Методы контроля качества биметаллов

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение

1. Получение биметаллов сваркой взрывом.

1.1 Технологические основы промышленного производства биметаллов сваркой взрывом.

1.2 Практические результаты производства биметалла сваркой взрывом.

2. Устройство для прессования биметаллических изделий из порошков.
3. Методы контроля качества биметаллов.

3.1 Контроль прочности сцепления и соотношения толщин слоев биметаллов.

3.2 Контроль механических и эксплуатационных свойств биметаллов.

Заключение

Список  используемой литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение.

     Биметалл (от би... и металл), металлический материал, состоящий из 2 слоев разнородных металлов или сплавов (например, сталь и алюминий, сталь и ниобий, алюминий и титан, титан и молибден и др.). Применяют для повышения прочности и жаростойкости конструкций, снижения их массы с целью экономии дорогостоящих и дефицитных металлов или как материал со специальными свойствами. Например, в электро- и радиотехнике распространение биметаллов обусловлено тем, что плотность переменного тока падает от периферии проводника к его середине, поэтому иногда целесообразно поверхность провода из более дешёвого материала (сталь, алюминий) покрывать хорошим проводником (медь, серебро). Применение биметаллов в приборостроении основано на использовании различных значений температурных коэффициентов расширения металлов, из которых состоят биметаллические пластины. В машиностроении из биметаллов изготовляют детали машин и механизмов (например, втулки подшипников).

     Биметаллы изготовляют главным образом  одновременной прокаткой (или прессованием) двух заготовок различных металлов (или сплавов). Распространены также заливка легкоплавкого металла по тугоплавкому и погружение тугоплавкого металла в расплавленный легкоплавкий металл. При гальваническом способе слой более ценного металла наносят электролитически. Более твёрдые — дорогие и дефицитные — сплавы наплавляют на сталь электронагревом (при производстве режущего инструмента, штампов и пр.).

     Биметаллы разделяются на три основные группы:

     1) биметаллы — заменители, в которых  плакирующим слоем является более дефицитный металл, а основным менее дефицитный;

     2) биметаллы с плакирующим слоем  из металла высокой коррозионной  стойкости и износостойкости;

     3) биметаллы, состоящие из двух  металлов с различными коэффициентами  линейного расширения, так называемые термобиметалльг.

     Биметаллы изготовляются прокаткой, литьем, сваркой  и наплавкой и выпускаются  в виде листов, полос, лент, проволоки, труб, вкладышей и антифрикционных  втулок и пр.

     При изготовлении биметаллов общим для  всех групп является предварительная очистка от окислов поверхностей основного и плакирующего слоев металла путем травления, обдувки песком и дробью:

     Этот  способ испытан более чем на 400 различных биметаллах и сплавах.

     Литые биметаллы изготовляются заливкой плакирующего металла в стационарные формы, на движущуюся стальную ленту и центробежным способом.

     При получении биметаллов сваркой плакирующий  слой — тонкие листы легированной стали соединяются с основным слоем — толстыми листами малоуглеродистой стали посредством точечной сварки, сварки с интервалами (сварка швом) и сварки в полоску.

     Способ  получения биметаллов наплавкой  состоит в наплавлении стального  сплава, обладающего высокой износоустойчивостью  на дешевую прочную, вязкую и упругую  углеродистую сталь или на высокопрочный, модифицированный магнием чугун.

     Биметаллы испытываются на изгиб, скручивание, растяжение, повторное сжатие и на воздействие  резкой перемены температуры с последующим  продавливанием. 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Получение биметаллов  сваркой взрывом.

     Наиболее  перспективным технологическим процессом, позволяющим получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, является сварка взрывом.

       Под определением «технологии  сварки взрывом» понимается процесс  соединения поверхностей 2-х металлических пластин, происходящий при их высокоскоростном соударении. Соударение металлов происходит при метании плакирующего металла на лист основного металла взрывом заряда взрывчатого вещества (ВВ) .

       Неподвижную пластину (основание) 4 и метаемую пластину (облицовку) 3 располагают под углом α = 2-16° на заданном расстоянии h = 2-3 мм от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд ВВ 2. В вершине угла устанавливают детонатор 1. Сварка производится на опоре 5. 

     Рис. 1. Угловая схема сварки взрывом до начала (а) и на стадии взрыва (б)

     Соударение  метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей местный нагрев поверхностных слоев  металла. В результате деформации и  нагрева развиваются физический контакт, активация свариваемых поверхностей и образуются соединения.

     Основная  задача при создании технологии производства биметаллов – обеспечить прочное  соединение слоев без изменения  их исходных свойств. Наиболее полно  эта задача решается при использовании  метода сварки взрывом. При получении биметаллов сваркой взрывом слои металлов, из которых они состоят, сохраняют свойства, которыми они обладали до соединения.

     1.1. Технологические основы промышленного производства биметаллов сваркой взрывом.

     В настоящее время условия производства биметалла сваркой взрывом и его использования изменились. Отсутствие предложений такого биметалла на отечественном рынке восполняют зарубежные компании, в частности, из Франции, которые имеют хорошо отлаженное производство, включающее не только сварку взрывом, но и последующую термообработку, и отделку биметалла.

     В связи с этим к современному производству биметалла сваркой взрывом должны быть предъявлены следующие требования:

• высокое качество при конкурентной цене;
• круглогодичность производства; сжатые сроки выполнения работ;
• обеспечение по требованию заказчика полного цикла производства, включая термообработку, отделку и проведение испытаний на соответствие требованиям стандартов и технических условий.

      Высокое качество и круглогодичность производства обеспечиваются технологией производства. Для проведения работ в сжатые сроки необходимо иметь оборотный капитал и налаженные контакты поставки исходных материалов металлургическими предприятиями. Создание полного цикла производства биметалла, включающего сварку, термообработку и испытания требует значительных капитальных затрат. Поэтому при создании производственной базы в Подмосковье пошли по пути объединения возможностей предприятий и организаций для производства биметалла сваркой взрывом и использования мощностей крупных промышленных предприятий, располагающих соответствующим оборудованием. В результате в ООО «Битруб Интернэшнл» выработана и осуществлена схема производства, предусматривающая поставку с оптовых баз исходного металлопроката; подготовку его к сварке взрывом и проведение процесса сварки взрывом, контроль качества, отбор образцов для сертификационных испытаний и маркировка в ФКП «НИИ «Геодезия», термообработку и правку в ОАО «Машиностроительный завод «ЗИОПодольск» или ОАО «Дзержинскхиммаш». По этой схеме, начиная с 2004 года, производится до 4000м2 биметалла различного назначения, в основном виде двухслойных листов размером 1400х5900 мм.

      Многолетний опыт производства биметалла сваркой  взрывом показал, что его качество определяется правильностью выбора схемы сварки, рациональной технологией подготовки свариваемых поверхностей, зарядом взрывчатого вещества, опорой и возможностью сведения к минимуму влияния внешних факторов (температуры, осадков и т.п.). Для рационального решения этих вопросов при разработке промышленной технологии производства крупногабаритного биметалла сваркой взрывом в ее основу были положены следующие положения:

      1. При выборе схемы сварки учитываются свойства свариваемых материалов, особенности деформации узких граней и обрезки нависаний плакирующего листа, результаты исследований и рекомендации работы. За основу технологии приняты методы сварки взрывом по авторскому свидетельству №317267, запатентованному в США (№3900147), Франции (№7245251), Англии (№1402276) и авторскому свидетельству № 653840, патенту РФ № 2237558. В зависимости от свойств свариваемых материалов процесс сварки осуществляется в среде защитных газов.

      2. Разработка рациональной технологии  подготовки вариваемых поверхностей, как наиболее трудоемкая операция, производится на основании исследований влияния шероховатости свариваемых поверхностей и поверхностных загрязнений (влаги, ржавчины, окалины, масла и др.) с учетом свойств свариваемых материалов и требований к готовому биметаллу.

      3. В отечественной и зарубежной практике для сварки взрывом используются низко скоростные аммиачноселитренные взрывчатые вещества, в том числе смеси аммиачной селитры с дизельным топливом. Использование в качестве взрывчатого вещества при сварке взрывом смеси гранулированной микропористой аммиачной селитры с дизельным топливом позволяет до минимума сократить применение промышленных ВВ, механизировать процесс приготовления смеси, обеспечить высокое качество сварки за счет стабильности состава и плотности заряда по всей его поверхности.

      4. Для обеспечения круглогодичного  производства биметалла в условиях  Подмосковья и сведения к минимуму  влияния внешних факторов технология  предусматривает сборку пакетов  основного и плакирующего листа  в цехе, обеспечение заданного  сварочного зазора, его герметизацию и сохранение при транспортировке и грузоподъемных операциях, подогрев пакета при отрицательных температурах. На площадке ведения взрывных работ производится только установка пакета на опору и раскладка заряда.

      5. Контроль качества биметалла на соответствие ГОСТ 1088585, техническим условиям или техническим требованиям. Качество биметалла оценивается по сплошности сцепления слоев методом ультразвуковой дефектоскопии, прочности соединения на отрыв и срез, деформации. Результаты сертификационных испытаний биметалла после термической обработки в соответствии с ГОСТ 1088585 приведены в таблице 1.

      1.2. Практические результаты производства биметалла сваркой взрывом.

      В настоящее время производство биметалла  сваркой взрывом сосредоточено  в корпорации Dynamic Materials Corporation (США), которая владеет 2 заводами в США (объем производства 45 тысяч м2 в год), во Франции (16 тысяч м2 в год), в Швеции (7 тысяч м2). В Китае имеются 4 завода по производству биметалла сваркой взрывом. Основная номенклатура: двухслойные заготовки сталь – титан, сталь – коррозионностойкая сталь, сталь – медь, сталь – алюминий, сталь – никелевые сплавы и т.п. Потребители биметалла – предприятия нефтехимического и энергетического машиностроения. До 50% биметалла, производимого во Франции и Швеции, идет в Россию.

      Для обеспечения ведущих отраслей машиностроения (нефтехимического, атомного, энергетического  и др.) биметаллом ООО «Битруб  Интернэшнл» и ФКП «НИИ «Геодезия» при участии 

      ИСМАН и ООО «Институт биметаллических  сплавов» на территории испытательного полигона ФКП «НИИ «Геодезия» в г. Красноармейске Московской области была создана научнопроизводственная база по производству биметалла сваркой взрывом. Объем производства биметалла в 2005 году составил около 1000 м², в 2008 году – 4000 м². Мощность базы 3000 тонн биметаллов в год или 8 – 10 тысяч м². Созданная производственная база и технология позволяют производить сваркой взрывом высококачественный коррозионностойкий биметалл, соответствующий требованиям ГОСТ 1088585 и ТУ 27.32.09.0102005, ТУ 27.81.09.0092005. Коррозионностойкий биметалл с основой из стали 09Г2С, 12ХМ толщиной 10–70 мм и плакирующим слоем из сталей Tp321 ASTM (аналог 08Х18Н10Т), Тр 316Ti ASTM A240 (аналог 08Х17Н13М2Т), 08Х13 толщиной 2–6 мм в листах размером 1400х5900 мм, 1900х5900 мм, 2000х5000 мм были поставлены ведущим предприятиям страны ОАО «Пензхиммаш», ОАО «Волгограднефтемаш», ОАО «Курганхиммаш», ЗАО «Дзержинскхиммашэкспорт», ОАО «Салаватнефтемаш» и др.

      Развитие  этих работ позволило разработать  принципиально новую технологию сварки взрывом в среде защитных газов для производства биметалла сталь – титан. В 2005 - 2007 году по новой технологии плакированы заготовки трубных решеток марки сталь 20+ВТ10 размерами 38(30+8)х2700х2900 мм и 48(40+8)х1800х3400 мм для ОАО «Калужский турбинный завод». Заготовки соответствуют ТУ 27.81.09.0092005 «Заготовки двухслойные сталь – титан, полученные сваркой взрывом», одобренные Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (письмо № 0607/298 от 24.03.05) и третьему уровню сплошности сцепления по NC 501 (Франция), а также требованиям AD Merkblatt W8, Iuli 1987, спецификация 1264 от 4.85. Сплошность соединения слоев – 100% по нулевому классу. Прочность соединения, определенная в различных зонах листа: на срез – не ниже 150 МПа, на отрыв – выше 250 МПа. Структура зоны соединения волнистая без хрупких включений. Деформации после термообработки и правки на вальцах в холодную в пределах допуска.