Changes in the Bonding Zone of Explosively Welded Sheets

Abstract

In the presented paper two sets of Al/Cu and Ti/Ni sheets bonded through the explosive welding process was thoroughly analyzed. A particular attention was drawn to describe the changes in microstructure and chemical composition within the volumes close to the bonding interface. Optical microscopy as well as scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy were applied in the above studies whereas strain hardening across the welding zone was determined by Vickers microhardness measurements.Optical microscopy revealed the coexistence of wavy (dominant) and flat interfaces in both sets of plates. Electron microscopy studies showed that the interface was characterized by sharp transition between two metals. For the Cu/Al sheets local melted zones were found mainly at the front slope of the waves where fluctuations in chemical composition were observed. Melting inside intermediate layers resulted in formation of intermetallic phases of the Cu m Al n -type while in the case of Ti/Ni sheets a continuous intermetallic layer of Ti m Ni n -type delimitating both sheets was found.Keywords: explosive bonding, Cu/Al and Ti/Ni plates, intermediate layer, intermetallic phase W pracy analizowano zmiany struktury i składu chemicznego w zgrzewanych wybuchowo płytach w dwu układach blach, tj. Al/Cu i Ti/Ni wytworzonych z materiałów o czystości technicznej, ze szczególnym uwzględnieniem zmian, jakie następują w warstwach położonych w pobliżu strefy połączenia. Przeprowadzono wieloskalowe badania z wykorzystaniem mikroskopii optycznej, elektronowej mikroskopii skaningowej i spektrometru dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego GENESIS oraz badania w skali transmisyjnej mikroskopii elektronowej.Dla obydwu układów łączonych płyt, dla zastosowanych parametrów technologicznych procesu spajania obserwowano silne zmiany geometryczne na powierzchni łączonych blach. Szczegółowym badaniom poddano te platery, które zakwalifikowano, jako 'poprawnie połączone', tj. charakteryzujące się wymaganą stosownymi normami wytrzymałością połączenia. W najczęściej obserwowanych przypadkach uzyskane połączenie można sklasyfikować, jako płaskie lub faliste z fazą pośrednią. W wyniku przetopienia w strefie połączenia (w obydwu analizowanych układach) obserwowano tworzenie się faz międzymetalicznych typu Cu m Al n oraz Ti m Ni n . Wskazuje to na zmieniającą się wzajemną koncentrację poszczególnych pierwiastków w zależności od analizowanego obszaru. Inną charakterystyczną cechą procesu spajania było wystąpienie silnego umocnienia po obydwu stronach warstwy fazy międzymetalicznej.Zróżnicowanie pomiędzy łączonymi platerami, w najbardziej transparentny sposób ujawnia się poprzez zróżnicowaną grubość strefy pośredniej wypełnionej fazą międzymetaliczną. O ile w układzie Cu/Al występuje silna skłonność do jej pojawienia się dla bardzo szerokiego spektrum parametrów technologicznych procesu spajania, o tyle w przypadku układu Ti/Ni pojawia się ona raczej sporadycznie a uzyskane połączenie ma najczęściej charakter płaski. W tym ostatnim przypadku także...

Structural Properties of Interfacial Layers in Tantalum to Stainless Steel Clad with Copper Interlayer Produced by Explosive Welding

“…The microstructure of SS plate in layers adjacent to the Cu sheet is composed of fine (sub)grains with a diameter of a few hundreds of nanometers (mostly <500 nm). A large number of dislocations accommodated in the cells/(sub)grains of both metals is a strong indication that the deformation processes are prevailing over the thermally activated softening ones, i.e., recovery and recrystallization, as suggested earlier for Al/Cu [9], Zr/(carbon steel) [10] and Al/Ti [14] clads. The wave valleys do not contain any macroscopically visible solidified melt zones (Figure 7a-c).…”

“…This leads to the formation of wavy interfaces between the joined sheets. Since the interfacial layers are subjected to severe plastic deformation [14][15][16][17][18] they can easily undergo recovery and recrystallization. On the other hand, the processes of fast heating followed by fast cooling during clad preparation result in the formation of solidified melt zones of different structures, phase composition and mechanical properties [7][8][9][10][11]19,20].…”

The Effect of Interface Morphology on the Electro-Mechanical Properties of Ti/Cu Clad Composites Produced by Explosive Welding

“…[22][23][24][25][26][27] It was found that wavy interfaces with a limited quantity of melt zones produce better mechanical properties in contrast to flat melt bonds. [20] However, too much waviness [28,29] and too many melt zones which form a semi-continuous interlayer can exert a detrimental effect on the performance of the bimetal.…”

Ratcheting Simulation in a Titanium-Steel Bimetallic Plate Based on the Chaboche Hardening Model

“…The other reasons of ratcheting phenomenon in the analyzed bimetal that could be consider are specific structural and mechanical properties of joint area. During the collision of flayer plate with base plate very high pressure around 19-50 GPa is created in time around 2-5  (Walczak, 1989;Crossland, 1982) as a result thin very hard layer of intermetallics is formed (Paul et al, 2011) sometimes with larger local melted areas. Those melted areas could already have very short cracks (Fig.…”