RU2618262C1 - Production of composite articles with internal cavities by blast welding - Google Patents
Production of composite articles with internal cavities by blast welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618262C1 RU2618262C1 RU2016124593A RU2016124593A RU2618262C1 RU 2618262 C1 RU2618262 C1 RU 2618262C1 RU 2016124593 A RU2016124593 A RU 2016124593A RU 2016124593 A RU2016124593 A RU 2016124593A RU 2618262 C1 RU2618262 C1 RU 2618262C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- layer
- tubular
- bimetallic
- niobium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения изделий цилиндрической формы с помощью энергии взрыва и может быть использовано для изготовления изделий с внутренней полостью, например теплозащитых экранов, термического, химического оборудования и т.п.The invention relates to a technology for producing products of a cylindrical shape using explosion energy and can be used for the manufacture of products with an internal cavity, for example, heat shields, thermal, chemical equipment, etc.
Известен 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 размещают полученный пучок в трубчатой металлической оболочке из стали, 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 мин при температуре, превышающей на 5-15°С 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).There 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 beam is placed in a tubular shell symmetrically with respect to its longitudinal axis, an explosive charge (BB) is placed on the outer surface of the steel tubular shell 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, and 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, for example, of brass, on their outer surfaces place the resulting beam in a tubular metal shell ke of steel removed after explosive impact. The process of explosive loading is carried out at a detonation speed of EXPLOSIVES of 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 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
Недостатком данного способа является низкая коррозионная стойкость наружной и внутренней поверхности изделий, получаемых данным способом, например, в хлоридах, а также высокое гидравлическое сопротивление внутренних полостей при пропускании через них жидкостей, низкое термическое сопротивление стенок полостеобразующих элементов при теплообмене с окружающей средой, а это весьма ограничивает применение таких изделий в технике.The disadvantage of this method is the low corrosion resistance of the outer and inner surfaces of products obtained by this method, for example, in chlorides, as well as the high hydraulic resistance of the internal cavities when liquids are passed through them, the low thermal resistance of the walls of the cavity-forming elements during heat exchange with the environment, and this is very limits the use of such products in technology.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ 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, при этом на наружной поверхности трубчатой оболочки располагают кольцевой заряд ВВ и производят инициирование процесса детонации ВВ с помощью электродетонатора, центральный полостеобразующий элемент, удаляемый после сварки взрывом, выполняют из хрупкого материала - стекла, дробящегося в процессе взрывного воздействия, с отношением толщины его стенки к толщине стенок смежных с ним полостеобразующих элементов, составляющим (4-10):1, трубчатую оболочку выполняют из коррозионно-стойкого металла с пониженной теплопроводностью - титана, между трубчатой оболочкой и пучком из труб располагают трубчатую промежуточную прослойку из металла с пониженной теплопроводностью - из аустенитной стали. 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. (Патент РФ №2424883, МПК B23K 20/08, B23K 101/04, опубл. 27.07.2011, бюл. №21 - прототип).The closest in technical level and the achieved result is 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 removable filler and their bundle is placed in the tubular shell symmetrically with respect to its longitudinal axis, while on the outer surface of the tubular shell have a ring explosive charge and initiate the detonation of the explosive using an electric detonator, the central cavity-forming element, remove After welding by explosion, they are made of brittle material - glass, which is crushed during the explosive action, with a ratio of its wall thickness to the wall thickness of adjacent cavity-forming elements comprising (4-10): 1, the tubular shell is made of corrosion-resistant metal with low thermal conductivity of titanium, between the tubular shell and the bundle of pipes have a tubular intermediate layer of metal with low thermal conductivity of austenitic steel. 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 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 beam from the pipes, they are selected from the condition of 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 (RF patent No. 2424883, IPC
Недостатком данного способа является низкая коррозионная стойкость внутренней поверхности получаемых изделий, например, в хлоридах, а также повышенное гидравлическое сопротивление внутренних полостей в расчете на единицу длины изделия при пропускании через них жидкостей-теплоносителей, возможность появления в процессе сварки взрывом в зоне соединения титана со сталью хрупких интерметаллидных фаз, снижающих долговечность изделия при эксплуатации в условиях частых теплосмен и динамических нагрузок, недостаточно высокое термическое сопротивление металлических слоев при теплообмене жидкостей-теплоносителей, располагаемых во внутренних полостях изделия с окружающей средой, а это весьма ограничивает применение таких изделий во многих технических устройствах ответственного назначения.The disadvantage of this method is the low corrosion resistance of the inner surface of the obtained products, for example, in chlorides, as well as the increased hydraulic resistance of the internal cavities per unit length of the product when fluids are passed through them, the possibility of occurrence during the welding process by explosion in the zone of the connection of titanium with steel brittle intermetallic phases that reduce the durability of the product when used in conditions of frequent heat changes and dynamic loads, insufficiently high thermal the resistance of metal layers during heat transfer of heat transfer fluids located in the internal cavities of the product with the environment, and this greatly limits the use of such products in many technical devices for critical purposes.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения композиционных изделий с внутренней полостью сваркой взрывом по новой технологической схеме взрывного воздействия на свариваемую заготовку, обеспечивающей получение за один технологический цикл цельносварного изделия с осевой симметрией, с повышенной коррозионной стойкостью не только его наружной, но и внутренней поверхности в агрессивных окружающих средах, например в хлоридах, с обеспечением при этом пониженного гидравлического сопротивления внутренней полости на единицу длины изделия при пропускании через нее жидкостей-теплоносителей, а также высокого термического сопротивления его многослойной стенки при теплообмене вещества, располагаемого в его внутренней полости с окружающей средой, полное исключение появления при сварке взрывом в зонах соединения металлических слоев хрупких интерметаллидных фаз, которые могли бы снизить долговечность изделия при эксплуатации в условиях частых теплосмен и динамических нагрузок.In this regard, the most important task is to create a new method for producing composite products with an internal cavity by explosion welding according to the new technological scheme of explosive action on the workpiece being welded, which ensures the production of an all-welded product with axial symmetry in one technological cycle, with increased corrosion resistance not only of its external, but and the inner surface in aggressive environments, such as chlorides, while providing reduced hydraulic resistance of the inner per unit length of the product when passing through heat-transfer fluids, as well as the high thermal resistance of its multilayer wall during heat transfer of a substance located in its internal cavity with the environment, the complete exclusion of the appearance of brittle intermetallic phases during explosion welding in the zones of metal joints could reduce the durability of the product during operation in conditions of frequent heat exchange and dynamic loads.
Техническим результатом заявленного способа получения композиционных изделий с внутренней полостью сваркой взрывом является создание новой схемы сварки взрывом, обеспечивающей за один акт взрывного воздействия получение изделий с осевой симметрией, с получением качественного сплошного сварного соединения ниобиевого слоя трубчатой биметаллической оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой из меди, а также качественного сварного соединения указанной прослойки с ниобиевым слоем биметаллического полостеобразующего элемента в виде трубы без нарушений герметичности свариваемых металлов, с полным исключением возможности появления в процессе сварки взрывом в зонах соединения металлических слоев хрупких интерметаллидных фаз, снижающих долговечность изделия при эксплуатации в условиях частых теплосмен и динамических нагрузок, с обеспечением при этом пониженного гидравлического сопротивления внутренней полости на единицу длины изделия при пропускании через нее жидкостей-теплоносителей, а также высокого термического сопротивления его многослойной стенки при теплообмене вещества, располагаемого в его внутренней полости с окружающей средой.The technical result of the claimed method for producing composite products with an internal cavity by explosion welding is the creation of a new explosion welding scheme that provides products with axial symmetry in one act of explosive action, with obtaining a high-quality continuous welded connection of the niobium layer of a tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer of copper, and also high-quality welded joints of the specified layer with a niobium layer of a bimetallic cavity-forming element in de pipes without violations of the tightness of the metals being welded, with the complete exception of the possibility of the appearance of brittle intermetallic phases during explosion welding in the zones of the metal layers connecting, which reduce the product durability during operation under conditions of frequent heat changes and dynamic loads, while ensuring a reduced hydraulic resistance of the internal cavity per unit product length when passing through heat-transfer fluids, as well as high thermal resistance of its multilayer wall at eploobmene substance is located in the inner cavity to the environment.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения композиционных изделий с внутренней полостью сваркой взрывом, при котором используют удаляемый после сварки взрывом центральный полостеобразующий элемент из хрупкого материала - стекла с водным наполнителем в его внутренней полости, трубчатую оболочку и трубчатую промежуточную прослойку, располагают на наружной поверхности трубчатой оболочки кольцевой заряд взрывчатого вещества (ВВ) и инициируют процесс детонации ВВ с помощью электродетонатора, берут биметаллический полостеобразующий элемент в виде трубы с наружным слоем толщиной 0,8-1,2 мм из ниобия, с внутренним слоем толщиной 4-5 мм из титана и размещают внутри него соосно центральный полостеобразующий элемент из стекла с толщиной стенки 10-15 мм и с наружным диаметром, меньшим на 2-4 мм внутреннего диаметра биметаллического полостеобразующего элемента, заполняют промежуток между ними водным наполнителем, после герметизации полученную сборку располагают соосно внутри трубчатой биметаллической оболочки, выполненной с наружным слоем толщиной 3-4 мм из титана, с внутренним слоем толщиной 0,8-1,2 мм из ниобия, в зазоре между ними соосно размещают трубчатую промежуточную прослойку из меди с толщиной стенки 1,5-2,5 мм, сварку взрывом ведут при скорости детонации ВВ 2400-3100 м/с, при этом толщину заряда ВВ и сварочные зазоры между свариваемыми металлическими слоями выбирают из условия получения скорости соударения ниобиевого слоя трубчатой биметаллической оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой из меди в пределах 560-670 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки из меди с ниобиевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента в пределах 480-570 м/с.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing composite products with an internal cavity by explosion welding, a central cavity-forming element made of brittle material — glass with water filler in its internal cavity, a tubular shell and a tubular intermediate layer — which is removed after explosion welding, is used on the outer surface of the tubular shell, an annular explosive (BB) charge and initiate the detonation process of the explosive using an electric detonator, b they rub a bimetallic cavity-forming element in the form of a pipe with an outer layer of thickness 0.8-1.2 mm from niobium, with an inner layer 4-5 mm thick of titanium and place inside it a coaxially central cavity-forming element of glass with a wall thickness of 10-15 mm and with an outer diameter smaller by 2-4 mm of the inner diameter of the bimetallic cavity-forming element, fill the gap between them with a water filler, after sealing, the assembly obtained is placed coaxially inside the tubular bimetallic shell made with the outer layer 3-4 mm thick of titanium, with an inner layer 0.8-1.2 mm thick of niobium, in the gap between them coaxially placed a tubular intermediate layer of copper with a wall thickness of 1.5-2.5 mm, explosion welding when the detonation velocity of explosives is 2400-3100 m / s, while the explosive charge thickness and welding gaps between the welded metal layers are selected from the conditions for obtaining the collision speed of the niobium layer of a tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer of copper within 560-670 m / s, and collisions of the tubular intermediate layer copper rings with a niobium layer of a bimetallic tubular cavity-forming element within 480-570 m / s.
Предлагаемый способ получения композиционных изделий с внутренней полостью сваркой взрывом имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по построению схемы сварки взрывом, так и по совокупности технологических приемов и режимов при его осуществлении. Так предложено использовать в схеме сварки взрывом биметаллический полостеобразующий элемент в виде трубы с наружным слоем толщиной 0,8-1,2 мм из ниобия, с внутренним слоем толщиной 4-5 мм из титана. Его внутренний титановый слой обеспечивает у получаемого изделия повышенную коррозионную стойкость внутренней поверхности в условиях агрессивных сред, например в хлоридах, а также совместно с остальными металлическими слоями высокую прочность изготовленного изделия и его высокие теплозащитные свойства. Толщина этого слоя менее 4 мм не обеспечивает у изделия необходимого уровня термического сопротивления, а также прочностных свойств при поперечных сжимающих нагрузках, а его толщина более 5 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу дорогостоящего титана в расчете на одно изделие. Наружный ниобиевый слой биметаллического полостеобразующего элемента обеспечивает возможность получения качественного сварного соединения с трубчатой промежуточной прослойкой из меди без появления в зоне соединения металлов непроваров, хрупких интерметаллидов и других дефектов. Совместно с другими металлическими слоями этот слой способствует формированию высокой прочности изделия при поперечных сжимающих нагрузках, а также высокого термического сопротивления стенки изделия при направлении теплопередачи поперек слоев. Его толщина менее 0,8 мм затрудняет получение качественных изделий без неконтролируемых деформаций при сварке взрывом, а его толщина более 1,2 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу дорогостоящего ниобия в расчете на одно изделие.The proposed method for producing composite products with an internal cavity by explosion welding has significant differences compared with the prototype both in constructing a scheme for explosion welding and in the aggregate of technological methods and modes during its implementation. Thus, it is proposed to use a bimetallic cavity-forming element in the form of a pipe with an outer layer of 0.8-1.2 mm thick from niobium, with an inner layer of 4-5 mm thick from titanium in the explosion welding scheme. Its inner titanium layer provides the product with increased corrosion resistance of the inner surface in aggressive environments, such as chlorides, as well as, together with other metal layers, high strength of the manufactured product and its high heat-shielding properties. The thickness of this layer of less than 4 mm does not provide the product with the necessary level of thermal resistance, as well as strength properties under transverse compressive loads, and its thickness of more than 5 mm is excessive, since this leads to an unjustifiably high consumption of expensive titanium per one product. The outer niobium layer of the bimetallic cavity-forming element provides the possibility of obtaining high-quality welded joints with a tubular intermediate layer of copper without the appearance of lack of fusion, brittle intermetallic compounds and other defects in the metal joint zone. Together with other metal layers, this layer contributes to the formation of high strength products with transverse compressive loads, as well as high thermal resistance of the product wall in the direction of heat transfer across the layers. Its thickness of less than 0.8 mm makes it difficult to obtain quality products without uncontrolled deformation during explosion welding, and its thickness of more than 1.2 mm is excessive, since this leads to unreasonably high consumption of expensive niobium per one product.
Предложено размещать соосно внутри биметаллического полостеобразующего элемента центральный полостеобразующий элемент из стекла с толщиной стенки 10-15 мм и с наружным диаметром, меньшим на 2-4 мм внутреннего диаметра биметаллического полостеобразующего элемента и заполнять промежуток между ними водным наполнителем. В процессе сварки взрывом центральный полостеобразующий элемент совместно с водным наполнителем выполняет функции динамической опоры, исключающей недопустимые радиальные по направлению к центру изделия деформации биметаллического полостеобразующего элемента, способствует формированию внутренней полости в изделии требуемого диаметра с гладкой цилиндрической поверхностью. При толщине его стенки менее 10 мм возможно его преждевременное разрушение в процессе сварки взрывом, приводящее к снижению качества получаемых изделий. Толщина его стенки более 15 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу материала на изготовление центрального полостеобразующего элемента. Наружный диаметр центрального полостеобразующего элемента предложено выполнять меньшим на 2-4 мм внутреннего диаметра биметаллического полостеобразующего элемента, что обеспечивает необходимый технологический промежуток между ними для заполнения его водным наполнителем. При диаметре центрального полостеобразующего элемента ниже нижнего предлагаемого предела возможно появление неконтролируемых деформаций внутренней поверхности титанового слоя, а это снижает качество получаемых изделий. При его диаметре выше верхнего предлагаемого предела затруднено заполнение водным наполнителем промежутка между ним и титановым слоем биметаллического полостеобразующего элемента, что также может привести к появлению неконтролируемых деформаций внутренней поверхности титанового слоя биметаллического полостеобразующего элемента.It is proposed to coaxially place inside the bimetallic cavity-forming element a central cavity-forming element made of glass with a wall thickness of 10-15 mm and with an outer diameter smaller by 2-4 mm of the inner diameter of the bimetallic cavity-forming element and fill the gap between them with an aqueous filler. In the process of explosion welding, the central cavity-forming element together with the aqueous filler performs the functions of a dynamic support, eliminating unacceptable deformation of the bimetallic cavity-forming element radial towards the center of the product, contributes to the formation of an internal cavity in the product of the desired diameter with a smooth cylindrical surface. If its wall thickness is less than 10 mm, its premature destruction during explosion welding is possible, leading to a decrease in the quality of the products obtained. Its wall thickness of more than 15 mm is excessive, since this leads to an unreasonably large consumption of material for the manufacture of a central cavity-forming element. The outer diameter of the central cavity-forming element is proposed to be made 2-4 mm smaller than the inner diameter of the bimetallic cavity-forming element, which provides the necessary technological gap between them for filling it with an aqueous filler. When the diameter of the central cavity-forming element is lower than the lower proposed limit, uncontrolled deformations of the inner surface of the titanium layer may occur, and this reduces the quality of the products obtained. With its diameter above the upper proposed limit, it is difficult to fill the gap between it and the titanium layer of the bimetallic cavity-forming element with an aqueous filler, which can also lead to uncontrolled deformations of the inner surface of the titanium layer of the bimetallic cavity-forming element.
Предложено после герметизации полученную сборку располагать соосно внутри трубчатой биметаллической оболочки, выполненной с наружным слоем толщиной 3-4 мм из титана, с внутренним слоем толщиной 0,8-1,2 мм из ниобия, в зазоре между ними соосно размещать трубчатую промежуточную прослойку из меди с толщиной стенки 1,5-2,5 мм.After sealing, the assembly was proposed to be placed coaxially inside a tubular bimetallic shell made with an outer layer 3-4 mm thick of titanium, with an inner layer 0.8-1.2 mm thick of niobium, in the gap between them coaxially placed a tubular intermediate layer of copper with a wall thickness of 1.5-2.5 mm.
Соблюдение соосности способствует стабильности процесса сварки взрывом всех свариваемых металлических слоев. Наружный титановый слой трубчатой биметаллической оболочки обеспечивает высокую коррозионную стойкость наружной поверхности изделия в условиях агрессивных сред, например в хлоридах. Благодаря низкой теплопроводности титана он способствует существенному повышению термического сопротивления стенки получаемого композиционного изделия при направлении теплопередачи поперек слоев, а также совместно с остальными слоями повышению его прочности при поперечных сжимающих нагрузках. Кроме того, низкая плотность обоих титановых слоев способствует существенному снижению массы получаемого изделия. Толщина наружного титанового слоя трубчатой биметаллической оболочки, равная 3-4 мм, обеспечивает у получаемого изделия необходимое высокое термическое сопротивление, а также высокую прочность при поперечных сжимающих нагрузках. Его толщина менее 3 мм не обеспечивает у изделия необходимого высокого уровня термического сопротивления, а также высоких прочностных свойств при поперечных сжимающих нагрузках, а его толщина более 4 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу дорогостоящего титана в расчете на одно изделие.Alignment contributes to the stability of the explosion process of all weldable metal layers. The outer titanium layer of the tubular bimetallic shell provides high corrosion resistance of the outer surface of the product in aggressive environments, such as chlorides. Due to the low thermal conductivity of titanium, it contributes to a significant increase in the thermal resistance of the wall of the obtained composite product in the direction of heat transfer across the layers, as well as together with other layers to increase its strength under transverse compressive loads. In addition, the low density of both titanium layers contributes to a significant reduction in the mass of the resulting product. The thickness of the outer titanium layer of the tubular bimetallic shell, equal to 3-4 mm, provides the product with the required high thermal resistance, as well as high strength under transverse compressive loads. Its thickness less than 3 mm does not provide the product with the required high level of thermal resistance, as well as high strength properties with transverse compressive loads, and its thickness more than 4 mm is excessive, since this leads to an unjustifiably high consumption of expensive titanium per one product.
Предложено внутренний ниобиевый слой трубчатой биметаллической оболочки выполнять толщиной 0,8-1,2 мм. Этот слой выполняет те же функции, что и наружный ниобиевый слой биметаллического полостеобразующего элемента: обеспечивает возможность получения качественного сварного соединения с трубчатой промежуточной прослойкой из меди без появления в зоне соединения металлов непроваров, хрупких интерметаллидов и других дефектов. Совместно с другими металлическими слоями этот слой способствует формированию высокой прочности изделия при поперечных сжимающих нагрузках, а также высокого термического сопротивления стенки изделия при направлении теплопередачи поперек слоев. Его толщина менее 0,8 мм затрудняет получение качественных изделий без неконтролируемых деформаций при сварке взрывом, а его толщина более 1,2 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу дорогостоящего ниобия в расчете на одно изделие.It is proposed that the inner niobium layer of the tubular bimetallic shell be 0.8-1.2 mm thick. This layer performs the same functions as the outer niobium layer of the bimetallic cavity-forming element: it provides the possibility of obtaining high-quality welded joints with a tubular intermediate layer of copper without the appearance of lack of fusion, brittle intermetallic compounds and other defects in the metal joint zone. Together with other metal layers, this layer contributes to the formation of high strength products with transverse compressive loads, as well as high thermal resistance of the product wall in the direction of heat transfer across the layers. Its thickness of less than 0.8 mm makes it difficult to obtain quality products without uncontrolled deformation during explosion welding, and its thickness of more than 1.2 mm is excessive, since this leads to unreasonably high consumption of expensive niobium per one product.
Предложено использовать в схеме сварки взрывом трубчатую промежуточную прослойку из меди, поскольку в зонах соединения ее с обоими ниобиевыми слоями ни при сварке взрывом, ни при последующей эксплуатации не возникает нежелательных хрупких фаз, снижающих служебные свойства изделий, полученных по предлагаемому способу. Кроме того, этот слой способствует благоприятному распределению температуры по длине полученного изделия при воздействии на его наружную либо внутреннюю поверхность концентрированных источников нагрева. Предложено трубчатую промежуточную прослойку выполнять с толщиной стенки 1,5-2,5 мм, поскольку ее толщина менее 1,5 мм затрудняет получение качественных изделий без неконтролируемых деформаций при сварке взрывом, а ее толщина более 2,5 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу меди в расчете на одно изделие. Использование в схеме сварки взрывом трубчатой биметаллической оболочки, а также биметаллического полостеобразующего элемента позволяет обеспечить высокое качество сварки на всех межслойных границах.It is proposed to use a tubular intermediate layer of copper in the explosion welding scheme, since in the zones of its connection with both niobium layers neither undesirable brittle phases occur during explosion welding or subsequent operation, which reduce the service properties of the products obtained by the proposed method. In addition, this layer contributes to a favorable temperature distribution along the length of the obtained product when exposed to its external or internal surface of concentrated heat sources. It is proposed that a tubular intermediate layer be made with a wall thickness of 1.5-2.5 mm, since its thickness is less than 1.5 mm makes it difficult to obtain high-quality products without uncontrolled deformation during explosion welding, and its thickness more than 2.5 mm is excessive, as this leads to unreasonably high consumption of copper per one product. The use in the scheme of explosion welding of a tubular bimetallic shell, as well as a bimetallic cavity forming element, allows to ensure high quality welding at all interlayer boundaries.
Предложено сварку взрывом вести при скорости детонации ВВ 2400-3100 м/с, при этом толщину заряда ВВ и сварочные зазоры между свариваемыми металлическими слоями выбирать из условия получения скорости соударения ниобиевого слоя трубчатой биметаллической оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой из меди в пределах 560-670 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки из меди с ниобиевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента в пределах 480-570 м/с, что обеспечивает получение качественных сварных соединений трубчатой промежуточной прослойки из меди с внутренним ниобиевым слоем трубчатой биметаллической оболочки и с наружным ниобиевым слоем биметаллического полостеобразующего элемента. При скорости детонации ВВ и скорости соударения ниобиевого слоя трубчатой биметаллической оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой, а также скорости соударения последней с ниобиевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента ниже нижнего предлагаемого предела возможно получение некачественных сварных соединений, что может существенно снизить служебные свойства полученных изделий. При скорости детонации ВВ и скоростях соударения указанных выше составляющих схемы сварки взрывом выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации трубчатой биметаллической оболочки, трубчатой промежуточной прослойки и трубчатого биметаллического полостеобразующих элемента, что может привести к нарушению герметичности металлических слоев, снижению качества получаемых изделий.It is proposed that explosion welding be carried out at a detonation speed of BB 2400-3100 m / s, while the explosive charge thickness and welding gaps between the welded metal layers should be selected from the conditions for obtaining the collision speed of the niobium layer of a tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer of copper within 560-670 m / s, and the collision velocity of the tubular intermediate layer of copper with the niobium layer of the bimetallic tubular cavity-forming element in the range of 480-570 m / s, which ensures high-quality welded joints a tubular intermediate layer of copper with an inner niobium layer of a tubular bimetallic shell and with an outer niobium layer of a bimetallic cavity forming element. At a detonation velocity of explosives and a collision velocity of a niobium layer of a tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer, as well as a collision velocity of the latter with a niobium layer of a bimetallic tubular cavity-forming element below the lower proposed limit, it is possible to obtain low-quality welded joints, which can significantly reduce the service properties of the obtained products. At the detonation velocity of explosives and the collision speeds of the above components of the explosion welding scheme above the upper proposed limits, uncontrolled deformations of the tubular bimetallic shell, tubular intermediate layer and tubular bimetallic cavity-forming element are possible, which can lead to a violation of the tightness of the metal layers, and the quality of the products obtained.
На фиг. 1 изображена схема сварки взрывом, ее продольный осевой разрез, на фиг. 2 - поперечное сечение А-А схемы сварки взрывом, на фиг. 3 - поперечное сечение сваренного композиционного изделия с внутренней полостью, где позиция 23, 24 - сдеформированные титановый и ниобиевый слои трубчатой биметаллической оболочки соответственно; 25 - сдеформированная трубчатая промежуточная прослойка из меди; 26, 27 - ниобиевый и титановый слои биметаллического полостеобразующего элемента соответственно; 28 - внутренняя полость изделия; 29, 30 - зоны сварки, полученные при осуществлении способа.In FIG. 1 shows a diagram of explosion welding, its longitudinal axial section, in FIG. 2 is a cross section AA of an explosion welding circuit; FIG. 3 is a cross section of a welded composite product with an internal cavity, where
Предлагаемый способ получения композиционных изделий с внутренней полостью сваркой взрывом осуществляется в следующей последовательности. Берут предварительно изготовленный, например, с помощью сварки взрывом биметаллический полостеобразующий элемент в виде трубы с наружным слоем 1 толщиной 0,8-1,2 мм из ниобия, с внутренним слоем 2 толщиной 4-5 мм из титана и размещают внутри него соосно удаляемый центральный полостеобразующий элемент 3 из стекла с толщиной стенки 10-15 мм, с наружным диаметром, меньшим на 2-4 мм внутреннего диаметра биметаллического полостеобразующего элемента. Предварительно его внутреннюю полость заполняют водным наполнителем 4, а герметизацию с двух его сторон производят заглушками 5, 6, например, из резины.The proposed method for producing composite products with an internal cavity by explosion welding is carried out in the following sequence. Take a bimetallic cavity-forming element prefabricated, for example, by means of explosion welding, in the form of a pipe with an
Заполняют промежуток между внутренней поверхностью биметаллического полостеобразующего элемента и наружной поверхностью центрального полостеобразующего элемента водным наполнителем 7, герметизацию и соосность обеспечивают с помощью металлических втулок 8, 9, покрытых герметиком. Полученную сборку располагают соосно внутри трубчатой биметаллической оболочки, выполненной с наружным слоем 10 толщиной 3-4 мм из титана, с внутренним слоем 11 толщиной 0,8-1,2 мм из ниобия, в зазоре между ними соосно размещают трубчатую промежуточную прослойку 12 из меди с толщиной стенки 1,5-2,5 мм, их соосность обеспечивают с помощью металлических втулок 13, 14, 15 и 16. Устанавливают направляющий конус 17, например, из стали с углом при вершине 90°, на наружной поверхности трубчатой оболочки размещают защитную прослойку, например, из резины (на чертеже не показана), защищающую наружную поверхность трубчатой оболочки от повреждений продуктами детонации ВВ, а на ее поверхности располагают контейнер 18 с основным кольцевым зарядом ВВ 19 и расположенным над ним вспомогательным зарядом ВВ 20 с повышенной скоростью детонации. Этот заряд способствует выравниванию фронта детонации в основном заряде ВВ. Размещают данную сборку на песчаном грунте 21 и инициируют процесс детонации в зарядах ВВ с помощью электродетонатора 22.The gap between the inner surface of the bimetallic cavity-forming element and the outer surface of the central cavity-forming element is filled with
При осуществлении процесса сварки взрывом используют основной заряд ВВ со скоростью детонации 2400-3100 м/с, при этом толщину заряда ВВ и сварочные зазоры между свариваемыми металлическими слоями выбирают из условия получения скорости соударения ниобиевого слоя трубчатой биметаллической оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой из меди в пределах 560-670 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки из меди с ниобиевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента в пределах 480-570 м/с.When carrying out the explosion welding process, the main explosive charge is used with a detonation velocity of 2400-3100 m / s, while the explosive charge thickness and welding gaps between the welded metal layers are selected from the condition for obtaining the collision speed of the niobium layer of the tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer of copper within 560-670 m / s, and the collision velocity of the tubular intermediate layer of copper with a niobium layer of a bimetallic tubular cavity-forming element in the range of 480-570 m / s.
При взрывном воздействии происходит высокоскоростная радиальная деформация трубчатой биметаллической оболочки, при соударении ее ниобиевого слоя с трубчатой промежуточной прослойкой ниобий сваривается с медью, затем происходит совместное деформирование образовавшегося трехслойного композита (КМ) и при его соударении с наружной поверхностью биметаллического полостеобразующего элемента медный слой КМ сваривается с ниобиевым слоем биметаллического полостеобразующего элемента. Извлекают из внутренней полости сваренной заготовки материал раздробленного центрального полостеобразующего элемента, при этом водный наполнитель удаляется из полостей после взрывного нагружения самопроизвольно при разгрузке сжатой системы. После этого удаляют механической обработкой торцевые части полученной заготовки с краевыми эффектами.During explosive action, high-speed radial deformation of the tubular bimetallic shell occurs, when its niobium layer collides with the tubular intermediate layer, niobium is welded with copper, then the resulting three-layer composite (CM) is jointly deformed and when it collides with the outer surface of the bimetallic honeycomb forming element a niobium layer of a bimetallic cavity-forming element. The material of the crushed central cavity-forming element is removed from the internal cavity of the welded billet, while the aqueous filler is removed from the cavities after explosive loading spontaneously during unloading of the compressed system. After that, the end parts of the obtained workpiece with edge effects are removed by machining.
В результате за один акт взрывного воздействия получают цельносварное композиционное изделие с центральной внутренней полостью цилиндрической формы, без нарушений осевой симметрии и герметичности металлических слоев, с полным исключением при этом даже возможности появления в процессе сварки взрывом в зонах сварки металлических слоев хрупких интерметаллидных фаз, которые могли бы снизить долговечность изделия при эксплуатации в условиях частых теплосмен и динамических нагрузок, с обеспечением при этом пониженного в сравнении с прототипом гидравлического сопротивления внутренней полости на единицу длины изделия при пропускании через нее жидкостей-теплоносителей, а также более высокого, чем у изделий по прототипу, термического сопротивления его многослойной стенки при теплообмене веществ, располагаемых в его внутренней полости с окружающей средой. При этом также обеспечивается повышенная стойкость наружной и внутренней поверхности изделия в агрессивных средах, например в хлоридах.As a result, in one act of explosive action, an all-welded composite product with a central cylindrical internal cavity is obtained, without violating axial symmetry and tightness of metal layers, with the complete exception of even the possibility of the formation of brittle intermetallic phases during explosion welding in welding zones of metal layers that could would reduce the durability of the product when used in conditions of frequent heat exchange and dynamic loads, while ensuring reduced compared with otip hydraulic resistance of the internal cavity per unit length of the product when passing through it heat transfer fluids, as well as higher than that of the products of the prototype, the thermal resistance of its multilayer wall during heat transfer of substances located in its internal cavity with the environment. This also provides increased resistance to the outer and inner surfaces of the product in aggressive environments, such as chlorides.
Пример 1 (см. также таблицу)Example 1 (see also table)
Биметаллический полостеобразующий элемент (БПЭ) в виде трубы изготавливают, например, с помощью сварки взрывом, с наружным диаметром Dб.н=92,4 мм, внутренним - Dб.в=80 мм, длиной 400 мм с наружным слоем толщиной δ1=1,2 мм - из ниобия марки ВН2 (ОСТ190023-71), его коэффициент теплопроводности λNb=52 Вт/(м⋅К). Его внутренний слой толщиной δ2=5 мм изготавливают из коррозионно-стойкого металла с пониженной теплопроводностью - титана ВТ1-00 (ГОСТ 19807-91), с коэффициентом теплопроводности λTi=19,3 Вт/(м⋅К).A bimetallic cavity-forming element (BPE) in the form of a pipe is made, for example, by explosion welding, with an outer diameter D b.n = 92.4 mm, an inner diameter D b.v = 80 mm, a length of 400 mm with an outer layer of thickness δ 1 = 1.2 mm - from niobium grade VN2 (OST190023-71), its thermal conductivity coefficient λ Nb = 52 W / (m⋅K). Its inner layer with a thickness of δ 2 = 5 mm is made of a corrosion-resistant metal with reduced thermal conductivity - VT1-00 titanium (GOST 19807-91), with a thermal conductivity coefficient λ Ti = 19.3 W / (m⋅K).
Центральный полостеобразующий элемент (ЦПЭ), удаляемый после сварки взрывом, изготавливают из стекла (ГОСТ 15130-79) с наружным диаметром Dц.н=78 мм, что на 2 мм меньше внутреннего диаметра Dб.в биметаллического полостеобразующего элемента. Его внутренний диаметр Dц.в=58 мм, толщина стенки δц=10 мм. Заполняют его внутреннюю полость удаляемым после сварки взрывом водным наполнителем, а герметизацию осуществляют с помощью резиновых заглушек. Полученную при этом сборку №1 размещают соосно внутри БПЭ. Заполняют промежуток между внутренней поверхностью БПЭ и наружной поверхностью ЦПЭ водным наполнителем, герметизацию и соосность обеспечивают с помощью металлических втулок, покрытых герметиком. Полученную при этом сборку №2 располагают соосно внутри трубчатой биметаллической оболочки (ТБО), а в зазоре между ними соосно размещают трубчатую промежуточную прослойку (ТПП). Наружный диаметр ТБО Dо.н=125,8 мм, внутренний - Dо.в=115,4 мм, длина - 405 мм. Наружный слой ТБО толщиной δ3=4 мм – из титана ВТ1-00, ее внутренний слой толщиной δ4=1,2 мм - из ниобия ВН2.The central cavity-forming element (CPE), which is removed after explosion welding, is made of glass (GOST 15130-79) with an outer diameter of D tsn = 78 mm, which is 2 mm less than the inner diameter of D b.v of the bimetallic cavity-forming element. Its inner diameter D c.v = 58 mm, wall thickness δ c = 10 mm. Fill its internal cavity with a water filler removed by explosion after welding, and the sealing is carried out using rubber plugs. The resulting assembly No. 1 is placed coaxially inside the WPT. The gap between the inner surface of the WPT and the outer surface of the CPE is filled with a water filler, and sealing and alignment are ensured by metal bushings coated with sealant. Thus obtained assembly No. 2 is placed coaxially inside the tubular bimetallic shell (MSW), and a tubular intermediate layer (CCI) is coaxially placed in the gap between them. The outer diameter of the solid waste is D o.n = 125.8 mm, the inner is D o.v = 115.4 mm, the length is 405 mm. The outer layer of solid waste with a thickness of δ 3 = 4 mm is made of VT1-00 titanium, its inner layer with a thickness of δ 4 = 1.2 mm is made of niobium BH2.
Трубчатую промежуточную прослойку (ТПП) изготавливают из меди M1 (ГОСТ 859-78), имеющей коэффициент теплопроводности λCu=410 Вт/(м⋅К). Ее наружный диаметр Dп.н=109,4 мм, внутренний - Dп.в=104,4 мм, толщина стенки δп=2,5 мм, длина - 400 мм.The tubular intermediate layer (CCI) is made of M1 copper (GOST 859-78), having a thermal conductivity λ Cu = 410 W / (m⋅K). Its outer diameter D pn = 109.4 mm, internal - D pv = 104.4 mm, wall thickness δ p = 2.5 mm, length - 400 mm.
Соосность ТБО, ТПП, а также сборки №2 обеспечивают с помощью металлических втулок. При выбранных диаметрах ТБО, ТПП и БПЭ необходимый сварочный зазор между внутренней поверхностью ТБО и наружной поверхностью ТПП h1=3 мм, а сварочный зазор между внутренней поверхностью ТПП и наружной поверхностью БПЭ h2=6 мм. Устанавливают направляющий конус из стали Ст3 с углом при вершине 90°, на наружной поверхности ТБО размещают защитную прослойку из резины толщиной около 1 мм, защищающую наружную поверхность ТБО от повреждений продуктами детонации ВВ, а на ее поверхности располагают контейнер из электрокартона с основным кольцевым зарядом ВВ и расположенным над ним вспомогательным зарядом ВВ с повышенной скоростью детонации (аммонит 6ЖВ). Этот заряд способствует выравниванию фронта детонации в основном заряде ВВ. Размещают данную сборку на песчаном грунте и инициируют процесс детонации в зарядах ВВ с помощью электродетонатора.The alignment of solid waste, CCI, as well as assembly No. 2 is provided using metal bushings. With the selected diameters of solid waste, TPP and TPE, the required welding gap between the internal surface of the solid waste and the outer surface of the TPP h 1 = 3 mm, and the welding gap between the internal surface of the TPP and the external surface of the TPT h 2 = 6 mm. A guide cone is made of St3 steel with an angle of 90 ° at the apex, a protective layer of rubber about 1 mm thick is placed on the outer surface of the MSW, which protects the outer surface of the MSW from damage by explosive detonation products, and a container of electric cardboard with the main ring charge of explosives is placed on its surface and an auxiliary explosive charge located above it with an increased detonation velocity (ammonite 6ZHV). This charge helps to equalize the detonation front in the main explosive charge. Place this assembly on sandy soil and initiate the detonation process in explosive charges using an electric detonator.
При осуществлении процесса сварки взрывом используют основной заряд ВВ, в качестве которого использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:4. Его наружный диаметр dн=428 мм, внутренний - dв=128 мм, толщина в районе расположения трубчатой оболочки Твв=150 мм, плотность Пвв=0,97-0,98 г/см3, скорость детонации Двв=2400 м/с, общая длина - 510 мм вместе с вспомогательным зарядом ВВ, имеющим толщину 20 мм. При выбранных параметрах схемы сварки взрывом скорость соударения ниобиевого слоя ТБО с ТПП из меди оставляет V1=560 м/с, а ТПП с ниобиевым слоем БПЭ V2=480 м/с. Скорости соударения V1 и V2 определяются расчетным путем с помощью компьютерной технологии. Извлекают из внутренней полости сваренной заготовки материал раздробленного центрального полостеобразующего элемента. Водный наполнитель удаляется из полостей после взрывного нагружения самопроизвольно при разгрузке сжатой системы. После этого удаляют механической обработкой торцевые части полученной заготовки с краевыми эффектами - по 20 мм с каждой стороны.When carrying out the explosion welding process, the main explosive charge is used, as a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 4. Its outer diameter d n = 428 mm, inner - d a = 128 mm, the thickness in the area of the tubular sheath arrangement T cc = 150 mm, P cc = density 0,97-0,98 g / cm 3, the velocity of detonation D = cc 2400 m / s, the total length is 510 mm along with an auxiliary explosive charge having a thickness of 20 mm. With the selected parameters of the explosion welding scheme, the collision velocity of the niobium layer of solid waste with the TPP from copper leaves V 1 = 560 m / s, and the TPP with the niobium layer of the WPT V 2 = 480 m / s. Collision speeds V 1 and V 2 are determined by calculation using computer technology. The material of the crushed central cavity-forming element is removed from the inner cavity of the welded billet. Water filler is removed from the cavities after explosive loading spontaneously during unloading of the compressed system. After that, the end parts of the obtained workpiece with edge effects are removed by machining - 20 mm on each side.
В результате за один акт взрывного воздействия получают цельносварное композиционное пятислойное изделие с центральной внутренней полостью цилиндрической формы без нарушений осевой симметрии и герметичности металлических слоев, без появления в процессе сварки взрывом в зонах сварки металлических слоев хрупких интерметаллидных фаз, которые могли бы снизить долговечность изделия при эксплуатации в условиях частых теплосмен и динамических нагрузок. Наружный диаметр полученного изделия - 110 мм, внутренний - 80 мм, толщина наружного титанового слоя - 4,6 мм, смежного с ним ниобиевого - 1,4 мм, смежного с ним медного - 2,6 мм, смежного с ним ниобиевого - 1,4 мм, внутреннего титанового - 5 мм, длина изделия - 360 мм. Гидравлическое сопротивление его внутренней полости, приходящееся на единицу длины изделия при пропускании через нее жидкостей-теплоносителей, оцениваемое по величине потери давления (напора), в 3,9-5,2 раза меньше, чем у изделий по прототипу, а термическое сопротивление его пятислойной стенки (Rсум) при направлении теплопередачи поперек слоев, определяемое как сумма термических сопротивлений каждого из слоев (отношение толщины слоя к коэффициенту его теплопроводности), равно Rсум=553,7⋅10-6 К/(Вт/м2), что в 1,9-2,2 раза больше, чем у изделий, полученных по прототипу, при этом также обеспечивается повышенная стойкость наружной и внутренней поверхности изделия в агрессивных средах, например в хлоридах.As a result, in one act of explosive action, an all-welded composite five-layer product with a central internal cavity of cylindrical shape is obtained without breaking axial symmetry and tightness of metal layers, without the appearance of brittle intermetallic phases during explosion welding in the welding zones of metal layers, which could reduce product durability during operation in conditions of frequent heat exchange and dynamic loads. The outer diameter of the resulting product is 110 mm, the inner is 80 mm, the thickness of the outer titanium layer is 4.6 mm, the adjacent niobium is 1.4 mm, the adjacent copper is 2.6 mm, the adjacent niobium is 1, 4 mm, internal titanium - 5 mm, product length - 360 mm. The hydraulic resistance of its internal cavity per unit length of the product when passing through it heat-transfer fluids, estimated by the value of pressure loss (pressure), is 3.9-5.2 times less than that of the products of the prototype, and its thermal resistance is five-layer walls (R sum ) with the heat transfer direction across the layers, defined as the sum of the thermal resistances of each layer (the ratio of the layer thickness to its thermal conductivity), is equal to R sum = 553.7 5510 -6 K / (W / m 2 ), which 1.9-2.2 times more than products, semi According to the prototype, this also provides increased resistance to the outer and inner surfaces of the product in aggressive environments, such as chlorides.
Пример 2 (см. также таблицу)Example 2 (see also table)
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.The same as in example 1, but the following changes.
БПЭ в виде трубы изготавливают с наружным диаметром Dб.н=101 мм, внутренним - Dб.в=90 мм, с наружным слоем толщиной δ1=1 мм, с внутренним слоем толщиной δ2=4,5 мм.WPT in the form of a pipe is made with an outer diameter of D bn = 101 mm, an inner one - D bv = 90 mm, with an outer layer of thickness δ 1 = 1 mm, with an inner layer of thickness δ 2 = 4.5 mm.
ЦПЭ изготавливают с наружным диаметром Dц.н=87 мм, что на 3 мм меньше внутреннего диаметра Dб.в биметаллического полостеобразующего элемента. Его внутренний диаметр Dц.в=63 мм, толщина стенки δц=12 мм.CPEs are made with an outer diameter of D tsn = 87 mm, which is 3 mm less than the inner diameter of D b in a bimetallic cavity forming element. Its internal diameter D c.v = 63 mm, wall thickness δ c = 12 mm.
ТБО изготавливают с наружным диаметром Dо.н=127,2 мм, внутренним - Dо.в=118,2 мм. Наружный слой ТБО выполняют толщиной δ3=3,5 мм, у внутреннего слоя толщина δ4=1 мм.MSW is made with an outer diameter of D o.n = 127.2 mm, an internal one - D o.v = 118.2 mm. The outer layer of solid waste is performed with a thickness of δ 3 = 3.5 mm, the thickness of the inner layer is δ 4 = 1 mm.
ТПП изготавливают с наружным диаметром Dп.н=113 мм, внутренним - Dп.в=109 мм, толщина ее стенки δп=2 мм.CCIs are made with an outer diameter of D pn = 113 mm, an internal one - D pv = 109 mm, its wall thickness δ p = 2 mm.
При выбранных диаметрах ТБО, ТПП и БПЭ необходимый сварочный зазор между внутренней поверхностью ТБО и наружной поверхностью ТПП h1=2,6 мм, а сварочный зазор между внутренней поверхностью ТПП и наружной поверхностью БПЭ h2=4 мм. При осуществлении процесса сварки взрывом в качестве основного заряда ВВ использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:3. Его наружный диаметр dн=429 мм, внутренний - dв=129 мм, толщина Твв=150 мм, плотность Пвв=0,96-0,97 г/см3, скорость детонации Двв=2600 м/с. При выбранных параметрах схемы сварки взрывом скорость соударения ниобиевого слоя ТБО с ТПП из меди оставляет V1=610 м/с, а ТПП с ниобиевым слоем БПЭ V2=520 м/с.With the selected diameters of solid waste, TPP and TPE, the necessary welding gap between the internal surface of the solid waste and the outer surface of the TPP h 1 = 2.6 mm, and the welding gap between the internal surface of the TPP and the external surface of the TPT h 2 = 4 mm. When carrying out the explosion welding process, a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 3 was used as the main explosive charge. Its outer diameter d n = 429 mm, inner - d a = 129 mm, thickness T cc = 150 mm, D = cc density 0,96-0,97 g / cm 3, the velocity of detonation D = 2600 cc m / s. With the selected parameters of the explosion welding scheme, the collision speed of the niobium layer of solid waste with the TPP from copper leaves V 1 = 610 m / s, and the TPP with the niobium layer of the WPT V 2 = 520 m / s.
Результаты те же, что и в примере 1, но получают цельносварное композиционное изделие с наружным диаметром - 115 мм, внутренним - 90 мм, толщина наружного титанового слоя - 3,8 мм, смежного с ним ниобиевого -1,1 мм, смежного с ним медного - 2,1 мм, смежного с ним ниобиевого - 1 мм, внутреннего титанового - 4,5 мм. Гидравлическое сопротивление его внутренней полости, приходящееся на единицу длины изделия при пропускании через нее жидкостей - теплоносителей в 6,2-8,3 раза меньше, чем у изделий по прототипу, а термическое сопротивление его пятислойной стенки при направлении теплопередачи поперек слоев Rсум=474,4⋅10-6 К/(Вт/м2), что в 1,6-1,9 раза больше, чем у изделий, полученных по прототипу.The results are the same as in example 1, but they receive an all-welded composite product with an outer diameter of 115 mm, an inner diameter of 90 mm, a thickness of the outer titanium layer of 3.8 mm, the adjacent niobium -1.1 mm, adjacent to it copper - 2.1 mm, adjacent niobium - 1 mm, internal titanium - 4.5 mm. The hydraulic resistance of its internal cavity per unit length of the product when passing through it liquids - coolants is 6.2–8.3 times less than that of the products of the prototype, and the thermal resistance of its five-layer wall in the direction of heat transfer across the layers R sum = 474 , 4⋅10 -6 K / (W / m 2 ), which is 1.6-1.9 times more than that of 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.The same as in example 1, but the following changes.
БПЭ в виде трубы изготавливают с наружным диаметром Dб.н=109,6 мм, внутренним - Dб.в=100 мм, с наружным слоем толщиной δ1=0,8 мм, с внутренним слоем толщиной δ2=4 мм.WPT in the form of a pipe is made with an outer diameter of D bn = 109.6 mm, an inner one - D bv = 100 mm, with an outer layer of thickness δ 1 = 0.8 mm, with an inner layer of thickness δ 2 = 4 mm.
ЦПЭ изготавливают с наружным диаметром Dц.н=96 мм, что на 4 мм меньше внутреннего диаметра Dб.в биметаллического полостеобразующего элемента. Его внутренний диаметр Dц.в=66 мм, толщина стенки δц=15 мм.CPEs are made with an outer diameter of D tsn = 96 mm, which is 4 mm less than the inner diameter of D b in a bimetallic cavity forming element. Its internal diameter D c.v = 66 mm, wall thickness δ c = 15 mm.
ТБО изготавливают с наружным диаметром Dо.н=127,6 мм, внутренним - Dо.в=120 мм. Наружный слой ТБО выполняют толщиной δ3=3 мм, у внутреннего слоя толщина δ4=0,8 мм.MSW is made with an outer diameter of D o.n = 127.6 mm, an internal diameter of D o.v = 120 mm. The outer layer of solid waste is performed with a thickness of δ 3 = 3 mm, the thickness of the inner layer is δ 4 = 0.8 mm.
ТПП изготавливают с наружным диаметром Dп.н=116,6 мм, внутренним - Dп.в=113,6 мм, толщина ее стенки δп=1,5 мм.CCIs are made with an outer diameter of D pn = 116.6 mm, an inner one - D p.v = 113.6 mm, its wall thickness δ p = 1.5 mm.
При выбранных диаметрах ТБО, ТПП и БПЭ необходимый сварочный зазор между внутренней поверхностью ТБО и наружной поверхностью ТПП h1=1,7 мм, а сварочный зазор между внутренней поверхностью ТПП и наружной поверхностью БПЭ h2=2 мм. При осуществлении процесса сварки взрывом в качестве основного заряда ВВ использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:2. Его наружный диаметр dн=430 мм, внутренний - dв=130 мм, толщина Твв=150 мм, плотность Пвв=0,92-0,95 г/см3, скорость детонации Двв=3100 м/с. При выбранных параметрах схемы сварки взрывом скорость соударения ниобиевого слоя ТБО с ТПП из меди оставляет V1=670 м/с, а ТПП с ниобиевым слоем БПЭ V2=570 м/с.With the selected diameters of solid waste, TPP and TPE, the necessary welding gap between the internal surface of the solid waste and the outer surface of the TPP h 1 = 1.7 mm, and the welding gap between the internal surface of the TPP and the external surface of the TPT h 2 = 2 mm. When carrying out the explosion welding process, a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 2 was used as the main explosive charge. Its outer diameter d n = 430 mm, inner - d a = 130 mm, thickness T cc = 150 mm, a density P cc = 0,92-0,95 g / cm 3, the velocity of detonation D = 3100 cc m / s. With the selected parameters of the explosion welding scheme, the collision speed of the niobium layer of solid waste with copper TPP leaves V 1 = 670 m / s, and the TPP with the niobium WPT layer V 2 = 570 m / s.
Результаты те же, что и в примере 1, но получают цельносварное композиционное изделие с наружным диаметром - 120,8 мм, внутренним - 100 мм, толщина наружного титанового слоя - 3,1 мм, смежного с ним ниобиевого - 0,9 мм, смежного с ним медного - 1,6 мм, смежного с ним ниобиевого - 0,8 мм, внутреннего титанового - 4 мм. Гидравлическое сопротивление его внутренней полости, приходящееся на единицу длины изделия при пропускании через нее жидкостей-теплоносителей в 9,5-12,6 раза меньше, чем у изделий по прототипу, а термическое сопротивление его пятислойной стенки при направлении теплопередачи поперек слоев Rсум=404,5⋅10-6 К/(Вт/м2), что в 1,4-1,6 раза больше, чем у изделий, полученных по прототипу.The results are the same as in example 1, but they receive an all-welded composite product with an outer diameter of 120.8 mm, an inner diameter of 100 mm, a thickness of the outer titanium layer of 3.1 mm, an adjacent niobium layer of 0.9 mm, an adjacent with it copper - 1.6 mm, adjacent niobium - 0.8 mm, internal titanium - 4 mm. The hydraulic resistance of its internal cavity per unit length of the product when passing through it heat transfer fluids is 9.5-12.6 times less than that of the products of the prototype, and the thermal resistance of its five-layer wall in the direction of heat transfer across the layers R sum = 404 , 5-10 -6 K / (W / m 2 ), which is 1.4-1.6 times more than that of products obtained by the prototype.
В изделиях, изготовленных по прототипу (см. таблицу, пример 4), получают цельносварные изделия с центральной внутренней полостью цилиндрической формы и с двенадцатью полостями, имеющими в поперечных сечениях форму криволинейного четырехугольника. Их наружная оболочка выполнена из коррозионно-стойкого металла с пониженной теплопроводностью - титана ВТ1-00, промежуточная прослойка - из стали 12Х18Н10Т, а полостеобразующие элементы - из меди M1.In products made according to the prototype (see table, example 4), all-welded products with a central inner cavity of a cylindrical shape and with twelve cavities having a curved quadrangle in cross sections are obtained. Their outer shell is made of corrosion-resistant metal with reduced thermal conductivity - VT1-00 titanium, the intermediate layer is made of 12X18H10T steel, and the cavity forming elements are made of M1 copper.
В каждом таком изделии суммарное гидравлическое сопротивление всех внутренних полостей, приходящееся на единицу длины изделия при одновременном пропускании через них жидкостей-теплоносителей, в 3,9-12,6 раза больше, чем у изделий по предлагаемому способу, а термическое сопротивление трехслойной стенки из меди, стали и титана при направлении теплопередачи поперек слоев Rсум=(254,4-294,7)⋅10-6 К/(Вт/м2), что в 1,4-2,2 раза меньше, чем у изделий, полученных по предлагаемому способу. Кроме того, внутренние поверхности изделий по прототипу не обладают стойкостью в агрессивных средах, например в хлоридах.In each such product, the total hydraulic resistance of all internal cavities per unit length of the product while passing heat-transfer fluids through them is 3.9-12.6 times greater than that of products by the proposed method, and the thermal resistance of the three-layer wall is made of copper , steel and titanium with a heat transfer direction across the layers R sum = (254.4-294.7) ⋅10 -6 K / (W / m 2 ), which is 1.4-2.2 times less than that of products, obtained by the proposed method. In addition, the inner surfaces of the products of the prototype do not have resistance in aggressive environments, such as chlorides.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124593A RU2618262C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124593A RU2618262C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2618262C1 true RU2618262C1 (en) | 2017-05-03 |
Family
ID=58697942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016124593A RU2618262C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Production of composite articles with internal cavities by blast welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2618262C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5758988A (en) * | 1980-09-24 | 1982-04-09 | Nippon Gakki Seizo Kk | Explosive cladding method of metal |
| DE4114669A1 (en) * | 1991-05-06 | 1992-11-12 | Hampel Heinrich | Mfr. of heat transfer bodies e.g. support rolls clamps etc. - by explosive welding of heat medium circulating pipes into channels in base after covering with heat conductive layer(s) and cover layer |
| JP2002180057A (en) * | 2000-12-14 | 2002-06-26 | Fuji Electric Co Ltd | Emergency shutdown system for dry distillation plant |
| RU2373035C1 (en) * | 2008-07-21 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of fabricating items with internal cavities by means of explosive loading |
| RU2424883C1 (en) * | 2010-05-07 | 2011-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding |
| RU2537671C1 (en) * | 2013-08-27 | 2015-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Production of bimetallic pipes by explosion welding |
-
2016
- 2016-06-20 RU RU2016124593A patent/RU2618262C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5758988A (en) * | 1980-09-24 | 1982-04-09 | Nippon Gakki Seizo Kk | Explosive cladding method of metal |
| DE4114669A1 (en) * | 1991-05-06 | 1992-11-12 | Hampel Heinrich | Mfr. of heat transfer bodies e.g. support rolls clamps etc. - by explosive welding of heat medium circulating pipes into channels in base after covering with heat conductive layer(s) and cover layer |
| JP2002180057A (en) * | 2000-12-14 | 2002-06-26 | Fuji Electric Co Ltd | Emergency shutdown system for dry distillation plant |
| RU2373035C1 (en) * | 2008-07-21 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of fabricating items with internal cavities by means of explosive loading |
| RU2424883C1 (en) * | 2010-05-07 | 2011-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding |
| RU2537671C1 (en) * | 2013-08-27 | 2015-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Production of bimetallic pipes by explosion welding |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2425739C1 (en) | Explosion welding procedure for production of cylinder composite items with internal cavities | |
| Guo et al. | Effects of the inner mould material on the aluminium–316L stainless steel explosive clad pipe | |
| Findik | Recent developments in explosive welding | |
| Mendes et al. | Effect of explosive characteristics on the explosive welding of stainless steel to carbon steel in cylindrical configuration | |
| Yu et al. | Magnetic pulse cladding of aluminum alloy on mild steel tube | |
| Baoxiang et al. | Study on weldability window and interface morphology of steel tube and tungsten alloy rod welded by explosive welding | |
| US11826805B2 (en) | Systems and methods for production of metallurgically bonded clad billet and products thereof, and metallurgically bonded clad billet | |
| RU2424883C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| Zhou et al. | Microstructure and mechanical properties of simultaneously explosively-welded Steel/Cu pipes and Al/Cu pipe/rod | |
| RU2618262C1 (en) | Production of composite articles with internal cavities by blast welding | |
| Agu | The effects of 3D printed material properties on shaped charge liner performance | |
| RU2618263C1 (en) | Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2632503C1 (en) | Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2373035C1 (en) | Method of fabricating items with internal cavities by means of explosive loading | |
| RU2613511C1 (en) | Method for producing composite articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| Wu et al. | Modified implementation strategy in explosive welding for joining between precipitate-hardened alloys | |
| RU2404035C1 (en) | Method of producing composite materials using explosives power | |
| RU2632501C1 (en) | Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2632502C1 (en) | Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2537671C1 (en) | Production of bimetallic pipes by explosion welding | |
| RU2425740C1 (en) | Explosion welding procedure for production of items with internal cavities | |
| RU2353487C1 (en) | Method of producing objects with inner cavities by explosion welding | |
| Bhattacharjee et al. | Prediction of various defects and material flow behavior during dissimilar FSW of DH36 shipbuilding steel and marine grade AA5083 using FE-based CEL approach | |
| Ho et al. | Additive manufacturing of liners for shaped charges |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180621 |