SE456805B - Saett att explosionssvetsa legerad aluminium - Google Patents

Description

456 805 Även om ett kompoundmaterial innefattande ett material av legerad aluminium skulle sammanhänga efter explosionssvetsningen är den hittillsvarande erfarenheten att fogen är alltför spröd för att materialet skall kunna användas praktiskt.

Vid explosionssvetsning eftersträvas en turbulent strömning hos de kollider- ande ytskikten, vilket ger en_fog med vågkaraktär. Detta kan normalt åstad- kommas genom anpassning av förhållandet mellan kollisionsfrontens hastighet och pläteringsmaterialets anslagshastighet.

Vågigheten ger en uppbrytning av eventuella spröda legeringsskikt och möjlig- gör därför en atomär bindning direkt mellan pläterings- och basmaterial över övervägande del av den totala fogytan. Vid användandet av konventionell expl0Sí0nSSvetSníngSteknïk har det dock visat sig omöjligt att åstadkomma en normal och jämn vågbildning vid kombinationen magnesiumlegerad aluminium och höghållfasta material såsom stål.

Föreliggande uppfinning anger emellertid ett sätt att explosionssvetsa legerat aluminium till hållfasta material.

Till grund för föreliggande uppfinning ligger insikten att när ett ingående materials kokpunkt överskrides förhindras utbildandet av en fog med hög kvalitet. Uppfinnaren har genom studier av olika materials egenskaper och benägenhet att kunna explosionssvetsas till varandra kunnat konstatera att metaller med låg kokpunkt, såsom magnesium vars kokpunkt är l097°C och zink vars kokpunkt är 907°C,ger en mycket dålig fog då de explosionssvetsas till ett material med hög flytgräns.

Det har bedömts sannolikt att de förhållanden som uppstår då kokpunkten för ett ingående ämne överskrides, nämligen stora volyms- och tryckför- ändringar orsakade av uppträdande fasomvandlingar, förmår störa eller helt förhindra utbildandet av den turbulens som ger den för explosionssvets- tekniken karakteristiska vågbildningen i fogen mellan de arbetsstycken som sammanfogas.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett sätt att explosions- svetsa magnesiumlegerat aluminium med höghållfasta material och utmårkes av att det magnesiumlegerade aluminiummaterialet utgör basmaterial och att 456 805 detta pläberas med en tunn pläteringsplåt av nämnda höghållfasta material, av att en sprängladdning bringas accelerera en drïvplatta utförd av ett a material med hög täthet, företrädesvis stål, vilken 1 sin tur är anordnad att accelerera pläteringsmaterialet mot basmaterialet, där det mellan pläteringsmaterialet och basmaterialet alstrade tryckets amplltud bringas antaga ett så lågt värde att temperaturen i hela eller ihuvudsak hela fog- ytan understiger kokpunkten för aluminiummaterialets legerlngsämnen sam- tidigt som nämnda trycks amplitud resp. varaktighet bringas vara så hög resp. lång att en tillräcklig impuls för att bringa materialen att explo- síonssvetsas till varandra åstadkommes, samt av att det höghållfasta pläterïngsmaterialet vid sin fria yta bringas att i ett senare steg explo- sionssvetsas till ett basmaterial av stål eller annan höghållfast metall.

Vid all explosionssvetsning bríngas ett första arbetsstycke, pläterings- materialet, att medelst en sprängladdning slungas mot ett andra arbets- stycke, basmaterlalet.

För att bringa arbetsstyckenamot varandra vettande ytor att flyta er- fordras en viss minsta energiimpuls. Impulsen bestämmes av ytan hos den s.k. tryck-tidkarakterístika, som representerar den från kollisionsplanet utgående chockvågen. Samma impuls kan erhållas med högt tryck under kort tid eller med lägre tryck under längre tid. Vid så snabba förlopp, som explosionssvetsningsförloppet, bestämmes den momentana temperaturhöjningen i huvudsak av amplítuden d.v.s maximitrycket mellan arbetsstyckena. Genom att sänka amplituden och öka tryckets varaktighet kan således temperaturen sänkas. Värme uppstår även genom den kraftiga och snabba deformation pläteringsmateríalet undergår vid explosionssvetsningsförloppet, vilket är särskilt märkbart vid explosionssvetsning av alumïniummaterial.

Genom att välja ett tunt pläteringsmaterial med en relativt sett låg värmeledningsförmåga kan tillskottet av deformationsvärme till fogen minskas.

På grund av att nämnda legerade aluminium innehåller magnesium utgör detta enl. uppfinningen basmateríalet, eftersom basmaterialet deformeras i mindre grad än pläteringsmaterialet och därför erhåller en lägre temperatur än vad som skulle varit fallet om det istället utgjort pläteringsmaterialet. 456 sus y I Enligt föreliggande uppfinning svetsas därför ett tunt pläteringsmaterial av ett höghållfast material och med relativt låg värmeledningsförmåga till ett arbetsstycke av legerad aluminium under det att amplituden av trycket mellan arbetsstyckena bringas antaga ett så lågt värde att tempera- turen i hela eller ihuvudsak hela fogytan understiger kokpunkten för leger- ingsämnena samtidigt som nämnda trycks amplitud resp. varaktighet bringas vara så hög resp. lång att en tillräcklig impuls för att bringa materialen att explosionssvetsas till varandra åstadkommas. Därefter, i ett senare steg bringas det höghållfasta pläteringsmaterialet vid sin fria yta att explosionssvetsas till ett basmaterial av stål eller annan höghâllfast metall.

Härigenom kan således ett kompoundmaterial av legerat aluminium och exempel- vis stål framställas med undvikande av ett mellanskikt av rent aluminium.

Den totala impulsen bestäms av sprängladdningens energi. För att begränsa amplituden hos trycket i kollisionsytan och för att förlänga varaktigheten i syfte att erhålla en god explosionssvetsningsfog utnyttjas en drivplatta som är relativt tung.

Givetvis måste den totala impulsen liksom drivplattans tjocklek och därmed tyngd anpassas till pläteringsmaterialets dimensioner och material. En sådan anpassning, för att uppnå en god explosionssvetsningsfog samtidigt som temperaturen i fogytan begränsas såsom ovan angivits bereder inte fack- mannen några problem.

Enligt en föredragen utföringsform är pläteringsplâtens tjocklek mellan omkring 0.1 och 10 mm, företrädesvis mellan 1.0 och 3 mm.

Enligt en föredragen utföringsform är den höghållfasta pläteringsplâten framställd av titan eller en titanlegering.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform utgöres pläteringsmaterialet som skall svetsas till det legerade aluminiummaterialet av någon av metallerna nickel, krom eller zirkonium eller deras legeringar.

Erfarenheten visar vidare att material med en varandra motsvarande kristall- struktur är lättare att explosionssvetsa till varandra än material med helt olika kristallstruktur.

Nedan exemplifieras uppfinningen med utföringsexempel visade på bifogade ritningar, där im w lf* 456 805 - figur l visar en uppställning för att explosionssvetsa ett pläterings- material till en platta av legerat aluminium - figur 2 visar en uppställning för att explosionssvetsa en titanlaluminium- platta till en stålplatta ~ figur 3 schematiskt visar ett tvärsnitt genom ett kompoundmaterial fram- ställt enl. uppfinningen - figur Å visar en alternativ uppställning. l figur l visas en uppställning där siffran 1 betecknar en sprängladdning, siffran 2 en drivplatta som lämpligen är en stålplatta, siffran 3 en tunn titanplåt och siffran 4 ett basmaterial bestående av magnesiumlegerad aluminium. Siffran 5 betecknar accelerationsavståndet mellan pläterings- materialet 3 och basmaterialet H.

Sprängladdningen kan utgöras av vilket som helst lämpligt sprängämne såsom PETN, HMX etc. I förekommande fall kan såsom brukligt inom explosionssvetstekniken en fördämning av exempelvis koksalt anbringas ovanpå sprängladdníngen.

Sprängladdningen 1 ger den minsta erforderliga impulsmängden. Drivplattan av tungt material förlänger impulsens varaktighet. Pläteringsmaterialet titan har dålig värmeledningsförmåga, samt väljes tunt för att minska temperaturtillskottet på grund av deformationsarbete under förloppet. Genom att den magnesiumlegerade plattan utgör basmaterial undergår denna avsevärt mindre deformation och ger därför mycket litet värmetillskott.

Detta förfarande har också visat sig ge en vågig fog med utmärkta egen- skaper.

För att fullfölja den slutliga sammanbindningen med stål eller varje annat material, som kan sammanbindas med titan användes den framställda kompounden titan - magneslumlegerat aluminium som pläteringsmaterial i den uppställning som framgår av figur 2, där siffran l betecknar erforderlig sprängladdning, siffrorna 3 och Å betecknar titan-magnesiumlegerad aluminiumkompound, siffran 6 betecknar ett basmaterial, företrädesvis stål, och där siffran 7 är accelerationsavståndet.

I figur 3 illustreras den färdiga produkten där siffran 5 betecknar, liksom i figurerna l och 2, magnesiumlegerad aluminium, där siffran 3 betecknar titan och där siffran 6 betecknar stål.

De vâgiga fogarna 8,9 illustreras i figur 3. (u. i456 sus w En alternativ uppställning visas i figur Å, i vilken samma beteckningar använts som i figur l. Skillnaden mellan uppstäilningen i figur 1 och in figur 4 är att i figur 4 föreligger ett accelerationsavstånd 10 mellan drivplattan2- och titanplâten 3. Detta medför att vid detonationen av sprängladdningen l svetsas drivplattan 2 till titanplåten 3 samtidigt som titanplåten 3 svetsas till basmaterialet 4 av magnesiumlegerat aluminium.

Enligt denna utföringsform utgör drivplattan således en del i den färdiga produkten, varför denna motsvarar basmaterialet 6 som företrädesvis är stål.

HNedan anges ett praktiskt utfört exempel: I enlighet med fig. l utlades en 10 mm tjock magnesiumlegerad aluminium- plåt (SiS ÄIÄO) med måtten 1000 x 2000 mm på en sandbädd. På ett avstånd av l2 mm ovanför och parallellt med aluminiumplåten anbringades en titan- plåt ovanpå vilken en 5 mm tjock järnplât vilade. Järnplåten (motsvarande 2 i fig. l) täcktes av ett 20 mm tjockt lager av sprängämne. Sprängämnet utgjordes av en blandning av ammoniumnitrat, dieseiolja och koksalt avpassat och utprovat att detonera med en hastighet av ZHOO m/5. Sprängämnesskiktet täcktes av ett S0 mm tjockt fördämningslager av koksalt.

Detonatíonen initierades med hjälp av en sprängkapsel nr. 8 och en start- laddning bestående av l0 g sprängdeg vid laddningens kortsida. Som resultat erhölls sammanbindning över hela ytan med utpräglat vågformad fog. Efter riktning av det sammanbundna plåtmaterialet, uppriggades detta ånyo med titansidan nedåt (som i fig. 2) på-en distans och parallellt över en 25 mm tjock stâlplåt vilande på en sandbädd. Ovanpå aluminiumplåten lades ett 25 mm tjockt skikt sprängämne av sanma kvalitet som i det första skottet.

Samma fördämning och initiering användes.

Resultatet blev en vågformig bindning mellan titan och stål, så att en kompound, magnesiumlegerad aluminium-titan-stål, erhölls.

Skjuvprov visade att foghållfastheten varierade mycket lite inom kompound- Vmaterialet och var mellan 200 N/mmz - 230 N/m2. f.) Det är således helt tydligt att föreliggande uppfinning löser det inlednings- vis omnämnda problemet. Genom uppfinningen är det således möjligt att fram- ställa ett kompoundmaterial innefattande magnesiumlegerad aluminium och stål utan att tillgripa ett mellanliggande material med låg hållfasthet. 456 805 Det är uppenbart att föreliggande uppfinning inte skall anses begränsad till de i utföringsexemplen ovan angivna materialen, utan uppfinningen omfattar _ett sätt att sammanfoga allehanda material till legerat aluminium.

Föreliggande uppfínniÅâ%skall därför inte anses begränsad till de ovan an- givna utföringsexemplen, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (4)

i 456 805 8 Patentkrav

1. Sätt att explosionssvetsa magnesiumlegerat aluminium med höghållfasta material, k äun n e t e c k n a t a v, att det magnesiumlegerade aluminium- materialet utgör basmaterial och att detta pläteras med en tunn pläterings- plåt av nämnda höghållfasta material, av att en sprängladdning bringas accelerera en drivplatta utförd av ett material med hög täthet, företrädes- vis stâl, vilken i sin tur är anordnad att accelerera pläteringsmaterialet mot basmaterialet, där det mellan pläterïngsmaterialet och basmaterialet alstrade tryckets amplitud bringas antaga ett så lågt värde att temperaturen i hela eller ihuvudsak hela fogytan understiger kokpunkten för aluminium- materialets legeringsämnen samtidigt som nämnda trycks amplitud resp. var- aktighet bringas vara så hög resp. lång att en tillräcklig impuls för att bringa materialen att explosionssvetsas till varandra åstadkonmes, samt av att det höghâllfasta pläteringsmaterialet vid sin fria yta bringas att i ett senare steg explosionssvetsas till ett basmaterial av stål eller annan höghâllfast metall.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att den hög- hållfasta pläteringsplåten är framställd av titan eller en titanlegering.

3. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att den höghållfasta pläteringsplåten utgöres av någon av metallerna nickel, krom eller zirkonium eller deras legeringar.

4. Sätt enligt patentkravet l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t a v, att pläteringsplâtens tjocklek är mellan omkring 0.1 och 10 mm, företrädes- vis mellan l.0 och 3.0 mm. 'Pa t)