RU2355536C1

RU2355536C1 - Method of obtaining objects with inner cavities through explosive welding

Info

Publication number: RU2355536C1
Application number: RU2007145799/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Писарев (RU); Сергей Петрович Писарев; Юрий Павлович Трыков (RU); Юрий Павлович Трыков; Виктор Георгиевич Шморгун (RU); Виктор Георгиевич Шморгун; Леонид Моисеевич Гуревич (RU); Леонид Моисеевич Гуревич; Дмитрий Владимирович Проничев (RU); Дмитрий Владимирович Проничев; Вячеслав Фёдорович Казак (RU); Вячеслав Фёдорович Казак; Дмитрий Юрьевич Донцов (RU); Дмитрий Юрьевич Донцов; Дмитрий Сергеевич Самарский (RU); Дмитрий Сергеевич Самарский
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-05-20

Abstract

FIELD: welding works.

SUBSTANCE: present invention can be used for making objects with inner cavities, for example, heat exchangers, components of electro-thermal and chemical equipment, heat regulators etc. Cavity-forming elements are coaxially put inside metallic pipe-shaped strengthening layers with inner 2.4-4 mm diametre greater than the outer diametre of cavity-forming elements. From the obtained assembly, a packet is made to undergo explosive welding and put, with welding gaps, between coating plates with thickness equal to 1.5-1.7 times the thickness of the walls of the pipe-shaped reinforcement layers. Explosive welding is done at velocity of detonation of explosive equal to 2190-2930 m/s and regulated speed of impact of welded objects, obtaining an all-welded object with inner cavities.

EFFECT: method allows for obtaining in one welding cycle, a quality all-welded object from different materials with high-strength joints between its elements and air-tightness of adjacent cavities; the inner cavity of the object has the desired oval shape.

3 cl, 5 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения изделий сваркой взрывом и может быть использовано для изготовления изделий с внутренними полостями, например теплообменников, деталей электротермического и химического оборудования, теплорегуляторов и т.п.The invention relates to a technology for producing products by explosion welding and can be used for the manufacture of products with internal cavities, for example heat exchangers, parts of electrothermal and chemical equipment, heat regulators, etc.

Известен способ получения сверхпроводящих изделий с внутренней полостью с помощью энергии взрыва, при котором устанавливают соосно трубчатый полостеобразующий элемент с удаляемым наполнителем и трубчатую облицовку, в зазор между ними засыпают порошок сверхпроводящего материала и инициируют наружный заряд взрывчатого вещества, при этом для исключения повреждения поверхности трубчатой облицовки и повышения качества слоя из сверхпроводящего материала, между зарядом взрывчатого вещества и трубчатой облицовкой соосно размещают защитную трубчатую прослойку, между ней и трубчатой облицовкой в зазор засыпают тонкодисперсный керамический порошок, берут взрывчатое вещество со скоростью детонации 1580-3800 м/с, а процесс ведут при отношении удельной массы взрывчатого вещества к сумме удельных масс защитной трубчатой прослойки, тонкодисперсного керамического порошка, трубчатой облицовки и порошка сверхпроводящего материала, равном 0,51-0,81 (Патент РФ №1827089, М. кл. В23К 20/08, опубл. 20.02.96 в БИ №5-96).A known method of producing superconducting products with an internal cavity using the energy of the explosion, in which a coaxially tubular cavity-forming element with a removable filler and a tubular lining is installed, superconducting material powder is poured into the gap between them and an external explosive charge is initiated, in order to prevent damage to the surface of the tubular lining and to improve the quality of the layer of superconducting material, between the charge of the explosive and the tubular lining coaxially place protection fine tubular layer, between it and the tubular lining, finely dispersed ceramic powder is poured into the gap, an explosive is taken at a detonation speed of 1580-3800 m / s, and the process is conducted with the ratio of the specific gravity of the explosive to the sum of the specific gravities of the protective tubular interlayer, finely dispersed ceramic powder, tubular lining and powder of superconducting material, equal to 0.51-0.81 (RF Patent No. 1827089, M. CL. V23K 20/08, publ. 02.20.96 in BI No. 5-96).

Недостатком этого способа является использование в его схеме сварки взрывом лишь одного полостеобразующего элемента, что позволяет получать изделия цилиндрической формы лишь с одной внутренней полостью. Наличие прослойки из спрессованного керамического сверхпроводящего материала между наружной поверхностью медного полостеобразующего элемента и внутренней поверхностью трубчатой облицовки затрудняет теплообмен в поперечном направлении, что ограничивает применение изделий, полученных данным способом в теплообменной аппаратуре.The disadvantage of this method is the use in its scheme of explosion welding only one cavity-forming element, which allows to obtain products of cylindrical shape with only one internal cavity. The presence of a layer of pressed ceramic superconducting material between the outer surface of the copper cavity-forming element and the inner surface of the tubular lining complicates heat transfer in the transverse direction, which limits the use of products obtained by this method in heat exchange equipment.

Известен способ получения сверхпроводящих изделий с внутренней полостью сваркой взрывом, при котором устанавливают соосно трубчатый полостеобразующий элемент с удаляемым водным наполнителем и наружную оболочку, в зазор между ними засыпают порошок сверхпроводящего материала и инициируют заряд взрывчатого вещества. При реализации способа между наружной поверхностью полостеобразующего элемента и слоем порошка сверхпроводящего материала помещают металлическую трубчатую упрочняющую прослойку из высокоэлектропроводного материала с внутренним диаметром на 2-4 мм большим наружного диаметра полостеобразующего элемента, при этом берут взрывчатое вещество (ВВ) со скоростью детонации 2400-3520 м/с, а процесс ведут при отношении удельной массы ВВ к сумме удельных масс наружной оболочки, порошка сверхпроводящего материала и упрочняющей прослойки, равном 1,0-1,2 (Патент РФ №1732572, опубл. 20.06.97, БИ №17/97, М. кл. В23К 20/08).There is a method of producing superconducting products with an internal cavity by explosion welding, in which a coaxially tubular cavity-forming element with a removable aqueous filler and an outer shell is installed, superconducting material powder is poured into the gap between them and an explosive charge is initiated. When implementing the method, between the outer surface of the cavity-forming element and the powder layer of the superconducting material, a metal tubular reinforcing layer of high-conductive material with an inner diameter of 2-4 mm larger than the outer diameter of the cavity-forming element is placed, while an explosive (BB) is taken with a detonation speed of 2400-3520 m / s, and the process is conducted with the ratio of the specific gravity of the explosive to the sum of the specific gravities of the outer shell, the powder of the superconducting material and the reinforcing layer equal to 1.0-1.2 ( RF patent No. 1732572, published on 06/20/97, BI No. 17/97, M. cl. V23K 20/08).

К недостаткам данного способа можно отнести возможность размещения в его схеме сварки взрывом лишь одного полостеобразующего элемента, что позволяет получать по этому способу лишь одноканальные изделия цилиндрической формы. Кроме того, наличие керамического слоя между наружной оболочкой и трубчатой упрочняющей прослойкой затрудняет теплообмен между наружным и и внутренним слоем композиционного изделия, а это весьма ограничивает возможности использования данного способа при создании деталей химического, электротермического оборудования и т.п., где требуются материалы с развитой наружной поверхностью и пониженным термическим сопротивлением.The disadvantages of this method include the possibility of placing in its scheme of explosion welding only one cavity-forming element, which allows one to obtain only single-channel cylindrical products by this method. In addition, the presence of a ceramic layer between the outer shell and the tubular reinforcing layer complicates the heat exchange between the outer and inner layers of the composite product, and this greatly limits the possibility of using this method when creating parts of chemical, electrothermal equipment, etc., where materials with developed materials are required outer surface and reduced thermal resistance.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, при котором устанавливают наружную металлическую облицовку в виде стальной трубчатой оболочки с зазором относительно плакируемой заготовки в виде пучка труб, например из меди, с водным наполнителем в их внутренних полостях. Между трубами помещают соединительные стержни из более легкоплавкого металла, чем медь, а сварку взрывом осуществляют с помощью заряда взрывчатого вещества, расположенного на поверхности плакирующей заготовки. После взрывного воздействия с целью увеличения площади сварных соединений проводят термообработку изделия при температуре на 5-20°С выше температуры ликвидуса металла соединительных стержней (Авторское свидетельство СССР №1541913, М. кл. В23К 20/08, опубл. в БИ №17-97).The closest in technical level and the achieved result is a method of producing products with internal cavities by explosion welding, in which an external metal cladding is installed in the form of a steel tubular shell with a gap relative to the plated workpiece in the form of a tube bundle, for example, of copper, with an aqueous filler in their internal cavities . Connecting rods of a more fusible metal than copper are placed between the pipes, and explosion welding is carried out using an explosive charge located on the surface of the cladding blank. After explosive action, in order to increase the area of welded joints, the product is heat treated at a temperature of 5-20 ° C above the liquidus temperature of the metal of the connecting rods (USSR Author's Certificate No. 1541913, M. class. V23K 20/08, published in BI No. 17-97 )

Недостатком этого способа являются малые поперечные размеры изделия, что ограничивает их тепловую мощность, а также то, что в схеме установки плакирующей заготовки относительно плакируемой не создаются одинаковые условия деформирования трубчатых элементов на различных участках и, как следствие этого, в процессе сварки взрывом происходит лишь локальная сварка между соединяемыми элементами композиции. Для увеличения площади сварных соединений между составляющими композиционного изделия требуется дополнительная энергоемкая операция термической обработки, при которой соединительные стержни расплавляются и выполняют функции припоя. Но и после термообработки сварные соединения возникают не по всем поверхностям соприкосновения составляющих композита, что создает дополнительные термические сопротивления, затрудняющие теплообмен между веществами, располагаемыми в смежных внутренних полостях. Кроме того, высокотемпературная термообработка приводит к снижению прочности соединяемых металлов. В местах наибольших деформаций труб наблюдается повышенная шероховатость поверхностей внутренних каналов, что при эксплуатации изделий создает дополнительные гидравлические сопротивления жидкостям, прокачиваемым через внутренние каналы при эксплуатации изделий. Все это значительно ограничивает технологические области применения данного способа.The disadvantage of this method is the small transverse dimensions of the product, which limits their thermal power, as well as the fact that in the installation scheme of the cladding blank relative to the clad one does not create the same conditions for the deformation of tubular elements in different sections and, as a result, only local welding between the connected elements of the composition. To increase the area of welded joints between the components of the composite product, an additional energy-intensive heat treatment operation is required, in which the connecting rods are melted and perform the functions of solder. But even after heat treatment, welded joints do not appear on all contact surfaces of the components of the composite, which creates additional thermal resistances that impede the heat exchange between substances located in adjacent internal cavities. In addition, high-temperature heat treatment leads to a decrease in the strength of the metals being joined. In the places of the greatest pipe deformations, an increased roughness of the surfaces of the internal channels is observed, which during the operation of the products creates additional hydraulic resistance to liquids pumped through the internal channels during the operation of the products. All this significantly limits the technological applications of this method.

В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения плоских изделий с внутренними полостями сваркой взрывом по новой технологической схеме формирования импульсов давления в свариваемой заготовке с образованием сплошных зон сварки между боковыми поверхностями трубчатых полостеобразующих элементов и внутренними поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек, качественных сварных соединений между плакирующими пластинами и трубчатыми упрочняющими прослойками, а также между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками, с получением при этом высокой герметичности промежутков между смежными полостями и повышением их прочности.In this regard, the most important task is to create a new method for producing flat products with internal cavities by explosion welding according to a new technological scheme for generating pressure pulses in the welded workpiece with the formation of continuous welding zones between the side surfaces of the tubular cavity-forming elements and the inner surfaces of the tubular reinforcing layers, high-quality welded joints between cladding plates and tubular reinforcing layers, as well as between adjacent tubular reinforcing puffs, thereby obtaining a high sealing gaps between adjacent cavities and increasing their strength.

Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологической схемы сварки взрывом, обеспечивающей получение за один цикл сварки взрывом цельносварного изделия из разнородных материалов с образованием сплошных соединений между боковыми поверхностями трубчатых полостеобразующих элементов и внутренними поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек, качественных сварных соединений между плакирующими пластинами и трубчатыми упрочняющими прослойками, а также между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками, с получением при этом благоприятной овальной формы внутренних полостей, с обеспечением высокой прочности и герметичности промежутков между смежными полостями.The technical result of the claimed method is the creation of a new technological scheme for explosion welding, which ensures that in one cycle of explosion welding an all-welded product made of dissimilar materials with the formation of continuous joints between the side surfaces of tubular cavity-forming elements and the inner surfaces of tubular reinforcing layers, high-quality welded joints between clad plates and tubular reinforcing interlayers, as well as between adjacent tubular reinforcing interlayers while obtaining a favorable oval shape of the internal cavities, while ensuring high strength and tightness of the gaps between adjacent cavities.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, при котором используют полостеобразующие элементы в виде труб с удаляемым водным наполнителем, при котором полостеобразующие элементы размещают соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек с внутренним диаметром, превышающим на 2,4-4 мм наружный диаметр полостеобразующих элементов, изготавливают из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом и размещают его со сварочными зазорами между плакирующими пластинами толщиной, равной 1,5-1,7 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек, располагают на наружных поверхностях плакирующих пластин заряды взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества с направлением детонации вдоль полостеобразующих элементов, при этом процесс сварки ведут при скорости детонации взрывчатого вещества, равной 2190-2930 м/с, а сварочные зазоры между плакирующими пластинами и плоским пакетом, а также толщины зарядов взрывчатого вещества выбирают такими, чтобы скорость соударения плакирующих пластин с упрочняющими прослойками свариваемого плоского пакета была равной 390-645 м/с с получением при этом цельносварного изделия с внутренними полостями.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing products with internal cavities by explosion welding, in which cavity-forming elements are used in the form of tubes with removable aqueous filler, in which cavity-forming elements are placed coaxially inside metal tubular reinforcing layers with an inner diameter exceeding 2, 4-4 mm outer diameter of the cavity-forming elements, a flat bag is made from the obtained assemblies for explosion welding and placed with welding gaps and between the cladding plates with a thickness equal to 1.5-1.7 of the wall thickness of the tubular reinforcing layers, explosive charges are placed on the outer surfaces of the cladding plates and explosion welding is carried out by simultaneously initiating an explosion of explosive charges with a detonation direction along the cavity forming elements, the process welding is carried out at a detonation speed of explosive equal to 2190-2930 m / s, and welding gaps between the cladding plates and a flat package, as well as the thickness of the explosive charges chatogo are selected such that the impact velocity cladding layers with reinforcing plates welded flat package was equal to 390-645 m / s to obtain the product thus welded with internal cavities.

При осуществлении способа в качестве материала трубчатых упрочняющих прослоек используют латунь, а в качестве материала плакирующих пластин - нержавеющую сталь.When implementing the method, brass is used as the material of the tubular reinforcing layers, and stainless steel is used as the material of the cladding plates.

Новый способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по физическим механизмам формирования сварных соединений между металлическими поверхностями в получаемом композиционном изделии, так и по совокупности технологических приемов и режимов их получения. Так, предложено полостеобразующие элементы размещать соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек с внутренним диаметром, превышающим на 2,4-4 мм наружный диаметр полостеобразующих элементов, что обеспечивает необходимый сварочный зазор между поверхностями полостеобразующих элементов и трубчатых упрочняющих прослоек. При указанном сварочном зазоре ниже нижнего предела не происходит образование сплошных сварных соединений между поверхностями полостеобразующих элементов и трубчатых упрочняющих прослоек. Сварочный зазор выше предлагаемого верхнего предела является избыточным, поскольку это способствует излишнему разогреву металла упрочняющих прослоек в процессе деформирования и сварки, а это приводит к ухудшению качества получаемых изделий.A new method for producing products with internal cavities by explosion welding has significant differences compared with the prototype both in physical mechanisms for the formation of welded joints between metal surfaces in the resulting composite product, and in the aggregate of technological methods and modes for their preparation. So, it is proposed that the cavity-forming elements be placed coaxially inside the metal tubular reinforcing interlayers with an inner diameter exceeding the outer diameter of the cavity-forming elements by 2.4-4 mm, which provides the necessary welding gap between the surfaces of the cavity-forming elements and the tubular reinforcing interlayers. With the specified welding gap below the lower limit, the formation of continuous welded joints between the surfaces of the cavity-forming elements and the tubular reinforcing layers does not occur. The welding gap above the proposed upper limit is excessive, since this contributes to excessive heating of the metal reinforcing layers in the process of deformation and welding, and this leads to a deterioration in the quality of the products.

Предложено изготавливать из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом и размещать его симметрично со сварочными зазорами между плакирующими пластинами толщиной, равной 1,5-1,7 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек, что обеспечивает в процессе сварки взрывом симметричное двухстороннее деформирование сборного плоского трубчатого пакета с наполнителем внутри полостеобразующих элементов. Плакирующие пластины повышают прочность получаемых изделий на изгиб, защищают изделия от повреждений при воздействии контактных нагрузок. Сварочные зазоры между плакирующими пластинами и плоским пакетом способствуют образованию качественных сварных соединений между металлом плакирующих пластин и трубчатых упрочняющих прослоек. При толщине плакирующих пластин менее 1,5 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек возможно нарушение их сплошности в процессе сварки взрывом, что ухудшает качество получаемых изделий. Толщина плакирующих пластин более 1,7 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек является избыточной, поскольку при эксплуатации изделия снижается эффективность теплообмена между веществами, находящимися во внутренних полостях и окружающей средой.It is proposed to make a flat package from the obtained assemblies for explosion welding and place it symmetrically with welding gaps between cladding plates with a thickness equal to 1.5-1.7 of the wall thickness of the tubular reinforcing interlayers, which ensures a symmetrical two-sided deformation of a prefabricated flat tubular package with explosion filler inside the cavity-forming elements. Cladding plates increase the strength of the resulting products in bending, protect products from damage when exposed to contact loads. Welding gaps between the cladding plates and the flat package contribute to the formation of high-quality welded joints between the metal of the cladding plates and tubular reinforcing layers. When the thickness of the cladding plates is less than 1.5 of the wall thickness of the tubular reinforcing layers, it is possible to disrupt their continuity during the explosion welding process, which affects the quality of the products obtained. The thickness of the cladding plates more than 1.7 the wall thickness of the tubular reinforcing layers is excessive, since during operation of the product decreases the efficiency of heat transfer between substances located in the internal cavities and the environment.

Предложено располагать на наружных поверхностях плакирующих пластин заряды взрывчатого вещества и осуществлять сварку взрывом путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества с направлением детонации вдоль полостеобразующих элементов, при этом процесс сварки вести при скорости детонации взрывчатого вещества, равной 2190-2930 м/с, а сварочные зазоры между плакирующими пластинами и плоским пакетом, а также толщины зарядов взрывчатого вещества выбирать такими, чтобы скорость соударения плакирующих пластин с упрочняющими прослойками свариваемого плоского пакета была равной 390-645 м/с, при этом в качестве материала трубчатых упрочняющих прослоек предложено использовать латунь, а в качестве материала плакирующих пластин использовать нержавеющую сталь, что обеспечивает получение цельносварного изделия с внутренними полостями.It is proposed to place explosive charges on the outer surfaces of the cladding plates and to perform explosion welding by simultaneously initiating an explosion of explosive charges with the detonation direction along the cavity-forming elements, while the welding process should be carried out at an explosive detonation speed of 2190-2930 m / s, and welding gaps between the cladding plates and the flat bag, as well as the thickness of the explosive charges, choose such that the collision speed of the cladding plates with hardening The sealing layers of the flat pack to be welded were equal to 390-645 m / s, while it was proposed to use brass as the material of the tubular reinforcing layers, and use stainless steel as the material of the cladding plates, which ensures the production of an all-welded product with internal cavities.

При скорости детонации взрывчатого вещества и скорости соударения плакирующих пластин с упрочняющими прослойками свариваемого плоского пакета ниже нижнего предела не обеспечивается надежная сварка по всем поверхностям соприкосновения свариваемых металлов. При указанных скоростных режимах выше верхнего предела возможно плавление металла в зонах сварки, приводящее к снижению прочности и герметичности получаемых изделий. Возможно также нарушение сплошности свариваемых металлов.At the detonation velocity of the explosive and the collision speed of the clad plates with the reinforcing layers of the welded flat pack below the lower limit, reliable welding on all contact surfaces of the welded metals is not ensured. At the indicated speed conditions above the upper limit, melting of the metal in the welding zones is possible, leading to a decrease in the strength and tightness of the products obtained. It is also possible violation of the integrity of the welded metals.

Направление процесса детонации вдоль полостеобразующих элементов обеспечивает симметричную форму получаемых изделий, однородность процесса деформирования пакета при сварке и благодаря этому высокое качество сварных соединений. Латунь для изготовления трубчатых упрочняющих прослоек является наиболее подходящим материалом благодаря ее высокой прочности, а также теплопроводности. Нержавеющая сталь в качестве материала плакирующих пластин обеспечивает высокую прочность получаемых изделий при испытаниях на изгиб и повышает стойкость полученного изделия при воздействии агрессивных сред и повышенных контактных нагрузок.The direction of the detonation process along the cavity-forming elements ensures a symmetrical shape of the resulting products, the uniformity of the process of deformation of the package during welding and, therefore, the high quality of welded joints. Brass for the manufacture of tubular reinforcing layers is the most suitable material due to its high strength and thermal conductivity. Stainless steel as the material of the cladding plates provides high strength of the obtained products during bending tests and increases the resistance of the obtained product when exposed to aggressive environments and increased contact loads.

На фиг.1 изображена схема размещения полостеобразующего элемента в трубчатой упрочняющей прослойке, на фиг.2 - схема сварки взрывом изделий с внутренними полостями (вид сбоку), на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.1, на фиг.4 - поперечное сечение В-В схемы сварки взрывом, на фиг.5 - поперечное сечение сваренного изделия с внутренними полостями.Figure 1 shows the layout of the cavity-forming element in the tubular reinforcing layer, figure 2 is a diagram of the explosion welding of products with internal cavities (side view), figure 3 is a view along arrow A in figure 1, figure 4 - cross section BB of the explosion welding circuit; FIG. 5 is a cross section of a welded article with internal cavities.

Предлагаемый способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом осуществляется в следующей последовательности. Очищают соединяемые металлические поверхности от окислов и загрязнений, заполняют каналы полостеобразующих элементов 1 водным наполнителем 2, а концы герметизируют герметиком 3, например пластилином. Размещают полостеобразующие элементы соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек 4 с внутренним диаметром, превышающим на 2,4-4 мм наружный диаметр полостеобразующих элементов. Соосность обеспечивают с помощью центрирующих втулок 5. Собирают из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом и скрепляют его с помощью бандажей 6. Размещают пакет симметрично между двумя плакирующими пластинами с толщиной, равной 1,5-1,7 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек 4. Сварочные зазоры между пакетом и плакирующими пластинами подбирают, изменяя толщину бандажной ленты. Укладывают на наружных поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки 8 из высокоэластичного материала, например из резины, защищающие поверхности плакирующих пластин от повреждений продуктами взрыва, а на их поверхностях располагают заряды взрывчатого вещества 9 и осуществляют сварку взрывом путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества с помощью детонирующих шнуров 10 равной длины, электродетонатора 11 и генераторов плоской детонационной волны 12. Направление детонации в зарядах взрывчатого вещества осуществляется вдоль полостеобразующих элементов. Скорость детонации зарядов взрывчатого вещества должна быть равной 2190-2930 м/с. Ее регулируют путем изменения состава и толщины зарядов. Оба заряда должны быть с одинаковыми размерами и параметрами.The proposed method for producing products with internal cavities by explosion welding is carried out in the following sequence. They clean the joined metal surfaces from oxides and contaminants, fill the channels of the cavity-forming elements 1 with aqueous filler 2, and seal the ends with a sealant 3, for example, plasticine. The cavity-forming elements are placed coaxially inside the metal tubular reinforcing layers 4 with an inner diameter exceeding the outer diameter of the cavity-forming elements by 2.4-4 mm. Alignment is ensured by using centering sleeves 5. A flat bag for explosion welding is assembled from the assembled assemblies and fastened with braces 6. The package is placed symmetrically between two cladding plates with a thickness equal to 1.5-1.7 of the wall thickness of the tubular reinforcing layers 4. Welding gaps between the bag and cladding plates are selected by changing the thickness of the retaining tape. Lay protective layers 8 of highly elastic material, for example, rubber, on the outer surfaces of the cladding plates, protecting the surfaces of the cladding plates from damage by explosion products, and charge explosive 9 on their surfaces and carry out explosion welding by simultaneously initiating an explosion of explosive charges using detonating cords 10 of equal length, an electric detonator 11 and generators of a plane detonation wave 12. The direction of detonation in explosive charges about uschestvlyaetsya along polosteobrazuyuschih elements. The detonation velocity of explosive charges should be equal to 2190-2930 m / s. It is regulated by changing the composition and thickness of the charges. Both charges must be of the same size and parameters.

Сварочные зазоры между плакирующими пластинами и плоским пакетом, а также толщины зарядов взрывчатого вещества выбирают такими, чтобы скорость соударения плакирующих пластин с упрочняющими прослойками свариваемого плоского пакета была равной 390-645 м/с. В качестве материала трубчатых упрочняющих прослоек предложено использовать латунь, а в качестве материала плакирующих пластин - нержавеющую сталь. В сваренном изделии позиция 13 - сдеформированные полостеобразующие элементы, 14 - сдеформированные трубчатые упрочняющие прослойки, 15 - зоны сварки полостеобразующих элементов с трубчатыми упрочняющими прослойками, 16 - внутренние полости изделия, 17 - зоны сварки смежных трубчатых упрочняющих прослоек, 18, 19 - плакирующие слои, 20-21 - зоны сварки плакирующих пластин с трубчатыми упрочняющими прослойками.The welding gaps between the cladding plates and the flat package, as well as the thickness of the explosive charges, are chosen such that the collision speed of the cladding plates with the reinforcing layers of the welded flat package is 390-645 m / s. It is proposed to use brass as the material of the tubular reinforcing layers, and stainless steel as the material of the cladding plates. In the welded product, position 13 is the deformed cavity forming elements, 14 the deformed tubular reinforcing layers, 15 the welding zones of the cavity forming elements with the tubular reinforcing layers, 16 are the internal cavities of the product, 17 are the welding zones of adjacent tubular reinforcing layers, 18, 19 are the cladding layers, 20-21 - welding zone of cladding plates with tubular reinforcing layers.

В результате сварки взрывом получают цельносварное изделие с внутренними полостями со сплошными сварными соединениями между боковыми поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек, с качественными сварными соединениями между плакирующими пластинами и трубчатыми упрочняющими прослойками, а также между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками, обеспечивающими высокую прочность изделия при испытаниях на изгиб, с повышенной прочностью и герметичностью промежутков между смежными полостями. При этом получают изделия с гладкими внутренними поверхностями полостеобразующих элементов, с овальной формой поперечных сечений внутренних полостей. Удаление наполнителя из полостей после сварки взрывом происходит самопроизвольно под воздействием волн разгрузки.As a result of explosion welding, an all-welded product is obtained with internal cavities with continuous welded joints between the side surfaces of the tubular reinforcing layers, with high-quality welded joints between the cladding plates and tubular reinforcing layers, as well as between adjacent tubular reinforcing layers, ensuring high strength of the product during bending tests, with increased strength and tightness of the gaps between adjacent cavities. This gives products with smooth inner surfaces of the cavity-forming elements, with an oval cross-sectional shape of the internal cavities. Removing the filler from the cavities after explosion welding occurs spontaneously under the influence of unloading waves.

Пример 1 (см. также таблицу).Example 1 (see also table).

В качестве полостеобразующих элементов для сборки плоского пакета используют трубы из меди Ml. Количество труб в пакете N_тр=10. Наружный диаметр труб D_нар=10 мм, внутренний - 6 мм. Длина труб - 250 мм. Заполнение полостей труб осуществляли водой, герметизацию концов труб - пластилином. В качестве трубчатых упрочняющих прослоек использовали трубы из латуни Л80 длиной 250 мм, с наружным диаметром D_н.пр=18 мм, внутренним D_в.пр=14 мм, что на 4 мм превышает наружный диаметр полостеобразующих элементов D_нар.Толщина стенки каждой трубчатой упрочняющей прослойки Т_уп=2 мм, количество прослоек в пакете N_пр=10. Размещают полостеобразующие элементы, заполненные водным наполнителем соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек. Соосность обеспечивают центрирующими втулками, например, из алюминия АД1. Собирают из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом и скрепляют его с помощью бандажей. Размещают пакет симметрично между двумя плакирующими пластинами из стали 12Х18Н10Т длиной 270 мм, шириной 210 мм, толщиной Т_п=3 мм, что составляет 1,5 Т_уп. Сварочные зазоры между плакирующими пластинами и плоским пакетом были равны h=1,5 мм. Укладывают на наружных поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки из высоко эластичного материала - резины толщиной 2 мм. Ширина и длина прослоек соответствует размерам плакирующих пластин.Copper pipes Ml are used as cavity-forming elements for assembling a flat bag. The number of pipes in the package N _Tr = 10. The outer diameter of the pipes D _nar = 10 mm, the inner - 6 mm. The length of the pipes is 250 mm. Pipe cavities were filled with water, and pipe ends were sealed with plasticine. As tubular reinforcing interlayers, brass pipes L80 with a length of 250 mm were used, with an outer diameter D _n.pr = 18 mm, an internal D _c.pr = 14 mm, which is 4 mm larger than the outer diameter of the cavity-forming elements D _nar . The wall thickness of each tubular reinforcing layer T _yn = 2 mm, the number of layers in the package N _CR = 10. Cavity-forming elements are placed, filled with the aqueous filler coaxially inside the metal tubular reinforcing layers. Alignment is provided by centering sleeves, for example, from aluminum AD1. A flat bag for explosion welding is assembled from the resulting assemblies and fastened with bandages. Place the package symmetrically between two cladding plates of steel 12X18H10T, length 270 mm, width 210 mm, thickness T _p = 3 mm, which is 1.5 T _{unitary enterprise} . Welding gaps between the cladding plates and the flat bag were h = 1.5 mm. Lay protective layers of highly elastic material - rubber 2 mm thick on the outer surfaces of the cladding plates. The width and length of the layers corresponds to the size of the cladding plates.

Располагают на наружных поверхностях защитных резиновых прослоек заряды взрывчатого вещества, в качестве которых использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой с объемным соотношением 1:3. Длина каждого заряда - 270 мм, высота Т_вв=60 мм, скорость детонации D_вв=2190 м/с. Синхронное инициирование фронтов детонации в зарядах взрывчатого вещества с направлением их движения вдоль труб осуществляют с помощью двух отрезков детонирующих шнуров равной длины, например 15-20 см, скрепленного с ними электродетонатора и генераторов плоской детонационной волны. При выбранных параметрах схемы сварки взрывом скорость соударения плакирующих пластин с упрочняющими прослойками свариваемого плоского пакета V_c=390 м/с.Explosive charges are placed on the outer surfaces of the protective rubber layers, as a mixture of ammonium nitrate 6GV with ammonium nitrate with a volume ratio of 1: 3. The length of each charge is 270 mm, the height T _BB = 60 mm, the detonation velocity D _BB = 2190 m / s. Synchronous initiation of detonation fronts in explosive charges with the direction of their movement along the pipes is carried out using two pieces of detonating cords of equal length, for example 15-20 cm, an electric detonator bonded with them and plane detonation wave generators. With the chosen parameters of the explosion welding scheme, the collision speed of the clad plates with the reinforcing layers of the welded flat package V _c = 390 m / s.

После сварки взрывом удаляют с краев сваренных изделий материал с краевыми эффектами. В результате получают цельносварное изделие с внутренними полостями со сплошными сварными соединениями между боковыми поверхностями трубчатых полостеобразующих элементов и внутренними поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек, с качественными сварными соединениями между плакирующими пластинами и трубчатыми упрочняющими прослойками, а также между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками, с повышенной прочностью и герметичностью промежутков между смежными полостями. Предел прочности на растяжение таких промежутков в 1,25 раза больше, чем по прототипу. Повышенная герметичность промежутков между смежными полостями обеспечивается тем, что они состоят из четырех слоев металла, из которых два слоя из латуни и два - из меди. Повышенная прочность изделий на изгиб обеспечивается у полученного изделия наличием стальных плакирующих пластин.After explosion welding, material with edge effects is removed from the edges of the welded products. The result is an all-welded product with internal cavities with continuous welded joints between the lateral surfaces of the tubular cavity-forming elements and the inner surfaces of the tubular reinforcing layers, with high-quality welded joints between the cladding plates and tubular reinforcing layers, as well as between adjacent tubular reinforcing layers and increased tightness, with increased strength gaps between adjacent cavities. The tensile strength of such spaces is 1.25 times greater than the prototype. The increased tightness of the gaps between adjacent cavities is ensured by the fact that they consist of four layers of metal, of which two layers are made of brass and two are made of copper. The increased bending strength of the products is ensured in the resulting product by the presence of steel cladding plates.

Пример 2 (см. также таблицу).Example 2 (see also table).

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Количество полостеобразующих элементов и трубчатых упрочняющих прослоек в пакете N_тр=N_пр=11. Наружный диаметр трубчатых упрочняющих прослоек D_н.пр=14 мм, внутренний D_в.np=12,8 мм, что на 2,8 мм превышает D_нар. Т_уп=1,6 мм. Толщина плакирующих пластин Т_п=2,5 мм, что составляет 1,6 Т_уп. Сварочные зазоры h=2,3 мм. В качестве зарядов взрывчатого вещества использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой с объемным соотношением 1:2, Т_вв=50 мм, скорость детонацииThe same as in example 1, but the following changes. The number of cavity-forming elements and tubular reinforcing layers in the package N _Tr = N _CR = 11. The outer diameter of the tubular reinforcing layers D _n.pr. = 14 mm, the inner D _c.np = 12.8 mm, which is 2.8 mm more than D _nar . T _yn = 1.6 mm. The thickness of the cladding plates T _p = 2.5 mm, which is 1.6 T _up . Welding gaps h = 2,3 mm. As explosive charges, a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate was used with a volume ratio of 1: 2, T _cc = 50 mm, detonation speed

D_вв=2400 м/с, V_c=500 м/с.D _cc = 2400 m / s, V _c = 500 m / s.

Результаты получения изделий с внутренними полостями те же, что в примере 1.The results of obtaining products with internal cavities are the same as in example 1.

Пример 3 (см. также таблицу).Example 3 (see also table).

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. N_тр=N_пр=12. D_н.пр=14,8 мм, D_в.np=12,4 мм, что на 2,4 мм превышает D_нар. Толщина плакирующих пластин Т_п=2 мм, что составляет 1,7 Т_уп. Сварочные зазоры между плакирующими пластинами и плоским пакетом h=2 мм. В качестве зарядов взрывчатого вещества использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой с объемным соотношением 1:1, высота заряда Т_вв=50 мм, скорость детонации D_вв=2930 м/с, скорость соударения плакирующих пластин с упрочняющими прослойками свариваемого плоского пакета V_c=645 м/с.The same as in example 1, but the following changes. N _Tr = N _CR = 12. D _n.pr. = 14.8 mm, D _century.np = 12.4 mm, which is 2.4 mm higher than D _nar . The thickness of the cladding plates T _p = 2 mm, which is 1.7 T _up . Welding gaps between cladding plates and a flat bag h = 2 mm. As explosive charges, we used a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate with a volume ratio of 1: 1, charge height T _BB = 50 mm, detonation velocity D _BB = 2930 m / s, collision speed of clad plates with reinforcing layers of the welded flat pack V _c = 645 m / s.

При получении изделий с внутренними полостями по прототипу, см. таблицу, пример 4, в результате сварки взрывом получают многоканальное изделие круглого сечения лишь с локальной сваркой металлических составляющих между собой. Кроме того, высокотемпературная термообработка изделий снижает прочность материалов изделий в результате процессов рекристаллизации. Внутренние поверхности полостеобразующих элементов шероховатые. Прочность перемычек между смежными полостями, а также их герметичность ниже, чем в изделиях, полученных по предлагаемому способу, что сужает возможные области применения данного способа в промышленности.When receiving products with internal cavities according to the prototype, see the table, example 4, as a result of explosion welding, a multichannel product of circular cross section is obtained only with local welding of metal components between each other. In addition, high-temperature heat treatment of products reduces the strength of the materials of products as a result of recrystallization processes. The inner surfaces of the cavity-forming elements are rough. The strength of the jumpers between adjacent cavities, as well as their tightness is lower than in products obtained by the proposed method, which narrows the possible areas of application of this method in industry.

Claims

1. A method of producing an all-welded product with internal cavities by explosion welding, in which cavity-forming elements in the form of pipes with removable aqueous filler are used, characterized in that cavity-forming elements are placed coaxially inside metal tubular reinforcing layers with an internal diameter exceeding 2.4-4 mm the outer diameter of the cavity-forming elements, a flat bag for explosion welding is made from the obtained assemblies and placed symmetrically with the welding gaps between the cladding plates and a thickness equal to 1.5-1.7 of the wall thickness of the tubular reinforcing layers, explosive charges are placed on the outer surfaces of the cladding plates and explosion welding is carried out by simultaneously initiating an explosion of explosive charges with a detonation direction along the cavity forming elements, while the welding process is carried out at the detonation velocity of the explosive equal to 2190-2930 m / s, and the welding gaps between the cladding plates and the flat package, as well as the thickness of the explosive charges are chosen so that the collision speed of the clad plates with the reinforcing layers of the welded flat package is equal to 390-645 m / s.

2. The method according to claim 1, characterized in that brass is used as the material of the tubular reinforcing layers.

3. The method according to claim 1, characterized in that stainless steel is used as the material of the clad plates.