaining a composite article with internal cavities with solid heat-resistant intermetallic coating on its outer surfaces. On the cross section of the welded product with internal cavities, shown in Fig. 5, items 25, 26 — deformed copper layers, 27 — welding zones of copper layers, 28, 29 — deformed nickel layers, 30, 31 — heat-resistant intermetallic coatings, 32 — internal cavities of the product.
В результате получают цельносварное композиционное изделие с внутренними полостями со сплошными жаростойкими интерметаллидными слоями на наружных поверхностях и, благодаря этому, со значительно более высокой, чем у изделий, полученных по прототипу, жаростойкостью в окислительных газовых средах, 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 composite product with internal cavities with continuous heat-resistant intermetallic layers on the external surfaces and, due to this, with significantly higher heat resistance in oxidizing gas media than the products obtained by the prototype, while ensuring the uniformity of metals in contact with internal cavities of the product, with increased resistance to destruction under 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 1.Example 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 δA1=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 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 ВВ HBB=40 мм, длиной 360 мм, шириной 290 мм и устанавливают его на поверхность защитной металлической прослойки вместе с вспомогательным зарядом ВВ - генератором плоской детонационной волны. Для получения скоростей соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, 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 каждой сваренной двухслойной 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 A1 = 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 amount of required welding gaps h 1 h 2 , where h 1 is the welding gap between aluminum and nickel plates, h 2 is 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 the height of the explosive charge H BB = 40 mm, 360 mm long, 290 mm wide, and it is placed on the surface of the protective metal layer together with the auxiliary explosive charge — a plane detonation wave generator. 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 = 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 each welded two-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 поверхности медных слоев сваренных трехслойных заготовок от загрязнений продуктами детонации ВВ, на поверхность медного слоя одной из заготовок наносят по трафарету слои противосварочного вещества в виде полос, шириной равной М=25 мм, с расстояним между противосварочными полосами N=15 мм, с расстояниями от краев заготовки К=30 мм, толщина полос - 80-100 мкм. Как и в прототипе в качестве противосварочного вещества используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен, который наносят по патенту РФ №2171149.The surfaces of the copper layers of the welded three-layer workpieces are cleaned of contaminants from detonation products of explosives, the layers of the anti-welding substance are applied on the surface of the copper layer of one of the blanks 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 microns. 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.
Составляют пакет под сварку взрывом из двух полученных трехслойных заготовок, которые располагают параллельно друг над другом, при этом пластину с нанесенными противосварочными полосами размещают внизу пакета. На поверхность алюминиевого слоя верхней 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. При сборке пакета предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимого сварочного зазора h.An explosion welding bag is made up of two obtained three-layer blanks, which are arranged parallel to each other, while a plate with deposited anti-welding strips is placed at the bottom of the bag. A protective layer of
Для сварки взрывом пакета выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=1900 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 25% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 75% аммиачной селитры. Взрывчатое вещество помещают в контейнер с обеспечением высоты заряда ВВ НВВ=40 мм, длиной 360 мм, шириной 290 мм и устанавливают его на поверхность защитной прослойки вместе с генератором плоской детонационной волны. Для получения скорости соударения медных слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочного зазора h=3,5 мм, что обеспечивает скорость соударения заготовок при сварке взрывом V=310 м/с. Сварку взрывом осуществляют с инициированием процесса детонации в основном заряде ВВ с помощью электродетонатора и генератора плоской детонационной волны.For burst welding, select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 1900 m / s. This speed provides an explosive, which is a mixture of 25% powdered ammonite 6GV and 75% ammonium nitrate. An explosive substance is placed in a container with a charge height of BB BB N BB = 40 mm, 360 mm long, 290 mm wide and placed on the surface of the protective layer together with a plane detonation wave generator. To obtain the collision speed of copper layers within the proposed range, with the explosive charge parameters selected, the welding gap value is h = 3.5 mm, which ensures the workpiece collision speed during explosion welding V = 310 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 шестислойной заготовки проводят в электропечи при температуре 400°C 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 диффузионных интерметаллидных прослоек между слоями из алюминия и никеля производят в электропечи при температуре 600°C в течение 7 часов, затем нагревают ее до температуры, 690°C, что превышает температуру плавления алюминия на 30°C, удаляют с ее поверхностей 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 композиционного изделия с внутренними полостями со сплошными жаростойкими интерметаллидными покрытиями на его наружных поверхностях. 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 a welded six-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 form, as in FIG. 5, in a special tool by the method of inflating them under the influence of hydraulic pressure, is performed. The width of each inner cavity is 25 mm, the height is 4 mm. The obtained billet with internal cavities is annealed to form diffusion intermetallic layers between aluminum and nickel layers 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 surfaces, for example with a metal brush with an electric drive, kept at this temperature for 1 h to convert aluminum residues into intermetallic compounds, and then air cooling is carried out to obtain at the same time we eat a composite product with internal cavities with continuous heat-resistant intermetallic coatings on its external surfaces. 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 сплошными интерметаллидными жаростойкими прослойками на наружных поверхностях толщиной 70 мкм, внутренние полости изделия окружены однородным металлом из меди, максимальная толщина изделия в местах расположения внутренних полостей δmax=11 мм, минимальная толщина в местах расположения перемычек между полостями δmin=7 мм, длина изделия 300 мм, ширина 225 мм. Изделие обладает повышенной стойкостью к разрушению при резких перепадах давления в его внутренних полостях, его рабочая температура в окислительных газовых средах достигает 1000°C, что на 400-600°C 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 internal cavities 25 mm wide, 4 mm high, with sealed jumpers between cavities about 15 mm wide, with continuous intermetallic heat-resistant interlayers on external surfaces 70 microns thick, the internal cavities of the product are surrounded by a homogeneous copper metal, the maximum the thickness of the product at the locations of the internal cavities δ max = 11 mm, the minimum thickness at the locations of the jumpers between the cavities δ min = 7 mm, the length of the product 300 mm, the width 225 mm. The product has a high resistance to destruction under sharp pressure drops in its internal cavities, its operating temperature in oxidizing gas environments reaches 1000 ° C, which is 400-600 ° C higher than that of products obtained by the prototype, and this allows the use of the proposed method products for the manufacture of, for example, heat exchangers and heat regulators of power and chemical plants.
Пример 2Example 2
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина никелевых пластин в трехслойных пакетах δNi=1,1 мм, алюминиевых δA1=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 ВВ НВВ=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 каждой 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 A1 = 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 bag, we select an explosive from the recommended range with a detonation speed of D BB = 2280 m / s. This speed is provided by an explosive, which is a mixture of 33% powdered ammonite 6GV and 67% ammonium nitrate. The height of the explosive charge N 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 each obtained billet δ zag = 4.4 mm
Для сварки взрывом пакета из двух полученных трехслойных заготовок, 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. Высота заряда ВВ НВВ=50 мм. Для получения скорости соударения медных слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочного зазора h=3 мм, что обеспечивает скорость соударения заготовок при сварке взрывом V=430 м/с. Отжиг полученной заготовки с внутренними полостями для формирования диффузионных интерметаллидных прослоек между слоями 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 поверхностей расплавленного алюминия, выдерживают при этой температуре 0,6 ч.For explosion welding of a packet of two obtained three-layer workpieces, we select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 2400 m / s. Such a speed is provided by an explosive, which is a mixture of 33% powdered ammonite 6GV and 67% ammonium nitrate. The height of the explosive charge N BB = 50 mm. To obtain the collision speed of copper layers within the proposed range, with the explosive charge parameters selected, the welding gap is h = 3 mm, which ensures the speed of collision of workpieces during explosion welding V = 430 m / s. The obtained billet with internal cavities is annealed to form diffusion intermetallic interlayers between aluminum and nickel layers 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 surfaces, it is kept at this temperature for 0.6 hours.
Результаты получения композиционного изделия с внутренними полостями те же, что в примере 1, но толщина жаростойких интерметаллидных прослоек на наружных поверхностях изделия равна 60 мкм, толщина изделия δmax=10 мм, δmin=6 мм.The results of obtaining a composite product with internal cavities are the same as in example 1, but the thickness of the heat-resistant intermetallic layers on the outer surfaces of the product is 60 μm, the thickness of the product is δ max = 10 mm, δ min = 6 mm.
Пример 3.Example 3
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина никелевых пластин в трехслойных пакетах δNi=1,2 мм, алюминиевых δA1=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 ВВ НВВ=40 мм. Для получения скоростей соударения металлических слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, 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 каждой полученной заготовки δзаг=3,9 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the nickel plates in three-layer packages δ Ni = 1.2 mm, aluminum δ A1 = 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. The height of the explosive charge N 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 = 0.6 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 each obtained billet δ zag = 3.9 mm
Для сварки взрывом пакета из двух полученных трехслойных заготовок, выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=2930 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 50% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 50% аммиачной селитры. Высота заряда ВВ НВВ=50 мм. Для получения скорости соударения медных слоев в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда ВВ, величина сварочного зазора h=3 мм, что обеспечивает скорость соударения заготовок при сварке взрывом V=550 м/с.For explosion welding of a package of two obtained three-layer workpieces, we select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 2930 m / s. This speed is provided by an explosive, which is a mixture of 50% powdered ammonite 6GV and 50% ammonium nitrate. The height of the explosive charge N BB = 50 mm. To obtain the collision speed of copper layers within the proposed range, with the explosive charge parameters selected, the welding gap is h = 3 mm, which ensures the speed of collision of workpieces during explosion welding V = 550 m / s.
мер
при
мераBut
measures
at
measure
мер
при
мераBut
measures
at
measure
δинт=70 МКМ, δmax=11 MM, δmin=7 мм, его рабочая температура в окислительных газовых средах до Tраб=1000°С, что на 400-600°С выше, чем у изделий, полученных по прототипу.,Product with five internal cavities, with continuous heat-resistant layers on the outer surfaces of a thickness
δ int = 70 MKM, δ max = 11 MM, δ min = 7 mm, its working temperature in oxidizing gas environments up to T slave = 1000 ° C, which is 400-600 ° C higher than that of products obtained by the prototype. ,
δmin=5,5 ММ.The same as in example 1, but δ int = 50 μm, δ max = 9.5 mm
δ min = 5.5 MM.
Отжиг полученной заготовки с внутренними полостями для формирования диффузионных интерметаллидных прослоек между слоями из алюминия иникеля производят в электропечи при температуре 630°C в течение 1,5 часов, затем нагревают ее до температуры, 710°C, что превышает температуру плавления алюминия на 50°C, а после удаления с ее поверхностей расплавленного алюминия, выдерживают при этой температуре 0,3 ч.The obtained billet with internal cavities is annealed to form diffusion intermetallic interlayers between the nickel-aluminum 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 surfaces, they are kept at this temperature for 0.3 hours.
Результаты получения композиционного изделия с внутренними полостями те же, что в примере 1, но толщина жаростойких интерметаллидных прослоек на наружных поверхностях изделия равна 50 мкм, толщина изделия δmax=9,5 мм, δmin=5,5 мм.The results of obtaining a composite product with internal cavities are the same as in example 1, but the thickness of the heat-resistant intermetallic layers on the outer surfaces of the product is 50 μm, the thickness of the product is δ max = 9.5 mm, δ min = 5.5 mm.
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°C, что на 400-600°C ниже, чем у изделий, полученных по предлагаемому способу из-за отсутствия жаростойких покрытий на их наружных поверхностях.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 with a thickness of 0.8-1 mm. Nickel layers form around the cavities with a width of each of them equal to 25 mm and a height of 4 mm, closed contours. The width of the jumpers between the internal cavities is about 10-12 mm. The maximum working 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.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118879/02A RU2488469C1 (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 |
|---|---|---|---|
| RU2012118879/02A RU2488469C1 (en) | 2012-05-04 | 2012-05-04 | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2488469C1 true RU2488469C1 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=49155598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012118879/02A RU2488469C1 (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) | RU2488469C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560896C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Explosion welding procedure for production of composite items with internal cavities |
| RU2563407C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for obtaining composite items with internal cavities by explosion welding |
| RU2574179C1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
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 RU2012118879/02A patent/RU2488469C1/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 |
|---|---|---|---|---|
| RU2560896C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Explosion welding procedure for production of composite items with internal cavities |
| RU2563407C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for obtaining composite items with internal cavities by explosion welding |
| RU2574179C1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
| RU2574177C1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
| RU2574178C1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2486999C1 (en) | Method of producing coating | |
| KR101860776B1 (en) | Welded blank assembly and method | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2649929C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2373036C1 (en) | Method of fabrication of wear resistant coating | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2488469C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2463140C1 (en) | Method of producing titanium-aluminium composite material | |
| RU2293004C1 (en) | Titanium-steel composition material producing method | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
| RU2463141C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2463139C1 (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 | |
| RU2563407C1 (en) | Method for obtaining composite items with internal cavities by explosion welding | |
| RU2560896C1 (en) | Explosion welding procedure for production of composite items with internal cavities | |
| RU2574177C1 (en) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding | |
| RU2560897C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2574179C1 (en) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding | |
| RU2574178C1 (en) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding | |
| RU119680U1 (en) | MULTI-LAYER HEAT EXCHANGER WITH INTERNAL CAVES | |
| RU2221682C1 (en) | Method for making composition material | |
| RU2688792C1 (en) | Method of producing wear-resistant coatings on surfaces of titanium plate | |
| RU2560895C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140505 |