RU2537671C1 - Production of bimetallic pipes by explosion welding - Google Patents
Production of bimetallic pipes by explosion welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537671C1 RU2537671C1 RU2013139761/02A RU2013139761A RU2537671C1 RU 2537671 C1 RU2537671 C1 RU 2537671C1 RU 2013139761/02 A RU2013139761/02 A RU 2013139761/02A RU 2013139761 A RU2013139761 A RU 2013139761A RU 2537671 C1 RU2537671 C1 RU 2537671C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- explosive
- explosion welding
- steel
- pipe
- cladding
- Prior art date
Links
- 238000004880 explosion Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 21
- -1 for example Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 6
- XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane Chemical compound [O-][N+](=O)N1CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)C1 XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 23
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 5
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 2
- 239000000028 HMX Substances 0.000 claims 1
- UZGLIIJVICEWHF-UHFFFAOYSA-N octogen Chemical compound [O-][N+](=O)N1CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)C1 UZGLIIJVICEWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 19
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 abstract description 16
- 239000010955 niobium Substances 0.000 abstract description 16
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- TZRXHJWUDPFEEY-UHFFFAOYSA-N Pentaerythritol Tetranitrate Chemical compound [O-][N+](=O)OCC(CO[N+]([O-])=O)(CO[N+]([O-])=O)CO[N+]([O-])=O TZRXHJWUDPFEEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150096674 C20L gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 102220543923 Protocadherin-10_F16L_mutation Human genes 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100445889 Vaccinia virus (strain Copenhagen) F16L gene Proteins 0.000 description 1
- 101100445891 Vaccinia virus (strain Western Reserve) VACWR055 gene Proteins 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области производства слоистых структур сложного профиля сваркой взрывом и может использоваться для изготовления тонкостенных цилиндрических и эллиптических заготовок из биметаллов.The present invention relates to the production of layered structures of complex profile by explosion welding and can be used for the manufacture of thin-walled cylindrical and elliptical billets from bimetals.
Актуальность решаемой изобретением проблемы вызвана потребностью химической и нефтеперерабатывающих отраслей в трубопроводном транспорте из химически- и коррозионно-стойких, преимущественно многослойных, материалов, элементы которых надежно и прочно соединены между собой для обеспечения экологической безопасности окружающей среды.The urgency of the problem solved by the invention is caused by the need of the chemical and oil refining industries for pipelines from chemically and corrosion-resistant, mainly multilayer, materials whose elements are reliably and firmly connected to each other to ensure environmental safety of the environment.
Известны технологии получения многослойных материалов или трубных заготовок с помощью энергии взрыва взрывчатых веществ (ВВ).Known technologies for producing multilayer materials or pipe billets using explosive energy (explosives).
Из предшествующего уровня техники известен способ получения сваркой взрывом плакированных трубных заготовок («Деформация металлов взрывом», Крупин А.В. и др., М., «Металлургия», 1975 г), согласно которому наружную трубчатую деталь помещают в массивный цилиндрический контейнер, предотвращающий чрезмерную деформацию наружной трубы, по оси внутренней трубчатой детали располагают заряд взрывчатого вещества (ВВ), который инициируют при помощи детонатора, а между наружной трубой и стенкой контейнера располагают демпфирующий слой. Для достижения соосности заряда ВВ и предохранения поверхности метаемой трубы от непосредственного воздействия продуктов детонации пространство между внутренней трубой и зарядом заполняют передающей средой (водой, парафином, различными пластическими массами и т.п.).From the prior art there is known a method for producing by explosion welding of clad pipe billets ("Deformation of metals by explosion", Krupin A.V. et al., M., "Metallurgy", 1975), according to which the outer tubular part is placed in a massive cylindrical container, to prevent excessive deformation of the outer pipe, an explosive (BB) charge is placed along the axis of the inner tubular part, which is initiated using a detonator, and a damping layer is placed between the outer pipe and the container wall. To achieve coaxiality of the explosive charge and to protect the surface of the projectile pipe from the direct impact of detonation products, the space between the internal pipe and the charge is filled with a transmission medium (water, paraffin, various plastics, etc.).
Известен в качестве прототипа заявляемого способ изготовления труб из разнородных металлов из патента на полезную модель №99585, МПК F16L 13/007, опубл. 20.11.2010 г., согласно которому для соединения разнородных металлов, таких как сталь и ниобий, втулку из ниобия коаксиально устанавливают в стальном фланце, с возможностью соединения их сваркой взрывом, при этом заряд ВВ расположен внутри ниобиевой втулки.Known as a prototype of the proposed method for the manufacture of pipes of dissimilar metals from a utility model patent No. 998585, IPC F16L 13/007, publ. November 20, 2010, according to which for connecting dissimilar metals, such as steel and niobium, a niobium sleeve is coaxially mounted in a steel flange, with the possibility of connecting them by explosion welding, while the explosive charge is located inside the niobium sleeve.
К недостаткам аналога и прототипа относится отсутствие возможности осуществить сварку взрывом с использованием традиционно применяемых ВВ, характеризующихся сравнительно высокими показателями бризантности и мощности для соединения тонкостенных трубчатых элементов (толщина плакируемого элемента ≈100 мкм) сборочных конструкций без деформирования и повреждения их целостности.The disadvantages of the analogue and prototype include the inability to carry out explosion welding using traditionally used explosives, which are characterized by relatively high indicators of brisance and power for connecting thin-walled tubular elements (clad element thickness ≈100 μm) of assembly structures without deformation and damage to their integrity.
Задачей авторов изобретения является разработка способа сварки взрывом без деформирования исходных тонкостенных цилиндрических и эллиптических заготовок и получения биметаллической конструкции с заданными размерами.The objective of the authors of the invention is to develop a method of explosion welding without deformation of the original thin-walled cylindrical and elliptical blanks and obtain a bimetallic structure with specified dimensions.
Новый технический результат при использовании предлагаемого способа заключается в обеспечении возможности проведения сварки взрывом сложнопрофильных тонкостенных деталей из элементов сборочных конструкций без деформирования и повреждений их за счет обеспечения минимизации слоя ВВ и уменьшения критического слоя детонации до ~1,5 мм.A new technical result when using the proposed method is to provide the possibility of explosion welding of complex thin-walled parts from elements of assembly structures without deforming and damaging them by minimizing the explosive layer and reducing the critical detonation layer to ~ 1.5 mm.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа изготовления биметаллических труб сваркой взрывом, включающего размещение трубчатой детали из ниобия с зазором соосно относительно трубчатой детали из стали, размещение заряда ВВ, подрыв заряда ВВ, согласно предлагаемому способу плакирующую трубчатую деталь из тугоплавкого металла, например ниобия, с центрирующим кольцом помещают внутри плакируемой трубчатой детали из стали, а со стороны плакирующей детали из ниобия размещают заряд ВВ, в качестве которого используют смесевое ВВ, содержащее взрывчатый компонент на основе или ТЭНа, или октогена, или гексогена в виде предварительно преобразованного до ультрадисперсного состояния порошка с размером частиц не более 10-6-10-8 м порошкообразный инертный наполнитель в виде бикарбоната щелочного металла при соотношении ингредиентов, % мас.: ВВ - 30-70, наполнитель - остальное.These tasks and a new technical result are ensured by the fact that, in contrast to the known method of manufacturing bimetallic pipes by explosion welding, which includes placing the tubular part from niobium with a gap coaxially relative to the tubular part made of steel, placing the explosive charge, detonating the explosive charge, according to the proposed method, the cladding tubular part made of a refractory metal, such as niobium, with a centering ring is placed inside the plated tubular steel part, and a charge is placed on the side of the niobium clad part EXPLOSIVES, which is used as a mixed explosive containing an explosive component based on either TEN, or HMX, or RDX in the form of a powder previously converted to an ultrafine state with a particle size of not more than 10 -6 -10 -8 m powder inert filler in the form of alkaline bicarbonate metal with the ratio of ingredients,% wt .: BB - 30-70, filler - the rest.
Предлагаемый способ поясняется следующим образом.The proposed method is illustrated as follows.
Для сварки взрывом труб из разнородных металлов, подлежащих соединению, их располагают на неподвижном основании коаксиально друг относительно друга.For explosion welding of pipes of dissimilar metals to be joined, they are placed on a fixed base coaxially with respect to each other.
При осуществлении взрывного плакирования продукты детонации заряда ВВ (используемого при плакировании), имеющие высокие температуру и давление, при контакте с поверхностью плакирующей детали вызывают ее повреждение (особенно деталей из цветных металлов и их сплавов), а в случае использования при плакировании тонколистовых материалов разрушают плакирующую деталь, что недопустимо, поскольку готовое изделие в таком случае не будет отвечать требованиям по геометрии и сплошности соединяемых слоев.When explosive cladding is used, explosive charge detonation products (used for cladding) having high temperature and pressure, when in contact with the surface of the cladding part, cause damage (especially parts made of non-ferrous metals and their alloys), and if cladding materials are used, they destroy the cladding a detail, which is unacceptable, since the finished product in this case will not meet the requirements for the geometry and continuity of the connected layers.
В способе-аналоге (фиг.1) для разгона внутренней трубы до оптимальной скорости соударения между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы оставляют зазор, в который устанавливают центровочной кольцо 7. С ростом зазора до некоторого предела происходит увеличение скорости метания стенки трубы, однако при этом возрастает степень деформации трубы. При схеме наружного плакирования (фиг.2) метанию подвергают наружную трубу 1. Вокруг наружной трубы располагают равномерный цилиндрический заряд 2. Для обеспечения жесткости и устойчивости системы во внутреннюю трубу 3 вводят заполнитель 4 (вода, цемент, песок и т.п.). Трубы можно центрировать, например, при помощи крышек 5 и вкладышей 7. Инициирование ВВ производится детонатором 6. Как и при сварке взрывом плоских изделий, основными параметрами сварки труб являются скорость точки контакта υк и скорость метания стенки трубы (или сварочный угол γ).In the analogue method (FIG. 1), in order to accelerate the inner pipe to an optimal collision speed between the inner surface of the outer pipe and the outer surface of the inner pipe, a gap is left in which the
Как следует из схем плакированных трубных заготовок, для предотвращения остаточных пластических деформаций биметаллических труб требуется применение специальных приспособлений (массивный контейнер либо заполнитель). Для получения надежного сварного соединения (прочного сварного шва) требуется использование существенных масс промышленного ВВ. Толщина слоя ВВ (например, аммонит 6ЖВ) составляет h=20÷30 мм. При таких толщинах реализуются режимы устойчивой детонации и требуемой интенсивности пластических деформаций в зоне соударения.As follows from the schemes of clad pipe billets, the use of special devices (massive container or aggregate) is required to prevent residual plastic deformation of bimetallic pipes. To obtain a reliable weld (durable weld), the use of significant masses of industrial explosives is required. The thickness of the explosive layer (for example, ammonite 6ZHV) is h = 20–30 mm. At such thicknesses, stable detonation regimes and the required intensity of plastic deformations in the collision zone are realized.
С другой стороны, реализующееся давление нагружения приводит к ударно-волновому сжатию контейнера или заполнителя. Сформировавшаяся биметаллическая деталь изменяет первоначальный размер (деформируется). Ее диаметр увеличивается при внутреннем плакировании и, наоборот, уменьшается при наружном плакировании. Обычно трудно прогнозировать изменение начального размера заготовки. Возможны случаи, когда ее конечный размер выходит из требуемых допусков.On the other hand, the realized loading pressure leads to shock-wave compression of the container or aggregate. The formed bimetallic part changes its initial size (deforms). Its diameter increases with internal cladding and, conversely, decreases with external cladding. It is usually difficult to predict a change in the initial size of the workpiece. There may be cases when its final size goes beyond the required tolerances.
На фиг.5 представлен вид опытной сборки, в которой применено предлагаемое ВВ. 1 - электродетонатор, 2 - технологический диск из пенопласта, 3 - заряд ВВ, 4 - наконечник стальной, 5 - труба сталь, 6 - труба ниобий, 7 - стержень стальной, 8 - кольцо стальное центрирующее, 9 - подставка из пенопласта, 10 - цилиндр из картона. Сущность схемы наружного плакирования - трубные заготовки собирались при помощи кольца 8 коаксиально в пары. Снаружи располагался слой ВВ 3. Внутрь заготовок помещался стержень из углеродистой стали 7, затем устанавливался направляющий конус 4.Figure 5 presents a view of a pilot assembly in which the proposed explosive is applied. 1 - electric detonator, 2 - a technological foam disk, 3 - explosive charge, 4 - steel tip, 5 - steel pipe, 6 - niobium pipe, 7 - steel rod, 8 - centering steel ring, 9 - foam core, 10 - cardboard cylinder. The essence of the external cladding scheme - tube blanks were assembled using a
Экспериментально показано, что для приваривания тонких металлических листов к другому металлу необходим их устойчивый полет до соударения. Однако использование традиционных ВВ с большой скоростью детонации или большой толщины образца ВВ приводит к нарушению стационарности метания тонкого листа. Лист теряет устойчивость, приобретает волнообразный профиль. Одни его участки отстают в полете, другие опережают. При соударении пластины, летящей с ярко выраженной разнодинамичностью, с неподвижной пластиной сварка взрывом не реализуется. Более того, слой из малопрочного металла может порваться в полете. Поэтому для реализации сварки взрывом тонких листов требуется использование ВВ с малой скоростью детонации (D≈2 мм/мкс) в тонких слоях образца (h≤10 мм). Зазор между свариваемыми деталями должен быть минимальным, но при этом обеспечивать разгон стенки трубы до скорости, достаточной для осуществления сварки металлов.It has been experimentally shown that for welding thin metal sheets to another metal, their stable flight is required before impact. However, the use of traditional explosives with a high detonation velocity or a large thickness of the explosive sample leads to a violation of the stationarity of throwing a thin sheet. The sheet loses stability, acquires a wavy profile. Some of its sections lag behind in flight, others are ahead. In the collision of a plate flying with a pronounced heterodynamicity, with a fixed plate, explosion welding is not realized. Moreover, a layer of low-strength metal can tear in flight. Therefore, the implementation of explosion welding of thin sheets requires the use of explosives with a low detonation velocity (D≈2 mm / μs) in thin layers of the sample (h≤10 mm). The gap between the parts to be welded should be minimal, but at the same time ensure that the pipe wall is accelerated to a speed sufficient for metal welding.
Экспериментальным путем установлено, что оптимальным режимом сварки взрывом является режим с первоначально параллельным (или коаксиальным для случая трубчатых деталей) расположением соединяемых элементов (пластин, образцов). В данном случае скорость смыкания зазора между пластинами, т.н. скорость точки контакта υк=D (скорость смыкания или скорости перемещения точки контакта равна скорости детонации). Также экспериментально установлено, что при D≈2 мм/мкс реализуется сварка взрывом практически для всех существующих металлов и сплавов. Причем сварной шов приобретает оптимальную линейную (безволновую) форму. При скоростях D>2 мм/мкс (но в дозвуковом режиме косого соударения пластин) реализуется сварное соединение, имеющее волнообразный вид.It was established experimentally that the optimal mode of explosion welding is a mode with initially parallel (or coaxial for the case of tubular parts) arrangement of the connected elements (plates, samples). In this case, the closing speed of the gap between the plates, the so-called contact point velocity υ к = D (closure speed or contact point velocity is equal to detonation speed). It was also experimentally established that at D≈2 mm / μs explosion welding is realized for almost all existing metals and alloys. Moreover, the weld takes on an optimal linear (waveless) shape. At speeds D> 2 mm / μs (but in the subsonic mode of oblique collision of plates), a welded joint having a wavy appearance is realized.
Такая форма сварного шва специфична тем, что в точках, близких к гребню волны линии шва, возможно возникновение интерметаллических соединений, следствием чего возможно охрупчивание в таких зонах и некачественного соединения в целом.This form of the weld is specific in that, at points close to the wave crest of the weld line, intermetallic compounds may occur, resulting in embrittlement in such zones and poor-quality joints as a whole.
В эксперименте была использована стальная труба ⌀360 мм толщиной 25 мм. Фольга из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм размещалась внутри трубы в виде коаксиального цилиндра. На поверхности металлической фольги устанавливались брикеты, заполненные смесевым ВВ ТС 35/56 микро, реализован режим косого соударения:In the experiment, a ⌀360 mm steel pipe with a thickness of 25 mm was used. A foil of steel 12X18H10T 1 mm thick was placed inside the pipe in the form of a coaxial cylinder. On the surface of the metal foil, briquettes were installed, filled with a mixed explosive TS ТС 35/56 micro, the oblique collision mode was implemented:
Uk=2 мм/мксUk = 2 mm / μs
W=0,3 мм/мксW = 0.3 mm / μs
γ=9°.γ = 9 °.
При этом получено надежное сварное соединение фольги и внутренней поверхности трубы.At the same time, a reliable welded connection of the foil and the inner surface of the pipe was obtained.
Вокруг наружной или внутри внутренней трубы располагают кольцевой заряд ВВ с параметрами: плотность ρВВ, скорость детонации D и толщина кольца HBB. При инициировании заряда ВВ таким образом, чтобы детонационная волна скользила вдоль оси свариваемых труб, давление продуктов взрыва (ПВ) действует на метаемую трубу, при определенном сочетании исходных параметров трубы плотно соединяются между собой. Диаметр неподвижной трубы остается постоянным. Постоянной является плотность ВВ и толщина свариваемых труб. Нижним пределом варьирования скоростью детонации является скорость при критической толщине заряда, ниже которой происходит затухание детонационного фронта, что для насыпных ВВ составляет 1200-1400 м/с. Верхним пределом варьирования скоростью детонации является объемная скорость звука в ниобии (4100 м/с) и нержавеющей стали (5200 м/с), т.е. известно, что при скорости детонации, превышающей скорость звука, сварка металлов затруднена.Around the outer or inside the inner tube have a ring explosive charge with parameters: density ρ BB , detonation velocity D and ring thickness H BB . When initiating the explosive charge in such a way that the detonation wave slides along the axis of the pipes being welded, the pressure of the products of the explosion (PV) acts on the missile pipe, with a certain combination of the initial parameters of the pipe, they are tightly interconnected. The diameter of the fixed tube remains constant. Constant is the density of the explosives and the thickness of the welded pipes. The lower limit of variation of the detonation velocity is the velocity at a critical charge thickness, below which the detonation front attenuation occurs, which for bulk explosives is 1200-1400 m / s. The upper limit of variation in the detonation velocity is the space velocity of sound in niobium (4100 m / s) and stainless steel (5200 m / s), i.e. It is known that at a detonation speed exceeding the speed of sound, metal welding is difficult.
Поэтому скорость детонации ограничена 2000-4000 м/с (скорость детонации промышленного аммонита AT1, AT2, АТ3). Нижний предел толщины заряда (HBB) определяется условием получения стабильной скорости детонации по всему кольцу заряда ВВ, что выполняется при HBB.≥10 мм. Верхний предел определяется из условия сохранности изделия и экономии: слишком большой заряд ВВ приводит к повышенным деформациям и даже разрушению заготовок, и к увеличению материальных затрат, а это ограничивает величину HBB.≥40 мм. Минимальный зазор должен быть достаточным, чтобы в процессе перемещения реализовалось гашение всех колебаний давления, это соответствует h≥1,0 мм (обеспечивается требуемый угол соударения γ при сварке взрывом, а верхний предел определяется временем действия продуктов взрыва (временем разгона): после их полного разлета скорость движения трубы не увеличивается и наличия большего зазора (≥8,0 мм) не требуется, оптимальным является h=3,0 мм, при котором деформация трубы не более 10% и затраты на эту деформацию незначительны.Therefore, the detonation velocity is limited to 2000-4000 m / s (detonation velocity of industrial ammonite AT1, AT2, AT3). The lower limit of the charge thickness (H BB ) is determined by the condition for obtaining a stable detonation velocity along the entire explosive charge ring, which is performed at H BB .≥10 mm. The upper limit is determined from the condition of product safety and economy: too high explosive charge leads to increased deformations and even destruction of workpieces, and to an increase in material costs, and this limits the value of H BB .≥40 mm. The minimum clearance should be sufficient so that during the movement the damping of all pressure fluctuations is realized, this corresponds to h≥1.0 mm (the required angle of impact γ is provided during explosion welding, and the upper limit is determined by the duration of the explosion products (acceleration time): after they are fully the expansion speed of the pipe does not increase and the presence of a larger gap (≥8.0 mm) is not required, the optimum is h = 3.0 mm, at which the pipe deformation is not more than 10% and the cost of this deformation is negligible.
Т.о. для успешного решения задачи сварки взрывом необходимо максимально снизить массу ВВ, подрываемого в полости трубы (при сохранении энергии ПВ, разгоняющих привариваемый слой). Это достигается при помощи ВВ на основе мощных бризантных ВВ (ТЭН, гексоген), способных к устойчивой детонации в тонких слоях.T.O. to successfully solve the problem of explosion welding, it is necessary to minimize the mass of explosives blown up in the pipe cavity (while maintaining the energy of the PV, accelerating the weld layer). This is achieved using explosives based on powerful blasting explosives (heating elements, hexogen) capable of stable detonation in thin layers.
Применение смесевого ВВ на основе сублимированных порошков высокобризантного ВВ и бикарбонатов щелочного металла с микронным и субмикронным размером частиц, которые устойчиво детонируют со скоростью D≈2 км/с при толщине h≈1.5 мм, оптимально для реализации технологии прецизионной сварки взрывом. Применение смесевого ВВ указанного типа позволяет присоединять тонкослойные (≈100 мкм) к внутренней поверхности трубы без деформации и без разрывов сплошности слоя с дополнительным упрочняющим эффектом несущей основы. Сварка взрывом позволяет произвести соединение тугоплавких металлов (ниобий, вольфрам, тантал, цирконий) и стали.The use of a mixed explosive based on sublimated powders of high-explosive high explosive and alkali metal bicarbonates with micron and submicron particle sizes, which are stably detonated at a speed of D≈2 km / s with a thickness of h≈1.5 mm, is optimal for the implementation of precision explosion welding technology. The use of a mixed explosive of the indicated type makes it possible to attach thin-layer (≈100 μm) to the inner surface of the pipe without deformation and without discontinuity in the layer continuity with an additional strengthening effect of the carrier base. Explosion welding allows the connection of refractory metals (niobium, tungsten, tantalum, zirconium) and steel.
Экспериментально показано, что при варьировании компонентов используемого в способе низкобризантного смесевого ВВ в сторону уменьшения от 70% об. и ниже - уменьшение фугасного действии имеет плавный характер снижения, аналогично и бризантность равномерно снижается, тем самым оптимизируется режим сварки.It was experimentally shown that when varying the components used in the method of low-explosive mixed explosives in the direction of decreasing from 70% vol. and below, the decrease in high-explosive action has a smooth character of decrease, similarly, brisance is evenly reduced, thereby optimizing the welding mode.
Наличие газообразных продуктов при использовании в составе ВВ именно в заявляемых пределах соотношений бикарбоната щелочного металла (например, натрия, или соды соды): гексогена, определенных экспериментально, образующихся при разложении невзрывчатого компонента, способствует удлинению времени контакта соединяемых фрагментов и препятствует значительному (сверх необходимой величины) развитию бризантности. Кроме того, наличие газов обеспечивает продолжительное воздействие газообразных продуктов на плоскость контакта свариваемых фрагментов деталей, что позволяет достичь перехода контактной границы свариваемых деталей в пластическое состояние в течение времени контакта и реализоваться более качественному сварному соединению.The presence of gaseous products when used in the explosive composition precisely within the declared limits of the ratios of alkali metal bicarbonate (for example, sodium, or soda soda): experimentally determined hexogen formed upon decomposition of an non-explosive component, prolongs the contact time of the connected fragments and prevents significant (in excess of the required value ) the development of brisance. In addition, the presence of gases ensures a prolonged effect of gaseous products on the contact plane of the parts to be welded, which allows the contact boundary of the parts to be welded to become plastic during the contact time and a better welded joint can be realized.
Это способствует также плавному снижению показателя метательной способности, свойственной высокобризантным ВВ, и фугасности состава.It also contributes to a smooth decrease in the rate of propellant inherent in high-explosive explosives, and high explosive composition.
Метательная способность сохраняется на уровне прототипа, критический диаметр понижен (критический диаметр 7-8 мм у прототипа, у заявляемого ВВ - критический диаметр менее 1,5 мм), бризантность качественно ниже (о чем свидетельствует состояние малодеформированных деталей после взрыва), чем в прототипе.Throwing ability is maintained at the prototype level, the critical diameter is lowered (the prototype has a critical diameter of 7-8 mm, the explosive has a critical diameter of less than 1.5 mm), the brisance is qualitatively lower (as evidenced by the state of poorly deformed parts after the explosion) than in the prototype .
Предлагаемым способом можно получать композиты из биметаллов алюминий - титан медь/алюминий/медь, медь/сталь латунь - сталь-медь/титан (матрицы для получения рафинированной меди и никеля).The proposed method can be used to obtain composites from bimetals aluminum - titanium copper / aluminum / copper, copper / brass steel - steel-copper / titanium (matrices for obtaining refined copper and nickel).
Таким образом, при использовании предлагаемого способа достигается новый технический результат, заключающийся в обеспечении возможности проведения надежной сварки взрывом тонкопленочных элементов (толщина привариваемой детали не превышает 100 мкм) труб из стали и ниобия без деформирования и повреждений за счет обеспечения минимизации критического слоя детонации до ~1,5 мм и повышения качества и точности сварного шва.Thus, when using the proposed method, a new technical result is achieved, which consists in providing the possibility of reliable explosion welding of thin-film elements (the thickness of the welded part does not exceed 100 μm) of steel and niobium pipes without deformation and damage by minimizing the critical detonation layer to ~ 1 , 5 mm and improve the quality and accuracy of the weld.
Возможность промышленного применения предлагаемого способа подтверждается следующим примером.The possibility of industrial application of the proposed method is confirmed by the following example.
Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ был реализован на макете взрывного устройства. Изготавливаемая сборка выполнялась из стали 12Х18Н10Т толщиной 0,4 мм, изготавливали обечайку, сваривали по образующей. На фиг.5 представлен вид опытной сборки, в которой применено предлагаемое ВВ. На жесткое неподвижное основание устанавливается металлическая пластина (2) зазором h, к которой необходимо приваривать взрывом металлическую тонкостенную деталь (3).Example 1. In laboratory conditions, the proposed method was implemented on a mock explosive device. The assembly being made was made of steel 12X18H10T with a thickness of 0.4 mm, a shell was made, and welded along a generatrix. Figure 5 presents a view of a pilot assembly in which the proposed explosive is applied. A metal plate (2) is mounted on a rigid fixed base with a gap h, to which a thin-walled metal part (3) must be welded by explosion.
Деталь размещается параллельно пластине на базе 1-2 мм, она плотно (без зазоров и воздушных включений) примыкает к дну контейнера (4) из плотной бумаги (толщина стенок 100-200 мкм). В контейнер равномерно засыпается исходное смесевое ВВ (5). Излишки ВВ удаляются выравниванием горизонтальной линии относительно бортов контейнера. Предварительно в контейнер устанавливается инициатор детонационной волны (6) в смесевое ВВ, при подрыве которого осуществляют плакирование.The part is placed parallel to the plate on the basis of 1-2 mm, it is tightly (without gaps and air inclusions) adjacent to the bottom of the container (4) made of thick paper (wall thickness 100-200 μm). The initial mixed explosive (5) is uniformly poured into the container. Excess explosives are removed by aligning the horizontal line with respect to the sides of the container. Preliminarily, the initiator of the detonation wave (6) is installed in the container into the mixed explosive, when blown, cladding is carried out.
При опробовании предлагаемого способа применялась схема наружного плакирования (фиг.1) и схема внутреннего плакирования (фиг.2). При наружном плакировании диаметр трубы уменьшился на ~1 мм. При внутреннем плакировании диаметр трубы увеличился на ~1,5 мм.When testing the proposed method, an external cladding scheme was used (FIG. 1) and an internal cladding scheme (FIG. 2). With external cladding, the pipe diameter decreased by ~ 1 mm. With internal cladding, the pipe diameter increased by ~ 1.5 mm.
При использовании смесевого ВВ ГС 35/65 толщиной Δ≈10 мм как в случае наружного плакирования, так и в случае внутреннего - диаметр трубы остался практически без изменения.When using the mixed explosives GS 35/65 with a thickness of Δ≈10 mm, both in the case of external cladding and in the case of internal cladding, the pipe diameter remained almost unchanged.
Полученную деталь помещали на оправку. Затем из ниобиевой заготовки толщиной 90 изготавливали обечайку и помещали ее в трубу. Инициирование заряда ВВ осуществлялось электродетонатором. В результате высокоскоростного соударения осуществлялось плакирование детали из стали 12Х18Н10Т с деталью из ниобия без разрушения плакирующей детали (фиг.3, 4).The resulting part was placed on a mandrel. Then, a shell was made from a 90-mm thick niobium billet and placed in a pipe. The explosive charge was initiated by an electric detonator. As a result of high-speed collision, cladding of a part made of steel 12X18H10T with a part made of niobium without breaking the cladding part was carried out (Figs. 3, 4).
В эксперименте реализовано прочное соединение двух металлов при их высокоскоростном (скорость соударения от 0,3 до 1,5 км/с) соударении под углом. В точке соударения формируется структура подобная кумулятивной струе, в результате чего на границе раздела металлов возникают значительные пластические деформации и температуры, приводящие к сближению металлов на расстояние взаимодействия атомов и увеличивающие подвижность частиц. Металлы перемешиваются, образуется прочное сварное соединение по всей площади контакта образцов.In the experiment, a strong connection of two metals was realized with their high-speed (collision speed from 0.3 to 1.5 km / s) collisions at an angle. At the collision point, a structure similar to a cumulative jet is formed, as a result of which significant plastic deformations and temperatures occur at the metal interface, leading to the metals moving closer to the atomic interaction distance and increasing particle mobility. Metals are mixed, a strong welded joint is formed over the entire contact area of the samples.
Режимы сварки взрывом биметаллических (сталь 10Х17Н13М2Т + ниобий НБ-1) трубных переходных элементов по схемам наружного и внутреннего плакирования приведены в таблице 1.Explosion welding modes of bimetallic (steel 10X17H13M2T + niobium NB-1) pipe transition elements according to the schemes of external and internal cladding are shown in table 1.
Результаты металлографического анализа и проверки адгезионной прочности (отсутствие непроваров и расслоений после испытаний) свидетельствуют о высоком качестве сварного соединения разнородных металлов сваркой взрывом.The results of metallographic analysis and verification of adhesion strength (absence of lack of fusion and delamination after testing) indicate the high quality of the welded joints of dissimilar metals by explosion welding.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013139761/02A RU2537671C1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Production of bimetallic pipes by explosion welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013139761/02A RU2537671C1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Production of bimetallic pipes by explosion welding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2537671C1 true RU2537671C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53287829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013139761/02A RU2537671C1 (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Production of bimetallic pipes by explosion welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2537671C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2618263C1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding |
| RU2618262C1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
| CN108356404A (en) * | 2018-04-11 | 2018-08-03 | 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 | A kind of steel-stainless steel mining gas discharging pipe explosion welding apparatus and welding method |
| CN114131171A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-04 | 中北大学 | Explosive welding method for double-layer circular tube |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2071893C1 (en) * | 1994-10-26 | 1997-01-20 | Волгоградское акционерное общество открытого типа "Химпром" | Method of explosive cladding of coaxial metal surfaces |
| RU2404035C1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-11-20 | Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН) | Method of producing composite materials using explosives power |
| RU99585U1 (en) * | 2010-02-02 | 2010-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | DEVICE FOR CONNECTING PIPES OF HETEROGENEOUS METALS |
| RU2448295C2 (en) * | 2006-06-26 | 2012-04-20 | Снампроджетти, С.п.А. | Corrosion-resistant bimetallic pipe and its use in equipment with tube bank |
-
2013
- 2013-08-27 RU RU2013139761/02A patent/RU2537671C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2071893C1 (en) * | 1994-10-26 | 1997-01-20 | Волгоградское акционерное общество открытого типа "Химпром" | Method of explosive cladding of coaxial metal surfaces |
| RU2448295C2 (en) * | 2006-06-26 | 2012-04-20 | Снампроджетти, С.п.А. | Corrosion-resistant bimetallic pipe and its use in equipment with tube bank |
| RU2404035C1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-11-20 | Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН) | Method of producing composite materials using explosives power |
| RU99585U1 (en) * | 2010-02-02 | 2010-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | DEVICE FOR CONNECTING PIPES OF HETEROGENEOUS METALS |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2618263C1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding |
| RU2618262C1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
| CN108356404A (en) * | 2018-04-11 | 2018-08-03 | 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 | A kind of steel-stainless steel mining gas discharging pipe explosion welding apparatus and welding method |
| CN108356404B (en) * | 2018-04-11 | 2024-05-14 | 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 | Explosion welding device and welding method for steel-stainless steel mining gas drainage pipe |
| CN114131171A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-04 | 中北大学 | Explosive welding method for double-layer circular tube |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Muravyev et al. | Progress in additive manufacturing of energetic materials: Creating the reactive microstructures with high potential of applications | |
| RU2537671C1 (en) | Production of bimetallic pipes by explosion welding | |
| US2605703A (en) | Liner for hollow charges | |
| Bohanek et al. | The efficiency of linear shaped charges | |
| Guo et al. | Interface and performance of CLAM steel/aluminum clad tube prepared by explosive bonding method | |
| Yu et al. | Study on underwater explosive welding of Al-steel coaxial pipes | |
| Xu et al. | Bore-center annular shaped charges with different liner materials penetrating into steel targets | |
| Costanza et al. | Explosion welding: process evolution and parameters optimization | |
| US8387539B1 (en) | Sculpted reactive liner with semi-cylindrical linear open cells | |
| Pai et al. | Instability of a conical liner during shaped-charge jet formation | |
| RU2433025C1 (en) | Method of tube shells plating by explosion welding | |
| Sui et al. | Investigation on the explosive welding mechanism of corrosion-resisting aluminum and stainless steel tubes through finite element simulation and experiments | |
| Pearson | Metal working with explosives | |
| Mulligan et al. | 3D Printed Conical Shaped Charge Performance | |
| Liu et al. | Explosion Welding | |
| CN104646819A (en) | Energy cavity explosive welding method | |
| Baron et al. | Explosive forming | |
| US3562897A (en) | Explosion bonding of tubes | |
| Leidel | A design study of an annular-jet charge for explosive cutting. | |
| EP4269934B1 (en) | Shaped charge warhead and a method for producing said warhead | |
| CN114160952A (en) | A Foil Plate Explosive Welding Device Adding a Pressure Transmission Layer | |
| KR102538817B1 (en) | Manufacturing method of refractory metal lining tube using explosive welding | |
| RU2417868C2 (en) | Method of producing large-size bimetal sheets by explosion welding | |
| CN1242867C (en) | Method for making explosion cladding board with large width | |
| RU2365475C2 (en) | Method for manufacturing of multi-layer products by blasting energy |