Способ сварки локальным сдвигом

 

Использование: для изготовления плоских и цилиндрических биметаллических и многослойных заготовок в различных областях машиностроения. Сущность изобретения: к свариваемым заготовкам, которые устанавливают на основании в контакте друг с другом, прикладывают локальную импульсную нагрузку в виде волны сжатия, которая движется в заготовках под разными углами к границе соединения со скоростью, меньшей скорости звука в материалах свариваемых заготовок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сварке давлением, при которой в качестве энергоносителя используется энергия взрывчатого вещества (ВВ). Может быть использовано для изготовления плоских и цилиндрических биметаллических и многослойных заготовок в различных областях машиностроения.

Известен способ сварки металлов взрывом, при котором свариваемые поверхности пластин предварительно подвергают механической обработке. Пластины перед взрывной обработкой устанавливают в контакте и процесс ведут при давлении 40-100 ГПа с направлением ударной волны параллельно свариваемым поверхностям пластин. [1] Известен также способ холодной сварки сдвигом, при котором детали устанавливают друг на друга, делая предварительно на свариваемых поверхностях ряд выступов и впадин, затем прикладывают нормальную и тангенциальную нагрузки, детали пластично деформируют и сдвигают до образования сварного соединения. [2] Недостатком данного способа является то, что невозможно сваривать детали с большой площадью сварки, т.к. величины необходимых нормальных и тангенциальных нагрузок возрастают прямо пропорционально свариваемой площади, при этом сложно получить качественную однородную сварку по всей поверхности.

Результатом изобретения является получение качественной сварки.

Для достижения технического результата по меньшей мере на одной из свариваемых поверхностей выполняют шероховатости. Свариваемые заготовки устанавливают на основании без зазора относительно друг друга и прикладывают к ним нормальную и тангенциальную нагрузку, которые получают, прикладывая по границе соединения локальную нагрузку, в виде волны сжатия, движущуюся в свариваемых заготовках под разными углами к границе соединения со скоростью меньше скорости звука в материалах свариваемых заготовок.

Локальную импульсную нагрузку можно приложить, например, с помощью энергии ВВ.

При этом шероховатости получают высотой микронеровностей 10-500 мкм и со средним шагом профиля по вершинам шероховатостей 80-2500 мкм, соизмеримым с величиной толщины фронта ударной волны сжатия в металлах при давлениях 1-20 ГПа.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображено расположение свариваемых заготовок, основания и заряда ВВ относительно друг друга; на фиг. 2 показано распространение локальной импульсной нагрузки по границе соединения после подрыва заряда ВВ.

Свариваемые заготовки 1 и 2 (фиг.1) устанавливаются на основании 3 относительно друг друга в контакте без зазора, на заготовке 1 размещается заряд ВВ 4, который инициируется детонатором 5. При подрыве заряда ВВ 4, по последнему перпендикулярно контактной поверхности (фиг.2), распространяется фронт детонации а-b со скоростью D и толщиной δ_ф. Возникающая в заготовках 1 и 2 от действия взрыва волна сжатия b-c-d с толщиной фронта δ движется вдоль границы раздела соединяемых поверхностей заготовок. Ударный фронт волны сжатия b-c-d наклонен к поверхности соединения под углом, который зависит от относительных значений скорости детонации D и скорости распространения ударных волн в материалах соединяемых заготовок. На границе соединения ударная волна сжатия частично проходит из материала первой заготовки в материал второй, а частично отражается от границы соединения назад в материал первой заготовки. Ввиду различия физико-механических свойств материалов свариваемых заготовок, а также явления частичного отражения и прохождения ударной волны на границе соединения заготовок в точке c происходит преломление конфигурации фронта волны сжатия. Последний, движущийся по материалу первой заготовки, наклонен к границе соединения под углом b, a фронт волны сжатия, движущийся по материалу второй заготовки, наклонен к границе соединения под углом a.

Данное преломление свидетельствует о том, что на границе соединения свариваемых заготовок в точке c наряду с нормальными напряжениями сжатия, возникают тангенциальные, т. е. идет локальный процесс сжатия контактирующих поверхностей со сдвигом.

Сварное соединение металлов 6 (фиг.2) происходит благодаря локальному сдвигу и сжатию контактирующих поверхностей в узкой области, соизмеримой с толщиной фронта волны сжатия d и движущейся вдоль гриницы соединения со скоростью распространения волны сжатия в свариваемых материалах.

Пример выполнения.

Использовались заготовки размером 250 х 50 х 2 мм с частичной обработкой свариваемых поверхностей до шероховатостей с высотой микронеровностей 40-50 мкм и средним шагом профиля по вершинам шероховатостей 100-150 мкм из меди марки М1 с s_в 200 МПа, алюминиевого сплава марки АД1М с σ_в 100 МПа, титана марки BТI-0 с σ_в 4000 МПа и нержавеющей стали марки XI8HI0T с σ_в=450 MПa. Заготовки устанавливались на предметный стол взрывной камеры KВ-2 относительно друг друга и стола без зазора. В качестве ВВ использовались заряды аммонита 6ЖВ толщиной δ_o= 10 мм со скоростью детонации D 3600 м/с и гексогена δ_o= 10 мм со скоростью детонации D 5200 м/с. Инициирование зарядов производилось электродетонаторами. Из сваренных заготовок вырезались образцы для проведения испытания на срез по зоне соединения и металлографических исследований.

По предлагаемому способу при использовании в качестве ВВ аммонита 6ЖВ образовалось качественное соединение, при использовании гексогена сварного соединения не образовывалось.

Последнее позволяет сделать вывод, что при использовании ВВ со скоростью детонации большей скорости звука в свариваемых материалах возникает волна сжатия, движущаяся со скоростью больше скорости звука, в результате которой процессы локальной деформации и образования соединения не происходят.

Данный способ позволяет получать сварные соединения без расплавов и интерметаллидов.

Формула изобретения

1. Способ сварки локальным сдвигом, при котором по меньшей мере на одной из свариваемых поверхностей выполняют шероховатости, свариваемые заготовки устанавливают на основании без зазора одна относительно другой и прикладывают к ним нормальную и тангенциальную нагрузки, отличающийся тем, что нормальную и тангенциальную нагрузки получают, прикладывая по границе соединения локальную импульсную нагрузку в виде волны сжатия, движущуюся в свариваемых заготовках под разными узлами к границе соединения со скоростью, меньшей скорости звука в материалах свариваемых заготовок.

2. Способ по п.1, отличающийся там, что шероховатости получают с высотой микронеровностей 10 500 мкм и со средним шагом профиля по вершинам шероховатостей 80 2500 мкм, соизмеримым с величиной толщины фронта ударной волны сжатия в металлах при давлениях 1 20 ГПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2