Przedmiotem wynalazku jest sposób wybucho¬ wego zgrzewania materialów, który ma zastosowa¬ nie w szczególnosci do zgrzewania wybuchowego rur ze scianami sitowymi wymienników ciepla oraz zaslepiania otworów w scianach sitowych wymien¬ ników ciepla.Wykorzystanie energii materialów wybuchowych w procesach laczenia metali jest znane i stosowane w swiecie m. in. do wybuchowego platerowania blach, laczenia powierzchni ksztaltowych, zgrzewa¬ nia rur ze scianami sitowymi wymienników ciepla, zaslepiania otworów w scianach sitowych.Znane i stosowane dotychczas sposoby wybucho¬ wego zgrzewania materialów mozna sklasyfikowac w dwóch grupach: pierwsza grupa obejmuje spo¬ sób zgrzewania wybuchowego materialów przy równoleglym ustawieniu wstepnym powierzchni nastrzeliwanej i materialu podstawowego (dla wy¬ mienników ciepla jest to odpowiednio powierzch¬ nia rury i powierzchnia otworu w scianie sitowej), a do drugiej grupy zalicza sie sposób zgrzewania wybuchowego materialów z zastosowaniem wstep¬ nego kata pochylenia powierzchni materialu na- strzeliwanego wzgledem powierzchni materialu pod¬ stawowego (przy cr0). Kat wstepnego ustawienia powierzchni uwaza sie za dodatni, jesli kierunek wzrostu szczeliny miedzy tymi powierzchniami nie jest przeciwny do kierunku przebiegu detonacji.Szczególowe rozwiazania sposobu zgrzewania wybuchowego materialów przy równoleglym usta- 15 20 30 2 wieniu powierzchni materialu podstawowego i ma¬ terialu nastrzeliwanego chronione sa m.in. paten¬ tami; angielskimi - nr nr 1 572 113, 1280 451, 1 521 256 oraz amerykanskim nr 4120 439. Natomiast szcze¬ gólowe rozwiazania sposobu zgrzewania wybucho¬ wego materialów z zastosowaniem wstepnego kata pochylenia powierzchni maerialu nastrzeliwanego wzgledem powierzchni materialu podstawowego chronione sa m.in. patentami: angielskim nr nr 1149 387, 1 439 141, 1 541 410, amerykanskim nr 4117 966, 4 205 422) oraz RFN nr 1949 573.Szerokiego przegladu metod zgrzewania wybu¬ chowego metali dokonal B. Crossland w artykule pt. „Review of the present state of the art in explosive welding" opublikowanym w czasopismie „Metals Technology", January 1976 oraz T.Z.Blazynski w ksiazce pt. „Explosive welding, for¬ ming and compaction" — Applied Science Publi- shers, London, New York, 1983.W obu wyzej wymienionych sposobach zgrzewa¬ nia wybuchowego, we wszystkich znanych z pa¬ tentów i publikacji rozwiazaniach szczególowych, kierunek przebiegu procesu detonacji materialu wybuchowego napedzajacego material nastrzeliwa- ny jest zgodny z kierunkiem przebiegu procesu zgrzewania wybuchowego. Konsekwencja prowa¬ dzenia procesu zgrzewania wybuchowego znanymi sposobami jest to, ze jeden z podstawowych para¬ metrów procesu zgrzewania wybuchowego — kat zgrzewania, okreslany jako kat, pod jakim zde- 140 860140 860 3 rzaja sie powierzchnie laczone — jest suma kata wstepnego ustawienia powierzchni laczonych a i dy¬ namicznego kata zgrzewania d, okreslanego jako kat o jaki odginany jest przez produkty podeto- nacyjne material nastrzeliwany od swego poczat¬ kowego polozenia, t.j.: fi = a + d W praktyce stosowanie wymienionych sposobów wybuchowego zgrzewania do mocowania rur w scianach sitowych wymienników ciepla jest ogra¬ niczone. W przypadku sposobu zgrzewania wybu¬ chowego przy równoleglym ustawieniu wstepnym powierzchni przeznaczonych do laczenia (a = 0) wystepuje koniecznosc stosowania w procesie ma¬ terialów wybuchowych o predkosci detonacji mniej¬ szej niz predkosc dzwieku w metalu a wiec prak¬ tycznie materialów wybuchowych o predkosci de¬ tonacji < 4500 m/s. Wynika to stad, ze przy tym sposobie prowadzenie procesu predkosci przebiegu zgrzewania Vk równa sie predkosci detonacji D stosowanego materialu wybuchowego. Sa trudnosci w wytworzeniu materialów wybuchowych o malej, ponizej 5 mm srednicy krytycznej, zapewniajacych równoczesnie uzyskanie odpowiedniej wartosci sto¬ sunku predkosci promieniowej scianki rury do predkosci detonacji materialu wybuchowego, a wiec zapewniajacej odpowiednia dla zgrzewania wartosc dynamicznego kata zderzenia.Srednica krytyczna dotychczas stosowanych ma¬ terialów wybuchowych o predkosci detonacji 2000-^4000 m/s wynosi na ogól 10 mm, co prak¬ tycznie wyklucza ich stosowanie w przypadku, gdy rury wymiennika maja srednice < 20 mm.W gesto perforowanych sciankach sitowych ma¬ ksymalna szczelina jaka moze . byc zapewniona miedzy powierzchnia zewnetrzna rury a powierz¬ chnia otworu w scianie sitowej na ogól musi byc ^ 1,5 mm. Aby scianka rury na tak malej drodze uzyskala minimalna wymagana dla zgrzewania energie kinetyczna — zderzenie rzedu 0,5 J/mm2, koniecznym jest stosowanie do napedzania rury wysoko-energetycznych materialów wybuchowych, których predkosc retonacji nawet przy srednicach krytycznych jest 5000 m/sek. W przypadku spo¬ sobu zgrzewania wybuchowego z zastosowaniem wstepnego pochylenia materialów laczonych (a0) istnieje koniecznosc pracochlonnego laczenia prze¬ wodów kazdego zapalnika, umieszczonego wewnatrz rury, z siecia strzalowa. Czyni to niemozliwym grupowe odpalanie ladunków i zmusza do pojedyn¬ czego mocowania rur w scianie sitowej. Koszty materialowe uzyskania jednego polaczenia sa wy¬ sokie glównie z uwagi na stosunkowo wysoki koszt zapalnika, gdyz w tym rozwiazaniu jeden zapalnik przypada na jedno polaczenie rura - sciana sitowa.Niemozliwe jest uzyskanie w jednej operacji tech¬ nologicznej zgrzewania wybuchowego koncówki ru¬ ry i roztloczenia jej na pozostalej grubosci sciany sitowej. Jest to praktycznie mozliwe tylko w tym przypadku, gdy ladunek wybuchowy pobudzony jest od strony czolowej sciany sitowej.Sposób wybuchowego zgrzewania materialów wedlug wynalazku polega na tym, ze zgrzewanie prowadzi sie z zastosowaniem tzw. ujemnego kata wstepnego ustawienia powierzchni nastrzeliwanej wzgledem powierzchni podstawowej —< a<0. Ksztalt i wielkosc powstajacej miedzy tymi powierzchnia¬ mi szczeliny oraz ksztalt warstwy inercyjnej do¬ biera sie tak, aby po umieszczeniu materialu wy- 5 buchowego i warstwy inercyjnej na powierzchni nastrzeliwanej i zdetonowaniu materialu wybucho¬ wego od strony czolowej plyty podstawowej pow¬ stal kat dynamicznego zgrzewania mniejszy od kata wynikajacego z wstepnego ustawienia powierzchni 10 zgrzewanych.Geometria ukladu oraz fakt, "ze predkosc deto¬ nacji jest znacznie wieksza od predkosci powierz¬ chni nastrzeliwanej powoduja, iz na odcinku na którym nastepuje zgrzewanie, predkosc detonacji 1B materialu wybuchowego oraz rzut przedkosci pun¬ ktu kolizji materialów zgrzewanych maja zwroty przeciwne.W konsekwencji prowadzenia pracesu zgrzewa¬ nia wybuchowego zgodnie z wynalazkiem kat 20 zgrzewania ^ jest róznica kata wstepnego ustawie¬ nia powierzchni laczonych a oraz dynamicznego kata zgrzewania d.P = a — d Sposób wedlug wynalazku stosowany przy zgrze- 25 waniu rur ze sciana sitowa wymiennika ciepla zapewnia niski jednostkowy koszt materialowy i pracochlonnosc wykonania polaczenia, wynikajaca z mozliwosci jednoczesnej detonacji kilkudziesieciu ladunków polaczonych lontem detonujacym od stro- 30 ny czolowej sita. Istnieje mozliwosc a nawet ko¬ niecznosc stosowania pospolitych wysoko-energety¬ cznych materialów wybuchowych o malej ponizej 5 mm srednicy krytycznej i duzej 5000 m/s pred¬ kosci detonacji. Praktycznie wiec grubosc scianki 35 rury, która jest napedzana nie stanowi czynnika ograniczajacego stosowanie zgrzewania wybucho¬ wego. W jednej operacji technologicznej i za po¬ moca jednego ladunku wybuchowego mozna wy¬ konywac polaczenia rura — sciana sitowa, sklada- 40 jace sie z czesci zgrzewanej wybuchowo 8 na od¬ cinku wiekszym niz grubosc scianki rury z jedno¬ czesnym roztloczeniem rury na calej grubosci scia¬ ny sitowej. Uzyskuje sie prostote budowy i wyko¬ nania ladunku a wiec i niski koszt wytwarzania 45 ladunku, a takze mozliwosc mocowania rur o ma¬ lych <20 mm srednicach zewnetrznych.Przedmiot wynalazku zostal blizej objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat procesu wybuchowego 50 zgrzewania powierzchni laczonych, fig. 2 i 3 — schemat przebiegu procesu zgrzewania wybucho¬ wego rury ze sciana sitowa.Powierzchnia nastrzeliwana 1 i powierzchnia podstawowa 2 ustawione sa pod katem a<0. Ma- 55 terial wybuchowy 3 umieszczony jest na warstwie inercyjnej 5.Ksztalt i wymiary szczeliny miedzy powierzchnia nastrzeliwana 1 a powierzchnia podstawowa 2 oraz ksztalt warstwy inercyjnej 5 i rodzaj zastosowa- 6§ nego materialu wybuchowego decyduja o wartosci kata dynamicznego zgrzewania d. Dlatego dobrane . sa tak, aby po zdetonowaniu materialu wybucho¬ wego 3 powstal kat d mniejszy od kata a wynika¬ jacego z wstepnego ustawienia powierzchni laczo- 65 nych. Material wybuchowy 3 detonowany jest w5 140 860 6 kierunku osi x od strony czolowej 6 powierzchni podstawowej 2. Zgrzewanie nastepuje na odcinku A.Geometria ukladu oraz fakt, ze predkosc deto¬ nacji D materialu wybuchowego 3 jest znacznie wieksza od predkosci powierzchni nastrzeliwanej 1 powoduja, ze na odcinku zgrzewanym wybucho¬ wo A predkosc detonacji D materialu wybuchowe¬ go 3 oraz rzut Vk punktu kolizji K powierzchni zgrzewanych maja zwroty przeciwne.Korzystne jest, gdy stosuje sie materialy wybu¬ chowe o srednicach i predkosciach detonacji róz¬ nych na dlugosci ladunku wybuchowego przezna¬ czonej do zgrzewania wybuchowego. Natomiast w przypadku zgrzewania rury ze sciana sitowa wy¬ miennika ciepla korzystne jest, gdy szczelina po¬ miedzy powierzchnia zewnetrzna rury 1 a powierz¬ chnia otworu 2 w scianie sitowej ma ksztalt stozka zbieznego w kierunku przebiegu detonacji o kacie rozwarcia a wiekszym niz 7° wiekszym co najmniej o 1° od kata dynamicznego zgrzewania /?.Sposób wybuchowego zgrzewania materialów wedlug wynalazku moze rozwiazac wiele proble¬ mów wystepujacych przy produkcji i remontach wymienników ciepla.Najszersze zastosowanie powinien znalezc przy laczeniu rur o malych srednicach wykonanych z materialów odpornych na korozje, np.: tytanu, ineonelu, mosiadzu itp. z gesto perforowanymi scia¬ nami sitowymi, wykonanymi z dowolnego materia¬ lu. Przemawia za tym fakt, ze dla zgrzewania wy¬ buchowego nie istnieje praktycznie pojecie zlej spawalnosci metali; który to problem wystepuje bardzo ostro w przypadku spawania tradycyjnymi metodami FIG lub MIG np. tytanu.Sposób wedlug wynalazku moze stanowic wyjs¬ cie do wysokowydajnych technologii produkcji szerokiego asortymentu wymienników ciepla, bez wzgledu na rodzaj materialów, grubosci scianek rur i ich srednicy.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wybuchowego zgrzewania materialów z zastosowaniem kata wstepnego ustawienia po¬ wierzchni laczonych, znamienny tym, ze powierz¬ chnie nastrzeliwana (1) ustawia sie pod katem a<0, wzgledem powierzchni podstawowej (2), przy czym ksztalt i wymiary szczeliny pomiedzy powierzchnia nastrzeliwana (1) i powierzchnia podstawowa (2) oraz ksztalt warstwy inercyjnej (5) i rodzaj ma¬ terialu wybuchowego (3) dobiera sie tak, aby po umieszczeniu materialu wybuchowego (3) i warstwy inercyjnej (5) na powierzchni nastrzeliwanej (1) oraz zdetonowaniu materialu wybuchowego (3) od strony czolowej (6) powierzchni podstawowej (2), na powierzchni nastrzeliwanej (1) powstawal kat dynamicznego zgrzewania (<5), mniejszy od kata (a) wynikajacego z wstepnego ustawienia powierzchni laczonych przy czym na odcinku zgrzewanym wy¬ buchowo (A) predkosc detonacji (D) materialu wy¬ buchowego (3) oraz rzut (Vk ') predkosci (Vk ) punktu kolizji (k) powierzchni laczonych na kie¬ runek predkosci detonacji (D) maja zwroty prze¬ ciwne. 25 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako powierzchnie nastrzeliwana (1) stosuje sie rure, która zgrzewa sie z plyta podstawowa (2), która stanowi sciana sitowa, przy czym szczeline miedzy rura a powierzchnia otworu w scianie si- 30 towej wykonuje sie w postaci stozka zbieznego w kierunku przebiegu detonacji o kacie polówkowego rozwarcia (a) wiekszym od kata dynamicznego zgrzewania (<5). 35 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie materialy wybuchowe (3) o róznych srednicach i predkosciach detonacji na dlugosci ladunku wybuchowego przeznaczonej do zgrzewa¬ nia wybuchowego. PL