Спосіб зварювання високошвидкісним співударянням плоских деталей із різнорідних металів

Спосіб зварювання високошвидкісним співударянням плоских деталей із різнорідних металів шляхом кидання деталі, що приварюється, до нерухомої деталі, розташованої до неї із зазором, за допомогою електровибухової дії, який відрізняється тим, що деталь, яка приварюється, розташовують на торцевій поверхні товстостінної втулки, всередині якої встановлюють електровибуховий патрон, а нерухому деталь розташовують під кутом 6-12° до деталі, що приварюється, при початковому зазорі між ними 4-5 мм. (19) (21) u201004504 (22) 19.04.2010 (24) 25.11.2010 (46) 25.11.2010, Бюл.№ 22, 2010 р. (72) ВОВЧЕНКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, ДЕМИДЕНКО ЛАРИСА ЮРІЇВНА, ПОЛОВИНКА ВОЛОДИМИР ДМИТРОВИЧ, ОНАЦЬКА НІНА ОЛЕКСАНДРІВНА (73) ІНСТИТУТ ІМПУЛЬСНИХ ПРОЦЕСІВ І ТЕХНОЛОГІЙ НАН УКРАЇНИ 3 конусний насадок, тому в центрі струменя, на виході з конічного сопла, формується кумулятивний викид, що має найбільшу швидкість, яка перевищує середнє значення в 4-5 разів. При зустрічі струменя з перешкодою (пластиною, що приварюється), на останню діє потужний динамічний тиск, сумірний з межею плинності будь-якого сучасного матеріалу, в результаті чого спочатку плоска пластина в процесі свого руху деформується, змінює форму і стає опуклою. Наявність опуклості приводить у початковий момент часу до плоского співударяння, яке потім переходить у навскісне, що поширюється в радіальному напрямку від зони першого контакту. Ознаками, які збігаються з істотними ознаками корисної моделі, що заявляється, являються такі: високошвидкісне співударяння плоских деталей із різнорідних металів шляхом метання деталі, що приварюється, до нерухомої деталі, розташованої до неї із зазором, за допомогою електровибухової дії. До причин, які перешкоджають одержанню необхідного технічного результату, слід віднести малу (точкову) площу зварювання, оскільки у відомому способі високошвидкісний струмінь рідини, який формується високовольтним електричним розрядом у рідині, що знаходиться у твердій камері малого об'єму, викидається з вихідного отвору сопла діаметром 8мм, і забезпечує утворення зварного з'єднання діаметром менше 8мм. Кут співударяння є одним з основних параметрів, що визначають якість отриманих з'єднань. Неконтрольована зміна кута співударяння від зони першого контакту позначається на якості зварного з'єднання, на величині площі зварного з'єднання та місці його утворення на контактній площадці. Крім того, широкому практичному впровадженню способу перешкоджає обмежений ресурс робочої камери, тому що тиск у ній в кілька разів перевищує тиск на фронті ударної хвилі. В основу корисної моделі поставлено завдання вдосконалення способу зварювання високошвидкісним співударянням плоских деталей із різнорідних металів шляхом використання електровибухового патрона та розташування зварюваних плоских деталей під кутом одна до одної, що дозволить забезпечити досягнення оптимальної швидкості співударяння, локальність зони контакту зварюваних деталей і послідовне її переміщення з необхідним кутом по всій площі зварюваних поверхонь і за рахунок цього забезпечити високу якість зварювання по всій контактній площі деталей. Сутність корисної моделі, яка заявляється, полягає в тому, що в способі зварювання високошвидкісним співударянням плоских деталей із різнорідних металів шляхом метання деталі, що приварюється, до нерухомої деталі, розташованої до неї із зазором, за допомогою електровибухової дії, згідно з корисною моделлю деталь, що приварюється, розташовують на торцевій поверхні товстостінної втулки, всередині якої встановлюють вибуховий патрон, а нерухому деталь розташовують під кутом 6-12 до деталі, що приварюється, при початковому зазорі між ними 4-5мм. 54720 4 Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак корисної моделі, яка заявляється, і технічним результатом, необхідно відзначити таке. Ознака «деталь, що приварюється, розташовують на торцевій поверхні товстостінної втулки, всередині якої встановлюють електровибуховий патрон, а нерухому деталь розташовують під кутом 6-12 до деталі, що приварюється, при початковому зазорі між ними 4-5мм» дозволить забезпечити розгін деталі, що приварюється, для досягнення оптимальної швидкості співударяння, локальність зони контакту деталей, що співударяються, і послідовне переміщення її під необхідним кутом по всій площі зварюваних поверхонь, що забезпечить високу якість зварювання по всій контактній площі деталей, а також стабільність відтворення результату. Одночасний додаток імпульсного навантаження від електровибуху провідника до всієї поверхні деталі дозволить сконцентрувати дію імпульсу тиску від електровибухового патрона в осьовому напрямку, тому що бічна поверхня товстостінної втулки в цьому випадку є нерухомою межею, що виключає втрати енергії на її деформування, а також дозволить виключити деформацію (наявність опуклості) деталі, що приварюється в процесі високошвидкісного руху в напрямку до нерухомої пластини, забезпечуючи її плоскопаралельне переміщення. Суть способу пояснюється графічними зображеннями, де на Фіг.1 показано пристрій для реалізації способу зварювання високошвидкісним співударянням плоских деталей із різнорідних металів, на Фіг.2 - графік залежності якості зварних з'єднань від початкового кута між деталями, а на Фіг.3 - графік залежності якості зварних з'єднань від початкового зазору між деталями. Пристрій для реалізації способу зварювання високошвидкісним співударянням плоских деталей із різнорідних металів містить розташовану на діелектричній плиті 1 рамну конструкцію 2, на одній зі сторін якої закріплена поворотна рама 3 з можливістю вертикального переміщення, а на протилежній стороні рамної конструкції 2 встановлена лінійка 4 для виміру кута повороту з кроком 30. На поворотній рамі 3 розміщена плоска нерухома деталь 5. Зверху на деталь 5 для фіксації встановлено вантаж 6. Діелектрична плита 1 виконана з отвором, у якому встановлена й зафіксована товстостінна втулка 7, усередині якої встановлено електровибуховий патрон разової дії 8. Як провідник, що вибухає, в електровибуховому патроні використано алюмінієвий дротик у формі спіралі. На торцевій поверхні втулки 7, розташована плоска деталь, що приварюється, 9. Товстостінна втулка 7 підключена до негативного електрода, а електровибуховий патрон разової дії 8 - до позитивного високовольтного електрода генератора імпульсних струмів (на фігурі не показано). При нульовому куті поворотної рами З плоска деталь, що приварюється, 9, плоска нерухома деталь 5 і товстостінна втулка 7 з електровибуховим патроном разової дії 8 розташовані співвісно. 5 Зварювання високошвидкісним співударянням (ВСУ) із застосуванням електричного вибуху провідника здійснюють у такий спосіб. У пристрої для реалізації способу зварювання на торцевій поверхні товстостінної втулки 7 розташовують плоску деталь, що приварюється, 9. Плоску нерухому деталь 5 розташовують над плоскою деталлю, що приварюється, 9 у поворотній рамі 3 під кутом 6-12 при початковому зазорі між деталями 4-5мм. Усередині товстостінної втулки 7 встановлюють електровибуховий патрон разової дії 8. Товстостінну втулку 7 підключають до негативного електрода, а електровибуховий патрон разової дії 8 - до позитивного високовольтного електрода генератора імпульсних струмів (на фігурі не показано). Контактні поверхні деталей 5 і 9 перед зварюванням знежирюють етиловим спиртом. Кут між деталями, що зварюються, контролюють лінійкою 4 для виміру кута повороту. Подають високу напругу від ГІС на електровибуховий патрон разової дії 8 відбувається електричний вибух провідника всередині патрона, частина енергії, яка виділяється при цьому, (обумовлена коефіцієнтом корисної дії) переходить у кінетичну енергію плоскої деталі, що приварюється, 9, і приводить її в рух, тобто відбувається метання плоскої деталі, що приварюється, 9 до плоскої нерухомої деталі 5. Через те що в застосовуваному електровибуховому патроні разової дії 8 провідник, що вибухає, виконано у формі спіралі, він на всіх стадіях процесу, аж до його руйнування, являє собою індуктор, а після вибуху - плазмовий провідний канал з малим опором, через нього протікає струм великої величини. Внаслідок цього в металі плоскої деталі, що метається, 9 у процесі вибуху провідника наводяться значні імпульсні струми, які інтенсифікують процеси активації її поверхні. Швидкісна пластична деформація плоскої деталі, що метається, 9 приводить до зародження й розвитку великої кількості недосконалостей у металі та виходу їх у зону фізичного контакту. При співударянні плоскої деталі, що метається, 9 із плоскою нерухомою деталлю 5, і виході дислокацій в зону контакту на одній з поверхонь створюються енергетичні умови для утворення дислокаційних 54720 6 джерел на іншій поверхні, тобто відбувається як би естафетна передача деформації. При наступній спільній деформації обох зварюваних деталей, у поверхневих шарах металу накопичується ще більша кількість дефектів кристалічних ґрат, що приводить до активації зварюваних поверхонь, яка підсилюється при подальшій деформаційній дії після співударяння й приводить до зварювання плоских деталей із різнорідних металів шляхом метання. Дослідження якості отриманих зварних з'єднань проводили на темплетах, які діставали шляхом розрізання зварних з'єднань навпіл уздовж руху зони контакту зварюваних поверхонь. На підставі результатів експериментальних досліджень була визначена залежність якості зварних з'єднань, отриманих ВСУ мідної пластини, що метається, до нерухомої сталевої пластини, при електровибусі провідника від величини початкового кута між ними (Фіг.2) і початкового зазору (Фіг.3). Візуальний аналіз залежності показує, що зварювання високої якості, тобто одержання зварного з'єднання без несуцільностей в зоні контакту, високошвидкісним співударянням плоских деталей із різнорідних металів шляхом метання деталі, що приварюється, до нерухомої деталі, розташованої до неї із зазором, за допомогою електровибухової дії, забезпечується при величині кута між ними в діапазоні від 6 до 12 при початковому зазорі між ними 4-5мм. При цьому площа зварного з'єднання дістається найбільша (85% контактної площі), а лінія з'єднання має характерне хвилеутворення, яке збільшує поверхню, і цим забезпечує додаткове механічне зчеплення з'єднуваних металів, що підвищує якість зварювання. Таким чином, спосіб зварювання високошвидкісним співударянням плоских деталей із різнорідних металів дозволить забезпечити досягнення оптимальної швидкості співударяння, локальність зони контакту зварюваних деталей і послідовне її переміщення з необхідним кутом по всій площі поверхонь, що зварюються, і за рахунок цього забезпечити високу якість зварювання по всій контактній площі деталей. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 54720 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601