СПОСОБ СВАРКИ ВЗРЫВОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ
METHOD OF METAL SHEETS EXPLOSION WELDING

Предполагаемое изобретение относится к области технологий сварки взрывом и может быть использовано для соединения крупнотолщинные металлических деталей сваркой.
Актуальность решаемой проблемы основана на трудностях, связанных с получением сварного соединения крупнотолшинных (толщина листа металла свыше 30 мм) деталей, т.к. для получения такого соединения необходимо применение соответственно большой расчетной массы взрывчатого вещества (ВВ), что неизбежно приведет к разрушению соединяемых заготовок. Было предположено, и экспериментально подтверждено, что фрагментированием исходных заготовок можно достигнуть значительного снижения массы применяемого ВМ при последовательном соединении фрагментов деталей.
Из уровня техники известен способ получения крупногабаритных биметаллических листов сталь - титан сваркой взрывом (патент РФ №2174458, МПК B23K 20/08, публ. 27.08.2003), согласно которому к основному листу на одном уровне с плакируемой поверхностью по всему периметру приваривают технологические пластины из стали толщины 0,7-1,0 толщины плакирующего листа и шириной, равной его нависанию. Поверхность пластин зачищают до металлического блеска. Приварку производят прерывистым швом с шагом более 100 мм со стороны, противоположной плакированию. Собранный пакет на опоре располагают под углом 3-6° к горизонту. Сварочный зазор заполняют аргоном с нижней стороны пакета. Верхнюю часть опоры выполняют из слоя песка, нагретого до 60-150°C. Известный способ позволяет получить биметалл сталь-титан высокого качества и прочности соединения с гладкой и ровной кромкой, без непроваров, сколов, надрывов.
К недостаткам аналога относятся недостаточно высокое качество сварного шва при больших толщинах плакирующего листа (≥ 30 мм).
В качестве прототипа предлагаемого выбран способ получения плоских биметаллических титаностальных заготовок (патент РФ №2211125, МПК B23K 20/08, публ. 10.10.2001), в котором неподвижную пластину устанавливают на жестком основании. С зазором относительно нее и с нависанием по периметру неподвижной пластины располагают метаемую пластину. Размещают на ней заряд взрывчатого вещества (ВВ) и инициируют его.
К недостаткам прототипа относятся недостаточно высокое качество сварного шва при больших толщинах плакирующего листа (≥ 30 мм).
Задачей авторов изобретения является разработка простого эффективного способа сварки крупнотолщинных листов металов, с получением прочного без пустот сварного соединения при одновременном снижении бризантности применяемых масс ВВ.
Новый технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в обеспечении в процессе сварки крупнотолщинных листов металов качественного прочного сплошного без пустот сварного соединения при одновременном снижении бризантности применяемых масс ВВ.
Указанные задача и новый технический результат обеспечивается тем, что в способе сварки взрывом крупнотолщинных металлических листов, включающем подготовку образцов из разнородных металлов, сборку пакета из металлических образцов и из материала взрывчатого вещества (ВВ), последующее инициирование детонации ВВ и сварку взрывом, согласно изобретению образец из металла меньшей толщины разделяют, по меньшей мере, на два или более фрагментов вдоль площади соприкосновения деталей, затем осуществляют сборку последовательно образца из исходного металла и первого фрагмента металла меньшей толщины, которые сваривают между собой, а затем оставшиеся фрагменты последовательно приваривают по площади соприкосновения к первому фрагменту металла, при этом сборку помещают предварительно в разборную, разрушаемую в процессе взрыва ВВ, матрицу, поверх сборки со стороны сначала первого фрагмента размещают заряд взрывчатого порошкообразного вещества (ВВ) с заданной величиной деформирующего импульса, помещаемого в ограничительный корпус, инициируют заряд ВВ, затем последующих фрагментов, осуществляют сварку взрывом с получением биметаллической цельной детали, при этом, величину импульса деформации каждой порции заряда ВВ расчитывают в зависимости от толщины соответствующего присоединяемого фрагмента, сборку пакета из последовательно соединяемых фрагментов проводят до достижения заданной толщины биметаллической детали, инициируют детонацию очередного заряда ВВ, чередуя присоединение последующего фрагмента металла и слоя ВВ со сваркой взрывом.
Предлагаемый способ поясняется следующим образом.
Первоначально проводят подготовку образцов из разнородных металлов и выбирают соответствующие материалы и операции для разных пар соединяемых металлов. На фиг. 1 изображен собранный пакет из соединяемых фрагментов сборки, где 1 пластина большей толщины. Пластину (2) меньшей толщины разделяют на фрагменты (два или более) вдоль плоскости приваривания и помещают в обойму 4, предназначенную для исключения отрицательного воздействия боковых волн разгрузки. Собранный пакет изображен на фиг. 1. Затем берут навеску ВВ (3) (аммонит), массу ВВ расчитывают в соответствии с толщиной плакирующего слоя.
После чего собирают пакет из выбранных металлических листов. Инициируют скользящую детонацию слоя ВВ и последовательно производят взрывное соединение листов.
Полученные сваркой взрывом детали направляют на контрольные испытания на качество сварного шва.
Неразрушаемый метод контроля (ультразвуковая диагностика методом на основании общих принципов EN583-1).
Разрушаемый метод контроля. Контрольный фрагмент биметаллической детали подвергается испытанию прочности на разрыв (подготавливаются образцы по ГОСТ 1497 и испытываются на установке типа INSTRON).
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет в процессе сварки крупнотолщинных листов металов достигнуть качественного прочного сплошного без пустот сварного соединения при одновременном снижении бризантности применяемых масс ВВ.
Возможность промышленной реализации предлагаемого изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ опробован на опытном образце (макете) для листов из нержавеющей стали и бронзы.
Требуемые толщины биметалла: нержавеющая сталь 60 мм; бронза 30 мм. Габариты заготовки из бронзы 300×90×30 мм.
Предварительно лист меньшей толщины (бронза) разделяют на три фрагмента вдоль плоскости приваривания. Толщина каждого фрагмента составила 9,5 мм.
Последовательность операций:
1- пластина большей толщины из нержавеющей стали; 2 - пластина меньшей толщины из бронзы; 3 - заряд порошковогоВВ; 4 - обойма из стали.
На фиг. 2 - показана последовательность операций при сварке взрывом листа 2 из бронзы с листом 1 из нержавеющей стали.
Крупнотолщинный стальной лист устанавливается на выровненную песчанную подушку. Между метаемой и неподвижной листами посредством стоек - уголков выдерживается технологический зазор (5 мм) (фрагмет метаемого листа помещается в обойму).
Предназначение обоймы - исключить отрицательное воздействие боковых волн разгрузки на процесс сварки взрывом и качество сварного шва. На фиг. 3 представлена схема размещения пластины из бронзы в обойме, где пластина из бронзы 2 в обойме 4.
На поверхности метаемого листа размещается контейнер (коробка) из картона, в которую засыпается порошковое ВВ (аммонит АТ-3; АТ-2), толщина слоя ВВ 75 мм. Иницируется порошковое ВВ по одной линии при помощи доролнительного заряда бризантного ВВ в виде прутка ∅ 3 мм.
После подрыва и соударения (сварки взрывом) поверхность метаемого листа очищается от следов продуктов взрыва (ПВ) и других загрязнений. Над ней через технологический зазор устанавливается обойма с вторым метаемым листом и контейнер с порошковым ВВ. Процесс (взрывное нагружение) повторяется. Повторение может быть выполнено несколько (сколь угодно) раз, пока не будет достигнута требуемая толщина биметаллической детали.
В примере конкретного исполнения было выполнено три подрыва (три сварки взрывом). Макро и микрофотографии заготовки приведены на рисунках 4, 5.
На фиг. 4 приведена фотография контактной границы SS-Br и двух контактных границ Br-Br. На фотографии показан вид макрошлифа контактных границ SS-Br, Br-Br, Br-Br.
На фиг. 5 - приведена фотография микрошлифа контактной границы SS-Br, увеличенох200. Испытания на прочность показали, что разрыв произошел по бронзе. Прочность сварного шва бронза-сталь и сварных швов бронза-бронза выше.
На фиг. 6 приведена фотография образцов после испытания на разрыв.