СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ Российский патент 2009 года по МПК B23K20/08 

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий сваркой взрывом и может быть использовано в различных областях металлообрабатывающей промышленности и химического машиностроения при изготовлении металлических конструкций, а также при аварийном ремонте днищ крупногабаритной техники, восстановлении нарушенной герметичности крупногабаритных конструкций и др.

Известно, что формирование соединения при сварке взрывом происходит в условиях высокоскоростного соударения листа покрытия и плакируемой заготовки при малой длительности, в результате которого в близлежащих к линии контакта поверхностях протекают процессы совместной пластической деформации приконтактных объемов металла, активация контактных поверхностей, образование в приконтактной зоне волнового профиля, объемное взаимодействие на активных центрах со слиянием дискретных очагов деформации и объемной релаксацией напряжений. Размер образующегося в процессе соединения волнового профиля, т.е. объем продеформированного металла приконтактных зон, зависит от времени действия давления в зоне контакта. Учитывая, что давление непостоянно и зависит от времени, то степень пластической деформации (а также связанные с этим параметром размеры волнового профиля) будет определяться величиной деформирующего импульса I_Д. При этом, чем выше уровень давления и продолжительней его действие, тем большая часть кинетической энергии затрачивается на пластическую деформацию металла околошовной зоны. Для реализации требуемой для соединения слоев величины совместной пластической деформации приконтактных объемов металла необходимо достигнуть определенного уровня давлений, действующих в течение некоторого времени и превышающих динамические пределы текучести свариваемого металла.

В условиях максимального благоприятствования для полноты прохождения процессов сварки по всей соединяемой поверхности, когда время прихода волны разгрузки (τ_p) со стороны тыльной поверхности плакируемой заготовки превышает время формирования соединения (τ_с), величина деформирующего импульса определяется из выражения:

где τ_с - время протекания пластических деформаций за точкой контакта - время формирования соединения (максимально возможное для конкретных условий сварки взрывом время действия сжимающих напряжений в выбранном сечении зоны соединения, превышающих динамический предел текучести для данного металла

p_max - величина пикового давления.

Интенсивность спада давления, характеризуемая постоянной времени θ, определяется из выражения

Существенным является тот факт, что в выбранном диапазоне режимов сварки величина θ для каждого материала является постоянной, не зависящей от скорости соударения величиной (для стали марки Ст3сп величина θ равна 0,96 мкс).

где ρ₁, ρ₂ и c₀₁, с₀₂ - соответственно плотности и скорости звука в покрытии и плакируемой заготовки;

V_c - скорость соударения покрытия и плакируемой заготовки (Лысак В.И., Кузьмин С.В. Сварка взрывом. - М.: Машиностроение - 1, 2005. - 544 с., ил.).

Известен способ изготовления плоских двухслойных композитов путем сварки взрывом, при котором в результате разгоняющего действия продуктов детонации взрывчатого вещества на покрытие (в виде листа) и его соударения с плакируемой заготовкой (в виде листа) металл в зоне контакта интенсивно деформируется. При этой плоскопараллельной схеме изготовления взрывом двухслойных композитов обеспечивается физический контакт, активация поверхностей и формирование соединения покрытия и плакируемой заготовки (патент РФ 2056987, кл. В23К 20/08, Опубл. в БИ №9 от 27.03.96 г.).

Мощное, неравномерное силовое воздействие продуктов детонации взрывчатых веществ на свариваемые покрытие и плакируемую заготовку приводит к деформации полученного двухслойного композита. При сварке (по прототипу) по параллельной схеме плоских листов это проявляется в их существенном остаточном прогибе f.

Недостаток этого способа связан с тем, что при изготовлении двухслойных композитов неравномерное действие деформирующего импульса ударной волны в концевых частях свариваемых заготовок приводит к неравномерному относительному утонению, к росту параметров образующихся волн (амплитуды 2а и длины волны λ) на границе соединения покрытия и плакируемой заготовки, а также к росту расплавов. А это в конечном итоге приводит к снижению качества полученного двухслойного композита по известному способу, снижению прочности соединения слоев.

К недостатку известного способа следует отнести также снижение деформирующего импульса на периферийных участках контактных поверхностей из-за бокового разлета продуктов детонации взрывчатого вещества. А это в свою очередь приводит к краевым непроварам, что также служит причиной снижения качества полученного двухслойного композита по известному способу, уменьшения прочности и сплошности соединения слоев.

Одной из возможных причин недостаточно высокой прочности соединения покрытия и плакируемой заготовки, полученных известным способом сварки взрывом, является повышенный остаточный прогиб f и неоднородность параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения двухслойного композита.

Основным техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является снижение остаточного прогиба f двухслойного композита и стабилизация параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения, полученной сваркой взрывом.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе нанесения покрытия в виде листа на плакируемую заготовку с плоской поверхностью сваркой взрывом, расположенных параллельно в горизонтальной плоскости относительно друг друга со сварочным зазором, взрывчатое вещество располагают с обеспечением контакта с покрытием, инициируют взрывчатое вещество, при этом используют массивную плакируемую заготовку, располагают ее своей плоской поверхностью над покрытием, покрытие располагают на взрывчатом веществе, а само взрывчатое вещество располагают в углублении жесткого основания в виде зарядов с разной скоростью детонации, обеспечивающей постоянство деформирующего импульса I_Д в зоне соударения по всей соединяемой поверхности в процессе сварки взрывом, при этом соотношение значений деформирующих импульсов I_Д/I_Д ^кp должно находиться в пределах от 1,0 до 1,76, где I_Д ^кp - критическая величина деформирующего импульса, при которой затрачиваемая на деформацию приконтактных объемов металла энергия обеспечивает необходимую степень активации контактных поверхностей для формирования надежного соединения.

Так, располагая взрывчатое вещество в углублении жесткого основания, после его детонации удалось избежать бокового разлета взрывчатого вещества и выровнять деформирующий импульс на периферийных участках контактных поверхностей.

Недостаток известного способа, связанный с неравномерным распределением деформирующего импульса ударной волны в концевых частях свариваемых покрытия и плакируемой заготовки, приводящий к неравномерному относительному утонению, устраняется следующим образом - в углублении жесткого основания в его концевых частях располагают взрывчатое вещество в виде заряда с пониженной скоростью детонации. Использование массивной плакируемой заготовки с плоской поверхностью позволяет существенно снизить остаточный прогиб двухслойного композита после мощного неравномерного силового воздействия продуктов детонации взрывчатых веществ на свариваемые покрытие и плакируемую заготовку.

Таким образом, располагая массивную плакируемую заготовку с плоской поверхностью над покрытием, оптимально располагая взрывчатое вещество в углублении жесткого основания, достигается выравнивание деформирующего импульса в зоне соударения, что в свою очередь приводит к снижению остаточного прогиба f двухслойного композита и стабилизации параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) по всей поверхности зоны соединения, полученной сваркой взрывом. Тем самым повышается качество двухслойного композита - увеличивается прочность и сплошность соединения покрытия и плакируемой заготовки. Повышенная прочность и сплошность соединения по предлагаемому способу обеспечивается также спецификой обеспечения постоянного сварочного зазора между покрытием и массивной плакируемой заготовкой с плоской поверхностью без помощи посторонних предметов, располагаемых между свариваемыми поверхностями. В известных способах сварки постоянство сварочного зазора, как правило, обеспечивается равномерным распределением по поверхности плакируемой заготовки «уголков» («пружинок» и др. приспособлений) одинаковой высоты (величиной сварочного зазора), которые после сварки взрывом остаются в зоне соединения, ухудшая свойства полученного двухслойного композита.

Выбор конкретных марок взрывчатых веществ с различной скоростью детонации, их оптимальное расположение в углублении жесткого основания (относительно поверхности покрытия) с целью достижения выравнивания деформирующего импульса в зоне соударения достигается расчетным путем с использованием специально разработанных компьютерных программ оценки напряженно-деформированного состояния в зоне соударения.

Сущность изобретения пояснена чертежами, где на фиг.1 показана плоскопараллельная схема нанесения покрытия в виде листа на плакируемую заготовку с плоской поверхностью сваркой взрывом, на фиг.2 показана схема отбора образцов для механических испытаний и для замера прогиба в полученной сваркой взрывом двухслойного композита, а на фиг.3 показана схема замера параметров образующихся в процессе сварки взрывом волн (амплитуды 2а и длины волны λ) в зоне соединения.

Предлагаемый способ нанесения покрытия в виде листа на плакируемую заготовку с плоской поверхностью сваркой взрывом осуществляется в следующей последовательности (фиг.1).

В углублении (глубиной Н) жесткого основания (см. фиг.1а), выполненном в форме прямой призмы (основание прямой призмы повторяет геометрические размеры плакирующего листа - в данном случае основание призмы представляет собой прямоугольник длиной L и шириной В), располагают взрывчатое вещество с разной скоростью детонации. Внутри углубления размещены картонные перегородки 1, ограничивающие область размещения зарядов взрывчатого вещества с разной скоростью детонации 1, 2 и 3. Устанавливают электродетонатор 5, задающий направление детонации (показано стрелкой на Фиг.1б)

Так, в углублении жесткого основания вначале размещают заряд взрывчатого вещества 2 (взрывчатое вещество с максимальной скоростью детонации - аммонит 6ЖВ). Далее в следующем отсеке углубления размещают взрывчатое вещество 3 (смесь аммонита 6ЖВ с кварцевым песком в соотношении 67%/33% - средняя скорость детонации). И в дальнем (от электродетонатора 5) отсеке углубления размещают взрывчатое вещество 4 (смесь аммонита 6ЖВ с кварцевым песком в соотношении 50%/50% - самая малая скорость детонации взрывчатого вещества - для снижения влияния концевого эффекта). После размещения взрывчатых веществ в отдельно отведенные для них места (отсеки) картонные перегородки 1 удаляют. При этом метаемое покрытие в виде листа имеет длину и ширину меньше, чем у неподвижной массивной плакируемой заготовки, т.е. реализуется схема локального плакирования. Далее плакирующий лист (в дальнейшем - покрытие) длиной L и шириной В располагают непосредственно на взрывчатом веществе. Массивную плакируемую заготовку с плоской поверхностью устанавливают относительно листа покрытия с установочным зазором h (см. Фиг.1в), используя при этом специальное приспособление. Габариты (размер, масса) массивной плакируемой заготовки (см. Фиг.1в) выбираются после проведения соответствующего прочностного расчета с целью минимизации перемещения и деформации массивной плакируемой заготовки в вертикальном и горизонтальном направлениях в процессе детонации взрывчатого вещества. При помощи установленного ранее электродетонатора 5 инициируют комбинированный заряд взрывчатого вещества. После детонации полученный двухслойный композит (с нанесенным покрытием) открепляют от специального приспособления. За счет использования заряда взрывчатых веществ с различной скоростью детонации и их оптимального размещения в углублении жесткого основания, а также за счет использования массивной плакируемой заготовки получают двухслойный композит со сниженным остаточным прогибом f и со стабилизированными параметрами волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) по всей поверхности зоны соединения в результате обеспечения постоянства деформирующего импульса в зоне соударения. Это, в конечном итоге, обеспечивает получение более качественного соединения двухслойного композита с повышенной прочностью соединения покрытия с плакируемой заготовкой и отсутствием несплошностей в зоне соединения. Следует отметить, что оптимизация размещения различных взрывчатых веществ в углублении жесткого основания может быть реализована и другими методами.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Так, в жестком основании, в углублении размерами L×B=500×250 мм и глубиной Н=12 мм вначале размещают заряд взрывчатого вещества 2 (взрывчатое вещество с максимальной скоростью детонации - аммонит 6ЖВ) в отсеке размером B×(L-L₁-L₂)=250×400 мм. При этом L₁=0,1×L=50 мм, L₂=0,1×L=50 мм. Далее в следующем отсеке углубления размером B×L₁=250×50 мм размещают взрывчатое вещество 3 (смесь аммонита 6ЖВ с кварцевым песком в соотношении 67%/33% - средняя скорость детонации). И в дальнем (от электродетонатора 5) отсеке углубления размером B×L₂=250×50 мм размещают взрывчатое вещество 4 (смесь аммонита 6ЖВ с кварцевым песком в соотношении 50%/50% - самая малая скорость детонации взрывчатого вещества - для снижения влияния концевого эффекта). После размещения взрывчатых веществ в отдельно отведенные для них места (отсеки) картонные перегородки 1 удаляют. Далее покрытие в виде листа из стали марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72 размерами 1×250×500 мм располагают непосредственно на подготовленном заряде взрывчатого вещества. Массивную плакируемую заготовку с плоской поверхностью из стали марки Ст3сп по ГОСТ 14637-89 длиной и шириной, равными соответственно 2500×1400 мм, неподвижно закрепляют специальными приспособлениями 6 - Фиг.1в (при этом специальные приспособления с массивной плакируемой заготовкой силой тяжести прижимаются к жесткому основанию) и устанавливают относительно покрытия с установочным зазором h=3±0,1 мм (см. Фиг.1в). Массивная плакируемая заготовка (см. Фиг.1в) выполнена из листовой стали со специальными внутренними наполнителями из свинца (конструкция не показана) для минимизации перемещения и деформации его как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях в процессе детонации взрывчатого вещества. В конструкции массивной плакируемой заготовки предусмотрены специальные боковые проемы (не показаны) для выхода продуктов детонации. При помощи установленного ранее электродетонатора 5 инициируют комбинированный заряд взрывчатого вещества. При детонации указанного заряда взрывчатых веществ максимальные горизонтальные перемещения массивной плакируемой заготовкой с плоской поверхностью и плакирующим листом (общей массой 5000 кг) составили 0,1 мм. Вертикальные перемещения составили 0,2 мм. Таких незначительных перемещений в настоящем техническом решении удалось достичь, используя массивную плакируемую заготовку (масса подбиралась исходя из конкретного заряда взрывчатых веществ), а также применяя специальные компенсирующие мероприятия по снижению указанных перемещений потоком отходящих продуктов детонации (устройство не показано).

В нашем случае была реализована симметричная относительно фронта детонации схема размещения взрывчатых веществ. Сварку взрывом производили при режимах (с выбором конкретных взрывчатых веществ и их оптимального размещения в углублении жесткого основания), которые позволили обеспечить постоянство деформирующего импульса I_Д в зоне соударения по всей поверхности плакируемой заготовки. Выбор конкретных взрывчатых веществ с различной скоростью детонации, их оптимальное расположение в углублении жесткого основания (определение величин L₁ и L₂ при глубине Н=12 мм) с целью достижения выравнивания деформирующего импульса в зоне соударения было достигнуто расчетным путем с использованием специально разработанной компьютерной программы. При этом величина деформирующего импульса для данной пары покрытия и плакируемой заготовки составила I_Д=5÷5,2 кН·с/м² (величина I_Д определялась по методике, изложенной в книге: Лысак В.И., Кузьмин С.В. Сварка взрывом. - М.: Машиностроение - 1, 2005. - 544 с., ил.). Достигнутое относительно равномерное распределение деформирующего импульса в зоне соударения в свою очередь привело к стабилизации параметров волнового профиля сварного шва. Так, экспериментально установлено, что величина амплитуды волн, образовавшихся на границе соединения покрытия и плакируемой заготовки, составила 2а=0,10÷0,13 мм при длине волны λ=0,31÷0,37 мм вдоль всей поверхности соединения, что является достаточно стабильной характеристикой. Это в свою очередь положительным образом сказалось на качестве полученного двухслойного композита, у которого не было обнаружено расслоений (класс сплошности - не ниже 1 по ГОСТ 10885-85), прочность соединения слоев была на уровне прочности основного металла плакируемой заготовки (сопротивление срезу определялось по ГОСТ 10885-85 и составило τ_ср=200÷250 МПа).

В результате проведенных исследований были экспериментально определены значения I_Д ^кр и I_Д ^пред для предлагаемого способа сварки (I_Д ^кр=3,7 кН·с/м²; I_Д ^пред=6,5 кН·с/м²), где I_Д ^кр - критическая величина деформирующего импульса, при которой затрачиваемая на деформацию приконтактных объемов металла энергия обеспечивает необходимую степень активации контактных поверхностей для формирования надежного соединения; I_Д ^пред - предельная величина деформирующего импульса, при которой нарастание энерговыделения вызывает появление оплавленного металла в приконтактной зоне.

Следует отметить, что фактически процесс формирования надежного соединения при сварке взрывом начнет реализовываться при достижении величины деформирующего импульса критических значений I_Д ^кр, при которых затрачиваемая на деформацию приконтактных объемов металла энергия обеспечивает необходимую степень активации контактных поверхностей для формирования надежного соединения. Экспериментально установлено, что сварка взрывом при значениях деформирующего импульса ниже величины I_Д ^кр не обеспечит соединения покрытия и массивной плакируемой заготовки. Процесс формирования надежного соединения покрытия и массивной плакируемой заготовки сваркой взрывом будет реализовываться вплоть до достижения деформирующего импульса предельной величины I_Д ^пред, превышение которой вызовет резкое нарастание энерговыделения и появление оплавленного металла в приконтактной зоне, что в свою очередь приведет к резкому снижению качества двухслойного композита (снижению прочности соединения покрытия и массивной плакируемой заготовки).

Таким образом, для формирования надежного соединения при сварке взрывом необходимым условием является нахождение отношения деформирующих импульсов

I_Д/I_Д ^кp в пределах от 1,0 до 1,76. При отношении I_Д/I_Д ^кр менее 1,0 надежного соединения при сварке взрывом не произойдет, т.е. затрачиваемой на деформацию приконтактных объемов металла энергии будет недостаточно для обеспечения необходимой степени активации контактных поверхностей. При отношении I_Д/I_Д ^кp более 1,76 соединение при сварке взрывом произойдет, однако при таких высоких значениях деформирующего импульса нарастание энерговыделения вызовет появление оплавленного металла в приконтактной зоне, что отрицательным образом скажется на качестве двухслойного композита.

Для оценки основных характеристик двухслойного композита было проведено сравнительное исследование качества двухслойного композита, полученного по известному и предлагаемому способам.

Так, для исследований параметров остаточного прогиба f и волнового профиля сварного шва из полученного двухслойного композита вырезали образцы для исследований согласно схеме, представленной на фиг.2, из центральной (в точках k, l, m) и периферийной (в точках n, р, r) части двухслойного композита. Вырезанные механическим способом образцы шлифовали, полировали и травили для выявления структуры межслойной границы. Шлифовке подвергали плоскость образца, параллельную направлению детонации. Замер длины волны λ и ее размах (амплитуды) 2а производили с использованием инструментального микроскопа (ГОСТ 8074-82) согласно схеме, приведенной на фиг.3.

Из изготовленного двухслойного композита путем сварки взрывом по известному способу были вырезаны согласно схеме, приведенной на фиг.2, образцы в точках k, l, m, n, р, r, которые в дальнейшем исследовали на инструментальном микроскопе с целью замера длины волны λ и ее размаха (амплитуды) 2а. В качестве покрытия и плакируемой заготовки были использованы аналогичные предлагаемому способу материалы. Кроме того, определяли величину деформирующего импульса I_Д, временное сопротивление разрыву σ_в, предел текучести σ_0.2, относительное удлинение δ₅ и прочность соединения слоев на срез τ_cр. Отбор образцов для механических испытаний проводили по ГОСТ 7564-97. Испытание на растяжение проводили по ГОСТ 1497-84. Остаточный прогиб f определяли по ГОСТ 26877-91 (см. фиг.2).

Ниже приводим результаты исследований раздельно по каждой точке:

k

I_Д=4,6 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кр=1,24; σ_в=490 Н/мм²; σ_0.2=241 Н/мм²; δ₅=28%; τ_ср=142 Н/мм²;

λ₁=0,25 мм; λ₂=0,23 мм; λ₃=0,24 мм; 2а₁=0,06 мм; 2а₂=0,03 мм; 2a₃=0,07 мм.

l

I_Д=4,1 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кр=1,11; σ_в=465 Н/мм²; σ_0.2=248 Н/мм²; δ₅=32%; τ_ср=185 Н/мм²;

λ₁=0,40 мм; λ₂=0,46 мм; λ₃=0,43 мм; 2a₁=0,14 мм; 2a₂=0,15 мм; 2а₃=0,16 мм.

m

I_Д=7,3 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кр=1,97; σ_в=484 Н/мм²; σ_0.2=251 Н/мм²; δ₅=23%; τ_cр=105 Н/мм²;

λ₁=0,72 мм; λ₂=0,76 мм; λ₃=0,74 мм; 2a₁=0,22 мм; 2а₂=0,23 мм; 2a₃=0,23 мм.

n

I_Д=0,8 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кр=0,21; образцы для механических испытаний и испытаний на прочность соединения расслоились при их изготовлении.

p

I_Д=1,0 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кр=0,27; расслоение двухслойного композита из-за краевого непровара.

r

I_Д=1,1 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кp=0,30; расслоение двухслойного композита из-за концевого эффекта.

Остаточный прогиб f доставил 1,1 мм на 1 метр длины.

Из изготовленного двухслойного композита сваркой взрывом по предлагаемому способу также были вырезаны согласно схеме, приведенной на фиг.2, образцы в точках k, l, m, n, р, r, которые в дальнейшем исследовали на инструментальном микроскопе с целью замера длины волны λ и ее размаха (амплитуды) 2а. Ниже приводим результаты исследований раздельно по каждой точке:

k

I_Д=5,0 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кp=1,35; σ_в=502 Н/мм²; σ_0.2=255 Н/мм²; δ₅=29%; τ_cр=240 Н/мм²;

λ₁=0,31 мм; λ₂=0,32 мм; λ₃=0,32 мм; 2а₁=0,11 мм; 2a₂=0,10 мм; 2а₃=0,11 мм.

l

I_Д=5,1 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кp=1,38; σ_в=510 Н/мм²; σ_0.2=267 Н/мм²; δ₅=29%; τ_ср=270 Н/мм²;

λ₁=0,35 мм; λ₂=0,37 мм; λ₃=0,37 мм; 2а₁=0,10 мм; 2а₂=0,11 мм; 2а₃=0,11 мм.

m

I_Д=5,3 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кp=1,43; σ_в=519 Н/мм²; σ_0.2=264 Н/мм²; δ₅=35%; τ_cр=268 Н/мм²;

λ₁=0,31 мм; λ₂=0,32 мм; λ₃=0,31 мм; 2а₁=0,12 мм; 2a₂=0,12 мм; 2a₃=0,13 мм.

n

I_Д=5,2 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кp=1,41; σ_в=493 Н/мм²; σ_0.2=268 Н/мм²; δ₅=32%; τ_cр=230 Н/мм²;

λ₁=0,32 мм; λ₂=0,32 мм; λ₃=0,31 мм; 2а₁=0,11 мм; 2а₂=0,10 мм; 2а₃=0,10 мм.

p

I_Д=5,2 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кp=1,41; σ_в=490 Н/мм²; σ_0.2=273 Н/мм²; δ₅=31%; τ_cр=238 Н/мм²;

λ₁=0,32 мм; λ₂=0,32 мм; λ₃=0,31 мм; 2а₁=0,11 мм; 2а₂=0,12 мм; 2a₃=0,12 мм.

r

I_Д=5,1 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кp=1,38; σ_в=492 Н/мм²; σ_0.2=276 Н/мм²; δ₅=31%; τ_ср=264 Н/мм²;

λ₁=0,34 мм; λ₂=0,34 мм; λ₃=0,33 мм; 2а₁=0,13 мм; 2а₂=0,12 мм; 2а₃=0,12 мм.

Остаточный прогиб f (замеряли специальными шаблонами, откалиброванными с шагом 0,05 мм) составил 0,01 мм на 1 метр длины.

Таким образом, экспериментально установлено, что величина остаточного прогиба f двухслойного композита по заявленному способу находится на низком уровне - 0,01 мм на 1 метр длины, а величины длин волн λ и ее амплитуд 2а у двухслойного композита, изготовленного по заявленному способу, более стабильны и находятся на уровне λ=0,31÷0,37 мм; 2а=0,10÷0,13 мм. У двухслойного композита, изготовленного по известному способу (по прототипу) λ=0,23÷0,76 мм; 2a=0,03÷0,23 мм, что отличается существенным разбросом данных.

Анализ результатов исследования показал, что достижение поставленного технического результата - снижение остаточного прогиба f двухслойного композита и стабилизация параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) по всей поверхности зоны соединения - приводит к равнопрочному соединению вдоль всей поверхности зоны соединения, приводит к увеличению прочности соединения слоев (τ_ср=230÷270 МПа) и к увеличению сплошности соединения слоев.

В двухслойном композите, полученном по известному способу, прочность соединения слоев существенно ниже и составила τ_ср=105÷185 МПа. Кроме того, в периферийной зоне наблюдалось расслоение соединения в результате краевого непровара и концевого эффекта (I_Д=0,8÷7,3 кН·с/м²; I_Д/I_Д ^кр=0,21÷1,97). Равнопрочность соединения, судя по большому разбросу данных (от расслоения до значений 105÷185 МПа), в данном случае не достигнута.

Так, при относительном постоянстве деформирующего импульса I_Д=5,0÷5,5 кН·с/м² (I_Д/I_Д=1,35÷1,43) у двухслойного композита, полученного по предлагаемому способу, был достигнут технический результат - снижение остаточного прогиба f и стабилизация параметров волнового профиля сварного шва.

У двухслойного композита, полученного по известному способу (прототипу), отсутствует стабилизация параметров волнового профиля сварного шва (λ=0,23÷0,76 мм; 2a=0,03÷0,23 мм при значительных колебаниях величины деформирующего импульса I_Д от 0,8 до 7,3 кН·с/м²). При этом величина остаточного прогиба f существенно отличается в большую сторону и составляет 1,1 мм на 1 м длины.

Было установлено, что сварка взрывом с использованием плоскопараллельной схемы расположения покрытия и массивной плакируемой заготовки с плоской поверхностью, при которой массивная плакируемая заготовка располагается своей плоской поверхностью над покрытием, и оптимальным размещением взрывчатого вещества в углублении жесткого основания в виде зарядов с различной скоростью детонации, обеспечивающей постоянство деформирующего импульса I_Д, приводит к снижению остаточного прогиба f двухслойного композита и стабилизации параметров волнового профиля сварного шва по всей поверхности зоны соединения, приводит также к равнопрочному соединению вдоль всей поверхности зоны соединения, приводит к повышению прочности соединения слоев и к повышению сплошности соединения.

Было установлено, что такие отличительные признаки, как расположение массивной плакируемой заготовки непосредственно над покрытием, расположение покрытия непосредственно на взрывчатом веществе, расположение взрывчатого вещества в углублении жесткого основания в виде зарядов с разной скоростью детонации, обеспечивающей постоянство деформирующего импульса I_Д в зоне соударения по всей поверхности плакируемой заготовки, а также нахождение отношения деформирующих импульсов I_Д/I_Д ^кр в пределах от 1,0 до 1,76, по отдельности, попарно и в частичной комбинации не приводили к снижению остаточного прогиба f и стабилизации параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения, полученной сваркой взрывом. И только полная комбинация всех отличительных признаков приводит к снижению остаточного прогиба f и стабилизации параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения, полученной сваркой взрывом.

Полученные данные свидетельствуют о резком снижении остаточного прогиба двухслойного композита и стабильности волнообразования при выбранных условиях сварки взрывом по предлагаемому способу за счет достигнутого равномерного распределения деформирующего импульса по всей контактной поверхности вследствие оптимального размещения заряда взрывчатых веществ в углублении жесткого основания, использования массивной плакируемой заготовки и схемы размещения массивной плакируемой заготовки и покрытия относительно друг друга.

Таким образом, исследования свойств двухслойного композита, изготовленного по заявленному способу, показали, что по механическим свойствам при комнатной температуре (σ_в, σ_0.2, δ₅) он находится на уровне известных аналогов, а по показателям прочности соединения слоев (τ_cр) и сплошности соединения слоев превосходит их за счет снижения остаточного прогиба f и стабилизации параметров волнового профиля сварного шва по всей поверхности зоны соединения при оптимальном размещении заряда взрывчатых веществ в углублении жесткого основания, использования массивной плакируемой заготовки и схемы размещения массивной плакируемой заготовки и покрытия относительно друг друга.

Изобретение может быть использовано при изготовлении металлических конструкций в металлообрабатывающей промышленности и химическом машиностроении, а также при аварийном ремонте днищ крупногабаритной техники, восстановлении нарушенной герметичности крупногабаритных конструкций и др. Массивную плакируемую заготовку располагают ее плоской поверхностью над листом покрытия параллельно со сварочным зазором. Лист покрытия размещают на взрывчатом веществе. Само взрывчатое вещество располагают в углублении жесткого основания в виде зарядов с разной скоростью детонации, обеспечивающей постоянство деформирующего импульса в зоне соударения по всей соединяемой поверхности в процессе сварки взрывом. Инициируют взрывчатое вещество. Заданное соотношение значений деформирующих импульсов выбирают из условия обеспечения необходимой степени активации контактных поверхностей для формирования надежного соединения. Способ обеспечивает стабилизацию параметров волнового профиля сварного шва вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения и снижение остаточного прогиба двухслойного композита. 3 ил.

Способ нанесения сваркой взрывом покрытия в виде листа на массивную плакируемую заготовку с плоской поверхностью, включающий установку параллельно относительно друг друга плакируемой заготовки и листа покрытия в горизонтальной плоскости со сварочным зазором, размещение взрывчатого вещества с обеспечением контакта с листом и инициирование взрывчатого вещества, отличающийся тем, что плакируемую заготовку располагают над листом покрытия, лист покрытия располагают на взрывчатом веществе, которое размещают в углублении жесткого основания в виде зарядов, имеющих разную скорость детонации, обеспечивающую постоянство деформирующего импульса I_Д в зоне соударения по всей соединяемой поверхности в процессе сварки взрывом, при этом соотношение значений деформирующих импульсов I_Д/I_Д ^кр выбирают в пределах от 1,0 до 1,76, где I_Д ^кр, кН·с/м² - критическая величина деформирующего импульса, при которой затрачиваемая на деформацию приконтактных объемов металла энергия обеспечивает необходимую степень активации контактных поверхностей для формирования надежного соединения.