CN101474717A - 核电设备复合管件的爆炸焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电装备复合管件的爆炸焊接工艺，该爆炸焊接工艺包括：(1)装药组配方案：以粉状乳化炸药为基，掺入一定量的粉状珍珠盐，通过充分搅拌均匀，配制成低爆速炸药；其中：珍珠盐颗粒控制在100～200目之间，乳化炸药与珍珠盐的配比为3～5∶1；(2)确定复管与基管径向间隙的经验公式为：s＝ε·r或s＝kε·r；(3)抑制基管与模具之间孔隙对焊接质量影响的方法：基管外表面粗糙度低于模具内表面粗糙度，使其差别控制在两个级别之内；在基管外壁模具内壁之间加入一层紫铜片，其厚度为1.0±0.1mm。该工艺爆炸复合管件的焊合率达到100％，其结合界面为质量优良的微细波状，复管的塑性变形得到合理控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种核电设备复合管件的爆炸焊接工艺。
背景技术
核电设备需要一种爆炸焊接管件，管件由合金钢管与工业纯铝管复合而成。如图1所示，合金钢管为外管1，在爆炸焊接中称为基管，其外径变化范围为15～60mm；工业纯铝管为内管2，称为复管，其爆炸复合的壁厚变化范围为0.5～2.0mm。对该管爆炸焊接质量的基本要求是：焊合率为100％；结合界面为细微波状；内管的塑性变形须合理控制。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对核电设备需要的复合管件爆炸焊接质量要求，提供一种核电设备复合管件的爆炸焊接工艺，以确保复合管件的焊合率为100％、结合界面为微细波状并能合理控制复管塑性变形。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种核电设备复合管件的爆炸焊接工艺：
(1)装药组配方案：
以粉状乳化炸药为基，掺入粉状珍珠盐，通过充分搅拌混匀，配制成低爆速炸药，其中乳化炸药与珍珠盐的质量比为3～5:1，珍珠盐颗粒控制在100～200目之间。
为了降低爆破对环境的不利影响，目前民用爆破工程所采用炸药的发展趋势是要求炸药中不含TNT，以消除TNT炸药爆炸后所产生的污染。因此，本发明所提供的炸药配制方案中优选不含TNT的粉状乳化炸药，这样符合民爆炸药的发展趋势，有利于环境保护。
采用低爆速炸药的目的是确保爆炸复合管件的结合界面为微细波状结合，以便尽可能地减少结合界面上的微观缺陷，同时提高复合层厚度的均匀性。
因为结合界面波的大小与基、复管之间的碰撞速度直接相关，而碰撞速度的大小又与炸药的爆速密切相关。炸药爆速大，复管对基管的碰撞速度就大，从而使得结合界面波也会增大，造成结合界面塑性变形区内易产生空洞、微裂纹以及复合层厚度差异较大等。
用于降低爆速的主要添加剂为珍珠盐，优选粉状珍珠盐，炸药爆速随珍珠盐添加量的增大而减小。配制的炸药爆速控制在1800～2500m/s范围内。添加的珍珠盐颗粒控制在100～200目之间，其量主要根据复管的壁厚来确定，复管壁厚为0.5～2.0mm时，乳化炸药与珍珠盐的质量比为3～5:1。当复管壁厚小时，对应的炸药爆速相应也低。
(2)确定基管和复管径向间隙的经验公式：
在复合管件的爆炸焊接中，为了保证内、外管之间的斜碰撞这一爆炸焊接的必要条件，二管之间在半径方向必须保持适当的间隙s。
①当复管壁厚一定时，s随着复管直径的增大而增大。
为确保复合管件的可靠焊接，复管必须发生塑性变形；但是，为了减少复管以及复合管件结合界面上因复管变形所产生的微观缺陷，复管的塑性变形必须合理控制，即应追求尽可能小的复管径向塑性应变。
当复管壁厚一定时，若设r为复管的外圆半径，Δr为复管外圆半径的伸长量，即间隙s，则复管的径向应变 即：
s＝ε·r(mm)
当r的变化范围为5～25mm时，ε的最佳变化范围为0.05～0.1；半径较小时，ε取较大值，半径较大时，ε取较小值。显然，当ε一定时，s随着复管的直径增大而增大。
②s随着复管壁厚的增大而增大。
如图2所示，当复管壁厚增大时，由于复管的径向塑性变形、母线的弯折变形以及驱动复管高速撞击基管所需的力均应增加，因而，当炸药成分一定时，爆炸复合所需的炸药用量也要增加。炸药用量的增加又使得炸药的爆速Vd增大。因基、复管的母线相互平行，碰撞点移动速度Vc即为炸药爆速Vd，因此，当Vc增大时，为确保复管沿轴向方向的弯折变形不变，即复管与基管的碰撞弯折角θ不变，则s也需相应增大。
综合考虑上述复管直径及其壁厚二个因素与s之间的关系，得到：
s＝kε·r(mm)，
这里k为壁厚修正系数。经反复试验得到，当复管壁厚在0.5～2.0mm范围内变化时，k的取值变化范围为0.7～0.9，且随复管壁厚增大，相应地，k在此范围内取较大值。
(3)抑制基管与模具之间孔隙对焊接质量消极影响的方法：
为了严格限制基管的变形，基管的外壁需要与模具的内壁紧密贴合。模具通常采用与基管材料相同或相近的合金钢制作。当基管的外壁与模具的内壁紧密贴合时，由于两表面的硬度相同或相近，表面的不平度和粗糙度势必导致各种孔隙在贴合区形成。由于孔隙中的空气密度远低于钢铁的密度，爆炸焊接复管撞击基管时，在基管中形成的应力波会在孔隙中产生反射波，该反射波会对刚焊合的界面造成不同程度的危害，因此需加以抑制，而抑制的关键是尽可能减少基管与模具之间的孔隙。采取的主要方法是：
①基管外表面粗糙度低于模具内表面粗糙度，两者之间的差别控制在两个级别之内；
②在基管外壁模具内壁之间加入一层紫铜片，其厚度为1.0±0.1mm。
有益效果：本发明的工艺中，所采用的炸药符合民爆炸药的发展趋势，适应了环境保护的要求；炸药配制方法简便，且爆速变化范围大，适应了不同壁厚管件的爆炸焊接需要；基、复管之间间隙的确定方法基本实现了定量化，有利于消除盲目性；爆炸复合管件的焊合率达到100％，其结合界面为质量优良的微细波状，复管的塑性变形得到合理控制。
附图说明
图1是复合管件结构示意图，其中1为基管，2为复管。
图2是确定经验公式模拟图，其中Vc为碰撞点移动速度，θ为复管与基管的碰撞弯折角，s为复管与基管之间间隙。
具体实施方式
实施例1：
基管的材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，其内径为13mm，壁厚为2mm，长为1550mm；复管的材料为工业纯铝，其内径为10mm，壁厚为1mm，长为1600mm。根据基、复管外径尺寸，并依据ε和k的取值原则，ε取0.1，k取0.8，由此依据公式s＝kε·r得基管与复管之间的间隙为0.5mm。
装填于复管中的炸药由乳化炸药与120目的粉状珍珠盐混合而成，其质量比为3:1，爆速为2100m/s。
复合管件爆炸复合后经检验，除铝复管在两端处各有约7mm的不焊合区外，其余部分的焊合率为100％，复合管件界面均为微细波状结合。
实施例2：
基管材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，其内径为20mm，壁厚为2mm，长为1550mm；复管材料为工业纯铝，其内径为15mm，壁厚为1.5mm，长为1600mm；根据基、复管外径尺寸，并依据ε和k的取值原则，ε取0.09，k取0.85，由此依据公式s＝kε·r得基管与复管之间的间隙为0.7mm。
装填于复管中的炸药由乳化炸药与100目的粉状珍珠盐混合而成，其质量比为4:1，爆速为2300m/s，
复合管件爆炸复合后经检验，除铝复管在两端处各有约8mm的不焊合区外，其余部分的焊合率为100％，复合管件界面均为微细波状结合。
实施例3：
基管材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，其内径为23mm，壁厚为2mm，长为1550mm；复管材料为工业纯铝，其内径为18mm，壁厚为1.5mm，长为1600mm；根据基、复管外径尺寸，并依据ε和k的取值原则，ε取0.085，k取0.88，由此依据公式s＝kε·r得基管与复管之间的间隙0.8mm。
装填于复管中的炸药由乳化炸药与200目的粉状珍珠盐混合而成，其质量比为5:1，爆速为2500m/s，
复合管件爆炸复合后经检验，除铝复管在两端处各有约10mm的不焊合区外，其余部分的焊合率为100％，复合管件界面均为微细波状结合。
Claims (2)
1、一种核电装备复合管件的爆炸焊接工艺，其特征在于该爆炸焊接工艺包括：
(1)装药组配方案：
以粉状乳化炸药为基，掺入粉状珍珠盐，通过充分搅拌混匀，配制成低爆速炸药；其中：珍珠盐颗粒控制在100～200目之间，乳化炸药与珍珠盐的质量比为3～5:1；
(2)确定复管与基管径向间隙的经验公式：
①当复管壁厚一定时，确定复管与基管径向间隙的经验公式为：
s＝ε·r(mm)
式中：s为复管与基管之间的径向间隙；r为复管的外圆半径，变化范围为5～25mm；ε为复管的径向应变，变化范围为0.05～0.1；
②当复管壁厚增大时，确定复管与基管径向间隙的经验公式为：
s＝kε·r(mm)
式中：k为壁厚修正系数，当复管壁厚在0.5～2.0mm范围内变化时，k的取值范围为0.7～0.9；
(3)抑制基管与模具之间孔隙对焊接质量消极影响的方法：
①基管外表面粗糙度低于模具内表面粗糙度，两者之间的差别控制在两个级别之内；
②在基管外壁与模具内壁之间加入一层紫铜片，其厚度为1.0±0.1mm。
2、根据权利要求1所述的核电装备复合管件的爆炸焊接工艺，其特征在于：所述的低爆速炸药的爆速在1800～2500m/s范围内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090708 |