Dickblechwalzverfahren für Titanstahl-Verbundplatten

Titan-Stahl-Verbundplatten kombinieren eine korrosionsbeständige Titanoberfläche mit einer Strukturstahlbasis, sodass sich das fertige Bauteil dort, wo es dem Medium zugewandt ist, wie Titan und dort, wo es die Last trägt, wie Stahl verhält. Beim Verfahren zum Walzen dicker Bleche wird diese Kombination durch Rollbonden und nicht durch Gießen hergestellt, und jede Phase der Sequenz hat einen klaren Zweck: die Schnittstelle sauber zu halten, die beiden Oberflächen unter Hitze und Druck in engen Kontakt zu bringen und dann das Paket auf die bestellte Dicke zu reduzieren.

Aufbau der geschichteten Baugruppe

Der Prozess beginnt mit dem Zusammenfügen der Titanplatte, die als Verkleidungs- oder Verbundmaterial dient, mit der Stahlplatte, die als Grundmaterial dient, zu einer eingebetteten Platte. Zwischen der Titanplatte und dem Stahl wird eine passende Zwischeneinlage platziert. Seine Aufgabe besteht darin, Titan und Eisen während des Erhitzens auseinanderzuhalten, da eine direkte Grenzfläche zwischen Titan und Eisen leicht spröde intermetallische Phasen bildet, die die Zähigkeit und Scherfestigkeit zerstören. Anschließend wird das zusammengesetzte Paket durch Elektronenstrahlschweißen unter Hochvakuum versiegelt, so dass der Spalt zwischen den beiden Platten evakuiert wird und die Verbindungsfuge bei der anschließenden Erwärmung keinen Sauerstoff, Stickstoff oder Feuchtigkeit aufnehmen kann.

Erhitzen und Rollbonden auf einem Dickblechwalzwerk

Sobald die Packung versiegelt ist, wird sie in einen Heizofen gegeben und auf Walztemperatur gebracht. Das Paket wird dann auf dem Dickblechwalzwerk gewalzt, wo das Kraftwalzen den Querschnitt reduziert und die Titan- und Stahloberflächen so fest zusammenpresst, dass eine kontinuierliche metallurgische Verbindung über die gesamte Grenzfläche entsteht. Das Walzen wird fortgesetzt, bis die Packung die erforderliche Dicke erreicht. Da die Verbindung durch Verformung im Walzenbiss entsteht, ist der Prozess auf eine ausreichende Reduzierung in den ersten Stichen, eine gleichmäßige Erwärmung und eine richtig dimensionierte Packung für das Walzgerüst angewiesen.

Schneiden Sie die Peripherie ab und trennen Sie die Platten

Nach dem Walzen wird der Umfang des Pakets weggeschnitten, wodurch der versiegelte Kantenbereich entfernt wird, wo die Schweißnaht und die Einlage die Verbindungsqualität beeinträchtigen können. Anschließend wird die Packung in zwei Bretter aufgeteilt. Jedes Walzpaket liefert daher zwei plattierte Platten, eine an jeder Seite, was einer der Gründe dafür ist, dass die Route für die Massenproduktion effizient ist. Die Verbundplatte kann weiter warmgewalzt werden, bis die Blechdicke etwa 4 mm erreicht, so dass die gleiche Verbundplatte sowohl für Grobblech als auch für dünnere Bleche geeignet ist.

Rollbonden im Vergleich zum Explosionsschweißen

Bei der obigen Sequenz handelt es sich um einen Heißwalzbondprozess. Es wird manchmal als explosives Verbundverfahren beschrieben, aber diese Beschreibung ist nicht korrekt: Die Verbindung wird hier durch Vakuumversiegelung, Erhitzen und Rollen hergestellt, ohne dass eine Detonation erforderlich ist. Beim Explosionsschweißen handelt es sich um einen separaten Weg, bei dem ein abgewinkelter Aufprall mit hoher Geschwindigkeit die Verbindung bei Umgebungstemperatur herstellt und eine charakteristische wellenförmige Grenzfläche erzeugt. In der Praxis ergänzen sich die beiden Verfahren, da viele Anlagen Sprengschweißen verwenden, um eine zunächst plattierte Bramme herzustellen, die anschließend auf die endgültige Dicke warmgewalzt wird.

Prüfung und Annahme der Anleihe

Die Qualität der Bindung wird überprüft, bevor die Platte freigegeben wird. Die Ultraschallprüfung der plattierten Platte wird gemäß ASTM A578/A578M durchgeführt, das die Scanmethode und die Akzeptanzgrenzen für Laminierungen und ungebundene Bereiche definiert, während ASTM B898 die Spezifikationen für plattierte Platten aus reaktivem und feuerfestem Metall und damit für das mit Titan plattierte Produkt selbst abdeckt. Neben der Ultraschalluntersuchung prüfen die Hersteller die Scher- oder Zugfestigkeit an der Grenzfläche, die Dicke der Umhüllung und ihre Toleranz, die Gesamtabmessungen und Ebenheit sowie den Oberflächenzustand der Titanfläche. Besonderes Augenmerk gilt den Randbereichen und dem Bereich nahe der Siegelnaht, da dort die Gefahr einer unvollständigen Verklebung am größten ist.

Häufig gestellte Fragen

F: Was ist eine Titanstahl-Verbundplatte?
Es handelt sich um eine plattierte Platte, bei der eine Titanschicht mit einer Stahlgrundplatte verbunden ist, sodass das Teil an der Arbeitsfläche eine Titankorrosionsbeständigkeit erhält, während der Stahl die strukturelle Last trägt.

F: Warum wird das Paket per Elektronenstrahl im Hochvakuum verschweißt?
Die Vakuumdichtung entfernt Luft und Feuchtigkeit aus dem Spalt zwischen den Platten und verhindert, dass Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff die Grenzfläche während des Erhitzens verunreinigen.

F: Wozu dient die Zwischeneinlage?
Es trennt Titan vom Stahl an der Verbindungslinie und begrenzt die Bildung spröder intermetallischer Phasen, die die Zähigkeit und Scherfestigkeit verringern würden.

F: Wie produziert ein Rollpaket zwei Platten?
Das Paket wird am Umfang besäumt und dann in zwei Bretter geteilt, sodass auf jeder Seite der Baugruppe eine plattierte Platte entsteht.

F: Ist das dasselbe wie Sprengschweißen?
Nein. Bei der Rollmethode werden die Platten durch Erhitzen und Rollen einer versiegelten Packung verbunden, während beim Explosionsschweißen ein schräger Aufprall mit hoher Geschwindigkeit erfolgt. Oft werden beide Methoden kombiniert.

F: Welche Normen gelten für das plattierte Blech?
ASTM B898 deckt mit reaktiven und feuerfesten Metallen beschichtete Platten ab, einschließlich titanbeschichteter Produkte, und ASTM A578/A578M definiert Ultraschallprüfungen und Akzeptanzniveaus für die Verbindung.