Способ плакирования взрывом заготовок с криволинейной поверхностью в форме шарового сегмента

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПЛАКИРОВАНИЯ ВЗРЫВОМ ЗАГОТОВОК С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ В ФОРМЕ ШАРОВОГО СЕГМЕНТА(71) Заявители Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие Хорда-гидравлика(72) Авторы Ядевич Александр Иванович Стефанович Роман Викторович Корнилович Александр Васильевич Волчек Анатолий Яковлевич Борисов Евгений Павлович Сериков Юрий Викторович(73) Патентообладатели Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие Хорда-гидравлика(57) Способ плакирования взрывом заготовок с криволинейной поверхностью в форме шарового сегмента, включающий профилирование плакирующей заготовки по конфигурации поверхности плакируемой, расположение их с зазором друг относительно друга, формование взрывчатого вещества и его инициирование, отличающийся тем, что плакирующую заготовку перед инициированием взрывчатого вещества смещают в сторону, обратную направлению детонации, на 0,51,0 высоты зазора.(56)2113955 1, 1998.2098250 1, 1997.3135560 1, 1983.57156882 , 1982.5470012 , 1995. Изобретение относится к области композиционных материалов. Способ может найти применение в машиностроении, автомобилестроении, тракторостроении и других отраслях промышленности для изготовления плакированных деталей различного назначения, в частности блоков цилиндров аксиально-плунжерных насосов. Известен способ плакирования взрывом, при котором плакирующую заготовку с зарядом взрывчатого вещества (ВВ) устанавливают относительно плакируемой с зазором и инициируют заряд ВВ 1. Недостатком способа является низкая прочность или отсутствие соединения при плакировании криволинейных поверхностей. Наиболее близким техническим решением является способ плакирования взрывом,включающий профилирование плакирующей заготовки по конфигурации поверхности плакируемой, расположение их с зазором друг относительно друга, формование взрывчатого вещества и его инициирование 2. Недостатком указанного способа плакирования взрывом является невозможность получения равнопрочного соединения (с одинаковой прочностью по всей площади сварного шва) при плакировании заготовок с криволинейной поверхностью, например с внутренней полостью в форме шарового сегмента. В этом случае при плакировании заготовок по указанному способу в центральных частях полости сваренной заготовки образуются непровары, а на остальной плакированной поверхности наблюдается соединение с увеличенными амплитудой и длиной волн к краю сферической поверхности, то есть не достигается равнопрочность соединения. Известно, что при плакировании взрывом металлических поверхностей прочность сварного шва определяется углом соударениясвариваемых заготовок 1. При данной толщине определенного металла угол соударения зависит от высоты заряда ВВ (Н) и величины зазора между заготовками (о). При равной высоте заряда ВВ угол соударения определяется временем разворота плакирующей заготовки под действием давления продуктов детонации заряда ВВ, который, в свою очередь, определяется величиной зазора между заготовками . Известно, что при высоте зазора , равной 0,8 толщины плакирующей пластины, ее разворот происходит практически на максимальный угол соударения. При сварке заготовок с плоскими поверхностями угол соударенияравен углу разворота плакирующей заготовки продуктами детонации . При прочих равных условиях с увеличением угла соударения до определенных значений прочность соединения возрастает от 0 до максимального значения и затем падает до 0. В тех случаях, когда для определенных заготовок угол соударенияявляется недостаточным для получения прочного соединения применяется угловая схема сварки, когда заготовки устанавливаются предварительно под углом . Тогда. При плакировании заготовок с криволинейной поверхностью в форме шарового сегмента в зоне перехода плоской плакируемой поверхности к поверхности сферической выемки(зона А, фиг. 1) происходит скачкообразное увеличение угла соударение на величину/2,где- диаметр сферической выемки у основания, - радиус выемки. 2 6554 1 Например, при плакировании бронзой с медным подслоем толщиной 3 мм стальной заготовки при 80 мм и 175 мм в зоне А (фиг. 1) уголсоставляет около 13, при оптимальном угле соударения на плоской части 6, то есть угол соударения в этой зоне скачкообразно возрастает более, чем в 3 раза. Вследствие этого в зоне перехода к сферической части происходит резкий рост волн, наблюдается их неравномерность и турбулентность, что в свою очередь приводит к непроварам, прожогам и т.д. и в конечном итоге к низкой прочности сварного соединения. Обратная картина наблюдается в зоне перехода от поверхности сферической выемки к плоской плакируемой поверхности (зона В, фиг. 1). В этом случае происходит скачкообразное уменьшение угла соударения, что приводит к плоскому соударению свариваемых поверхностей и соединение не образуется. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в получении равнопрочного соединения при плакировании плоских заготовок с криволинейной поверхностью в форме шарового сегмента. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе плакирования взрывом заготовок с криволинейной поверхностью в форме шарового сегмента, включающем профилирование плакирующей заготовки по конфигурации поверхности плакируемой, расположение их с зазором друг относительно друга, формование взрывчатого вещества и его инициирование, плакирующую заготовку перед инициированием взрывчатого вещества смещают в сторону, обратную направлению детонации, на 0,51,0 высоты зазора. В заявляемой совокупности отличительных признаков формообразование плакирующей заготовки по конфигурации плакируемой поверхности обеспечивает режим скользящего соударения с двойным перегибом метаемой пластины при сохранении постоянными режимов сварки, что обеспечивает равнопрочное соединение. Изобретение поясняется чертежом (фиг. 2), на котором представлена схема установки обоймы с плакирующей заготовкой и зарядом ВВ на ней относительно плакируемой заготовки. Экспериментально установлено, что стабилизация режимов соударения, а, соответственно, получение равнопрочного соединения достигается тогда, когда плакирующую заготовку профилируют по конфигурации плакируемой поверхности в форме шарового сегмента на плоской заготовке и при установке смещают в сторону, обратную направлению детонации, на 0,51,0 высоты зазора между свариваемыми поверхностями. В этом случае в зоне перехода плоской плакируемой поверхности к поверхности сферической выемки (зона А, фиг. 1) происходит уменьшение зазора, а соответственно,уменьшение угла разворота плакирующей пластины продуктами детонации , что приводит в свою очередь к уменьшению угла соударения . В зоне перехода от поверхности сферической выемки к плоской плакируемой поверхности (зона В, фиг. 1) при смещении заготовок друг относительно друга происходит увеличение зазора, а, соответственно, возрастает угол разворота плакирующей пластины продуктами детонациии одновременно увеличивается угол соударения . При смещении плакирующей заготовки относительно плакируемой на величину менее 0,5 высоты зазора (о) эффект не достигается, а при смещении на величину более 1,0 высоты зазора (о), зазор в зоне перехода плоской поверхности к поверхности сферической выемки уменьшается настолько, что при метании затрудняется выход воздуха из зазора,вследствие чего происходит его захлопывание, прожог и разрушение заготовки. Сущность изобретение поясняется следующими примерами. Предлагаемый способ реализован при плакировании цилиндрической заготовки из стали 45 бронзой ПА Бр Огр 9-3 с медным подслоем толщиной 3,2 мм (фиг. 2). Изготавливают заготовку из стали 45120 мм высотой 40 мм, имеющую полость в форме шарового сегмента радиусом 175 мм и диаметром сечения у основания 80 мм. Бронзовую заготовку 1 с медным подслоем общей толщиной 3 мм, диаметром 140 мм профилируют по конфигурации плакируемой поверхности стальной заготовки. Спрофи 3 6554 1 лированную бронзовую заготовку 1 устанавливают на обойму 2 из полипропилена. Затем на поверхности плакирующей бронзовой заготовки формуют заряд ВВ 3 высотой 18 мм с 33. Обойму 2 с профилированной бронзовой заготовкой 1 и зарядом ВВ 3 устанавливают в выточки на стальной заготовке 4, обеспечив зазор 2,4 мм, что составляет 0,8 толщины плакирующей бронзовой заготовки 1. Затем обойму 2 с плакирующей бронзовой заготовкой 1 смещают относительно плакируемой в сторону, обратную направлению фронта детонации ВВ на 0 0,3 0,5 0,8 1,0 1,3 высоты зазора о, равного 2,4 мм, то есть на 0 0,7 1,2 1,9 2,4 и 3,1 мм. Затем на заряде ВВ 3 располагают электродетонатор 5 и проводят инициирование. После сварки обойма 2 разрушается. Результаты измерений прочности на отрыв слоев в зависимости от величины смещения плакирующей заготовки относительно плакируемой (как результат трех измерений) представлены в таблице. Место определения прочности соединения на сваренной заготовке представлено на фиг. 3. Таблица Прочность соединения, МПа Величина Место определения прочности соединения п/п смещения зона А зона Б зона В зона Г 1 0 230 50 145 200 2 0,3225 80 160 210 3 0,5230 220 225 225 4 0,8220 210 220 230 5 1,0225 205 215 220 6 1,3220 0 0 25 7 по прототипу 230 25 0 0 Как видно из результатов испытаний, равнопрочное соединение между сталью и бронзой достигается при смещении плакирующей заготовки относительно плакируемой на 0,51,0 высоты зазора (пп. 3, 4, 5). В этом случае различие в прочности по длине сваренной заготовки составляет 25 МПа. В других случаях это различие составляет 180 МПа (п. 1),145 МПа (п. 2) и 220 МПа (п. 6). При плакировании взрывом стальной заготовки с криволинейной поверхностью в форме шарового сегмента по способу-прототипу без смещения происходит разрушение заготовки, то есть получить равнопрочное соединение невозможно. Экспериментально установлено, что использование предлагаемого способа позволяет получить равнопрочное соединение плакированием взрывом заготовок с локальными сферическими полостями в случаях, когда соотношение радиуса сферы к диаметру сферической выемки не менее 1,5 при радиусе сферы не более 300 мм. Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет получить равнопрочное соединение при плакировании взрывом металлических поверхностей с локальными полостями в форме шарового сегмента. Источники информации 1. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. - Новосибирск Наука, 1972. С. 47-51. 2. Крупин А.В. и др. Обработка металлов взрывом. - М. Металлургия, 1991. - С. 458459. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5