RU2424883C1

RU2424883C1 - Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding

Info

Publication number: RU2424883C1
Application number: RU2010118584/02A
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Трыков (RU); Юрий Павлович Трыков; Сергей Петрович Писарев (RU); Сергей Петрович Писарев; Леонид Моисеевич Гуревич (RU); Леонид Моисеевич Гуревич; Виктор Георгиевич Шморгун (RU); Виктор Георгиевич Шморгун; Дмитрий Юрьевич Донцов (RU); Дмитрий Юрьевич Донцов; Артём Игоревич Богданов (RU); Артём Игоревич Богданов; Вячеслав Фёдорович Казак (RU); Вячеслав Фёдорович Казак
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-07-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention may be used for production of articles with inner cavities, for examples, heat exchangers, chemical equipment etc. Thickness of article wall is selected related to that of adjacent pipe bundle walls. Tubular shell is made from antirust lower heat conductivity metal, for example titanium. Tubular interlayer from lower heat conductivity metal, for example, austenite steel is arranged between tubular shell and pipe bundle. Explosion welding is carried out at preset explosive detonation rate, rate of collision between shell and interlayer and that between tubular shell and cavity-forming elements.

EFFECT: all-welded article with inner cavities with reduced thermal resistance, higher antirust properties in aggressive media.

4 cl, 3 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения изделий цилиндрической формы с помощью энергии взрыва и может быть использовано для изготовления изделий с внутренними полостями, например теплообменников, химического оборудования и т.п.The invention relates to a technology for producing cylindrical products using explosion energy and can be used to manufacture products with internal cavities, such as heat exchangers, chemical equipment, etc.

Известен способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, при котором полостеобразующие элементы в виде труб, например из меди, с водным наполнителем в их внутренних полостях, располагают пучком в стальной трубчатой оболочке симметрично относительно ее продольной оси, между трубами помещают соединительные стержни из более легкоплавкого металла, чем медь, 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°C выше температуры ликвидуса металла соединительных стержней (Авт.св. СССР №1541913, М. кл. B23K 20/08, опубл. в БИ №17-97).There is a method of producing products with internal cavities by explosion welding, in which cavity-forming elements in the form of pipes, for example, from copper, with water filler in their internal cavities, are placed in a beam in a steel tubular shell symmetrically with respect to its longitudinal axis, connecting rods of more fusible are placed between the pipes metal than copper, 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 higher than the liquidus temperature of the metal of the connecting rods (Aut. St. USSR No. 1541913, M. class. B23K 20/08, published in BI No. 17 -97).

Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием в его схеме сварки взрывом центрального трубчатого полостеобразующего элемента, который остается в сваренном изделии и при его эксплуатации создает дополнительное термическое сопротивление при теплообмене теплоносителя прокачиваемого через центральную полость изделия с веществами, находящимися в смежных полостях. Из-за отсутствия сплошных сварных соединений между стенками полостеобразующих элементов создаются дополнительные препятствия для передачи тепла между теплоносителями, находящимися в смежных каналах изделия. Трубчатая оболочка выполняется из стали, что в ряде случаев не обеспечивает достаточной коррозионной стойкости изделий в агрессивной окружающей среде. Все это ограничивает возможные области применения изделий, полученных данным способом, в теплообменной аппаратуре.This method has a low technical level, which is due to the presence in its circuit of explosion welding of a central tubular cavity-forming element, which remains in the welded product and during its operation creates additional thermal resistance during heat transfer of the heat carrier pumped through the central cavity of the product with substances located in adjacent cavities. Due to the lack of continuous welded joints between the walls of the cavity-forming elements, additional obstacles are created for the transfer of heat between the coolants located in adjacent channels of the product. The tubular shell is made of steel, which in some cases does not provide sufficient corrosion resistance of products in an aggressive environment. All this limits the possible areas of application of products obtained by this method in heat exchange equipment.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения изделий с внутренними полостями путем взрывного нагружения, при котором берут полостеобразующие элементы в виде труб с удаляемым наполнителем и располагают их пучком в трубчатой оболочке симметрично относительно ее продольной оси, на наружной поверхности стальной трубчатой оболочки располагают кольцевой заряд взрывчатого вещества (ВВ) и производят инициирование процесса детонации ВВ с помощью электродетонатора. Перед сваркой в полости центрального полостеобразующего элемента размещают симметрично его продольной оси удаляемый стальной стержень, зазор между стержнем и полостеобразующим элементом заполняют удаляемым водным наполнителем, располагают на наружной поверхности центрального полостеобразующего элемента из стали вплотную друг к другу наружные медные полостеобразующие элементы в виде труб со слоем из легкоплавкого материала, например из латуни, на их наружных поверхностях и размещают полученный пучок в трубчатой металлической оболочке, удаляемой после взрывного воздействия. Процесс взрывного нагружения ведут при скорости детонации ВВ 3400-4060 м/с и отношении удельной массы ВВ к удельной массе стенки трубчатой оболочки, равном 0,72-0,86, причем после взрывного нагружения проводят термообработку полученной заготовки в течение 5-7 минут при температуре, превышающей на 5-15°C температуру плавления слоев из легкоплавкого материала на наружных полостеобразующих элементах с образованием при этом цельносварных соединений между всеми полостеобразующими элементами (Патент РФ №2373035, МПК B23K 20/08, опубл. 20.11.2009, бюл. №32 - прототип).The closest in technical level and the achieved result is a method of producing products with internal cavities by explosive loading, in which cavity-forming elements are taken in the form of tubes with removable filler and their bundle is placed in the tubular shell symmetrically with respect to its longitudinal axis, on the outer surface of the steel tubular shell ring charge of explosive (BB) and initiate the process of detonation of explosives using an electric detonator. Before welding, in the cavity of the central cavity-forming element, a removable steel rod is placed symmetrically to its longitudinal axis, the gap between the rod and the cavity-forming element is filled with a removable aqueous filler, the outer copper cavity-forming elements in the form of pipes with a layer of a tube made of steel on the outer surface of the central cavity-forming element fusible material, such as brass, on their outer surfaces and place the resulting beam in a tubular metal shell a spectacle removed after an explosive action. The process of explosive loading is carried out at a detonation speed of EXPLOSIVES 3400-4060 m / s and the ratio of the specific gravity of the EXPLOSIVES to the specific gravity of the wall of the tubular shell equal to 0.72-0.86, and after explosive loading, the resulting billet is heat treated for 5-7 minutes at a temperature exceeding by 5-15 ° C the melting temperature of the layers of fusible material on the outer cavity forming elements with the formation of all-welded joints between all cavity forming elements (RF Patent No. 2373035, IPC B23K 20/08, publ. 20.11.2009, bull. No. 32 is a prototype).

Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием в его схеме сварки взрывом стального центрального трубчатого полостеобразующего элемента, который остается в сваренном изделии и при его эксплуатации создает значительное термическое сопротивление при теплообмене теплоносителя, прокачиваемого через центральную полость изделия, с веществами, находящимися в смежных полостях.This method has a low technical level, which is due to the presence in its scheme of explosion welding of a steel central tubular cavity-forming element, which remains in the welded product and during its operation creates significant thermal resistance during heat transfer of the heat carrier pumped through the central cavity of the product with substances located in adjacent cavities.

Кроме того, изделия с такой конструкцией нельзя использовать в аппаратуре, где требуется пониженный теплообмен веществ-теплоносителей, находящихся во внутренних полостях изделия, с окружающей средой, а также в агрессивных средах из-за недостаточно высокой коррозионной стойкости материала наружных полостеобразующих элементов. Все это ограничивает возможные области применения изделий, полученных данным способом, в теплообменной аппаратуре.In addition, products with this design cannot be used in equipment where a reduced heat transfer of heat-transfer substances in the internal cavities of the product with the environment is required, as well as in aggressive environments due to insufficient corrosion resistance of the material of the external cavity-forming elements. All this limits the possible areas of application of products obtained by this method in heat exchange equipment.

В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом по новой технологической схеме взрывного воздействия на свариваемую заготовку, обеспечивающей получение за один технологический цикл цельносварных изделий с пониженным термическим сопротивлением стенок металлических полостеобразующих элементов при теплообмене вещества, находящегося в центральной внутренней полости с веществами, находящимися в смежных с ней внутренних полостях, с одновременным снижением теплообмена этих веществ с окружающей средой, с сохранением при этом их осевой симметрии, с обеспечением высокой герметичности металла полостеобразующих элементов, повышенной стойкости изделия в агрессивных окружающих средах, в которых высоколегированные стали оказываются непригодными.In this regard, the most important task is to create a new method for producing composite products with internal cavities by explosion welding according to the new technological scheme of explosive action on the workpiece being welded, which ensures the production of all-welded products with reduced thermal resistance of the walls of metal cavity-forming elements in one technological cycle during heat transfer of a substance in central internal cavity with substances located in adjacent internal cavities, while m decrease in heat transfer of these substances to the environment, while maintaining their axial symmetry with high tightness ensuring polosteobrazuyuschih metal elements increased resistance products in harsh environments where high-alloy steels are unsuitable.

Техническим результатом заявленного способа является создание новой схемы сварки взрывом, обеспечивающей за один акт взрывного воздействия получение качественных сплошных сварных соединений трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой, а также между всеми полостеобразующими элементами и трубчатой промежуточной прослойкой без нарушений герметичности свариваемых металлов, обеспечение осевой симметрии изделия, снижение теплообмена веществ, находящихся во внутренних полостях изделия с окружающей средой, получение пониженного термического сопротивления стенок металлических полостеобразующих элементов при теплообмене вещества, находящегося в центральной внутренней полости, с веществами в смежных с ней внутренних полостях с обеспечением при этом повышенной стойкости изделия в агрессивных окружающих средах.The technical result of the claimed method is the creation of a new scheme of explosion welding, providing for one act of explosive impact to obtain high-quality continuous welded joints of the tubular shell with the tubular intermediate layer, as well as between all cavity-forming elements and the tubular intermediate layer without breaking the welded metals, ensuring axial symmetry of the product, reduced heat transfer of substances located in the internal cavities of the product with the environment, lower thermal resistance of the walls of metal cavity-forming elements during heat transfer of a substance located in the central internal cavity with substances in adjacent internal cavities, while ensuring increased product resistance in aggressive environments.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, при котором берут полостеобразующие элементы в виде труб с удаляемым наполнителем и располагают их пучком в трубчатой оболочке симметрично относительно ее продольной оси, на наружной поверхности трубчатой оболочки располагают кольцевой заряд взрывчатого вещества (ВВ) и производят инициирование процесса детонации ВВ с помощью электродетонатора, центральный полостеобразующий элемент, удаляемый после сварки взрывом, выполняют из хрупкого материала, дробящегося в процессе взрывного воздействия, отношение толщины его стенки к толщине стенок смежных с ним полостеобразующих элементов составляет (4-10):1, трубчатую оболочку выполняют из коррозионно-стойкого металла с пониженной теплопроводностью, между трубчатой оболочкой и пучком из труб располагают трубчатую промежуточную прослойку из металла с пониженной теплопроводностью, сварку взрывом осуществляют при скорости детонации ВВ 3270-3820 м/с, при этом отношение удельной массы ВВ к сумме удельных масс стенок трубчатой оболочки и трубчатой промежуточной прослойки, а также сварочные зазоры между трубчатой оболочкой и трубчатой промежуточной прослойкой, между трубчатой промежуточной прослойкой и пучком из труб выбирают из условия получения скорости соударения трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой в пределах 610-700 м/с, а скорости соударения трубчатой оболочки с полостеобразующими элементами - 480-680 м/с. При осуществлении способа в качестве хрупкого материала используют стекло, в качестве коррозионно-стойкого металла с пониженной теплопроводностью для изготовления трубчатой оболочки используют титан, а трубчатую промежуточную прослойку выполняют из аустенитной стали.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing composite products with internal cavities by explosion welding, in which cavity-forming elements in the form of pipes with removable filler are taken and their bundle is placed in the tubular shell symmetrically with respect to its longitudinal axis, an annular ring is placed on the outer surface of the tubular shell explosive charge (explosive) and initiate the detonation of explosives using an electric detonator, a central cavity-forming element, removed after explosion welding, it is made of brittle material, crushed during the explosive action, the ratio of its wall thickness to the wall thickness of adjacent cavity forming elements is (4-10): 1, the tubular shell is made of corrosion-resistant metal with reduced thermal conductivity, between a tubular shell and a bundle of pipes have a tubular intermediate layer of metal with low thermal conductivity, explosion welding is carried out at a detonation speed of BB 3270-3820 m / s, while the ratio of specific mass EXPLOSIVES to the sum of the specific masses of the walls of the tubular shell and the tubular intermediate layer, as well as the welding gaps between the tubular shell and the tubular intermediate layer, between the tubular intermediate layer and the tube bundle, are selected from the conditions for obtaining the collision velocity of the tubular shell with the tubular intermediate layer within 610 700 m / s, and the collision velocity of the tubular shell with cavity-forming elements is 480-680 m / s. When implementing the method, glass is used as a brittle material, titanium is used as a corrosion-resistant metal with reduced thermal conductivity for the manufacture of a tubular shell, and the tubular intermediate layer is made of austenitic steel.

Новый способ получения изделий с внутренними полостями имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по построению схемы сварки взрывом, совокупности технологических приемов и режимов при осуществлении способа, так и по физическим механизмам формирования центральной внутренней полости в изделии, а также сплошных сварных соединений трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой, а также металлических полостеобразующих элементов между собой и с внутренней поверхностью трубчатой промежуточной прослойки с сохранением при этом герметичности металла оболочки, промежуточной прослойки и тонкостенных полостеобразующих элементов в процессе их высокоскоростного деформирования.The new method for producing products with internal cavities has significant differences compared with the prototype both in the construction of the explosion welding scheme, the set of technological methods and modes during the implementation of the method, and in the physical mechanisms of the formation of the central internal cavity in the product, as well as continuous welded joints of the tubular shell with tubular intermediate layer, as well as metal cavity-forming elements between each other and with the inner surface of the tubular intermediate layer with iem wherein the sealing metal sheath, the intermediate layer and thin-walled polosteobrazuyuschih elements during their high speed of deformation.

Так предложено центральный полостеобразующий элемент выполнять удаляемым после сварки взрывом, что позволяет существенно снизить термическое сопротивление металлических слоев при теплообмене вещества, находящегося в центральной внутренней полости, с веществами в смежных с ней внутренних полостях.Thus, it is proposed that the central cavity-forming element be performed by an explosion that can be removed after welding, which can significantly reduce the thermal resistance of metal layers during heat transfer of a substance located in the central internal cavity with substances in adjacent internal cavities.

Предложено центральный полостеобразующий элемент выполнять из хрупкого материала, дробящегося в процессе взрывного воздействия, что позволяет без особых затруднений удалять его из сваренной заготовки. В качестве хрупкого материала центрального полостеобразующего элемента предложено использовать стекло, поскольку этот материал является достаточно твердым, способным выдерживать высокие динамические нагрузки, возникающие в нем при сварке взрывом, и в то же время дешевым, что делает применение этого материала экономически выгодным при получении изделий. В процессе взрывного воздействия центральный полостеобразующий элемент выполняет функции опоры, исключающей недопустимые радиальные по направлению к центру изделия деформации металлических полостеобразующих элементов, способствует формированию центральной внутренней полости в изделии требуемого диаметра с гладкой цилиндрической поверхностью контактирующего с ней металла.It is proposed that the central cavity-forming element be made of brittle material that is crushed during the explosive action, which allows it to be removed from the welded workpiece without any particular difficulties. It is proposed to use glass as a brittle material of the central cavity-forming element, since this material is sufficiently solid, able to withstand high dynamic loads arising in it during explosion welding, and at the same time cheap, which makes the use of this material economically advantageous in the manufacture of products. In the process of explosive action, the central cavity-forming element acts as a support, eliminating unacceptable deformations of metal cavity-forming elements radial toward the center of the product, contributes to the formation of a central inner cavity in the product of the required diameter with a smooth cylindrical surface of the metal in contact with it.

Предложено, отношение толщины стенки центрального полостеобразующего элемента к толщине стенок смежных с ним металлических полостеобразующих элементов составляет (4-10):1, что совместно с водным наполнителем в его внутренней полости обеспечивает сохранность его формы и размеров от неконтролируемых деформаций в процессе формирования сварных соединений, тем самым обеспечивается получение изделий заданной формы и размеров. При величине этого отношения толщин стенок ниже нижнего предлагаемого предела возможны неконтролируемые деформации полостеобразующих элементов при сварке взрывом, что может приводить к снижению качества получаемых изделий. Величина отношения толщин стенок полостеобразующих элементов выше верхнего предлагаемого предела является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу материала на изготовление центрального полостеобразующего элемента, возможно также возникновение затруднений при извлечении раздробленного материала из центральной внутренней полости после сварки взрывом.It is proposed that the ratio of the wall thickness of the central cavity-forming element to the wall thickness of the metal cavity-forming elements adjacent to it is (4-10): 1, which together with the aqueous filler in its internal cavity ensures the safety of its shape and size from uncontrolled deformations during the formation of welded joints, this ensures the receipt of products of a given shape and size. With the value of this ratio of wall thicknesses below the lower proposed limit, uncontrolled deformations of cavity-forming elements during explosion welding are possible, which can lead to a decrease in the quality of the products obtained. The ratio of the wall thicknesses of the cavity-forming elements above the upper proposed limit is excessive, since this leads to an unjustifiably large consumption of material for the manufacture of the central cavity-forming element, it is also possible to experience difficulties in removing the crushed material from the central inner cavity after explosion welding.

Предложено трубчатую оболочку изготавливать из коррозионно-стойкого металла с пониженной теплопроводностью - титана, что способствует существенному снижению теплообмена веществ-теплоносителей, находящихся во внутренних полостях изделия, с внешней окружающей средой, позволяет использовать полученные изделия в таких агрессивных средах, где другие материалы, например кислотостойкие стали и сплавы, оказываются совершенно непригодными. Кроме того, титан обладает достаточно высокими пластическими свойствами и при сварке взрывом на предложенных режимах в нем не происходит трещинообразования, снижающего герметичность металла оболочки. Благодаря хорошей свариваемости титана с аустенитной сталью трубчатой промежуточной прослойки, между ними при сварке взрывом образуется прочное сплошное сварное соединение, стойкое к разрушению в условиях повышенных циклических нагрузок.It is proposed that the tubular shell be made of a corrosion-resistant metal with reduced heat conductivity - titanium, which contributes to a significant reduction in heat transfer of heat-transfer substances located in the internal cavities of the product with the external environment, and allows the use of the obtained products in such aggressive environments where other materials, for example, acid-resistant steels and alloys are completely unsuitable. In addition, titanium has sufficiently high plastic properties and when welding by explosion at the proposed modes, crack formation does not occur in it, which reduces the tightness of the shell metal. Due to the good weldability of titanium with austenitic steel of the tubular intermediate layer, between them during explosion welding, a solid solid welded joint is formed that is resistant to fracture under conditions of increased cyclic loads.

Предложено трубчатую промежуточную прослойку изготавливать из металла с пониженной теплопроводностью - аустенитной стали, что в сочетании с титановой трубчатой оболочкой способствует существенному снижению теплообмена веществ-теплоносителей, находящихся во внутренних полостях изделия с внешней окружающей средой. Такая сталь обладает достаточно высокими пластическими свойствами и при сварке взрывом на предложенных режимах в ней не происходит трещинообразования, снижающего герметичность металла прослойки. Благодаря хорошей свариваемости аустенитной стали и с титаном, и с медными полостеобразующими элементами в зонах соединения металлов не образуется нежелательных хрупких фаз, тем самым обеспечивается высокое качество получаемых цельносварных изделий.It is proposed that the tubular intermediate layer be made of metal with reduced thermal conductivity - austenitic steel, which in combination with a titanium tubular shell contributes to a significant reduction in heat transfer of heat-transfer substances located in the internal cavities of the product with the external environment. Such steel has sufficiently high plastic properties and when welding by explosion at the proposed modes, cracking does not occur in it, which reduces the tightness of the interlayer metal. Due to the good weldability of austenitic steel with both titanium and copper cavity-forming elements, undesirable brittle phases are not formed in the metal joining zones, thereby ensuring the high quality of all-welded products.

Предложено сварку взрывом осуществлять при скорости детонации ВВ 3270-3820 м/с, при этом отношение удельной массы ВВ к сумме удельных масс стенок трубчатой оболочки и трубчатой промежуточной прослойки, а также сварочные зазоры между трубчатой оболочкой и трубчатой промежуточной прослойкой, между трубчатой промежуточной прослойкой и пучком из труб выбирают из условия получения скорости соударения трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой в пределах 610-700 м/с, и скорости соударения трубчатой оболочки с полостеобразующими элементами - 480-680 м/с, что обеспечивает необходимые условия для получения качественных сварных соединений трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой, соединений полостеобразующих элементов между собой и с трубчатой прослойкой, при этом одновременно происходит радиальная деформация трубчатой оболочки, приобретаемая ею от продуктов детонации ВВ кинетическая энергия осуществляет ее разгон в направлении трубчатой промежуточной прослойки и пучка из труб до необходимой скорости, обеспечивающей надежную сварку оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой. При соударении образовавшейся при этом биметаллической титано-стальной заготовки с пучком из труб происходит их совместное высокоскоростное деформирование, вследствие чего полостеобразующие элементы приобретают в поперечных сечениях форму криволинейного четырехугольника, промежутки между ними и центральным полостеобразующим элементом из стекла исчезают, и, вместе с этим, формируются сплошные сварные соединения между всеми контактирующими между собой металлическими составляющими композиционной заготовки.It is proposed that explosion welding be carried out at a detonation speed of BB 3270-3820 m / s, while the ratio of the specific gravity of the explosive to the sum of the specific gravities of the walls of the tubular shell and the tubular intermediate layer, as well as the welding gaps between the tubular shell and the tubular intermediate layer, between the tubular intermediate layer and a bunch of pipes is selected from the conditions for obtaining the collision velocity of the tubular shell with the tubular intermediate layer in the range of 610-700 m / s, and the collision velocity of the tubular shell with cavity-forming elements ntami - 480-680 m / s, which provides the necessary conditions for obtaining high-quality welded joints of the tubular shell with the tubular intermediate layer, the joints of the cavity-forming elements with each other and with the tubular layer, while at the same time there is a radial deformation of the tubular shell acquired by it from detonation products of explosives kinetic energy accelerates it in the direction of the tubular intermediate layer and the beam from the pipes to the required speed, which ensures reliable welding of the shell with the tubular second intermediate layer. When a bimetallic titanium-steel billet formed in this case collides with a tube bundle, they undergo joint high-speed deformation, as a result of which the cavity-forming elements in the cross sections acquire the shape of a curved quadrangle, the gaps between them and the central cavity-forming glass element disappear, and, together with this, form continuous welded joints between all metal components of the composite workpiece in contact with each other.

При скорости детонации ВВ и скорости соударения трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой, скорости соударения последней с металлическими полостеобразующими элементами ниже нижнего предлагаемого предела возможно получение некачественных сварных соединений, что может существенно снизить прочностные свойства полученных изделий.When the detonation velocity of the explosive and the speed of impact of the tubular shell with the tubular intermediate layer, the speed of impact of the latter with metal cavity-forming elements below the lower proposed limit, it is possible to obtain low-quality welded joints, which can significantly reduce the strength properties of the obtained products.

При скорости детонации ВВ и скоростях соударения указанных выше составляющих композиционной заготовки выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации трубчатой оболочки, трубчатой промежуточной прослойки и полостеобразующих элементов, что может привести к нарушению герметичности металлических слоев, снижению качества получаемых изделий.At the detonation velocity of explosives and the collision velocities of the above components of the composite billet above the upper proposed limits, uncontrolled deformations of the tubular shell, tubular intermediate layer and cavity-forming elements are possible, which can lead to a violation of the tightness of the metal layers and a decrease in the quality of the resulting products.

На фиг.1 изображена схема сварки взрывом, ее продольный осевой разрез, на фиг.2 - поперечное сечение А-А схемы взрывного нагружения, на фиг.3 - поперечное сечение сваренного изделия с внутренними полостями, где позиция 22 - сдеформированные металлические полостеобразующие элементы; 23 - сдеформированная трубчатая промежуточная прослойка; 24 - сдеформированная трубчатая оболочка; 25 - зоны сварки полостеобразующих элементов с трубчатой промежуточной прослойкой; 26 - зоны сварки полостеобразующих элементов между собой; 27 - зона сварки трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой; 28, 29 - внутренние полости изделия.Figure 1 shows a diagram of the explosion welding, its longitudinal axial section, figure 2 is a cross section aa of the explosive loading circuit, figure 3 is a cross section of a welded product with internal cavities, where position 22 is a deformed metal cavity forming elements; 23 - deformed tubular intermediate layer; 24 - deformed tubular shell; 25 - welding zone of cavity-forming elements with a tubular intermediate layer; 26 - welding zones between the cavity-forming elements; 27 - zone of welding of a tubular shell with a tubular intermediate layer; 28, 29 - the internal cavity of the product.

Предлагаемый способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом осуществляется в следующей последовательности. Изготавливают удаляемый после сварки взрывом центральный полостеобразующий элемент в виде стеклянной трубы 1 и заполняют его полость удаляемым водным наполнителем 2. Герметизацию осуществляют с помощью втулок 3, 4, например, из резины. Берут наружные полостеобразующие элементы в виде труб 5, заполняют их полости водным наполнителем 6 и герметизируют по концам заглушками 7, 8, например, из резины. Отношение толщины стенки центрального полостеобразующего элемента к толщине стенок смежных с ним металлических полостеобразующих элементов должно составлять (4-10):1. Полученные сборки располагают вплотную друг к другу на наружной поверхности центрального полостеобразующего элемента. Полученный пучок размещают соосно внутри трубчатой промежуточной прослойки 9 из металла с пониженной теплопроводностью, в качестве которого предложено использовать аустенитную сталь, центровку осуществляют с помощью металлических колец 10, 11. Полученную при этом сборку размещают внутри трубчатой оболочки 12 из коррозионно-стойкого металла с пониженной теплопроводностью, в качестве которого предложено использовать титан. Соосность обеспечивают с помощью металлических колец 13, 14. Устанавливают направляющий конус 15, например, из стали с углом при вершине 90°. На наружной поверхности трубчатой оболочки размещают защитную прослойку 16, например, из резины, защищающую наружную поверхность трубчатой оболочки от повреждений продуктами детонации ВВ, а на ее поверхности располагают контейнер 17 с кольцевым зарядом ВВ 18. Для осуществления процесса сварки взрывом используют заряд ВВ со скоростью детонации 3270-3820 м/с, при этом отношение удельной массы ВВ к сумме удельных масс стенок трубчатой оболочки и трубчатой промежуточной прослойки, а также сварочные зазоры между трубчатой оболочкой и трубчатой промежуточной прослойкой, между трубчатой промежуточной прослойкой и пучком из труб выбирают из условия получения скорости соударения трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой в пределах 610-700 м/с, а скорости соударения трубчатой оболочки с полостеобразующими элементами - 480-680 м/с. Размещают полученную сборку на песчаном грунте 19 и производят инициирование процесса детонации в основном заряде ВВ 18 с помощью электродетонатора 20 и вспомогательного заряда ВВ 21 с повышенной скоростью детонации. Этот заряд способствует выравниванию фронта детонации в основном заряде ВВ. При взрывном воздействии происходит высокоскоростная радиальная деформация трубчатой оболочки, при ее соударении с трубчатой промежуточной прослойкой титан сваривается со сталью, затем происходит совместное деформирование образовавшегося титано-стального слоя и при соударении его с пучком из труб металлические полостеобразующие элементы деформируются, приобретая при этом в поперечных сечениях форму криволинейных четырехугольников, ликвидируются воздушные промежутки между всеми полостеобразующими элементами и промежуточной прослойкой, при этом свариваются между собой в зонах контакта все металлические слои. Извлекают из центральной внутренней полости сваренной заготовки материал раздробленного центрального полостеобразующего элемента, например, с помощью электровибратора. Водный наполнитель удаляется из всех полостей после взрывною нагружения самопроизвольно при разгрузке сжатой системы. После этого удаляют механической обработкой торцевые части полученной заготовки с краевыми эффектами.The proposed method for producing composite products with internal cavities by explosion welding is carried out in the following sequence. A central cavity-forming element removed after explosion welding is made in the form of a glass tube 1 and its cavity is filled with a removable aqueous filler 2. Sealing is carried out using bushings 3, 4, for example, from rubber. Take external cavity-forming elements in the form of pipes 5, fill their cavities with aqueous filler 6 and seal at the ends with plugs 7, 8, for example, from rubber. The ratio of the wall thickness of the central cavity-forming element to the wall thickness of the metal cavity-forming elements adjacent to it should be (4-10): 1. The resulting assemblies are placed close to each other on the outer surface of the central cavity-forming element. The resulting beam is placed coaxially inside the tubular intermediate layer 9 of metal with low thermal conductivity, which is proposed to use austenitic steel, alignment is carried out using metal rings 10, 11. The resulting assembly is placed inside the tubular shell 12 of corrosion-resistant metal with low thermal conductivity , which is proposed to use titanium. Alignment is ensured by metal rings 13, 14. A guide cone 15 is installed, for example, of steel with an angle at the apex of 90 °. A protective layer 16, for example, of rubber, is placed on the outer surface of the tubular shell, which protects the outer surface of the tubular shell from damage by explosive detonation products, and a container 17 with an explosive ring charge 18 is placed on its surface. An explosive charge with a detonation speed is used to carry out the explosion welding process 3270-3820 m / s, while the ratio of the specific gravity of the explosive to the sum of the specific gravities of the walls of the tubular shell and the tubular intermediate layer, as well as the welding gaps between the tubular shell and the tubular the intermediate layer, between the tubular intermediate layer and the tube bundle, is selected from the condition of obtaining the collision speed of the tubular shell with the tubular intermediate layer within 610-700 m / s, and the collision velocity of the tubular shell with cavity forming elements is 480-680 m / s. The resulting assembly is placed on sandy soil 19 and the detonation process is initiated in the main explosive charge 18 using an electric detonator 20 and an auxiliary explosive charge 21 with an increased detonation speed. This charge helps to equalize the detonation front in the main explosive charge. During explosive action, a high-speed radial deformation of the tubular shell occurs, when it collides with the tubular intermediate layer, titanium is welded to steel, then the formed titanium-steel layer is jointly deformed, and when it collides with a tube bundle, metal cavity-forming elements are deformed, acquiring at the same time in cross sections the shape of curved quadrangles; air gaps between all cavity-forming elements and the intermediate puff, while all the metal layers are welded together in contact zones. The material of the crushed central cavity-forming element is removed from the central inner cavity of the welded billet, for example, using an electric vibrator. Water filler is removed from all cavities after explosive loading spontaneously when unloading a compressed system. After that, the end parts of the obtained workpiece with edge effects are removed by machining.

В результате получают цельносварное изделие с центральной внутренней полостью цилиндрической формы, с двенадцатью полостями, имеющими в поперечных сечениях форму криволинейного четырехугольника, без нарушений осевой симметрии и герметичности, с пониженным термическим сопротивлением металлических слоев при теплообмене вещества, находящегося в центральной внутренней полости, с веществами в смежных с ней внутренних полостях, при этом обеспечивается существенное снижение теплообмена веществ, находящихся во внутренних каналах изделия, с окружающей средой и повышенная стойкость изделия в агрессивных окружающих средах, в которых даже коррозионно-стойкие стали оказываются непригоднымиThe result is an all-welded product with a central internal cavity of cylindrical shape, with twelve cavities having the cross-sectional shape of a curvilinear quadrangle, without breaking axial symmetry and tightness, with reduced thermal resistance of metal layers during heat transfer of a substance located in the central internal cavity with substances in adjacent internal cavities, while providing a significant reduction in heat transfer of substances located in the internal channels of the product , with the environment and increased product resistance in aggressive environments in which even corrosion-resistant steels are unsuitable

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

Металлические полостеобразующие элементы в виде труб в количестве 12 штук изготавливают из меди M1 (ГОСТ 859-78) длиной 250 мм с наружным диаметром D_п.н=14 мм, внутренним - D_п.в=11,6 мм, с толщиной стенок Т_п=1,2 мм. Коэффициент теплопроводности меди M1 λ_Cu=410 Вт/(м·К).Metal cavity-forming elements in the form of pipes in the amount of 12 pieces are made of copper M1 (GOST 859-78) with a length of 250 mm with an outer diameter of D _pn = 14 mm, an internal one - D _p.v = 11.6 mm, with a wall thickness T _n = 1.2 mm. The thermal conductivity of copper M1 λ _Cu = 410 W / (m · K).

Центральный полостеобразующий элемент изготавливают из стекла (ГОСТ 15130-79) с наружным диаметром D_ц.н=40 мм, внутренним D_ц.в=16 мм, длиной 250 мм, толщина его стенки Т_ц=12 мм. Его внутреннюю полость заполняют водным наполнителем, а герметизацию осуществляют с помощью резиновых втулок. Заполняют полости медных полостеобразующих элементов водным наполнителем и герметизируют по концам заглушками из резины. Полученные сборки располагают вплотную друг к другу на наружной поверхности центрального полостеобразующего элемента. В этих сборках отношение толщины стенки центрального полостеобразующего элемента к толщине стенок смежных с ним металлических полостеобразующих элементов составляет 10:1. Полученный пучок из труб размещают соосно внутри трубчатой промежуточной прослойки из аустенитной стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72), обладающей пониженной теплопроводностью. Ее коэффициент теплопроводности λ_ст=17 Вт/(м·К), что примерно в 4 раза ниже, чем у обычных углеродистых сталей. Центровку пучка из труб относительно промежуточной прослойки и фиксацию медных полостеобразующих элементов относительно центрального полостеобразующего элемента осуществляют с помощью металлических колец из стали Ст 3. Наружный диаметр промежуточной прослойки D_пр.н=75 мм, внутренний - D_пр.в=71 мм, длина - 250 мм, толщина стенки Т_пр=2 мм, плотность стали 12Х18Н10Т П_ст=7,8 г/см³. Удельная масса стенки трубчатой промежуточной прослойки М_пр=Т_пр·П_ст=0,2·7,8=1,56 г/см². Сварочный зазор между пучком из труб и внутренней поверхностью трубчатой промежуточной прослойки h₁=(D_пр.в-D_ц.н-2D_п.н):2=(71-40-2·14):2=1,5 мм. Полученную при этом сборку размещают внутри трубчатой оболочки из титана ВТ1-00. Его коэффициент теплопроводности λ_Ti=19,3 Вт/(м·К), то есть такой же низкий, как у аустенитной стали 12Х18Н10Т. В то же время по коррозионной стойкости во многих агрессивных средах, например в азотной кислоте, титан превосходит многие коррозионно-стойкие стали. Соосность трубчатой оболочки и трубчатой промежуточной прослойки обеспечивают с помощью колец из стали Ст 3. Наружный диаметр оболочки D_о.н=80 мм, внутренний - D_о.в=76 мм, длина - 250 мм, толщина стенки Т_о=2 мм, плотность титана ВТ1-00 П_о=4,5 г/см³. Удельная масса стенки трубчатой оболочки М_о=Т_о·П_о=0,2·4,5=0,9 г/см². При указанных диаметрах оболочки и прослойки сварочный зазор между ними h₂=(D_о.в-D_пр.н):2=(76-75):2=0,5 мм.The central cavity-forming element is made of glass (GOST 15130-79) with an outer diameter of D _tsn = 40 mm, an inner D _tsv = 16 mm, a length of 250 mm, and its wall thickness T _c = 12 mm. Its internal cavity is filled with water filler, and sealing is carried out using rubber bushings. The cavities of copper cavity-forming elements are filled with water filler and sealed at the ends with rubber plugs. The resulting assemblies are placed close to each other on the outer surface of the central cavity-forming element. In these assemblies, the ratio of the wall thickness of the central cavity-forming element to the wall thickness of the metal cavity-forming elements adjacent to it is 10: 1. The resulting bundle of pipes is placed coaxially inside the tubular intermediate layer of austenitic steel 12X18H10T (GOST 5632-72), which has reduced thermal conductivity. Its thermal conductivity coefficient λ _st = 17 W / (m · K), which is about 4 times lower than that of ordinary carbon steels. Centering the beam from the pipes relative to the intermediate layer and fixing the copper cavity-forming elements relative to the central cavity-forming element is carried out using metal rings made of steel St 3. The outer diameter of the intermediate layer is D _ave. = 75 mm, the inner diameter is D _ave. = 71 mm, length - 250 mm, the wall thickness T _CR = 2 mm, the density of steel 12X18H10T P _article = 7.8 g / cm ³ . Specific gravity of the intermediate layer tubular wall M = T _pr _pr · _v P = 0.2 x 7.8 = 1.56 g / cm ^2. The welding gap between the tube bundle and the inner surface of the tubular intermediate layer h ₁ = (D _ave.- D _tsn -2D _bp ): 2 = (71-40-2 · 14): 2 = 1.5 mm . The resulting assembly is placed inside a tubular sheath of titanium VT1-00. Its thermal conductivity coefficient λ _Ti = 19.3 W / (m · K), that is, as low as that of austenitic steel 12X18H10T. At the same time, in corrosion resistance in many aggressive environments, for example, in nitric acid, titanium surpasses many corrosion-resistant steels. The alignment of the tubular shell and the tubular intermediate layer is ensured by rings made of steel St 3. The outer diameter of the shell D _о.н = 80 mm, the inner - D _о.в = 76 mm, the length - 250 mm, the wall thickness T _о = 2 mm, the density of titanium VT1-00 P _o = 4.5 g / cm ³ . The specific mass of the wall of the tubular shell M _o = T _o · P _o = 0.2 · 4.5 = 0.9 g / cm ² . At the indicated diameters of the sheath and interlayer, the welding gap between them is h ₂ = (D _о.в -D _пр.н ): 2 = (76-75): 2 = 0.5 mm

Устанавливают направляющий конус из стали Ст3 с углом при вершине 90°, на наружной поверхности трубчатой оболочки размещают защитную прослойку из резины толщиной 2 мм, а на ее поверхности располагают цилиндрический контейнер, например, из электрокартона с зарядом ВВ, в качестве которого использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:1. Толщина заряда Т_вв=8 см, его плотность П_вв=0,91 г/см³, удельная масса М_вв=Т_вв-П_вв=8·0,91=7,28 г/см². При выбранных параметрах заряда скорость детонации ВВ D_вв=3270 м/с. Отношение удельной массы заряда ВВ к сумме удельных масс стенок трубчатой оболочки и трубчатой промежуточной прослойки равно: М_вв:(М_о+М_пр)=7,28:(0,9+1,56)=2,96. Устанавливают в верхней части заряда ВВ вспомогательный заряд ВВ толщиной 15 мм, в качестве которого использовали аммонит 6ЖВ. В центре вспомогательного заряда устанавливают электродетонатор.A guide cone is made of St3 steel with an angle at the apex of 90 °, a protective layer of rubber 2 mm thick is placed on the outer surface of the tubular shell, and a cylindrical container, for example, of an electric cardboard with an explosive charge, is used as a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 1. The thickness T of charge _cc = 8 cm, its density P _cc = 0.91 g / cm ^3, the specific mass M = T _cc _cc _cc -P = 8 x 0.91 = 7.28 g / cm ^2. With the selected parameters of the charge, the detonation velocity of the explosives D _cc = 3270 m / s. The ratio of the specific gravity of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the walls of the tubular shell and the tubular intermediate layer is: M _cc : (M _o + M _pr ) = 7.28: (0.9 + 1.56) = 2.96. An auxiliary charge of explosives with a thickness of 15 mm is installed in the upper part of the explosive charge, for which ammonite 6GV was used. An electric detonator is installed in the center of the auxiliary charge.

Размещают полученную сборку на песчаном грунте и производят инициирование процесса детонации в заряде ВВ с помощью электродетонатора. При выбранных параметрах схемы сварки взрывом скорость соударения трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой V₁=610 м/с, а трубчатой промежуточной прослойки с полостеобразующими элементами V₂=480 м/с. Скорости соударения V₁ и V₂ определяются расчетным путем с помощью компьютерной технологии. В процессе сварки взрывом происходит дробление материала центрального полостеобразующего элемента, но он сохраняется в виде слоя из слабо связанных между собой тонкодисперсных частиц стекла. Специальным вибрационным инструментом этот слой легко удаляют с внутренней поверхности сваренной заготовки. Водный наполнитель удаляется из полостей самопроизвольно. Затем механической обработкой удаляют у заготовки концевые части с краевыми эффектами.Place the resulting assembly on sandy soil and initiate the detonation process in the explosive charge using an electric detonator. With the selected parameters of the explosion welding scheme, the collision velocity of the tubular shell with the tubular intermediate layer V ₁ = 610 m / s, and the tubular intermediate layer with cavity-forming elements V ₂ = 480 m / s. Collision speeds V ₁ and V _{2 are} determined by calculation using computer technology. In the process of explosion welding, the material of the central cavity-forming element is crushed, but it remains in the form of a layer of weakly interconnected fine glass particles. With a special vibrating tool, this layer is easily removed from the inner surface of the welded workpiece. Water filler spontaneously is removed from the cavities. Then, the end parts with edge effects are removed from the workpiece by machining.

В результате получают цельносварное изделие с тринадцатью внутренними полостями без нарушения герметичности металлических слоев и осевой симметрии. Его внутренний диаметр - 40 мм, наружный - 72 мм, толщина стенок сдеформированной трубчатой оболочки и трубчатой промежуточной прослойки одинаковая и равна 2,3 мм. В полученном изделии в процессе его эксплуатации теплообмен между веществом-теплоносителем, находящимся в центральной внутренней полости, и веществами внутри медных полостеобразующих элементов происходит только через их медные стенки с такой же толщиной, как до деформирования (Т_п=1,2 мм) с термическим сопротивлением R_п=T_ц:λ_Cu=0,0012:410=2.9·10^-6 К/(Вт/м²), что в 45 раз меньше, чем у изделий, полученных по прототипу. Теплообмен между теплоносителем, находящимся внутри медных полостеобразующих элементов, и окружающей средой происходит через их медные стенки с термическим сопротивлением R_п=2.9·10^-6 К/(Вт/м²), через сдеформированную трубчатую промежуточную прослойку с толщиной Т_пр.д=2,3 мм с термическим сопротивлением R_пр.д=Т_пр.д:λ_ст=0,0023:17=135,2·10^-6 К/(Вт/м²) и через титановую оболочку с толщиной стенки Т_о.д=2,3 мм с термическим сопротивлением R_о.д=Т_о.д:λ_Ti=0,0023:19,3=119,2·10^-6 К/(Вт/м²). Суммарное термическое сопротивление такой трехслойной металлической стенки R_сум=(2,9+135,2+119,2)·10^-6=254,4·10^-6 К/(Вт/м²), что в 65 раз больше, чем у изделий, полученных по прототипу, при этом также обеспечивается повышенная стойкость изделия в агрессивных, например в кислотных, окружающих средах.The result is an all-welded product with thirteen internal cavities without violating the tightness of the metal layers and axial symmetry. Its inner diameter is 40 mm, the outer is 72 mm, the wall thickness of the deformed tubular shell and the tubular intermediate layer is the same and equal to 2.3 mm. In the product obtained, during its operation, heat transfer between the heat-transfer agent located in the central internal cavity and the substances inside the copper cavity-forming elements occurs only through their copper walls with the same thickness as before deformation (T _p = 1.2 mm) with thermal resistance R _p = T _C : λ _Cu = 0.0012: 410 = 2.9 · 10 ^-6 K / (W / m ² ), which is 45 times less than that of products obtained by the prototype. Heat transfer between the heat carrier inside the copper cavity-forming elements and the environment occurs through their copper walls with thermal resistance R _p = 2.9 · 10 ^-6 K / (W / m ² ), through a deformed tubular intermediate layer with a thickness T _a.s. = 2.3 mm with thermal resistance R _pr.d = T _pr.d : λ _st = 0.0023: 17 = 135.2 · 10 ^-6 K / (W / m ² ) and through a titanium shell with a wall thickness of T _{about .d} = 2.3 mm with thermal resistance R _o.d. = T _{o.d .} : λ _Ti = 0.0023: 19.3 = 119.2 · 10 ^-6 K / (W / m ² ). The total thermal resistance of such a three-layer metal wall R _sum = (2.9 + 135.2 + 119.2) · 10 ^-6 = 254.4 · 10 ^-6 K / (W / m ² ), which is 65 times more than products obtained by the prototype, this also provides increased resistance to aggressive products, for example in acidic environments.

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

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Металлические полостеобразующие элементы в виде труб изготавливают с внутренним диаметром D_п.в=10,8 мм, с толщиной стенок Т_п=1,6 мм. Центральный полостеобразующий элемент изготавливают с внутренним диаметром D_ц.в=20 мм, с толщиной стенки Т_ц=10 мм. Отношение толщины стенки центрального полостеобразующего элемента к толщине стенок смежных с ним металлических полостеобразующих элементов равно 6,25:1. Наружный диаметр промежуточной прослойки D_пр.н=76 мм, внутренний - D_пр.в=72 мм, толщина стенки Т_пр=2 мм. Удельная масса стенки трубчатой промежуточной прослойки та же, что в примере 1. Сварочный зазор между пучком из труб и внутренней поверхностью промежуточной прослойки h₁=(72-40-2·14):2=2 мм. Наружный диаметр оболочки D_о.н=81 мм, внутренний D_о.в=77 мм, толщина стенки Т_о=2 мм. Удельная масса стенки трубчатой оболочки М_о=0,2·4,5=0,9 г/см². Сварочный зазор h₂=(77-76):2=0,5 мм. Толщина заряда Т_вв=10 см, его удельная масса М_вв=10·0,91=9,1 г/см². При выбранных параметрах заряда его скорость детонации D_вв=3430 м/с. Отношение удельной массы заряда ВВ к сумме удельных масс стенок трубчатой оболочки и трубчатой промежуточной прослойки равно: М_вв:(М_о+М_пр)=9,1:(0,9+1,56)=3,7. При выбранных параметрах схемы сварки взрывом скорость соударения трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой V₁=650 м/с, а трубчатой промежуточной прослойки с полостеобразующими элементами V₂=580 м/с.The same as in example 1, but the following changes. Metal cavity-forming elements in the form of pipes are made with an inner diameter D _p.v = 10.8 mm, with a wall thickness T _p = 1.6 mm. The central cavity-forming element is made with an inner diameter D _c.v = 20 mm, with a wall thickness T _c = 10 mm. The ratio of the wall thickness of the central cavity-forming element to the wall thickness of adjacent metal cavity-forming elements is 6.25: 1. The outer diameter of the intermediate layer _pr.n D = 76 mm, inner - D _pr.v = 72 mm, wall thickness T _ave = 2 mm. The specific gravity of the wall of the tubular intermediate layer is the same as in Example 1. The welding gap between the tube bundle and the inner surface of the intermediate layer is h ₁ = (72-40-2 · 14): 2 = 2 mm. The outer diameter of the shell D _o.n = 81 mm, the inner D _o.v = 77 mm, the wall thickness T _o = 2 mm. The specific mass of the wall of the tubular shell M _o = 0.2 · 4.5 = 0.9 g / cm ² . Welding gap h ₂ = (77-76): 2 = 0.5 mm. The thickness of the charge T _BB = 10 cm, its specific gravity M _BB = 10 · 0.91 = 9.1 g / cm ² . With the selected parameters of the charge, its detonation velocity D _BB = 3430 m / s. The ratio of the specific gravity of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the tubular shell wall and the intermediate tubular layer is: M _centuries: (M _o + M _pr) = 9.1: (0.9 + 1.56) = 3.7. With the selected parameters of the explosion welding scheme, the collision velocity of the tubular shell with the tubular intermediate layer V ₁ = 650 m / s, and the tubular intermediate layer with cavity-forming elements V ₂ = 580 m / s.

Результат тот же, что в примере 1, но теплообмен между веществом-теплоносителем, находящимся в центральной внутренней полости, и веществами внутри медных полостеобразующих элементов происходит через их медные стенки толщиной Т_п=1,6 мм с термическим сопротивлением R_п=Т_п:λ_Cu=0,0016:410=3.9·10^-6 К/(Вт/м²), что в 34 раза меньше, чем у изделия, полученного по прототипу. При теплообмене между теплоносителем, находящимся внутри медных полостеобразующих элементов, и окружающей средой суммарное термическое сопротивление трехслойной металлической стенки такое же, как в примере 1, то есть в 65 раз больше, чем у изделий, полученных по прототипу.The result is the same as in example 1, but the heat exchange between the heat-transfer agent located in the central inner cavity and the substances inside the copper cavity-forming elements occurs through their copper walls with a thickness T _p = 1.6 mm with thermal resistance R _p = T _p : λ _Cu = 0.0016: 410 = 3.9 · 10 ^-6 K / (W / m ² ), which is 34 times less than that of the product obtained by the prototype. During heat transfer between the coolant inside the copper cavity-forming elements and the environment, the total thermal resistance of the three-layer metal wall is the same as in example 1, that is, 65 times more than that of the products obtained by the prototype.

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

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Металлические полостеобразующие элементы в виде труб изготавливают с внутренним диаметром D_п.в=10 мм, с толщиной стенок Т_п=2 мм. Центральный полостеобразующий элемент изготавливают с внутренним диаметром D_ц.в=24 мм, с толщиной стенки Т_ц=8 мм. Отношение толщины стенки центрального полостеобразующего элемента к толщине стенок смежных с ним металлических полостеобразующих элементов равно 45:1. Наружный диаметр промежуточной прослойки D_пр.н=79 мм, внутренний - D_пр.в=74 мм, толщина стенки Т_пр=2,5 мм, Удельная масса стенки трубчатой промежуточной прослойки М_пр=0,25·7,8=1,95 г/см². Сварочный зазор между пучком из труб и внутренней поверхностью трубчатой промежуточной прослойки h₁=(74-40-2·14):2=3 мм. Наружный диаметр оболочки D_о.н=84 мм, внутренний D_о.в=80 мм, толщина стенки Т_о=2 мм. Удельная масса стенки трубчатой оболочки М_о=0,2·4,5=0,9 г/см². Сварочный зазор h₂=(80-79):2=0,5 мм. В качестве заряда ВВ использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 3:1. Толщина заряда Т_вв=15 см, его плотность П_вв=0,82 г/см³, удельная масса М_вв=15·0,82=12,3 г/см². При выбранных параметрах заряда скорость детонации ВВ D_BB=3820 м/с. Отношение удельной массы заряда ВВ к сумме удельных масс стенок трубчатой оболочки и трубчатой промежуточной прослойки равно: М_вв:(М_о+М_пр)=12,3:(0,9+1,95)=4,31. При выбранных параметрах схемы сварки взрывом скорость соударения трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой V₁=700 м/с, а трубчатой промежуточной прослойки с полостеобразующими элементами V₂=680 м/с. Результат тот же, что в примере 1, но теплообмен между веществом-теплоносителем, находящимся в центральной внутренней полости, и веществами внутри медных полостеобразующих элементов происходит через их медные стенки толщиной Т_п=2 мм с термическим сопротивлением R_п=Т_п:λ_Cu=0,002:410=4,9·10^-6 К/(Вт/м²), что в 27 раз меньше, чем у изделия, полученного по прототипу. Теплообмен между теплоносителем, находящимся внутри медных полостеобразующих элементов, и окружающей средой происходит через их медные стенки с термическим сопротивлением R_п=4.9·10^-6 К/(Вт/м²), через сдеформированную стальную трубчатую промежуточную прослойку с толщиной Т_пр.д=2,9 мм с термическим сопротивлением R_пр.д=0,0029:17=170,6·10^-6 К/(Вт/м²) и через титановую оболочку с толщиной стенки Т_о.д=2,3 мм с термическим сопротивлением R_o.д=119,2·10^-6 К/(Вт/м²). Суммарное термическое сопротивление такой трехслойной металлической стенки R_сум=(4,9+170,6+119,2)·10^-6=294,7·10^-6 K/(Вт/м²), что в 75 раз больше, чем у изделий, полученных по прототипу.The same as in example 1, but the following changes. Metal cavity-forming elements in the form of pipes are made with an inner diameter of D _p.v = 10 mm, with a wall thickness of T _p = 2 mm. The central cavity-forming element is made with an inner diameter D _c.v = 24 mm, with a wall thickness T _c = 8 mm. The ratio of the wall thickness of the central cavity-forming element to the wall thickness of adjacent metal cavity-forming elements is 45: 1. The outer diameter of the intermediate layer _pr.n D = 79 mm, inner - D _pr.v = 74 mm, wall thickness T _ave = 2.5 mm, specific weight of the intermediate layer tubular wall _etc. M = 0.25 · 7.8 = 1 95 g / cm ² . The welding gap between the tube bundle and the inner surface of the tubular intermediate layer h ₁ = (74-40-2 · 14): 2 = 3 mm The outer diameter of the shell D _o.n = 84 mm, the inner D _o.v = 80 mm, the wall thickness T _o = 2 mm. The specific mass of the wall of the tubular shell M _o = 0.2 · 4.5 = 0.9 g / cm ² . Welding gap h ₂ = (80-79): 2 = 0.5 mm. A mixture of ammonite 6GV with ammonium nitrate in a ratio of 3: 1 was used as an explosive charge. The thickness of the charge T _BB = 15 cm, its density P _BB = 0.82 g / cm ³ , specific gravity M _BB = 15 · 0.82 = 12.3 g / cm ² . With the selected charge parameters, the detonation velocity of the explosive D _BB = 3820 m / s. The ratio of the specific gravity of the explosive charge to the sum of the specific gravities of the walls of the tubular shell and the tubular intermediate layer is: M _cc : (M _o + M _pr ) = 12.3: (0.9 + 1.95) = 4.31. With the selected parameters of the explosion welding scheme, the collision velocity of the tubular shell with the tubular intermediate layer V ₁ = 700 m / s, and the tubular intermediate layer with cavity-forming elements V ₂ = 680 m / s. The result is the same as in example 1, but the heat exchange between the heat-carrier substance located in the central inner cavity and the substances inside the copper cavity-forming elements occurs through their copper walls with a thickness T _p = 2 mm with thermal resistance R _p = T _p : λ _Cu = 0.002: 410 = 4.9 · 10 ^-6 K / (W / m ² ), which is 27 times less than that of the product obtained by the prototype. The heat exchange between the heat carrier inside the copper cavity-forming elements and the environment occurs through their copper walls with thermal resistance R _p = 4.9 · 10 ^-6 K / (W / m ² ), through a deformed steel tubular intermediate layer with a thickness of T _a.s. = 2.9 mm with thermal resistance R _a.s.d = 0.0029: 17 = 170.6 · 10 ^-6 K / (W / m ² ) and through a titanium shell with a wall thickness T _o.d = 2.3 mm with thermal resistance R _o.d = 119.2 · 10 ^-6 K / (W / m ² ). The total thermal resistance of such a three-layer metal wall R _sum = (4.9 + 170.6 + 119.2) · 10 ^-6 = 294.7 · 10 ^-6 K / (W / m ² ), which is 75 times more than products obtained by the prototype.

В изделии, полученном по прототипу (см. таблицу, пример 4) теплообмен между веществом-теплоносителем, находящимся в центральной внутренней полости, и веществами внутри металлических полостеобразующих элементов происходит через их медные стенки толщиной 0,8-1,5 мм, латунное покрытие и через стенку центрального полостеобразующего элемента из стали 12Х18Н10Т толщиной Т_ц=2,2 мм. Термическое сопротивление такого стального слоя R_ст=0,0022:17=129,4·10^-6 К/(Вт/м²). При толщине стенки медного полостеобразующего элемента 0.8 мм ее термическое сопротивление R_Сu=0,0008:410=1,95·10^-6 К/(Вт/м²). Коэффициент теплопроводности латуни Л63 λ_лат=108 Вт/(м·К). Термическое сопротивление каждого латунного покрытия на медных полостеобразующих элементах при их толщине Т_лат=10 мкм R_лaт=Т_лат:λ_лат=0,00001:108=0,092·10^-6 К/(Вт/м²). Суммарное минимальное термическое сопротивление такой трехслойной стенки R_ком=(1,95+129,4+0,092)·10^-6=131,44 К/(Вт/м²), что в 27-45 раз больше, чем у изделия, полученного по предлагаемому способу. Теплообмен между веществами-теплоносителями, находящимися внутри медных полостеобразующих элементов, и окружающей средой происходит через их медные стенки и через покрытие из латуни. При толщине медного слоя 1,5 мм и латунного - 30 мкм максимальное термическое сопротивление таких медно-латунных слоев R_сум=(0,00003:108+0,0015:410)=3,9·10^-6 К/(Вт/м²), что в 65-75 раз меньше, чем у изделий, полученных по предлагаемому способу. Кроме того, у изделий, полученных по прототипу, значительно меньшая стойкость в агрессивных, например в кислотных, окружающих средах, чем у изделий, полученных по предлагаемому способу.In the product obtained by the prototype (see table, example 4), heat transfer between the heat-transfer agent located in the central internal cavity and the substances inside the metal cavity-forming elements occurs through their copper walls with a thickness of 0.8-1.5 mm, a brass coating and through the wall of the central cavity-forming element from steel 12X18H10T with a thickness T _c = 2.2 mm. The thermal resistance of such a steel layer R _article = 0.0022: 17 = 129.4 · 10 ^-6 K / (W / m ² ). When the wall thickness of the copper cavity-forming element is 0.8 mm, its thermal resistance is R _Cu = 0.0008: 410 = 1.95 · 10 ^-6 K / (W / m ² ). The coefficient of thermal conductivity of brass L63 λ _lat = 108 W / (m · K). The thermal resistance of each brass coating on copper cavity-forming elements with their thickness T _lat = 10 μm R _lat = T _lat : λ _lat = 0.00001: 108 = 0.092 · 10 ^-6 K / (W / m ² ). The total minimum thermal resistance of such a three-layer wall R _com = (1.95 + 129.4 + 0.092) · 10 ^-6 = 131.44 K / (W / m ² ), which is 27-45 times more than that of the product, obtained by the proposed method. Heat transfer between the heat-transfer substances inside the copper cavity-forming elements and the environment occurs through their copper walls and through the brass coating. When the thickness of the copper layer is 1.5 mm and the brass layer is 30 μm, the maximum thermal resistance of such copper-brass layers is R _sum = (0.00003: 108 + 0.0015: 410) = 3.9 · 10 ^-6 K / (W / m ² ), which is 65-75 times less than that of products obtained by the proposed method. In addition, the products obtained by the prototype, significantly less resistance in aggressive, for example in acidic environments, than the products obtained by the proposed method.

Claims

1. A method of producing composite products with internal cavities by explosion welding, in which cavity-forming elements are taken in the form of tubes with a removable filler and their beam is placed in a tubular shell symmetrically with respect to its longitudinal axis, and an explosive charge is placed on the outer surface of the tubular shell (BB ) and initiate the process of detonation of explosives using an electric detonator, characterized in that the central cavity-forming element removed after explosion welding is performed they are made of brittle material, crushed during an explosive action, with a ratio of its wall thickness to the wall thickness of adjacent cavity-forming elements constituting (4-10): 1, the tubular shell is made of a corrosion-resistant metal with reduced thermal conductivity, and between the tubular shell and a tube bundle is provided with a tubular intermediate layer of metal with reduced thermal conductivity, and explosion welding is carried out at a detonation speed of BB 3270-3820 m / s, while the ratio of the specific gravity of the explosive to the sum of the specific gravities the tubular shell and the tubular intermediate layer, as well as the welding gaps between the tubular shell and the tubular intermediate layer, between the tubular intermediate layer and the tube bundle are selected from the condition for obtaining the collision velocity of the tubular shell with the tubular intermediate layer in the range of 610-700 m / s, and the collision velocity of the tubular shell with cavity-forming elements is 480-680 m / s.

2. The method according to claim 1, characterized in that glass is used as a brittle material.

3. The method according to claim 1, characterized in that titanium is used as a corrosion-resistant metal with reduced heat conductivity for the manufacture of a tubular shell.

4. The method according to claim 1, characterized in that the tubular intermediate layer is made of austenitic steel.