Свойства биметаллов, полученных сваркой взрывом

Группа копаний «Битруб» в составе ООО «Битруб Интернэшл» и ООО «Битруб» производит совместно на территории ФКП НИИ «Геодезия» производит методом сварки взрывом биметалл и биметаллические заготовки. О нюансах метода расскажем в этой статье.

В настоящее время в мире применяются четыре метода производства крупногабаритных листовых биметаллов (см. табл. 1).

Таблица 1. Методы производства биметаллов

п/п

Метод производства Характеристика метода Энергия расходуется Удельный расход энергии кВт*час/м2
1 Пакетная прокатка Требуется мощное специализированное прокатное оборудование.

Крупнотоннажные партии.

Изготовление вакуумируемых пакетов.

Подготовка и сварка пакетов.

Нагрев пакетов до температуры прокатки (1100-1200оС).

Работа прокатного оборудования

30-35
2 Электродуговая наплавка Требуются специальные установки для наплавки электродом или лентой.

Требуется механическая обработка после наплавки.

Деформация листов в процессе наплавки и тепловое воздействие на метал основного слоя.

Расплавление наплавочных материалов (электродов и шлака).

Работа термических печей и правильного оборудования.

199-285
3 Электрошлаковая наплавка с последующей прокаткой Требуются специальные установки для наплавки и мощное прокатное оборудование.

Высокая стоимость наплавочных материалов.

Ограничение по номенклатуре марок плакирующего слоя

 

Расплавление наплавочных материалов (электродов и шлака).

Нагрев наплавленных слябов до температуры прокатки (1100-1200оС).

Работа прокатного оборудования.

Работа термических печей и правильного оборудования.

120-160
4 Сварка взрывом Возможность производства любых партий биметаллов без ограничений по номенклатуре при расходном коэффициенте 1,05. Требуются специальные полигоны для ведения взрывных работ и оборудование для т.о. и правке Абразивная зачистка свариваемых поверхностей, сборка и сварка пакетов.

Работа термических печей (нагрев до 750оС) и правильного оборудования.

3-4

Анализ методов производства биметалла показывает, что затраты энергии на изготовление 1 м² биметалла сваркой взрывом на порядок ниже, чем прокаткой и в 40-60 раз ниже, чем наплавкой.  Низкий расход энергии при сварке взрывом связан с тем, что соединения образуется в твердой фазе и в его образовании участвуют только поверхностные слои свариваемых материалов толщиной до 0,5 мм. Следует отметить, что при получении биметаллов сваркой взрывом слои металлов, из которых они состоят, сохраняют свойства, которыми они обладали до соединения в биметалле.

Основные преимущества сварки взрывом, кроме отмеченных выше, — возможность получения прочных соединений практически любых металлов и сплавов, отсутствие ограничений по площади заготовок, относительная простота процесса и высокая производительность.

Сварка взрывом основана на принципиально новом направлении использования энергии взрывчатых веществ — не для разрушения в военном или горном деле, а для соединения двух металлов. Относительная простота процесса, возможность соединять с высокой прочностью практически любые металлы и сплавы на неограниченных плоских и криволинейных поверхностях, а также проводить работы на первых этапах освоения без значительных капитальных затрат с использованием простейшего оборудования — определили его быстрое развитие. Этому способствовали также гибкость процесса, т.е. переход от производства одного типа биметалла к другому не требует для большинства пар металлов кардинального изменения технологии.

Накопленный опыт производства биметалла сваркой взрывом убедительно показал перспективность и эффективность этого процесса, позволяющего экономить нержавеющие стали, цветные металлы и сплавы, снижать трудоемкость, стоимость изделий и повышать срок их службы в условиях воздействия агрессивных сред, создавать материалы с принципиально новыми свойствами.

В настоящее время накоплен большой экспериментальный и теоретический материал по вопросу формирования соединения при сварке взрывом, который обобщен в ряде работ. Выдвинут ряд гипотез, объясняющих образование соединения с различных точек зрения. В зоне соударения при сварке взрывом развиваются высокие давления, идет интенсивная пластическая деформация, сопровождаемая значительным повышением температуры металлов в зоне соударения. Для сварки взрывом характерны локализация в узкой зоне пластической деформации и протекание процессов рекристаллизации и оплавления. Высокие скорость пластической деформации и давление, большой градиент температур в узкой зоне, отсутствие данных по изменению свойств в таких экстремальных условиях не позволяют однозначно оценить роль в образовании соединения того или иного параметра свойств свариваемых материалов.

Образование соединения при сварке взрывом

Сварка взрывом производится в общем случае следующим образом: на песчаную опору устанавливается основной лист, над которым с определенным зазором располагается плакирующий лист с зарядом взрывчатого вещества  и детонатором. После инициирования взрыва плакирующий лист под действием продуктов детонации соударяется с поверхностью изделия со скоростью 300-600 м/с. При этом образуется своеобразный канал, из которого в процессе сварки взрывом газ должен быть вытеснен.

 Свойства биметаллов

а                                                                                                           б

Рисунок 1. Схема сварки взрывом (а): I — зона точки контакта, II — зона впереди точки контакта,  III — зона формирования соединения,  D — скорость детонации, V- скорость движения УСГ. Б — вид соединения в месте остановки процесса сварки.

При метании плакирующего листа в сварочном зазоре происходит ударное сжатие газа с образованием ударной волны, которая распространяется по газу впереди точки контакта. Газ нагревается до температуры порядка 3000 К [34, 35] и вытесняется из сварочного зазора со скоростью точки контакта (2400-3000 м/с, что является гиперзвуковой скоростью). Следовательно, ударно-сжатый газ, нагретый до высокой температуры (ВУСГ), обтекает свариваемые поверхности с гиперзвуковой скоростью. Между ВУСГ и поверхностью металла образуется пограничный слой, параметры которого отличаются от свойств основного потока в связи с наличием сил трения при торможении воздуха о свариваемые поверхности и возникновения из-за наличия микронеровностей (шероховатости поверхности) турбулентности в приповерхностном слое. В этих условиях температура в пограничном слое может в несколько раз превышать ее в основном потоке ВУСГ.

Таким образом, с позиций аэродинамики при сварке взрывом в сварочном зазоре при обтекании свариваемых поверхностей с гиперзвуковой скоростью (больше 5 М) ВУСГ в пограничном слое возможно образование неравновесной ударной плазмы. По данным работы ударная плазма имеет много общего с обычной разрядной плазмой, но существуют некоторые особенности: отсутствие внешнего электрического поля, высокие температуры (Т=3000-20000 К) и наличие быстрых хемоионизационных реакций с участием возбужденных атомов и молекул.

Под воздействием ВУСГ происходит нагрев поверхностных слоев, а под воздействием ударной плазмы — очистка от окислов и загрязнений, активация поверхности. Чистые и активные поверхности вступают в контакт в точке соударения и образуют соединение, формирование которого продолжается за точкой контакта и сопровождается интенсивной пластической деформацией. Соединение имеет характерную волнообразную форму.

На сегодняшний день нет единой точки зрения на природу образования соединения при сварке взрывом, имеющего характерную волнообразную форму. Однако это не мешает ее успешному практическому применению.

Области применения биметалла, произведенного на наших предприятиях методом сварки взрывом 

  • Нефтехимическое машиностроение — основной массовым потребитель биметаллов с плакирующим слоем из хромистых, хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей, а также хромоникелевых сплавов с основным слоем из низколегированных сталей типа 09Г2С, 12ХМ и др. Биметаллы поставляются по ГОСТ 10885 и ТУ 27.32.09.010-2005 с сертификатом качества.
  • Атомное машиностроение. Биметаллы, полученные сваркой взрывом, применяются при изготовлении: теплообменного оборудования — трубные решетки конденсаторов, плакированные титаном или хромоникельмолибденовой сталью; емкости САОЗ, сепараторы пара и другие сосуды, в которых требуется защита от коррозии. В 2012 г. для изготовления оборудования АЭС нами были разработаны и согласованы в установленном порядке технические условия на  биметалл 22К+08Х18Н10Т ТУ 0993-001-21414987-2012 «Лист стальной двухслойный коррозионно-стойкий, изготовленный методом сварки взрывом». Двухслойный лист, изготовляемый по этим ТУ, введен в Приложение №1 Сводного перечня документов по стандартизации НП-089-15.
  • Металлургическое машиностроение. Электротехнические биметаллы: марки 09Г2С+М1 в виде листов для изготовления токоподводов рудотермических печей, марки 09Г2С+М1, М1+09Г2С+М1 для изготовления медно-стальных токосъемников (рисунок 2), двухслойные стержни марки ВТ1-0+М1 для токоподводов в электролизерах (рисунок 3) и т.п.

Биметаллы

Рис. 2. Токосъемники М1+09Г2С+М1 после мехобработки

Рис. 3. Штанги титан ВТ1-0+медь М1 после мехобоработки

Свойства биметаллов

В соответствии с нормативно-технической документацией и договорами на поставку все биметаллы подвергаются следующим видам контроля:

  • Визуально-измерительный контроль исходных материалов, в процессе подготовки к сварке взрывом, после получения и термообработки биметалла.
  • Ультразвуковой контроль сплошности соединения после сварки взрывом и готового биметалла.
  • Капиллярная дефектоскопия сварных швов плакирующего слоя в случае их наличия.
  • Испытания: прочности соединения слоев на изгиб, срез и отрыв.
  • Испытания основного и плакирующего слоя по требованию Заказчика.

Результаты испытаний заносятся в сертификат качества.

Высокое качество крупногабаритных двухслойных листов подтверждается исследованиями и испытаниями, проведенными в аттестованных лабораториях, результаты приведены в таблице 2. Анализ этих результатов показывает, что прочность соединения слоев на отрыв и срез превышает 250 МПа (по ГОСТ 10885 – 150 МПа). При испытаниях на изгиб биметалла сталь-титан плакирующим слоем внутрь не образуется расслоений при изгибе на 120о, а биметалла сталь-коррозионностойкая сталь — при изгибе на 160о и 180о. Большой объем испытаний показал, что свойства основного металла в процессе сварки взрывом и последующей термообработки и холодной правки не изменяются и соответствуют исходным.

Таблица 2. Результаты испытаний механических свойств биметалла и основного слоя.

Марка и размеры биметалла, мм кол. испытан-ных листов свойства соединения свойства основного металла Место проведения испытаний
σотр, МПа σср,

МПа

Боковой изгиб град. Изгиб d=2a, град. σв, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, %
22К+08Х18Н10Т 110(105+5)х4050х4700 8 485-578 292-423 80, УД 160, УД 454-505 221-320 26-31 58-68 Лаборатория АО «Петрозаводскмаш»
22К+08Х18Н10Т 60(55+5)х2500х10000 8 464-686 403-450 80, УД 160, УД 440-515 330-385 26-34 73-80 Лаборатория АО «Дзержинскхиммаш»
09Г2С-ВТ1-0 30(25+5)х3200х3600 13 284-428 221-389 120 уд 475-580 315-460 23-35 71-81 Лаборатория ИСМАН, ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»
09Г2С-Grade 1 31,5(26+5,5)х3250х3700 14 363-505 235-378 120 уд 510-560 355-425 27-34 74-83 Лаборатория ИСМАН
09Г2С-12+Grade 1 30(25+5)х3200х3600 11 338-497 214-388 120 уд 510-560 355-425 27-34 74-83 Лаборатория ИСМАН, ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»
22К+08Х18Н10Т 80(75+5)х2550х4300

80(75+5)х1500х4300

16 452-608 488-606 80, уд 160 уд 432-479 320-330 26-33 72-78 Лаборатория

ООО «Зенитхиммаш»

09Г2С+12Х18Н10Т 2 557,565 286,395 80, уд 160 уд 493 282 29 Испытательный центр «ЦНИИТМАШ-аналитика-прочность» при ОАО НПО ЦНИИТМАШ
12ХМ+12Х18Н10Т 2 449,581 321,480 80, уд 160 уд 508 275 27
Ст.3сп3+ВТ1-0 3 297,347 250,345 80, уд 160 уд 462 352 25 Лаборатория ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА»
12ХМ+08Х18Н10Т 21 390-440 160 уд 490-520 АО «Пензахиммаш»

ОГМетролога

09Г2С-12+08Х18Н10Т 16 330-520 180 500-520 320-420 21-32 АО «Пензахиммаш»

ОГМетролога

09Г2С-12+10Х17Н13М2Т 7 390-520 160 480-530 310-360 27-32 АО «Пензахиммаш»

ОГМетролога

Производство:

141292, МО, г. Красноармейск, пр. Испытателей, д.14

Офис:

141292, МО, г. Красноармейск, ул. Комсомольская, д. 4, корп. 2, оф. 73, 74

тел.: +7 (496) 588-01-08, +7 (916) 564-87-84

e-mail: bitrub@mail.ru

www.bitrub.ru

Свойства биметаллов, полученных сваркой взрывом: 43 комментария

  • 01.02.2018 в 00:57
    Permalink

    I just want to mention I am just newbie to weblog and really liked your page. Most likely I’m want to bookmark your website . You definitely have good well written articles. Regards for sharing with us your web page.

    Ответ
  • 05.02.2018 в 21:41
    Permalink

    I just could not leave your site before suggesting that I really loved the usual information a person provide in your guests? Is going to be back often to check out new posts

    Ответ
  • 06.02.2018 в 10:04
    Permalink

    Excellent post! I am just starting out in community management/marketing media and seeking to know easy methods to undertake it well — information such as this blog post are quite useful. Mainly because our firm is based in the US, it is all a little bit not used to us. The sample previously is something which I keep worrying about as well, the right way to present your own real enthusiasm and write about the truth that your product is helpful if so https://www.youtube.com/watch?v=74A-RD7spNY

    Ответ
  • 07.02.2018 в 04:23
    Permalink

    Enjoyed looking through this, very good stuff, thanks . «Talk sense to a fool and he calls you foolish.» by Euripides.

    Ответ
  • 07.02.2018 в 14:36
    Permalink

    I really enjoy reading through on this website, it has fantastic content. «And all the winds go sighing, For sweet things dying.» by Christina Georgina Rossetti.

    Ответ
  • 08.02.2018 в 05:07
    Permalink

    I conceive this internet site contains some rattling superb information for everyone :D. «A friend might well be reckoned the masterpiece of nature.» by Ralph Waldo Emerson.

    Ответ
  • 08.02.2018 в 10:10
    Permalink

    I was recommended this web site by my cousin. I’m not sure whether this post is written by him as nobody else know such detailed about my trouble. You are incredible! Thanks!

    Ответ
  • 08.02.2018 в 10:15
    Permalink

    I’m very happy to read this. This is the kind of manual that needs to be given and not the accidental misinformation that is at the other blogs. Appreciate your sharing this greatest doc.

    Ответ
  • 08.02.2018 в 10:16
    Permalink

    Thank you for some other informative website. Where else may just I am getting that kind of info written in such a perfect way? I have a project that I’m simply now working on, and I’ve been on the glance out for such info.

    Ответ
  • 08.02.2018 в 10:24
    Permalink

    I’m also writing to let you know what a extraordinary discovery my cousin’s girl encountered studying your web page. She realized a good number of things, with the inclusion of what it is like to have a very effective helping mindset to make most people quite simply fully understand selected multifaceted topics. You actually did more than people’s expected results. Thanks for providing the important, trustworthy, revealing and even unique tips about your topic to Mary.

    Ответ
  • 08.02.2018 в 18:00
    Permalink

    Very interesting info !Perfect just what I was looking for! «Oh, I don’t blame Congress. If I had 600 billion at my disposal, I’d be irresponsible, too.» by Lichty and Wagner.

    Ответ
  • 09.02.2018 в 03:51
    Permalink

    I was reading through some of your articles on this site and I believe this site is really instructive! Retain posting.

    Ответ
  • 09.02.2018 в 13:16
    Permalink

    Usually I don’t learn article on blogs, but I would like to say that this write-up very compelled me to try and do it! Your writing style has been surprised me. Thanks, very great article.

    Ответ
  • 10.02.2018 в 03:57
    Permalink

    Good write-up, I’m regular visitor of one’s web site, maintain up the excellent operate, and It’s going to be a regular visitor for a lengthy time.

    Ответ
  • 10.02.2018 в 17:19
    Permalink

    I like what you guys are up also. Such smart work and reporting! Carry on the superb works guys I’ve incorporated you guys to my blogroll. I think it’ll improve the value of my site :).

    Ответ
  • 11.02.2018 в 05:57
    Permalink

    Thanks for the sensible critique. Me & my neighbor were just preparing to do a little research on this. We got a grab a book from our local library but I think I learned more from this post. I am very glad to see such magnificent information being shared freely out there.

    Ответ
  • 11.02.2018 в 20:07
    Permalink

    I was recommended this web site by my cousin. I’m not sure whether this post is written by him as nobody else know such detailed about my problem. You are amazing! Thanks!

    Ответ
  • 12.02.2018 в 06:25
    Permalink

    I dugg some of you post as I cerebrated they were very beneficial invaluable

    Ответ
  • 12.02.2018 в 15:53
    Permalink

    certainly like your web site but you have to check the spelling on quite a few of your posts. Many of them are rife with spelling issues and I find it very bothersome to tell the reality then again I will definitely come back again.

    Ответ
  • 13.02.2018 в 10:56
    Permalink

    As soon as I found this site I went on reddit to share some of the love with them.

    Ответ
  • 13.02.2018 в 19:30
    Permalink

    I like the helpful information you provide in your articles. I will bookmark your weblog and check again here regularly. I’m quite certain I’ll learn lots of new stuff right here! Good luck for the next!

    Ответ
  • 14.02.2018 в 04:05
    Permalink

    I have recently started a blog, the information you provide on this web site has helped me tremendously. Thank you for all of your time & work. «A physicist is an atom’s way of knowing about atoms.» by George Wald.

    Ответ
  • 14.02.2018 в 17:47
    Permalink

    Very interesting details you have observed , thankyou for posting . «My work is a game, a very serious game.» by M. C. Escher.

    Ответ
  • 15.02.2018 в 02:59
    Permalink

    I’ve recently started a website, the info you provide on this website has helped me greatly. Thanks for all of your time & work.

    Ответ
  • 15.02.2018 в 15:26
    Permalink

    I really appreciate this post. I’ve been looking everywhere for this! Thank goodness I found it on Bing. You have made my day! Thanks again!

    Ответ
  • 15.02.2018 в 19:32
    Permalink

    you are a legitimate good webmaster. The web page loading speed is amazing. It seems that you do any sort of exceptional technique. Aside from that, The contents are masterwork. you have done an excellent job on that topic!

    Ответ
  • 16.02.2018 в 06:46
    Permalink

    Enjoyed looking at this, very good stuff, appreciate it. «All things are difficult before they are easy.» by John Norley.

    Ответ
  • 16.02.2018 в 14:20
    Permalink

    My wife and i got now contented when Emmanuel could do his research through the precious recommendations he obtained while using the web site. It’s not at all simplistic to just choose to be giving freely secrets and techniques that many men and women might have been selling. We really discover we now have the writer to appreciate for that. The type of illustrations you made, the easy blog menu, the relationships you aid to promote — it’s got most sensational, and it’s making our son and us understand that topic is brilliant, which is certainly exceptionally essential. Many thanks for all the pieces!

    Ответ
  • 16.02.2018 в 15:33
    Permalink

    Thank you for the auspicious writeup. It in fact was a amusement account it. Look advanced to more added agreeable from you! By the way, how can we communicate?

    Ответ
  • 17.02.2018 в 10:21
    Permalink

    Thank you, I have recently been looking for info about this topic for ages and yours is the greatest I’ve came upon till now. But, what concerning the conclusion? Are you sure about the source?

    Ответ
  • 17.02.2018 в 10:21
    Permalink

    I appreciate, result in I found just what I was having a look for. You have ended my four day long hunt! God Bless you man. Have a nice day. Bye

    Ответ
  • 17.02.2018 в 10:23
    Permalink

    I happen to be commenting to make you be aware of of the really good discovery my wife’s child gained checking your web page. She noticed several issues, including what it’s like to possess a very effective helping style to let others without hassle thoroughly grasp several impossible topics. You actually did more than our expectations. I appreciate you for producing such good, healthy, revealing and even easy thoughts on this topic to Jane.

    Ответ
  • 17.02.2018 в 10:24
    Permalink

    hello there and thank you for your info – I’ve certainly picked up anything new from right here. I did however expertise some technical points using this site, since I experienced to reload the web site lots of times previous to I could get it to load correctly. I had been wondering if your web hosting is OK? Not that I am complaining, but slow loading instances times will sometimes affect your placement in google and can damage your quality score if advertising and marketing with Adwords. Anyway I am adding this RSS to my e-mail and could look out for much more of your respective interesting content. Make sure you update this again soon..

    Ответ
  • 18.02.2018 в 05:18
    Permalink

    Wow! This could be one particular of the most helpful blogs We’ve ever arrive across on this subject. Basically Fantastic. I am also a specialist in this topic therefore I can understand your hard work.

    Ответ
  • 19.02.2018 в 10:39
    Permalink

    I truly appreciate this post. I’ve been looking all over for this! Thank goodness I found it on Bing. You’ve made my day! Thanks again!

    Ответ
  • 19.02.2018 в 18:33
    Permalink

    Hello, i think that i saw you visited my website thus i came to “return the favor”.I’m attempting to find things to enhance my web site!I suppose its ok to use some of your ideas!!

    Ответ
  • 20.02.2018 в 02:56
    Permalink

    Great post. I was checking constantly this blog and I’m impressed! Very useful info particularly the last part 🙂 I care for such info a lot. I was looking for this certain information for a long time. Thank you and best of luck.

    Ответ
  • 20.02.2018 в 04:39
    Permalink

    You have noted very interesting points ! ps nice site. «Recompense injury with justice, and recompense kindness with kindness.» by Confucius.

    Ответ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.