автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка технологии производства сваркой взрывом биметалла сталь+алюминиевый сплав

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 'ШИПЕ!' РОССИЙСКОЙ "ФЕДЕРАЦИИ' ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ" - .

АЛТАЙСКИЙ ГОСУЛАРСТЕЕНКЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ' ИМЕНИ И.И. П0ЛЗУН0ВА

На правах рукописи

Для служебного пользования. N 72 ..

УДК 621.791:621.7.044»2:62-419.4

ЦИЩШН ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ .

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА. СВАРКОЙ'ВЗРЫВОМ'.' БИМЕТАЛЛА СТАЛЬ + АЛЕМШЕЕЬЙ.СГЩБ

'Специальность 05.03.08 '. Технология .и малины.сварочного производства.'

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени: . кандидата" технических наук

Барнаул - 1394 г.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ'РОССИЙСКОЙ"ФЕДЕРАЦИИ: ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ.. ..

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТШЙЧЕСКЖ'ШВШЖЕГ " ИМЕНИ И.И.. П0ЛЗУК0БА

, На правах рукописи •

Для служебного пользования .•:'. Экз. N 72 ...

УДК 621.791: .7.'044>2:62-419.4

ЦИШЛИН'ВЛАДИМИР- ВАСИЛЬЕВИЧ . ..

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА. СВАРКОЙ." ВЗРЫВОМ . БИМЕТАЛЛА/ . СТАЛЬ...+ АЛЮМИНИЕВЫЙ . ОШВ.

'Специальность 05.03.08 '. . 'Тегзология и-машины:.сварочного производства:

а в т о р е $ е/р а Т. .

диссертации ка соискание ученой степени ' кандидата технических каук

Барнаул - 1994 г.

Работа вьиолнена в Институте электросварки имеют Е.О.Патона-"А1г Укракш (гос) и НПО. "Алтайский ■ научно-исследовательский • шютитут технологии машиностроения" (АНЯТИЮ.

Научный руководитель - доктор технических наук,

"профессор ИЭС ?•.Р.Рябов. Научный консультант - кандидат технических наук,

ст.научный сотрудник АО АНИПШ Г.А.Вольферц. ■Офяшшьные ■ оппоненты - доктор технических наук

И.Б.Яковлев (ИГ СО РАН). - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник ШШ "Битруб" Н.Ф.Курмаев. Ведущая организация - АО "Уралхишаш".

Эагдата состоится "_" июня 1894 г. в ___час.

на заседании специализированного совета К 064.23.05 при Алтайском государственном.техническом университете им. И.И.Ползунова' (АлтГШ по адресу:

658099,-Россия, г.Барнаул-89,-пр-т-Ленина,-43.-• С диссертацией ыояно ознакомиться, в библиотеке АлтГТУ. •■Автореферат разослан "_мая 1934 г.

Ваш. отзав об Автореферате в двух экземплярах, заверенный гербовой печать»), прост-, направлять в адрес АлтГТУ на имя ученого секретаря совета.

Учэный секретарь специализь-ровагегого совета, . кандидат технических наук, доцент

Л.Н.Фридман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Современное машиностроение предъявляет высокие требования к применяемым материалам, которые должны сочетать низкий вес с-высокой прочностью, коррозионной стойкостью, выдерживать.циклические и ударные нагрузки, иметь хороауп электрогрозодность и т.п. Таким специфическим требованиям отвечают многослойные металлические материалы на основе сталей и цветных металлов я сплавов. Применение таких материалов позволяет повышать надежность и долгоЕечность большой номенклатуры

• изделий, разрабатывать принципиально новые конструкции узлов машк, а такте экономить дефицитные и дорогостоящие материалы.

Одной из прогрессивных технологий получения многослойных материалов является сварка взрьшом, позволяющая получать листы практически неограниченной площади при большом многообразии сочетаний слоев с минимальными затратами трудовых и энергетических ресурсов.

Некоторые отрасли,' например, производящие бронетехнику, испытывают потребность в биметаллах на основе высокопрочных

• сталей и высокопрочных алюминиевых сплавов, позволяющих при сохранении надлегацего уровня служебных свойств существенно снизить вес изделия, а также исключить поражение эккяага осколками стальной брони. Однако в этом случае известные трудности получения соединений алюминия со сталью, обусловленные существенным различием их физико-механических свойств, усугубляются высокой прочность» и твердостью исходных материалов для получения биметалла. Поэтому разработка промышленной технологии получения таких биметаллов является актуальной задачей.

Анализ опубликованных в отечественной и зарубежной- литературе данных и предварительные исследования принципиальной возыожнносги сварки взрывом высокопрочных материалов выявили значительные трудности получения их качественного соединения, связанные с различием энергетических условий на разных границах цногослойной композиции, неравномерность» сварочных зазоров по площади заготовки и значительными остаточными деформациями, что потребовало экспериментального изучения особенностей сварки взрыаом высокопрочной стали с алюминиевыми сплаваю!.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Создание, на , основе изучения особенностей и закономерностей взаимодействия алюминиевых сплавов со сталями научно обоснованной технологии производства сваркой взрывом крупногабаритных биметаллических листов из алюминиевых сплавов и сталей различной прочности. , ■ -•

КА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- результаты экспериментов и расчетов на ЭВМ по определению области образования качественных соединений алюминиевого сплава с техническим алюминием при сварке' взрывом их в полете;

- результаты изучения влияния режимов сварки взрывом на структуру и свойства стале-елюминиэвых соединений;

- результаты экспериментальных исследований влияния содержания магния е алюминиевом сплаве на структуру и свойства соединений сталь СтЗ + алюмикиево-магниевый сплав в виде крупногабаритных многоелойных заготовок;

- разработанная промышленная технология производства сваркой взрывом биметалла сталь + алюминиевый сплав з виде крупногабаритных многослойных заготовок.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получено1 математическое выражение для расчета на -ЭВМ основных параметров режима сварки взрывом алюминиевых сплавов с техническим алюминием при сварке их в полете, которые позволяют получать соединения с заданной прочностью. Для практических расчетов графически определена область образования равнопрочных соединений этих металлов в координатах Х^-Х^, представляющих комплексные параметры.

Установлено оптимальное соотношение "толщин свариваемых листов (не более шести), которое при сварке взрывом алюминиевого сплава с технических! алземинием в полете обеспечивает получение, соединения с максимальной прочность».

Впервые показано, что оптимальное сочетание прочности и пластичности' имеют стале-алюминиевые соединения с волновой границей раздела, полученные в интервале скоростей точки контакта 2300...2600 м/с.

С новых позиций объяснено отрицательное влияние магния на прочность стале-алюминиевых соединений, полученных • сваркой взрывом; с повышением прочности сплава уменьшается ширина зоны' интенсивной пластической деформации, что приводит к локализации выделившегося тепла вблизи границы раздела и, как следствие, к увеличению количества расплавов и снижений прочности соединения.

Теоретически обоснованы и разработаны новы? технологические прие.'.м, защищенные авторскими свидетельствами, обеспечивающие получение крупногабаритных многослойных заготовок гарантированного качества.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в том, что на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны промышленные технологии производства сваркой взрывом биметаллов сталь + алюминиевый сплав в виде крупногабаритных заготовок, обеспечивающие качественное соединение сталей, различной прочности с техническим алюминием и алюминиевыми сплавами типа АМгб. В условиях Гилевского опытно-эхспериментального завода (ГОЭЗ).изготовлены и поставлены Заказчикам промышленные партии биметаллов.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ теоретических положений и - еыводов подтверждены экспериментально, с привлечение современных, методов регистрации быстропротекаащих процессов, а такта сопоставлением их с экспериментальны!,® данными других авторов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы, докладывались на седьмом Всесоюзном совещании по сварке и резке взрывом (Киев, 1987г.), седьмом Международном симпозиуме• "Использование энергии взрыва для производства металлических материалов с новыми свойствами" (Пардубице, Чехия, 1838г.), . десятой Всесоюзной конференции по сварке разнородных, композици-.. онных и многослойных материалов (Киев, 1989г.), восьмой Всесоюзной конференции "Сварка, резка и обработка материалов взрызом" (Минск, 1990г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано четыре работы и получено в соавторстве пять авторских свидетельств на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из Еведения, четырех глав и общих выводов, содержит 139 страниц машинописного текста, в их числе 31 рисунок, 16 таблиц я 121 пакеиование литературных источников, а такзе - приложения на 14 страницах, в том члсле акты внедрен:;:!.

основное содернание работн

Во введении кратко изложено современное состояние проблемы, обоснована актуальность теш исследований, поставлена цель рабо-_ ты, сформулированы основные положения, вьшосимые на зациту.

В первой главе на основании анализа опубликованных отечественных и зарубежных литературных данных установлено, что для произзодстЕа биметалла сталь + алюминиевый сплав в виде крупногабаритных биметаллических листов, в том числе на основе высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов, наиболее перспективным представляется способ сварки взрывом. Однако проблема создания промышленной технологии получения такого биметалла до настоящего времени ке решена. Недостаточно изучена область образования равнопрочных алюминиевых сплавов с техническим алюминием при сварке их в полете. Противоречивы сведения по влиянию режимов сварки взрывом на качество стале-алюмикиевых соединений. Не выявлены причины снижения прочности соединения сталь + алюминиевый сплав при сварке взрывом с увеличением в сплаве содержания магния. Кроме того, требуется практическое решение таких технологических вопросов, как сборка многослойного пакета, конструирование опоры, обеспечивающей минимальные деформации, и других' технологических особенностей, кбторые существенно влияют на качество биметалла.

В связи с изложенным, в работе поставлены следующие задачи:

1. Теоретическое и экспериментальное определение области образования равнопрочных соединений алюминиевых сплавов с техническим алюминием при сваргсе взрывом их в полете. '

2. Изучение влияния основных параметров режима сварки взрывом на структуру, и свойства стале-алюыиниевых соединений.

3. Исслэдование влияния содержания магния в алюминиевом сплаве на механические свойства и структуру соединений сталь СтЗ + + алюминиево-магниевый сплав, полученных сваркой взрывом.

4. Разработка промышленной технологии производства сваркой взрывом биметалла сталь + алюминиевый сплав в виде крупногабаритных многослойных заготовок.

Во второй главе приведены данные о составе и свойствах материалов, оборудований и приборах, использованных в работе. Описаны методики проведения экспериментальных исследований и обработки полученных результатов.

Объектами исследований являются технология сварки взрывом и сварные соединения высокопрочной стали ЗЗХНЗЖА с алюминиевыми сплавами марок 1915 , 01553, АМгб толщиной 10 +■ 10 и 40 ь 30 размером 3000x1000 мм и 2000x1000 мм соответственно; с:аль СтЗ + алюминиевый сплав АМгб.толщиной 10 + 8 и 4 + 12 мм, размером 400x1000 мм к 800x2000 мм соответственно, полученные сваркой взрывом при различных режимах и схемах инициирования.

Для оценки сплошности соединения применяли ультразвуковые дефектоскопы ДУК-66-ПМ и УДО-1М. Механические испытания соединения на отрыв наполняли на универсальной разрывной машине МУА-50. Механические испытания соединения на ударную вязкость производили на маятниковом копре Ш-30 по ГОСТ 10708-82. Для металлографических исследований использовали оптические микроскопы МИМ-8М, ММП-4 и "КеорЬо1-21", а также электронный растровый сканирующий микроскоп КЗ-ЗОО. Фазовый состав металла околошовной зоны исследовали с помощь» универсального дкфрактометра общего назначения ДР0Н-1УМ. Математические расчеты при выполнении исследований проводили на ПЭВМ "Искра-228" и "Правец-16" с использованием прилагаемого программного обеспечения и составленных оригинальных программ на языке программирования БЕЙСИК.

Влияние параметров сварки взрывом на свойства соединений алюминиевого сплава с алюминием АД1 изучали с применением методов математического планирования и обработки результатов экспериментов.

Исходя из предположения, что прочность соединения () зависит как от регима нагруаекия, так и от физико-механических свойств металлов, ее можно представить в виде следующей функциональной зависимости:

<Гв «

(1)

где D - скорость детонации взрывчатого вещества (ВВ); Неб - высота заряда ВВ;

pi и !)( - плотность и толщина метаемой пластины; 0ги - плотность и толщина основной пластины; (тд'5-g^''- динамическая диаграмма деформирования материала метаемой пластины; <Si- динамическая диаграмма деформирования материала основной пластины; h - высота сварочного зазора.

Используя теорию размерностей и ряд преобразований, выражение (1) можно представить в следующем виде:

в Вг m Вг h

Се=- ГС-, —) , ( 2 )

fc НввИВ Квв

где m - усредненная масса свариваемых пластин; НЗ - твердость' по Бриннелв.

В третьей главе изложены результаты математической обработ- . ки экспериментальных данных, получено выражение для расчета на ЭВМ параметров режима сварки взрывом в полете алюминиевых спла- -вов с техническим алюминием, изучены особенности их сварки. Кроме того, представлены результаты исследований влияния режимов сварки и содеркания магния в алюминиевом сплаве на структуру и свойства стале-алюмдниовых соединений.

При сварке взрывом стали с алюминиевым сплэеон, содержащим более 2.1 % магния, используют промежуточную прослойку технического алюминия. При этом наиболее технологичной представляется-одновременная сварка трех слоев, когда соединение алюминиевого сплава с прослойкой осуществляется в полете.

Для изучения области образования равнопрочных соединений' алюминиевых сплавов с техническим алюминием выполнили сери» экспериментальных исследований, результаты которых обрабатывали по изложенной выше методике.

С помощью зависимости (2) и ряда преобразований получено эмпирическое выражение:

1 ь ^

позволяющее перейти от экспериментальных методов оценки параметров режима, сварки взрывом алюминиевых сплавов с техническим алюминием к методам их расчета при помоци ЭВМ. Сравнение экспериментальных значений с результатами расчэтов по формуле дают удовлетворительную сходимость; относительная погрешность не превышает 19 %. 'Для практических , расчетов графически определена область образования равнопрочных соединений этих металлоз б координатах Х1 — Х^, представляющих комплексные 'параметры (см. рис.1):

Ь

' Нвв

При производстве биметалла высокопрочная сталь + алюминиевый сплав необходимо, с одной стороны, для повышения служебных свойств изделия уменьшить до минимума толщину мягкой прослойки, а, с другой стороны, для улучшения условий сварки взрывом в полете, увеличить ее. Поэтому определенный практический интерес представляет уточнение минимального значения толщины прослойки, обеспечивающей получение равнопрочного соедининия, В этой связи изучили влияние толщины прослойки на прочность соединения сплава АМгб с алюминием АД1 вблизи критического значения энергии пластической деформации.

Выполнили три серии экспериментов, используя в качестве метаемой пластины алюминиевый сплав АМгб толщиной. 12 , 20 , 30 мм и размером 300x400 мм. Внутри каждой серии изменяли толщину прослойки АД1 при постоянстве технологических параметров сварки взрывом. Во всех опытах основанием служила стальная пластина толщиной 2.0 мм и размером 200x260 мм, установленная на стальной подкладке толщиной 16 мм, а величину сэарочного зазора принимали равной толщине мотаемой пластины.

- „а

т V

Х5 = --( 4 )

НввНВ .

Проведенные исследования показывают, что с увеличением толщины алюминиевой прослойки прочность соединения АМгб + АД1 повышается, достигая максимальных значений при отношении толщин метаемой и промежуточной пластины, равном шести (рис,2). При этом уыеньпаются размеры начального- непривара.

Металлографическими исследованиями соединений установлено,-что во всех экспериментах начальные области заготовок имеют сплошную темную прослойку, по-видимому, оксидов алюминия и магния. С ростом толщины алюминиевой прослойки увеличиваются параметры волн на начальных участках с одновременным уменьшением толщины и протяженности темных участков к повышением прочности-соединения.

Вместе с тем следует отметить, что с увеличением толщины метаемой пластины сплава АМгб от 12 до 80 мм критическое • значение расчетной, величины энергии пластической деформации.. (.^¿хр), обеспечивающее прочное соединение, растет от 0.57 до 1.25 МДк/м2. Этот факт свидетельствует о неоднозначности определения резг.ма сварки только по энергии пластической деформации. .

Результаты экспериментальных исследований имеют практическое значение, так как позволяют определить оптимальную толщину прослойки, обеспечивающую получение равнопрочного соединения. .

Известно, .что при сварке взрывом стали с техническим алюминием на границе раздела образуются интерметаллиды, которые сникают прочность и пластичность соединения.' Опубликованные данные по влиянию. режима сварки на эти-показателя противоречивы," В связи с этим провели исследования влияния режимов сварки взры--вом на структуру и, свойства соединения СтЗ + АД1. Исследования выполняли на образцах размером 12x100x250 мм, а толщина метаемой пластины составляла 4.0 и 7.0 мм. Исследования показали, что наиболее прочные и пластичные соединения стали с алюминием образуются в интервале скоростей точки контакта Чк = 2300...2600 м/с (рис.З). При меньших скоростях точки контакта на прямолинейной границе раздела располагается сплошная прослойка повышенной твердости, значительно снижающая пластичность соединения. В оптимальном диапазоне, скоростей на границе, раздела появляются периодические волны с вихревыми зонами, в которых, в основном, локализуются интерметаллиды. При увеличении скорости точки контакта более 2600 м/с в вихревых зонах образуются раковины усадочного происхождения, местами выходящие на границу соединения и снижающие его прочность и пластичность.

На основании экспериментальных исследован/!; установлено, что оптимальное сочетание прочности и пластичности имеют стале-алюминиевые соединения с волновой границей раздела, получэнные в интервале скорости точки контакта 2300...2600 м/с, что связано с дроблением расплавов в результате пластического течения приграничных слоев и их локализацией в вихревых зонах и на гребнях волн.

Известно, что при плакировании стали алюминиевым сплавом, содержащим более 2.1 % магния, получить равнопрочное соединение не удается. Для изучения влияния содержания магния в алюминиевом сплаве на механические свойства и структуру соединения СтЗ + алюминиево-магнкевый сплав выполнили две серпи экспериментов по сварке взрывом стали СтЗ толщиной 10 мм и размером 100x230 мм с двойными алшиниево-магниевыми сплавами толщиной 5 мм на мягком режиме (Ук = 1955 м/с; = 5 мм; = 1.0 МДяс/мг) и на форсированном режиме (Ук = 2550 м/с; Ъ = 10 мм; Щ = 3.88 МДх/м2). Сплавы получали выплавкой из чушкового алюминия марки А99 с последующей гомогенизацией слитков толщиной 90 мм при температуре 460 С и времени выдержки 24 часа, горячей и холодной прокаткой. После сварки часть образцов подвергали рекристаллиза-ционкому отжигу с. целью разупрочнения алюминиевых сплавов при температуре 350 С, времени выдераки 30 минут и охлаждении на воздухе.

Анализ результатов исследований (рис.4) показал, что ни в одном из экспериментов равнопрочного соединения получить не удалось. При механических испытаниях все образцы разругаются по границе, а наибольшую прочность имеют образцы, своренные на мягком режиме при минимальном содержании магния в алюминиевом сплаве. С увеличением содержания магния прочность соединения существенно снижается, и при его содержания 5 % практически равна нулю. Рекристаллизационный отжиг приводит к некоторому снижению прочности соединения пластин, сваренных на мягком режиме, а с увеличением содержания магния влияние отжига на прочность все менее заметно.

Максимальная прочность соединения пластин, сваренных на форсированном режиме, значительно ниже максимальной прочности пластин, сваренных..на мягком режиме, а содержание магния в алюминиевом сплаве до 4 % не оказывет влияния на прочность соединения. Отжиг позволяет в 1.5 раза повысить прочно .'-ть таких соединений.

Металлографическими исследованиями на границе между свариваемыми металлами во всех экспериментах выявлена интерметаллид-ная прослойка переменной толщины. В соединениях, полученных на мягком режиме, с увеличением содержания магния средняя толщина прослойки увеличивается от 8 до SO мкм, а микротвердость изменяется незначительно. Измерение микротвердости в приграничной области показало, что с увеличением содержания магния 'ширина зоны иитенсизной пластической деформации уменьшается от 1.9 до 0.85 мм.

После термической обработки почти вдвое возрастает средняя толщина прослойки и в 1.5 раза увеличивается ее микротвердость.. Соединения, полученные на форсированном режиме, имеют сплошную прослойку интерметаллидов толщиной ,30.. .150 мкм с микротвердостью в 1.5...2 раза большей, чем в предыдущей серии исследований. После отжига характер распределения прослойки не изменяется, но несколько возрастают ее средняя толщина и твердость.

Фрактографическими исследованиями установлено, что с увеличением содержания магния в алюминиевом сплаве доля вязкого излома уменьшается, при этом на поверхности изломов наблюдается увеличение скоплений более крупных глобулей интерметаллидов.

Ректгеноспектральным анализом в прослойках всех образцов обнаружены интерметаллидаые фазы , FeAlj и Fea Als. При изучении распределения магния и железа в поперечном сечении зоны соединения выявлено повышение содержания магния в прослойке при практически постоянном содержании железа, что, по-видимому, и приводит к снижению доли вязкой составляющей в изломе при повышении содержания магния в сплаве.

Таким образом, на.основании проведенных исследований можно сделать вывод, что с повышением прочности алюминиевого сплава уменьшается ширина зоны интенсивной пластической деформации, что приводит к локализации выделившегося тепла вблизи границы раздела и, как следствие, к увеличению количества расплавов и снижению прочности соединения.

• В четвертой главе изучены особенности деформации изделий, разработаны: методика расчета основных параметров режима сварки взрывом; новые технологические приемы, обеспечивающие повышение качества плакирования и промышленная технология сварки крупногабаритных многослойных заготовок.

Для практического осуществления процесса сварки взрывом необходимо определить начальные параметры: величину сварочного зазора, высоту заряда ВВ и его состав.

Для расчета параметров режима сварки взрывом при одновременной сварке трехслойной композиции разработали методику. При этом исходили из необходимости обеспечения равнопрочного соединения на обеих границах. Методика предусматривает:

1. Определение массы (толщины) прослойки по зависимости:

2. Выбор состава прослойки.

3. Расчет режима сварки взрывом для верхней границы композиции,, для чего сначала задаются 2-3 значения скорости детонации в интервале 2000...3000 м/с и по известным таблицам и экспериментальным графикам определяется состав и высота заряда ВВ, обеспечивающие заданные скорости детонации. Зэтем вычисляют значения комплексных параметров Х{ - при величине сварочного зазора, равном толщине метаемой пластины, которые наносят на график (рис.1). Если точка с координатами (Х< ,Ха> попадает в заштрихованную область, то рассчитанный режим обеспечивает получение равнопрочного соединения.

4. По рассчитанному режиму определяется энергия пластической деформации на нижней границе композиции И^1 (по известной формуле). При этом значение ^должно превышать критическое значение энергии пластической деформации .

По разработанной методике рассчитали режимы сварки для соединений высокопрочная сталь + алюминиевый сплав через прослойку холоднокатанного биметалла 12Х18Н10Т + АД1 и сталь СтЗ + + алюминиевый сплав через прослойку технического алюминия. Экспериментальная, проверка рассчитанных режимов дала удовлетворительные результаты. Полученные соединения на обеих границах имели волновой характер, а разрушение при испытаниях на отрыв слоев происходило по техническому алюминию.

Одним из существенных недостатков способа плакирования

взрывом является деформация плакированного изделия. Особенно

остро эта проблема проявляется при сварке листов толщиной до

40,мм. Биметаллические листы после сварки имеют значительные

о

деформации и требуют последующей правки. Однако при сварке высокопрочных материалов она становится технологически сложной операцией. В этой связи представляется целесообразным проведение исследования влияния схем инициирования заряда ВВ и свойств опоры на остаточные деформации листов,, плакированных взрывом.

Экспериментальная проверка на заготовках размером 850x500x15 мм различных способов инициирования заряда ВВ показала, что наилучшие результаты по. деформации получаются при использовании плоского нормального фронта детонации. Однако, при этом величина деформации превышает допускаемые значения, что связано, по-видимому, с влиянием опоры.

При изучении влияния опоры использовали стальные подкладки различной толщины, мягкие насыпные опоры и легкоразрушаемые опоры. Эксперименты проводили на образцах стали з8хнзмфа размером £600x560x15 мм и биметалла АД1 + 12Х18Н10Т толщиной 2.0 мм.

Выполненные эксперименты показали, что в зависимости от тига опоры плакированные заготовки после сварки взрывом имеют различный прогиб. В случае мягкой, сыпучей опоры (в том числе и на металлической дроби), а также после сварки в воздухе плакированные заготовки имеют отрицательный прогиб (выпуклостью в сторону плакирующего листа). При использовании жесткой массивной опоры имеет место положительный прогиб. Поэтому естественно предпотожить, что существует какая-то промежуточная опора, при плакировании на которой деформации заготовок будут минимальными. Экспериментально установлено, что с уменьшением-толщины подкладного листа примерно до полозины толщины плакируемого листа остаточные деформации плакированной заготовки снижаются до минимума, и при использовании толстого плакирующего листа составляет неболее 3...5 мм на погонный метр, что удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к биметаллическим заготовкам.

При разработке промышленной технологии сварки взрывом' крупногабаритных многослойных заготовок особое внимание уделяли сборке пакета, что связано с необходимостью уменьшить до' минимума количество операций, выполняемых на полигоне, а также обеспечения заданного сварочного зазора при транспортировке." Кроме того, необходимо учесть недостаточную планшетность исходных материалов и низкую жесткость тонкого промежуточного слоя.

Для обеспечения этих условий разработали конструкции трехслойных пакетов, в которых использованы специальные проволочные дистанционные опоры, расположенные по всей площади заготовки и

гакреп.тешше- в отверстиях, предварительно выполненных в промежуточном листе.

Сборка трехслойного пакета по этим схемам позволяет точно выставить сварочные зазоры и полностью предотвратить смещение ^станционных опор при транспортировке собранного пакета на полигон.

Освоение разработанной технологии сварки взрывом крупногабаритных биметаллических заготовок сталь + алюминиевый сплав •осуществляли в условиях Гилевского опытно-экспериментального завода (ГОЭЗ), входящего в состаз научно-производственного объединения АНИТИМ. Изготовлены промышленные партии биметаллов сталь + алюминиевый сплав и поставлены:

- высокопрочная сталь типа 38ХН31ЙА + алюминиевый сплав типа АМгб толщиной 10 + 10 и 40 + 30 юл и размером 3000x1000 и 2000x1000 мм соотвественно, в НИИСтали (г.Москва), НИИТранс-маа (г.С.-Петербург) и на Челябинский тракторный завод для использования в качестве бронезащиты;

- сталь СтЗ + технический алюминий толщиной 40 + 10 я 58 + 10 мм и размером 2000x1000 мм на Востокмаигавод (г.Усть-Каменогорск) для использования в качестве переходных элементов;

- сталь СтЗ + алюминиевый сплав АМгб толщиной 10 + 8 мм и размером 1000x300 мм на Невельский судоремонтный завод для использования в качестве переходных элементов.

Экономический эффект от внедрения биметалла сталь + алюминиевый сплав составил 1200 тыс.руб. (в ценах 1990 г.).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ

1. На основании математической обработки экспериментальных данных получено выражение для расчета на ЭБ!1 основных параметров режима сварки взрывом алюминиевых сплавов с техническим алюминием при сварке их- в полете, который позволяет получить соединен!« с заданной прочностью. Для практических расчетов графически определена область образования равнопрочных соединений этих металлов в координатах X, - Х^, представляющих собой комплексные параметры:

. Ь яй1

X, = —- ; Хг --

Нвв НввНВ

2. Прочность соединения алюминиевого сплава с техническим алюминием при сварке взрывом их в полете определяется структурой переходной зоны, состав которой зависит от отношения толщин метаемой и промеЕуточной пластин. Экспериментально установлено, что максимальная прочность соединения достигается при отношении толщин не более б.

3. Оптимальное сочетание прочности и пластичности имеют соединения сталь СтЗ 4- АД1 с волновой границей раздела, полученные в интерзале скорости точки контакта 2300...2600 м/с, что связано с дроблением расплавов в результате пластического течения приграничных слоев и их локализацией в вихревых зонах и на гребнях волн.

4. С .увеличением содержания магния в алюминиевом сплаве от 1 до 5 % прочность соединения сталь СтЗ + алюминиево-магниевый сплав падает до нуля с одновременным ростом толщины и протяженности литых включении на границе соединения, содержащих интер-металлиды ?еА1д и ГегА15. При повышении прочности сплэей уменьшается ширина зоны интенсивной пластической деформации, что приводит к локализаций выделения тепла вблизи границы раздела и, как следствие, к увеличению количества расплавов.

5. Для получения биметаллических заготовок с плоскостностью, удовлетворяющей техническим требованиям (не более 5 мм на погонный м&тр) разработаны: комбинированная опора, состоящая из слоя песка высотой «400 т на уплотненном грунте и расположенной на ее поверхности мйтгллическои подкладки толщиной, равной 0.4...0.6 толщины основного слоя, и схема инициирования заряда ВЗ, предусматривающая создание плоского нормального фронта детонации по длинной стороне заготовки,'

6. Разработана технология производства сваркой взрывом крупногабаритных биметаллических заготовок, включающая сборку их в цеховых условиях с использованием проволочных дистанционных опор и, в качестве прослойки, холоднояатанного биметалла 12Х18Н10Т + АД1, что позволяет до минимума сократить время пребывания заготовки на полигоне и обеспечить ее качество при минимальных деформациях. Технология защищена пятью авторскими свидетельствами и апробирована при выпуске крупнотоннажных партий биметаллов с экономическим эффектом 1200 тыс.рублей (в ценах 1990 года).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Исследование остаточных деформаций крупногабаритных листов при сварке взрывом /Вольферц Г\А., Цицилин В.В., Конон B.D. и др.//Сварка, резка и обработка сварных соединений взрывом. Сб.науч.тр. - Киев, 1987. - С.33-37.

2. Особенности сварки взрывом крупногабаритных биметаллических листов с тонкими промеяуточныш слоями / Цицилин В.В., Вольферц Г.А., Белкин D.H. я др. //Применение энергии взрыва в сварочной технике. Сб.науч.тр. - Киев, 1989. - С.73-78.

3. Цицилин В.В., Вольферц Г.А. Изучение нияней границы области сварки взрывом сплавов АМг8 к АД1 //VIII Всесоюзная конференция "Сварка, резка и обработка материалов взрывом": Тез. докл. -. Киев, 1390. - С.51.

4. Цицилин В.В., Конон B.D., Дергилев В.З. Опыт производства • толстолистового биметалла сталь + алюминий // X Всесоюзная

конференция по сварке разнородных композиционных и многослойных материалов. - Киев, 1989. - С.67-69.

5. A.c. 1564S72 СССР, МКИ5 В23К 20/08. Способ плакирования металлических листов / Г.А. Вольферц, B.D. Конон, А.Г. Ломаев, В.В. Цицилин (СССР). - Зо.: ил.

6. A.c. 1594814 СССР, ffiffl3 B2SK 20/08. Способ взрывной обработки металлических оаготовок /Вольферц Г.А., Конон B.D., Цицилин В.В', и др. (СССР). - Зо.: ил.

7. A.c. 1598348 СССР, МОГ В23К 20/08. Споооб сварки плакированных листов /Первухин Л.Б., Вольферц Г.А., Конон B.D., Цицилин В.В. и др. (СССР). - 4с.: ил.

8. A.c. 1700884 СССР, МКИ3 В23К 20/08. Способ сварки взрлвсм. /Цицилин В.В., Вольфарц Г.А., Митротсин В.В. и др. (СССР). -4с.: ил.

9. A.c. 1781941 СССР, ШШ3 Б23К 20/08. Способ сварки взрывом. /Цзщшш В.В.,. Вольфзрц Г.А., !.!итрссэтт В.В. а др. (СССР)..-4о.: ил.

Область образования равнопрочных соединений в комплексных параметрах Х( -

в о

а»

07 »

«

в<

1—р

1 Щ 1 1

1 И 1 И У ' 1 1

ч/ Ш Е§ ( , |

1 Ш ^ 1 Л 1

1 Л

№ N

а<3 020 023 039 № х<

О'в = 80 МПа Рис. 1.

Зависимость прочности соединения АМгб + АД1 от отношения толщин свариваемых листов

Толщина сплава АМгб ( ), мм: О- 12 мы; д- 20 мм, О- 30 ш

Рис. 2.

Влияние скорости точки контакта и толщины метаемой пластины, на прочность к ударную вязкость соединения СтЗ + АД!

о - прочность соединения на отрыв слоев

0 - ударная вязкость

1 - толщина метаемой пластины 4 мм

2 - толщина метаемой пластины 7 мм

Рис. 3.

Влияние содержания магния на прочность алюминиево-магниевого сплава и соединения Ст 3 + алюминиево-_ _магниевый сплав_

Шо КО

isa

ffO

m

.Я

■t ! SAS'

- x - алюминиево-магниевый сплав о - мягкий режим, без термообработки в - то же после термообработки а - форсированный режим без термообработки : а - то же после термообработки

рис. 4. йхаэ ftrp« !00 акз.,

АО Д'Вгг.а йртаул-З; р