METHOD OF EXPLOSIVE WELDING

Abstract: 1. A method of explosive welding of a workpiece (1) onto a base workpiece (2) along a predetermined segment, according to which both surfaces of the workpieces (1, 2) to be joined extend, before they are welded, in an inclined angle (alpha) to each other forming a wedge-shaped widening free space, and an explosive (3) is arranged with a buffer layer (5) therebetween, on the first workpiece (1) which is to be applied to the base workpiece (2) under pressure by the welding process, characterized in that the explosive (4) is ignited from the wide end of the wedged-shaped free space between the two surfaces of the workpieces (1, 2) to be joined, that the explosive (3) is so chosen that the dynamic welding angle (delta), which is formed on the workpiece (1) to be welded on during the detonation of the explosive (3), is smaller than the inclined angle (alpha), that due to the ignition of the explosive (3) from the wide end of the wedged-shaped free space and due to the choice of the following which are matched to each other : the explosive (3), the form and size of the wedged-shaped widening free space between the two surfaces to be joined (1, 2) and the form of the buffer layer (5), it is achieved that on the segment A to be welded the projection V'k of the velocity Vk of the collision point K is in the opposite sense to the direction of the velocity of the detonation D.

Description: Verfahren zum Explosionsschweissen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Explosionsschweissen auf einer bestimmten Strecke, welches insbesondere bei der Herstellung und bei der Instandsetzung von Mantel-Rohr-Wärmetauschern Anwendung finden kann. Die Ausnutzung von Explosivstoffen in Schweissverfahren von Metallen ist bekannt und wird weltweit u.a. beim Explosionsschweissen von Rohren mit Siebwänden für Wärmetauscher angewandt. Eine breite Übersicht des Standes der Technik im Bereich der Explosionsschweissung von Metallen gibt der Artikel von B. Crossland Review of the present State of the Art in Explosive Welding", veröffentlicht in Metals Technology, January 1976. Aus GB-A-1 572 113, GB-A-1 280 451, GB-A-1 521 256, US-A-4 117 966 und DE-B-1 949 573 ist ein Verfahren zum Explosionsschweissen von derartigen Rohren mit Siebwänden bekannt, bei welchem parallel zueinander angeordnete Rohre oder Stutzen in den Löchern einer Lochplatte verschweisst werden. Aus GB-A-1 149 387, GB-A-1 439 141, GB-A-1 541 410, DE-B-1 949 573 und US-A-4 117 966 ist ferner ein Verfahren zum Explosionsschweissen beim Einsatz eines Vorneigungswinkels der Rohrwände oder der Stutzen gegenüber der Lochfläche in der Lochplatte bekannt. Bei beiden Verfahren ist bei allen Ausführungsformen die Richtung des Verlaufes des Detonationsprozesses des Explosivstoffes übereinstimmend mit der Verlaufsrichtung des Verschweissens des Rohrs mit der Lochplatte. Die grundsätzlichen Nachteile der bisher angewandten Lösungen des explosiven Schweissverfahrens von Rohren mit dicht perforierten Lochplatten, welche deren breitere Verwendung begrenzen, sind: 1) bezüglich der die Methode mit paralleler Ein stellung des Rohres und der Lochfläche in der Lochplatte: - verhältnismässig grosse Empfindlichkeit des Verfahrens auf eine etwaige Nichtparallelität der Voreinstellung des Rohres gegenüber dem Loch in der Lochplatte, - Notwendigkeit des Einsatzes von Explosivstoffen mit kleiner Detonationsgeschwindigkeit in den Grenzen von 2000-4000 m/s, - Schwierigkeiten bei der Herstellung des Explosiv stoffes mit kleinem kritischen Durchmesser, welcher einen entsprechenden Wert des Verhält nisses der Radialgeschwindigkeit des Rohres zu der Detonationsgeschwindigkeit, d.h. des den entsprechenden Wert des dynamischen Zusammen stosswinkels gewährleistenden Verhältnisses,gewähr leisten kann; 2) bezüglich der Methode bei Einsatz eines Vornei gungswinkels der Rohrwände gegenüber der Lochfläche in der Lochplatte: - Notwendigkeit einer arbeitsaufwendigen Ver bindung der Leitungen eines jeden, innerhalb des Rohres angeordneten Zünders mit dem Sprengnetz, - hohe Herstellungskosten einer Verbindung, insbe sondere mit Rücksicht auf die hohen Kosten der Zünder. Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Explosionsschweissen zur Verfügung zu stellen. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Explosionsschweissen besteht darin, dass die auf der zu beschiessenden Platte angeordnete Sprengladung von der Stirnseite dieser Platte zur Detonation gebracht wird und dass der Explosivstoff, die Gestalt und Grösse des Schlitzes zwischen der Grundplatte und der beschossenen Platte sowie die Gestalt der Inertionsschicht derart gewählt werden, dass auf der zum Schweissen vorgesehenen Strecke die Detonationsgeschwindigkeit des Explosivstoffes und die Projektion der Geschwindigkeit des Kollisionspunktes der zu verschweissenden Stoffe auf die Richtung der Detonationsgeschwindigkeit entgegengesetzt gerichtet sind. Das erfindungsgemässe Verfahren gewährleistet eine einfache Führung des Explosionsschweissens, eine grosse Leistungsfähigkeit und eine hohe Qualität der Schweissnaht. Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Explosionsschweissens können Sprengstoffe mit grossen Detonationsgeschwindigkeiten (über5000 m/s) angewandt werden. Besonders vorzügliche Resultate werden erzielt, wenn das erfindungsgemässe Verfahren beim Schweissen von Rohren mit kleinen Durchmessern in dicht perforierten Siebwänden angewandt wird. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Explosionsschweissen gewährleistet eine verhältnismässig grosse geometrische Toleranz bei der Ausführung des Prozesses, niedrige spezifische Materialkosten und niedrigen spezifischen Arbeitsaufwand und gibt die Möglichkeit, in einem Arbeitsgang mittels einer Sprengladung z.B. ein Rohr mit der Lochplatte auf einem grösseren Abschnitt,als er der Dicke bzw. dem Durchmesser des Rohres entspricht, bei gleichzeitigem Aufweiten des Rohres über die Dicke der Lochplatte zu verschweissen. Die erfindungsgemässe Lösung ermöglicht eine gleichzeitige Befestigung von einigen zehn Rohren im Lochboden eines Wärmetauschers und innerhalb eines Arbeitsganges, der umfasst: - Verschweissen der Rohrenden des Heizeinsatzes mit dem Bodensieb auf einer Länge, die grösser ist als die Dicke der Rohrwand, - Aufweiten des Rohres über die restliche beliebige Dicke der Rohrlochplatte. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Explosionsschweissen wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 das Schema des Verfahrens, Fig. 2 und 3 das Verschweissen eines Rohres mit einer Lochplatte. Der Sprengstoff 3 ist auf die Inertionsschicht 5 gelegt und wird in Richtung der Achse X von der Stirnseite 6 der Grundplatte 2 aus zur Detonation gebracht, wodurch die beschossene Platte 1 in Richtung der Grundplatte 2 angetrieben wird. Auf der Strecke A erfolgt das Zusammenschweissen der Stoffe. Die Geometrie des Systems bewirkt, dass auf der Strecke A die Detonationsgeschwindigkeit D des Sprengstoffes 3 und die Projektion Vk ¯der Geschwindigkeit Vk des Kollisionspunktes k der zu schweissenden Stoffe auf die Detonationsgeschwindigkeit entgegengesetzt zueinander gerichtet sind. Beim Explosionsverschweissen des Rohres 1 mit einer Lochplatte 2 wird die Sprengladung koaxial in dem Rohr 1 untergebracht. Der Initiator für die Detonation wird seitens der Stirnfläche der Lochplatte 2 angeordnet. Die Detonation wird durch den Zünder 4 initiiert, und zwar durch individuelle Zündung oder mittels einer Detonationsschnur im Falle von Gruppenladungen. Die Schweissverbindung wird auf der Strecke A erreicht. Die Auswahl des entsprechenden Sprengstoffes 3, der Gestalt des Ladungsgehäuses, welches zugleich die Funktion der Inertionsschicht 5 erfüllt, und des Winkels u des Kegels in der Öffnung der Siebwand 2, der grösser ist als der Winkel g der dynamischen Schweissung, gewährleisten den erfindungsgemässen Verlauf der Explosionsschweissung.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zum Explosionsschweissen von Stoffen, das eine Einstellung eines Vorwinkels umfasst, welcher einen Schlitz zwischen den zum Schweissen vorgesehenen Flächen sichert, dadurch gekenn zeichnet, dass die Sprengladung auf der beschosse nen Platte (1) angeordnet und seitens der Stirn fläche (6) einer Grundplatte (2) zur Detonation gebracht wird, wobei der richtige Sprengstoff (3), die Gestalt und Grösse des Schlitzes zwischen der beschossenen Platte (1) und der Grundplatte (2) sowie die Gestalt der Inertionsschicht (5) derart gewählt werden, dass auf der zum Explosions schweissen vorgesehenen Strecke (A) der beschossenen Platte (1) mit der Grundplatte (2) die Detonations geschwindigkeit (D) des Sprengstoffes (3) und die Projektion (Vk') der Geschwindigkeit (Vk) des Kollisionspunktes (k) der zu schweissenden Stoffe (1 und 2) auf die Richtung der Geschwindigkeit der Detonation (D) entgegengesetzt zueinander ge richtet sind. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Einsatz zur Verbindung von Rohren mit Lochwänden der Schlitz zwischen dem Rohr (1) und dem Loch in der Lochwand (2) in Form eines in Rich tung des Detonationsverlaufes konvergenten Kegels mit einem Erweiterungswinkel i ausgeführt wird, der grösser ist als der Winkel des dynamischen Schweissens g , der beim Einsatz des jeweiligen Sprengstoffes entsteht. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengstoffe (3) mit verschiedenen Para metern auf der zum Explosionsschweissen vorge sehenen Ladungslänge angewandt werden.

Inventors: JAKUBOWSKI, KRZYSZTOF, SEK, WITOLD
Applicants: INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ
Application year: 1983
Main classification: B23K20
IPC codes: B23K20, F28F9