З кожним роком зростає використання в машинобудівних конструкціях біметалів та багатошарових матеріалів., поєднують у собі міцність, недефіцитність, невисоку вартість основного конструкційного шару та спеціальні властивості тонкого покриття – корозійну та кавітаційну стійкість, антифрикційність, електропровідність та ін. Крім того, біметали можуть застосовуватися як конструктивні елементи, як перехідники для з'єднання деталей з різнорідних металів і сплавів.
Одним із перспективних способів отримання біметалів є зварювання вибухом. Сутність процесу полягає в наступному: під дією високого тиску продуктів вибуху, що розширюються, метана пластина набуває швидкість порядку кількох сотень метрів в секунду і співпадає з нерухомою пластиною під певним кутом; внаслідок високих швидкостей зіткнення та тиску в зоні контакту відбувається очищення поверхонь, їх активація та утворення сполуки у твердій фазі.
До основних переваг зварювання вибухом перед іншими способами зварювання та плакування відносяться:
- можливість з'єднання практично будь-яких металів, у тому числі важко з'єднуються і не з'єднуються звичайними методами;
- висока продуктивність процесу при плакуванні великогабаритних виробів порівняно з наплавкою та заливкою;
- короткочасність та простота здійснення процесу;
- отримання рівномірних плакуючих шарів практично будь-якої товщини за рахунок застосування високоякісного листового прокату.
Як відомо, у суднобудуванні широке застосування знайшли алюмінієві сплави. Незважаючи на їхню вищу вартість порівняно зі сталлю, суднові конструкції з алюмінієвих сплавів окупаються швидше завдяки низці переваг: легкості, немагнітності, корозійної стійкості та досить високої міцності. Цілісноалюмінієві конструкції виготовляють, як правило за допомогою зварювання; з'єднання ж алюмінієвих деталей зі сталевими може виконуватися за допомогою клепки або зварювання, через біметалічні перехідні елементи. Сварка, природно, процес менш трудомісткий порівняно з клепкою. Крім того, отримувані з'єднання більш надійні.
Технологію зварювання алюмінієвих сплавів зі сталлю з використанням біметалічних перехідників впроваджено, наприклад, для з'єднання вигородок надбудови зі сталевою палубою судна. Біметал для перехідників можна отримувати як шляхом прокатки, так і за допомогою зварювання вибухом. Однак можливості прокатки обмежені при отриманні перехідників з товщиною складових біметалу. 5 мм, а також мають значні розміри за площею.
В даний час біметалічні перехідники, отримані шляхом зварювання вибухом, знаходять дедалі ширше застосування там.
У Польщі на Гданській судноверфі збудовано кілька суден із застосуванням саме таких проміжних елементів (сталь+алюмінієвий сплав). Перехідники вирізалися із тришарових листів: суднобудівна сталь (товщина 20 мм) + під шар чистого алюмінію (6 мм) + алюмінієво-магнієвий сплав (10 мм). відзначається, що перехідники, отримані за допомогою зварювання вибухом, характеризуються високою корозійною стійкістю та властивостями міцності.
У Югославії на судноверфі у Спліті збудовано судно для Фінляндії, в якому для з'єднання алюмінієвої надбудови зі сталевою палубою використані смуги з біметалу: сталь (20 мм) + чистий алюміній (6-10 мм) + алюмінієво-магнієвий сплав (5-8 мм). Отримані шляхом зварювання вибухом з'єднання мають високу міцність при статичних і циклічних навантаженнях. За даними роботи, при будівництві есмінця із застосуванням біметалічних перехідних елементів маса корпусу завдяки використанню надбудов з алюмінієвих сплавів була знижена на 100 т.
При необхідності методом зварювання вибухом можна отримувати інші композиції для виготовлення перехідних елементів (сталь+титан, титан+алюміній та ін.). За допомогою біметалу можна поєднувати не тільки листи, але й труби, виготовлені з різнорідних матеріалів. Кільцеві перехідні елементи при цьому одержують із біметалічної заготовки шляхом механічної обробки або штампування..
Крім того, є інші перспективні галузі застосування біметалів. так, у роботі проаналізовано потенційні переваги будівництва великих та малих суден з використанням як обшивку сталевих листів, плакованих мідно-нікелевим сплавом, які мають необоротні властивості. Економічний ефект при цьому обумовлений зменшенням витрат палива, підвищенням експлуатаційної швидкості судна, збільшенням міжремонтних періодів, економією коштів на фарбування корпусу.
Слід також розглянути й інші можливості застосування зварювання вибухом у суднобудуванні та судноремонті.. З метою економії дефіцитних матеріалів доцільно, наприклад, виготовляти з біметалу (сталь+нержавіюча сталь або сталь+алюміній) ємності для зберігання на судні прісної води. Великим резервом економії кольорових металів може бути заміна суцільнометалевих деталей на біметалічні. так, умови роботи вкладишів та втулок у вузлах тертя суднових механізмів дозволяють виконувати їх двошаровими — з основою зі сталі та внутрішнім тонким антифрикційним шаром із бронзи або латуні.. Найбільш підходящим способом виготовлення подібних двошарових виробів є зварювання вибухом, забезпечує рівномірність і високу міцність плакування, відсутність дефектів лиття та необхідності у великих припусках під подальшу механічну обробку.
Деталі та вузли, працюючі в умовах інтенсивного ударного або ударно-абразивного зносу, переважно зміцнюють шляхом наплавлення зносостійкої сталі Гадфільда. Найчастіше низька якість наплавленого металу (хімічна та структурна неоднорідності, розтріскування тощо), високі трудомісткість та енергоємність суттєво знижують ефективність цього технологічного процесу. У зв'язку з цим досить перспективним є використання біметалічної композиції.: низьковуглецева сталь+сталь 110Г13. В цьому випадку низьковуглецева сталь, що добре зварюється, товщиною 4—6 мм., нанесена способом зварювання вибухом на зносостійку сталь Гадфільда, служить перехідним шаром для приварювання деталі до несучої конструкції. Такий біметал успішно застосовується на підприємствах Мінрічфлоту для поліз каретки черпака земснаряду.
Враховуючи значні обсяги механічної обробки на підприємствах та дефіцит інструментальних матеріалів, очевидно, доцільно впроваджувати і біметалічний інструмент. Виготовлені з біметалу плоскі протяжки, тангенціальні та призматичні різці, вирубні штампи, у яких тільки різальна частина виконана з інструментальної сталі, дозволяють заощаджувати, наприклад, до 80% вольфрамовмісних матеріалів. Стійкість інструменту з біметалу, отриманого методом зварювання вибухом, знаходиться на рівні, відповідному стійкості серійного суцільнометалевого інструменту.
Що ж до основних механічних властивостей таких біметалів, то вони відповідають приблизно рівню властивостей аналогічних біметалів, отриманих найпоширенішим способом - пакетною прокаткою. Міцність з'єднання шарів при зварюванні вибухом в середньому на 30% вище. Експлуатаційні властивості біметалів (корозійна стійкість, зносостійкість, антифрикційні та ін.) відповідають властивостям плакуючого шару.
Перспективи застосування біметалів у суднобудуванні та судноремонті на закінчення можна проілюструвати такими прикладами.
Вуглецева сталь+нержавіюча сталь. Об'єкти застосування - ємності для зберігання та перевезення води, танки і т. d. Економічна, технічна та інша ефективність ^: підвищення корозійної стійкості, економія нержавіючої сталі, зниження маси.
Сталь+алюміній (алюмінієвий сплав). Перехідники для з'єднання надбудов із палубою, ємності. Заміна заклепувальних з'єднань на зварні, зниження трудомісткості під час ремонту, зменшення маси, підвищення корозійної стійкості.
Сталь+бронза. Вузли тертя та підшипники ковзання. Економія кольорових металів, підвищення несучої здатності та циклічної міцності.
Сталь+мідно-нікелевий сплав. Корпус судна. Відсутність обростання корпусу і як наслідок зменшення витрат палива, підвищення експлуатаційної швидкості судна та збільшення міжремонтних періодів.
Сталь Ст3+сталь 110Г13. Каретка, ковш, земснаряд тощо. п. Підвищення надійності та, отже, збільшення міжремонтних періодів.
Конструкційна сталь+інструментальна сталь. Металообробний інструмент. Економія дефіцитних матеріалів, підвищення циклічної міцності.
