Theo tác giả các công trình [A.M.Veisten] và [A.I. Pavlov], trong công nghiệp sản xuất vật liệu tổ hợp nhiều lớp thép Ờ hợp kim nhôm dùng cho ngành ựóng tàu thủy, trong ựó có các tấm bimetal thép các bon - HK nhôm ựộ bền cao, lớp kim loại nền thường ựược sử dụng là thép các bon (như các mác thép CT3, 35, 09Г2...; còn lớp HK nhôm thường là, AMг, AMг3, AMг5B.
Trên cơ sở tổng kết kinh nghiệm sử dụng các mác vật liệu dùng cho chế tạo tấm bimetal thép Ờ hợp kim nhôm dùng trong ngành ựóng tàu thủy của các nước trên thế giới, ựề tài chọn vật liệu theo hệ thép CT3 Ờ hợp kim nhôm 1050 có thành phần hoá học như trên các bảng 3.1 và 3.2
Bảng 3.1. Thành phần hoá học và cơ tắnh lớp thép nền CT3 làm tấm kim loại nền (theo tiêu chuẩn Nga ГOCT 380-88 và TCVN tương ựương)
Thành phần hoá học % (theo khối lượng) Mác thép C Si Mn P ≤ S ≤ Fe Giới hạn bền, MPa Giới hạn chảy, MPa độ giãn dài tương ựối,% CT3 0,18 0,1 ọ 0,2 0,60 0,03 0,04 98,95 ọ 99,05 373 ọ 481 186 - 190 24 ọ27
Bảng 3.2. Thành phần hoá học của hợp kim nhôm ựóng tàu thủy [4].
σb (MPa) σ0.2 (MPa) độ giãn dài (%) độ bền trượt (MPa) Cơ tắnh 76ọ159 28ọ145 7ọ39 62ọ83 1050 Thành phần ≤0.25% Si ≤0.4% Fe ≤0.05% Cu ≤0.05% Mn ≤0.05% Mg ≤0.05% V + Al
* Phương pháp tiến hành thắ nghiệm: Trong các thắ nghiệm hàn nổ của công trình nghiên cứu này ựã sử dụng thép CT3 làm lớp nền và hợp kim nhôm ựóng tàu thủy có thành phần hóa học tương ựương các hợp kim cho trong bảng 3.2. Những vật liệu này dễ mua trên thị trường và giá không quá cao như ựối với thép hợp kim ựóng tầu của các nước châu Âu khác, phù hợp cho việc thắ nghiệm ở Việt Nam. để tối ưu hoá chế ựộ hàn nổ, ựầu tiên phải tiến hành thắ nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm với 3 thông số hàn nổ chắnh: r, h, RZ q.u. trong ựó C = 1 (bảng 3.3).
Bảng 3.3. điều kiện thắ nghiệm hàn tạo phôi tấm bimetal thép CT3 Ờ hợp kim nhôm bằng năng lượng nổ. Mức ựiều chỉnh Thứ tự Thông số công nghệ ựược khảo sát Ký hiệu 0 1 2 Bước ựiều chỉnh 1 Thông số không ựơn vị thứ 1:
r = ρO .H /ρ1δ1
X1 1,1 1,3 1,5 0,2 2 Thông số không ựơn vị thứ 2:
h = hO / H X2 0,1 0,2 0,3 0,1 3 Thông số không ựơn vị thứ 3:
RZ q.u.(ựặc tắnh làm sạch bề mặt tiếp xúc hàn) X3 − 1 (đạt) 0 (Tốt) + 1 (Rất tốt) 1,0
Mẫu ựể thắ nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm ựược chọn có kắch thước tấm thép nền như sau: chiều dày x chiều rộng x chiều dài = 24 x 100 x 270 mm (bảng 3.4). Lớp phủ hợp kim nhôm ựược tắnh toán ựể ựảm bảo ựược ựiều kiện hàn nổ ỘtreoỢ theo toàn bộ chu vi của tấm thép nền với lượng che phủ theo mỗi bên dọc hướng nổ là 5 mm, còn lượng che phủở phần ựầu là 25 mm, phần cuối là 5 mm, như vậy, kắch thước cuối cùng của tấm hợp kim nhôm là (5) x 110 x 300 mm.
Sau khi ựã tắnh toán và xác ựịnh ựược vùng tối ưu của các thông số công nghệ hàn nổ lựa chọn nghiên cứu chắnh nói trên chúng tôi ựã thực hiện bước thứ hai: hàn nổ trên các tấm bimetal có kắch thước hình học ựủ lớn ựể có thể
sử dụng cho việc chế tạo các chi tiết trung gian hàn kết cấu trên tầu ựang sử dụng chúng nhằm mục tiêu thử nghiệm bền ựánh giá chất lượng vật liệu trong ựiều kiện phòng thắ nghiệm.
Hình 3.1. Một số mẫu thắ nghiệm quy hoạch thực nghiệm hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT3 Ờ hợp kim nhôm 1050
Trong loạt thắ nghiệm sản xuất thử phôi tấm bimetal thép Ờ HK nhôm (sau khi hoàn thành các lô thắ nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm tối ưu công nghệ), chọn kắch thước tấm thép nền như sau: (chiều dày x chiều rộng x chiều dài) = 24 x 100 x 270, còn tấm HK nhôm là 5 x 110 x 300 (bảng 3.4).
Bảng 3.4. Kắch thước hình học mẫu thắ nghiệm hàn nổ theo số liệu công trình này Tấm kim loại phôi
hàn nổ
Chiều dày x chiều rộng x chiều dài, mm Khối lượng, kg Ghi chú Tấm kim loại hàn (hợp kim nhôm) 5 x 110 x 300 (0,55 + 0,82) Tấm kim loại nền (thép) 24 x 100 x 270 2,55 ọ3,82 Thắ nghiệm QHTN * Chọn sơựồ hàn nổ tạo phôi bimetal:
Trong trường hợp mẫu thắ nghiệm sử dụng trong Luận văn này có chiều dài khá lớn, việc sử dụng sơựồ nổ song song là phù hợp [10]. Sơ ựồ hàn nổ: phương án nổ song song (hình 2.1). Thuốc nổ do một nhà máy quốc phòng của Việt Nam sản xuất (tương ựương với amônit mác 6ЖB do Nga sản xuất) sử ở dạng bột. Ngay trước khi hàn nổ, người ta ựặt trực tiếp thuốc nổ trong
một khung gỗ hoặc chất dẻo bao quanh chu vi của tấm kim loại hàn, tức tấm trên. Mật ựộ thuốc nổ ựược xác ựịnh bằng cách cân nó trong bình thắ nghiệm có thang chia thể tắch. độ ẩm thuốc nổ ựược kiểm soát bằng ngay trong dây chuyền công nghệ sản xuất chất nổ tại nhà máy trong sản xuất công nghiệp ở Việt Nam là theo quy trình kiểm soát của nhà máy.
Trong quá trình thực hiện thắ nghiệm tại một công ty khai thác đá ở Uông Bắ Quảng Ninh ựã sử dụng ựế nổ là nền bê tông cốt thép, trên ựó có ựặt một ựế thép: chiều dày x chiều rộng x chiều dài = 500 x 600 x 2.100 mm.
để bảo vệ bề mặt tấm kim loại hàn giữa lớp thuốc nổ và tấm kim loại hàn có lót một lớp chất giấy bóng nhựa hoặc bìa các tông có chiều dày 0,2 mm.
để kắch nổ thuốc nổ sử dụng kắp nổựiện (Việt Nam sản xuất) nhằm ựảm bảo ựược hình thành mặt phân cách nổ phẳng theo phương pháp ựề xuất trong công trình [10].
Kắch nổ ựược thực hiện bằng Magnhetô chuyên dụng, ựảm bảo yêu cầu tuyệt ựối an toàn sử dụng khi làm việc với chất nổ. Khi sử dụng thuốc nổ có tốc ựộ nổ trung bình ựạt ựến 5.000 ọ 6.000 m/s. Khe hở ban ựầu h0 bằng 1 ọ
1,5 lần chiều dày tấm kim loại trên (δ1), chiều cao thuốc nổ (H) ựảm bảo ựồng ựều trên toàn bộ bề mặt rải thuốc. Trong trường hợp này, sự va ựập của hai tấm kim loại hàn nổ với nhau sẽ không ựổi theo toàn bộ chiều dài mẫu thắ nghiệm (L = 1.000 mm). Có thể sử dụng các mẫu cắt từ tấm hợp kim nhôm có kắch thước b x l = 5 x 5 mm ựể ựảm bảo việc giữ khe hở ban ựầu giữa 2 tấm kim loại khi hàn nổựược ựồng ựều.
Vì do thiếu các ựầu ựo tốc ựộ cao chuyên dụng trong ựiều kiện hàn nổ ngoài trời [10], nên tốc ựộ nổ của các loại thuốc nổ trong công trình nghiên cứu này ựược tắnh toán lý thuyết theo các công thức thực nghiệm.
Hình 3.2. Pakét nổựược rải thuốc nổ dạng bột trong khung chắn ựế nổ là nền
ựất ựá cứng [5].
Theo nguyên lý ựo tốc ựộ nổ bằng phương pháp Dotrisha [17]: dựa trên việc so sánh tốc ựộ nổựó ựược biết trước của một loại dây nổ công nghiệp và tốc ựộ nổ của thuốc nổ sử dụng cho hàn nổ trong trường hợp nghiên cứu cụ thể bằng cách chụp ảnh liên tục quá trình nổ từ ựiểm ựầu kắch nổ ựến cuối quá trình hàn nổ. Khi ựó, tốc ựộ nổ thực tế của thuốc nổ sử dụng ựược tắnh theo công thức:
D = l. DDN / 2 h (3.1)
trong ựó: DDN Ờ Tốc ựộ nổ của dây nổ làm chuẩn so sánh, bằng 6.500 ọ 7.200 m/s; l , h Ờ Chiều dài và chiều cao thuốc nổ sử dụng, m.
độ chắnh xác của phương pháp này thấp (sai số khoảng 11%).
Phần thuốc nổ ỘtreoỢ ngoài diện tắch bề mặt tiếp xúc hàn nổ hai tấm kim loại ựược tắnh toán theo phương pháp nêu trong công trình [10, 16]:
lTR = lδ = H; lS = 2. H / 3; l′B = 9. [H + 2. (BR + lδ) / 9 tgα] / 2 (3.2) trong ựó: H Ờ Chiều dày (cao) thuốc nổ phẳng;
BR = B1 Ờ Chiều rộng của tấm kim loại hàn (tấm trên);
α - Góc giữa dây nổ và hướng nổ của thuốc nổ cơ bản, ựược tắnh theo biểu thức:
Cho trước các giá trị sau: lδ = 20 mm; lS = 15 mm; l′B = 125 mm.
Trong trường hợp hàn nổ thắ nghiệm trong công trình này, chỉ chọn phần thuốc nổ ỘtreoỢ ở phần ựầu tấm kim loại hàn lTR = 20 mm.