RU154494U1 - Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью - Google Patents
Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью Download PDFInfo
- Publication number
- RU154494U1 RU154494U1 RU2015113837/05U RU2015113837U RU154494U1 RU 154494 U1 RU154494 U1 RU 154494U1 RU 2015113837/05 U RU2015113837/05 U RU 2015113837/05U RU 2015113837 U RU2015113837 U RU 2015113837U RU 154494 U1 RU154494 U1 RU 154494U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- titanium
- copper
- intermetallic
- heat shield
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью, выполненный в виде цельносварной многослойной трубы, содержащей медный и интерметаллидный слои, отличающийся тем, что он выполнен четырёхслойным с чередованием слоев: аустенитная коррозионно-стойкая сталь (наружный слой) - медь - интерметаллид - титан (внутренний слой), причём интерметаллидный слой состоит из титана и меди и имеет толщину 0,1-0,2 мм, а титановый - не менее 2 мм.
Description
Полезная модель относится к изделиям трубчатой формы, изготовленным с помощью энергии взрыва, и предназначается для использования в химических, энергетических установках и т.п.
Известна листовая конструкция теплозащитного элемента со сквозным внутренним каналом сложной формы для пропускания через него хладоносителя (Ю.П. Трыков, В.Г. Шморгун, Д.В. Проничев. Комплексные технологии изготовления композиционных теплозащитных элементов / Сварочное производство. №6, 2000 г., С. 40-43).
Недостатком данной конструкции является то, что теплозащитный интерметаллидный слой не является сплошным и образован лишь на межканальных (плоских) участках изделия, а на металлах, примыкающих к внутреннему каналу, теплозащитный слой отсутствует, внутренний канал окружен разнородными материалами, поэтому теплообмен с окружающей средой неодинаков на разных участках изделия. Кроме того, эти изделия обладают повышенной склонностью к расслоению при динамических нагрузках, а это весьма ограничивает применение таких изделий в химических и энергетических установках.
Наиболее близкой по технической сущности является цельносварная конструкция композиционного теплозащитного экрана с внутренней полостью, выполненная в виде пятислойной трубы, в которой наружный и внутренний слои выполнены из меди, средний - из алюминия, а расположенные между слоями меди и алюминия теплозащитные слои - из интерметаллидов системы алюминий-медь толщиной 15-20 мкм (0,015-0,02 мм), все металлические слои теплозащитного экрана соединены между собой по всем поверхностям их соприкосновения сваркой взрывом с последующим формированием теплозащитных интерметаллидных слоев термической обработкой. (Патент на полезную модель №85856, МПК B32B 15/20, B23K 101/14, опубл. 20.08.2009 - прототип).
Недостатком данной конструкции является малая суммарная толщина теплозащитных слоев из интерметаллидов системы алюминий-медь, не превышающая 0,04 мм, поэтому эти изделия имеют невысокое термическое сопротивление поперек слоев, малую прочность при сжимающих нагрузках и низкую коррозионную стойкость в контакте с хлоридами, с азотной кислотой, а также с многими другими средами окислительного характера, что весьма ограничивает применение таких изделий в химических и энергетических установках.
Задачей при разработке данной полезной модели является создание новой четырехслойной конструкции композиционного теплозащитного экрана в виде цельносварной трубы, содержащей стальной, медный, интерметаллидный и титановый слои, с более высоким в сравнении с прототипом термическим сопротивлением его стенки при направлении теплопередачи поперек слоев, с более высокой коррозионной стойкостью его наружной и внутренней поверхности в условиях агрессивных сред, например его наружной поверхности - в азотной кислоте, а внутренней - в хлоридах, с обеспечением при этом более высокой прочности при сжимающих нагрузках.
Технический результат, который обеспечивается при осуществлении данной полезной модели - повышение в сравнении с прототипом в 25-39 раз термического сопротивления при направлении теплопередачи поперек слоев, в 13,4-22,4 раза прочности при сжимающих нагрузках, с обеспечением при этом повышенной коррозионной стойкости наружной и внутренней поверхности изделия в условиях агрессивных сред, например, его наружной поверхности - в азотной кислот, а внутренней - в хлоридах.
Указанный технический результат достигается тем, что композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью в виде цельносварной многослойной трубы, содержащей медный и интерметаллидный слои, выполнен четырехслойным с чередованием слоев: аустенитная коррозионностойкая сталь (наружный слой) - медь -интерметаллид - титан (внутренний слой), причем интерметаллидный слой состоит из титана и меди и имеет толщину 0,1-0,2 мм, а титановый - не менее 2 мм.
В отличие от прототипа наружный слой композиционного теплозащитного экрана с внутренней полостью выполнен из аустенитной коррозионностойкой стали, что, помимо повышения прочности и термического сопротивления его стенки при направлении теплопередачи поперек слоев, обеспечивает еще и высокую коррозионную стойкость наружной поверхности изделия в условиях агрессивных сред, например в азотной кислоте, а также прочность при сжимающих нагрузках. Толщину стального слоя выбирают исходя из требуемой прочности предлагаемого теплозащитного экрана, необходимого термического сопротивления его стенки и экономии материалов на его изготовление. Медный слой в биметалле способствует стабилизации температуры по длине изделия при воздействии с внешней стороны теплозащитного экрана концентрированных источников нагрева, способствует также повышению прочности предлагаемого изделия. Его толщину выбирают с помощью компьютерной технологии, исходя из требуемого распределения температуры на внутренней поверхности теплозащитного экрана и требуемой прочности. Интерметаллидный слой из титана и меди обладает значительно меньшей теплопроводностью, чем интерметаллидные слои из меди и алюминия в изделиях по прототипу, поэтому способствует существенному повышению термического сопротивления стенки предлагаемой конструкции. Предложено интерметаллидный слой выполнять толщиной, равной 0,1-0,2 мм, что обеспечивает у него необходимое высокое термическое сопротивление. Его толщина менее 0,1 мм является недостаточной для обеспечения необходимых теплозащитных свойств, а его толщина более 0,2 мм является избыточной, поскольку при этом у него повышается вероятность хрупкого разрушения при циклических нагрузках в процессе эксплуатации изделия.
Предложено внутренний слой теплозащитного экрана выполнять из титана толщиной не менее 2 мм, что обеспечивает совместно со стальным и медным слоями повышенную прочность предлагаемой конструкции при сжимающих нагрузках. Благодаря низкой теплопроводности титана, этот слой вносит существенный вклад в суммарное термическое сопротивление стенки теплозащитного экрана. Кроме того, титановый слой, благодаря его высокой коррозионной стойкости, обеспечивает стойкость внутренней поверхности изделия в условиях агрессивных сред, например - в хлоридах. Толщина титанового слоя должна быть не менее 2 мм, что необходимо для надежного соединения теплозащитного экрана, например с помощью аргонодуговой сварки, с трубопроводами химических и энергетических установок. Кроме того, при толщине этого слоя менее 2 мм затрудняется получение качественных изделий без неконтролируемых деформаций в процессе сварки взрывом.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен внешний вид композиционного теплозащитного экрана с внутренней полостью с вырезанной для наглядности четвертью, на фиг. 2 - часть продольного разреза стенки трубы с указанием расположения слоев: стального 1, медного 2, интерметаллидного 3 и титанового слоя 4.
Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью выполнен в виде цельносварной четырехслойной трубы с чередованием слоев: аустенитная коррозионностойкая сталь (наружный слой) - медь -интерметаллид - титан (внутренний слой), причем интерметаллидный слой состоит из титана и меди и имеет толщину 0,1-0,2 мм, а титановый - не менее 2 мм.
Наружный слой стальной слой 1 из аустенитной коррозионностойкой стали обеспечивает повышенную коррозионную стойкость наружной поверхности теплозащитного экрана в условиях агрессивных сред, например в азотной кислоте. Совместно с медным и титановым слоями этот слой способствует повышению прочности предлагаемого изделия при сжимающих нагрузках, а также повышению термического сопротивления теплозащитного экрана при направлении теплопередачи поперек слоев.
Медный слой 2, благодаря его высокой теплопроводности, способствуют ускорению процесса выравнивания температуры внутренней поверхности теплозащитного экрана при воздействии с другой стороны на его наружную поверхность концентрированных источников тепла.
Интерметаллидный слой 3 - теплозащитный, совместно со стальным и титановым слоями он вносит существенный вклад в суммарное термическое сопротивление теплозащитного экрана при направлении теплопередачи поперек слоев.
Внутренний титановый слой 4, помимо повышения прочности теплозащитного экрана и его термического сопротивления, обеспечивает еще и высокую коррозионную стойкость внутренней поверхности изделия в условиях агрессивных сред, например в хлоридах.
Работа композиционного теплозащитного экрана с внутренней полостью осуществляется следующим образом. С двух торцевых сторон изделия приваривают к титановому слою, например, аргонодуговой сваркой металлические трубопроводы для пропускания через внутреннюю полость жидкостей или газов-теплоносителей. Ограниченный теплообмен этих веществ с окружающей средой осуществляется через четырехслойную стенку теплозащитного экрана, обладающую повышенным термическим сопротивлением и повышенной прочностью при сжимающих нагрузках. Наружный стальной слой обеспечивает повышенную коррозионную стойкость наружной поверхности теплозащитного экрана в условиях агрессивных сред, например в азотной кислоте, а внутренний титановый слой - его внутренней поверхности, например, в хлоридах.
Пример исполнения 1.
В качестве исходных материалов для изготовления композиционного теплозащитного экрана с внутренней полостью использовали титан марки ВТ1-00, медь марки M1 и аустенитная коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т. Данный экран изготовлен в виде цельносварной четырехслойной трубы длиной 200 мм, ее наружный диаметр Dн=90,1 мм, внутренний - Dв=80 мм. Наружный стальной слой имеет толщину 1,8 мм, толщина смежного с ним медного слоя - 1,14 мм, смежного с медным интерметаллидного слоя - 0,1 мм, внутреннего титанового слоя - 2 мм.
Термическое сопротивление стенки коррозионностойкого теплозащитного экрана Rэ равно сумме термических сопротивлений всех слоев, входящих в его состав, и рассчитывается для каждого слоя как отношение его толщины к коэффициенту теплопроводности. В данном примере Rэ=26·10-5 К/(Вт/м2), что в 25-30 раз больше, чем у изделия полученного по прототипу, у которого термическое сопротивление стенки не превышает (0,82-1,02)·10-5 К/(Вт/м2).
Полученный композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью, в сравнении с прототипом, обладает, в 13,5-18,5 раз большей прочностью при поперечных сжимающих нагрузках с обеспечением при этом повышенной коррозионной стойкости наружной и внутренней поверхности изделия в условиях агрессивных сред, например наружной поверхности в азотной кислоте, а внутренней - в хлоридах.
Пример исполнения 2.
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Наружный диаметр композиционного теплозащитного экрана с внутренней полостью Dн=101,2 мм, внутренний - Dв=90 мм. Наружный стальной слой имеет толщину 2 мм, медный слой - 1,3 мм, интерметаллидный - 0,16 мм, титановый - 2,14 мм. Термическое сопротивление стенки коррозионностойкого теплозащитного экрана Rэ=28,5·10-5 К/(Вт/м2), что в 27-34 раза больше, чем у изделия полученного по прототипу.
Полученный композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью в сравнении с прототипом обладает, в 14,9-20,5 раз большей прочностью при поперечных сжимающих нагрузках.
Пример исполнения 3.
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Наружный диаметр композиционного теплозащитного экрана с внутренней полостью Dн=112,4 мм, внутренний - Dв=100 мм. Наружный стальной слой имеет толщину 2,2 мм, медный слой - 1,48 мм, интерметаллидный - 0,2 мм, титановый - 2,32 мм. Термическое сопротивление стенки коррозионностойкого теплозащитного экрана Rэ=32·10-5 К/(Вт/м2), что в 31-39 раз больше, чем у изделия полученного по прототипу.
Полученный композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью в сравнении с прототипом обладает, в 13,4-22,4 раза большей прочностью при поперечных сжимающих нагрузках.
Claims (1)
- Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью, выполненный в виде цельносварной многослойной трубы, содержащей медный и интерметаллидный слои, отличающийся тем, что он выполнен четырёхслойным с чередованием слоев: аустенитная коррозионно-стойкая сталь (наружный слой) - медь - интерметаллид - титан (внутренний слой), причём интерметаллидный слой состоит из титана и меди и имеет толщину 0,1-0,2 мм, а титановый - не менее 2 мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015113837/05U RU154494U1 (ru) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015113837/05U RU154494U1 (ru) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU154494U1 true RU154494U1 (ru) | 2015-08-27 |
Family
ID=54015871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015113837/05U RU154494U1 (ru) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU154494U1 (ru) |
-
2015
- 2015-04-14 RU RU2015113837/05U patent/RU154494U1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102133142B1 (ko) | 복합 튜브를 제조하기 위한 방법 | |
EA201790096A1 (ru) | Ротационное выдавливание труб из коррозионностойких сплавов и трубы, изготовленные с его использованием | |
BRPI0811314A2 (pt) | Método para fabricação de tanques | |
EP1929058A2 (en) | Use of a steel composition for the production of an armouring layer of a flexible pipe and the flexible pipe | |
WO2014169366A3 (en) | Process for producing a multilayer pipe having a metallurgical bond by drawing, and multilayer pipe produced by this process | |
CN1943979A (zh) | 一种具有冶金结合的金属复合无缝管的制造方法 | |
Sasmito et al. | Effect of rotational speed on static and fatigue properties of rotary friction welded dissimilar AA7075/AA5083 aluminium alloy joints | |
RU154494U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU90734U1 (ru) | Композиционный теплообменник с внутренними полостями | |
Kunčická et al. | Analysis of deformation behaviour and residual stress in rotary swaged Cu/Al clad composite wires | |
RU154495U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU163473U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU162806U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU154492U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU154493U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
Mai et al. | Numerical simulation and experimental verification of residual stress in the welded joints of weldolet–branch pipe dissimilar steels | |
RU154491U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU162857U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU162257U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU154490U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU162805U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
RU162803U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран с внутренней полостью | |
CN204986165U (zh) | 一种内壁堆焊双金属弯头 | |
RU107994U1 (ru) | Композиционный теплозащитный экран | |
CN206268637U (zh) | 一种可伸缩热管 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160415 |