NO148246B - Inretning for brannslange med vinne. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for eksplosjonssveising for fremstilling av ved eksplosjon sveisede produkter.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte

for såkalt eksplosjonssveising av metaller, f .eks. sammenbinding av arbeidsstykker ved at disses overflater smeltes ved hjelp av bølgesjokk som utgår f. eks. fra en eks-plodering av en antent ladning i noen av-stand fra arbeidsstykket.

■ Det er generelt kjent at mange metaller kan bli sammenbundet ved en slik eksplosjonssveising; eksempelvis kan aluminium forbindes med karbonstål, aluminium

forenes med rustfritt stål, rustfritt stål forbindes med rustfritt stål, aluminium med aluminium, og kobber forenes med aluminium.

Det har imidlertid vist seg at den således dannede sveis er upålitelig under visse omstendigheter, særlig under dyna-miske påkjenninger.

Ved av oppfinnerne undersøkelser har

det vist seg at det ofte forekommer opp-treden av intermetalliske forbindelser som er av skjør art, og at det i sveisesonen opp-trer mange, meget små sprekker, som be-virker at disse sveiser ikke kan stoles på.

Det er kjent før sveisingen å innføre

minst ett mellommetall i form av et pulverlag, en folie eller et belegg mellom flatene som skal sveises til hverandre, idet smeltepunktet til dette mellommetall ligger under smeltepunktet til metallet i det minste i det ene arbeidsstykke. Denne tidligere kjente fremgangsmåte har imidlertid ikke

vært tilfredsstillende, fordi man ikke har oppnådd en duktil mellomsone.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en fremgangsmåte for eksplosjonssveising, som ikke har de oven-nevnte ulemper, og som er basert på den erkjennelse at sveisen mellom to basismetaller bare kan bli tilfredsstillende hvis den utgjøres av en mellom basismetallene beliggende mellomsone, som utgjøres av en kontinuerlig duktil sone av duktile blandingskrystaller. Hvis det ønskes, kan en annen dispergert fase være tilstede inne i disse blandingskrystaller, men de duktile blandede krystaller skal danne et kontinuerlig koherent lag, som rekker fra det ene basismetall til det annet.

Ifølge oppfinnelsen er det således til-veiebragt en fremgangsmåte til eksplosjonssveising av to arbeidsstykker av metall eller metallegeringer, hvorhos det før sveisingen innføres minst ett mellommetall i form av et pulverlag, en folie eller et belegg mellom flatene som skal sveises til hverandre, idet smeltepunktet til dette mellommetall ligger under smeltepunktet til metallet i det minste i det ene arbeidsstykke, og fremgangsmåten er ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at mengden av mellommetall før sveisingen har en tykkelse som er større enn ca. 2 mikron og ikke større enn ca. 50 mikron for hver mellommetallsort, hvorved denne tykkelse imidlertid er så liten at mellommetallato-mene etter eksplosjonssveisingen kvantita-tivt bare er tilstede i blandingskrystaller som danner en ubrutt, sammenhengende duktil sone mellom metallene i arbeidsstykkene, eller at mellommetallene innbyrdes danner duktile blandingskrystaller.

I henhold til oppfinnelsen anbefales det at minst ett av mellommetallene blir anbragt på det arbeidsstykkemetall, som befinner seg rett overfor det metall, sammen med hvilket mellommetallet danner duktile blandede krystaller. Metallene er før sveisingen anordnet med innbyrdes av-stand, og ved eksplosjonen drives de mot hverandre av sjokkbølgen, hvorved dannelsen av blandingskrystaller begynner.

Hvis arbeidsstykkenes basismetaller danner intermetalliske forbindelser, bør det anvendes en mengde mellommetall som, stort sett, umuliggjør dannelse av disse forbindelser av basismetallene. For dette for-mål kreves det en minste lagtykkelse på ca.

5 mikron av mellommetallet.

I tilfelle av at det benyttes to eller flere mellommetaller utgjør det første lags minste tykkelse 2 mikron. Den samlede tykkelse av alle lagene er over 5 mikron.

I henhold til oppfinnelsen foretrekkes det å benytte en mengde mellommetall hvis lagtykkelse aldri overstiger 50 mikron, for hvert metall, før sveiseoperasjonen. For-øvrig kan mellomliggende metallatomer danne sammenhengende aggregater uten-for de duktile blandingskrystaller, hvilket i og for seg bør unngås.

Den lagtykkelse som virkelig behøves er avhengig av arten av metallet i arbeidsstykkene, av arbeidsstykkenes tykkelse, spe-sielt tykkelsen av det arbeidsstykke som befinner seg på den side hvor eksplosjonens sjokkbølge først trer inn, samt naturligvis av den energi og impuls som eksplosjonen kan tilføre til sveisestedet.

Hvis man sveiser sammen plater, som har en tykkelse av ca. 2 mm, og som hviler på en flat, stabil bæredel, vil som regel en lagtykkelse av 20 mikron være tilstrekke-lig; en folietykkelse vil være egnet. Mellommetallet kan anbringes på et basismetalls overflate i form av en blanding av et pulver og et bindemiddel; eventuelt kan laget påføres ved hjelp av kjemiske eller elek-triske hjelpemidler, f. eks. ved galvanisk belegging, elektroplettering eller utfelning fra damper.

Det tynne lag av mellommetall blir fortrinnsvis anbragt på det arbeidsstykke hvis metall har det laveste smeltepunkt, eller på det arbeidsstykke gjennom hvilket sjokkbølgen ankommer til sveisestedet. I noen tilfeller kan imidlertid det omvendte være mer ønskelig, fordi — i første rekke — mellommetallet da ikke skal danne noen blandingskrystaller med metallet i det arbeidsstykke på hvilket mellommetallet var blitt påført før sveiseoperasjonen.

Mellommetallene, som danner duktile blandingskrystaller, fortrinnsvis sammen med metaller som finnes i de fleste byg-ningsmetaller, hvis sammensetning allerede er generelt kjent, kan bestemmes eller ut-ledes ut fra fasediagrammer, som enten er kjente på forhånd eller som kan oppstilles. Den krevede mengde av mellommetall kan bestemmes ut fra slike diagrammer. Kor-rigering kan ganske enkelt oppnås ved å bedømme et antall prøve- eller test-sveis-ninger, hvorunder det tas hensyn til arbeidsstykkenes geometriske proporsjoner, disses innflytelse på den charge som anvendes, og størrelsen av smelteområdet i sveisen.

Som eksempel kan tjene eksplosjonssveising av en 2 mm tykk plate av aluminium, av teknisk kvalitet med et innhold av 99,5 pst. Al, til en 2 mm tykk plate av rustfritt stål, som inneholder 16,5—18,5 pst. Cr, 10,5—12,5 pst. Ni, 0,06 pst. Co, 2—2,5 pst. Mo, og resten Fe.

I kjent eksplosjonssveiseteknikk dannes det en forbindende sone, som inneholder intermetallforbindelsen (Ni, Fe, Cr) Al, hvor Al-atomene befinner seg i midten av legemet som dannes av sentrerte kubiske gitterverk, og hvor Ni-, Fe- og Cr-atomer er statisk fordelt ved kubens hjørnepunk-ter. Denne forbindelse er meget skjør, og bindesonen oppviser mange små sprekker, slik at sveisen er upålitelig under dynamisk belastning.

I henhold til oppfinnelsen blir et lag av Cu-pulver, hvis tykkelse er større enn 5 mikron og fortrinnsvis er ca. 20 mikron, anbragt på Al-platen før sveiseoperasjonen. Sjokkbølgen tilføres fra et ark av eksplo-sivt pentritt, av dimensjonene 50 x 40 x 4 mm, som tennes ved hjelp av en initiator, og trer inn i aluminiumplaten gjennom en kautsjukbuffer. Sveisearealet er ca. 50 x 50 mm, og den 2 mm tykke plate av rustfritt stål hviler på en understøttelse av stål.

Etter sveiseoperasjonen vil det forefinnes en kontinuerlig, duktil sone av blandede krystaller av Ni, Fe, Cr og Cu mellom stålet og aluminiumet. Den intermetalliske forbindelse (Ni, Fe, Cr) Al mangler, sannsynligvis fordi at selv på grunn av det lavere smeltepunkt har Al-atomene ikke vært i stand til å rekke hen til de andre atomer i stålet før enn det ble dannet blandingskrystallene med kobber. Det er ikke umulig at kobberet blir drevet ut på fronten av aluminiumet, på grunn av sjokkbølgefronten, og sammen med nikkel fra stålet kan foranledige dannelse av blandingskrystaller. Det forefinnes ingen separat dannede formasjoner av kobber, og alle blandingskrystallene har praktisk talt ens sammensetning, og ingen seigrings-eller diffusjonsforeteelser inntrer.

Stål som har et nikkelinnhold på under 6 pst. vil fremdeles fremby vanskeligheter, og av denne grunn blir det, i tillegg til kobberlaget på aluminiumet, anbragt et nikkellag av tykkelse over 2 mikron, fortrinnsvis ca. 15 mikron, — for de oven-nevnte dimensjoner og materialer — på stålet, før sveiseoperasjonen foretas.

Det er av betydning at det i begge de nevnte sveiseoperasjoner ikke innføres mer kobber, resp. kobber og nikkel, enn nød-vendig for dannelsen av duktile blandingskrystaller. Hvis det anvendes mer enn denne mengde vil overskuddet av kobber og nikkel gi foranledning til dannelse av aggregater som er av slik art at de bryter sammenhengen og kontinuiteten i den duktile sone av duktile blandingskrystaller.

Men ved hjelp av noen få sveiseforsøk kan man under anvendelse av mikroskopisk og røntgenografisk undersøkelse finne ut den nøyaktige mengde mellommetall som bør anvendes, naturligvis under forutset-ning av at eksplosjonsbetingelsene holdes konstante.

Eksplosjonssveising i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan også anvendes for å sveise sammen to arbeidsstykker som består av samme metall. Dette metode kan anvendes, ikke bare i tilfelle av at eksplosjonssveising kunne gi dannelse av skjøre forbindelser mellom arbeidsstykke-metallenes komponenter, men også hvis — på grunn av omstendigheter som arbeids-stykkers tykkelse eller radiusstørrelsen hos rør som skal sveises — sjokkbølgens energi og impuls ved svisestedet ikke er tilstrek-kelig til at det fås en tilfredsstillende sammensetning av sveisen.

I dette tilfelle blir et lag av mellommetall anbragt på en av arbeidsstykkefla-tene, fortrinnsvis på den flate hvor sjokk-bølgen trer inn mot sveisen som skal frem-stilles, og dette lag av mellommetall er av slik art at det oppfyller kravene med hensyn til dannelse av duktile blandede krystaller ved en lavere temperatur, og derfor krever mindre energi. Som eksempel kan nevnes rustfritt stål som inneholder mer enn 6 pst. nikkel som sveises på rustfritt stål av samme sammensetning, med et mellomlag av kobber. Et eksempel av annen type er austenittisk rustfritt stål sveiset til ferrittisk stål, hvor et lag av kobber blir anbragt på det austenittiske ståls overflate før sveiseoperasjonen foretas. Her hindrer kobbermellomlaget at det dannes martensitt.

Hvis stålet selv er meget hårdt og kobber ville gi blandingskrystaller som er alt-for duktile, er det mulig å benytte mangan i stedet for kobber, som mellomlagsmetall på metallarbeidsstykket som vender mot stålet, idet manganet gir blandingskrystaller som har større hårdhet og har et innhold på opp til 50 pst. Mn pr. 50 pst. rustfritt stål.

Foruten eksplosjonssveising åv aluminium på rustfritt stål under anvendelse av et enkelt mellomlag av kobber, resp. aluminium på rustfritt stål, som inneholder mindre enn 6 pst. Ni, hvor det i tillegg til kobberlaget også anvendes et nikkellag, kan som eksempel på anvendelse av mel-lomlaget på forskjellige måter nevnes sveising av messing til austenittisk rustfritt stål. Både om det benyttes a-messing eller (3-messing blir et kobberlag anbragt på stålet før sveiseoperasjonen, for i begge disse tilfeller vil kobber sammen med mes-singen gi duktile blandingskrystaller, som i begge tilfeller er av a-messing-typen.

Ved sveising av aluminium til en stål-eller kobberplate kan det også anvendes et sinklag, som anbringes på aluminiumet. Dette har den fordel at det kreves mindre energiforbruk, da sink har lavere smeltepunkt enn kobber. Et lag av sink kan også anbringes på aluminiumet og på dette lag et lag av kobber, før sveising til en arbeids-del som ikke består av kobber.

Ved sveising av metall til metallforbindelser, f. eks. karbider og lignende, og til andre metaller som ikke har den samme gitterstruktur, må det anvendes to mellommetaller. Hvis et arbeidsstykke av niob skal sveises til et arbeidsstykke av aluminium blir et lag av kobber anbragt på aluminiumet og et lag av nikkel på niobet. Sveising av et hårdmetall til stål krever et lag av kobber på stålet og et lag av nikkel på hardmetallet. Men i slike — som regel små — sveiser må det utøves den størst mulige omhyggelighet med hensyn til plaseringen og kvantiteten av chargen og også med hensyn til avstanden og bufferingen mellom arbeidsstykkene og chargen.

Hvis det f. eks. skal sveises raffiner-bare aluminiumlegeringer til stål under anvendelse av mellomlag av kobber og nikkel, kan disse aluminium forbedres etter eksplosjonssveisingen, fordi sveisen, som består av duktile blandingskrystaller, ikke

påvirkes ved en senere behandling som ut-

føres ved betydelig lavere temperatur.

Om en kobber og nikkel er foretrukket

som mellommetall, og et enkelt mellomlag av kobber — hvis et sådant kan anvendes alene — er enklere å benytte, finnes det også andre metaller som kan nyttes som mellommetall. Det gjelder å samstille kra-

vene til økonomi og spesielle brukskrav, da disse kostbare mellomlag bare er fordel-

aktige når det gjelder å sveise sammen metaller som høyt resp. meget høyt smelte-

punkt.

Foruten nikkel-kobber, kobber-sink og jernmangan kan det også anvendes f. eks. gull-palladium, sølvgull- sølv-palladium, nikkel-gull og gull-platina.

I alle tilfeller skal lagene av mellom-

metall tilføres på en slik måte at under sveiseoperasjonen er to metaller, som skal danne blandingskrystaller, anbragt på hver sin side, dvs. det ene metall — fortrinnsvis det som har det laveste smeltepunkt — på

den flate gjenom hvilken sjokkbølgen kom-

mer frem til sveisestedet, mens det annet metall, som har høyere smeltepunkt, skal forefinnes på den overflate som, så å si,

ligger stille og mottar sjokkbølgen. Sveisin-

gen synes å være et resultat av friksjonen mellom disse overflater, som mens sjokk-

bølgen passerer forflyttes i forhold til hin-

annen og derved smelter. Mellommetallene stivner i form av blandingskrystaller, og det overordentlig kortvarige tidsforløp ute-

lukker at noen diffusjon eller seigring kan finne sted.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til eksplosjons-

sveising av to arbeidsstykker av metall eller metallegeringer, hvorhos det før sveisingen innføres minst ett mellommetall i form av et pulverlag, en folie eller et belegg mellom flatene som skal sveises til hverandre, idet smeltepunktet til dette mellommetall ligger under smeltepunktet til metallet i det minste i det ene arbeidsstykke,karakterisert ved at mengden av mellommetall før sveisingen har en tykkelse som er større enn ca. 2 mikron og ikke større enn ca. 50 mikron for hver mellommetallsort, hvorved denne tykkelse imidlertid er så liten at mellommetallato-mene etter eksplosjonssveisingen kvantita-tivt bare er tilstede i blandingskrystaller som danner en ubrutt, sammenhengende duktil sone mellom metallene i arbeidsstyk kene eller at mellommetallene innbyrdes danner duktile blandingskrystaller.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at i det minste ett av mellommetallene blir anbragt på det arbeidsstykkemetall som blir plasert rett overfor det metall med hvilket mellommetallet danner duktile blandingskrystaller.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at metallmellom-laget blir anbragt på det arbeidsstykkemetall gjennom hvilket sjokket går frem til sveisestedet.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at dersom det brukes et enkelt mellommetallag, overskri-der kvantiteten av dette mellommetallag det kvantum som tilsvarer en beleggtyk-kelse på omtrent 5 mikron før sveisingen.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at for sveising av ikke-jernholdige, ikke-kobbermetall-arbeidsstykker til et arbeidsstykke av austenittisk stål blir kobber anbragt som mellomlagsmetall på det ikke-jernholdige, ikke-kobberholdige arbeidsstykke.

6. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at for sveising av et arbeidsstykke av stål, som inneholder mindre enn 6 pst. nikkel, til et arbeidsstykke av et annet metall som ikke inneholder kobber blir som mellommetall nikkel anbragt på stålet, og kobber blir anbragt på det annet metall, begge før sveiseoperasjonen.

7. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at for sveising av et aluminiumsstykke til et stykke som består av et ikke-kobberholdig metall blir før eksplosjonssveisingen et første metallag med et lavere smeltepunkt enn aluminium påført aluminiumsstykket og et andre lag med kobber påført det nevnte første lag.

8. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at for sveising av et arbeidsstykke av messing til et arbeidsstykke av stål blir kobber anbragt som mellomlag på stålarbeidsstykket.

9. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at ved sveising av første arbeidsstykke av stål til et andre arbeidsstykke som består av et annet metall, blir mangan anbragt som mellomlag på den flate av det andre arbeidsstykket som vender mot det første arbeidsstykke.

10. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at for sveising av arbeidsstykker som består av metaller eller metallforbindelser, f. eks. karbider, som har forskjellige gitterstrukturer, blir det anvendt to forskjellige mellomlags-metaller, som hvert er forskjellig fra ma-terialene i arbeidsstykkene som skal sveises sammen.