RU2618263C1 - Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding - Google Patents
Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618263C1 RU2618263C1 RU2016124594A RU2016124594A RU2618263C1 RU 2618263 C1 RU2618263 C1 RU 2618263C1 RU 2016124594 A RU2016124594 A RU 2016124594A RU 2016124594 A RU2016124594 A RU 2016124594A RU 2618263 C1 RU2618263 C1 RU 2618263C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- forming element
- tubular
- layer
- thickness
- 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 и 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 минут 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, such as brass, on their outer surfaces and place the resulting beam in a tubular metal shell a point made of steel removed after explosive action. The process of explosive loading is carried out at a detonation speed of EXPLOSIVES 3400-4060 m / s and the ratio of the specific gravity of the EXPLOSIVES to the specific gravity of the wall of the tubular shell equal to 0.72-0.86, and after explosive loading, the resulting billet is heat treated for 5-7 minutes at a temperature exceeding 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 поверхности изделий, получаемых данным способом, например, в хлоридах, а также высокое гидравлическое сопротивление внутренних полостей при пропускании через них жидкостей-теплоносителей, низкое термическое сопротивление стенок полостеобразующих элементов при теплообмене с окружающей средой, а это весьма ограничивает применение таких изделий в ряде технических устройств.The disadvantage of this method is the low corrosion resistance of the outer surface of the products obtained by this method, for example, in chlorides, as well as the high hydraulic resistance of the internal cavities when fluids 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 a number of technical devices.
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 коррозионностойкого 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 explosion welding, it is made of brittle material - glass, which is crushed during the explosive action, with the ratio of its wall thickness to the wall thickness of adjacent cavity-forming elements constituting (4-10): 1, the tubular shell is made of a corrosion-resistant metal with reduced thermal conductivity - 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 азотной кислоте, 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 nitric acid, as well as the increased hydraulic resistance of the internal cavities per unit length of the product when heat-transferring fluids are passed through them, the possibility of occurrence during the explosion welding process in the zone 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 temperature cal resistance of the metal layers during the heat exchange fluids coolants in internal cavities of the disposable product to the environment and is very limited use of such products in many technical devices responsible destination.
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 наружной поверхности - в хлоридах, а внутренней - в азотной кислоте, с обеспечением при этом пониженного гидравлического сопротивления внутренней полости на единицу длины изделия при пропускании через нее жидкостей-теплоносителей, с обеспечением при этом 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 сварки 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, for example, the outer surface in chlorides, and the inner in nitric acid, while ensuring lowered hydraulic resistance of the internal cavity per unit length of the product when passing through heat-transfer fluids, while ensuring high thermal resistance of its multilayer wall during heat transfer of the substance located in its internal cavity with the environment, the complete elimination of occurrence during explosion welding in welding zones metal layers of brittle intermetallic phases, which could reduce the durability of the product when used in conditions of frequent heat changes and dynamic loads a.
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 трубчатой оболочки из титана с трубчатой промежуточной прослойкой из ниобия, а также качественного сварного соединения указанной прослойки с медным слоем биметаллического полостеобразующего элемента в виде трубы, без нарушений герметичности свариваемых металлов, с полным исключением возможности появления в процессе сварки взрывом в зонах сварки 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, obtaining high-quality solid welded joints of a tubular shell made of titanium with a tubular intermediate layer of niobium, and high-quality welded joints of the specified layer with a copper layer of a bimetallic cavity-forming element in the form of a pipe, without disturbances leaks of welded metals, with the complete exception of the possibility of the formation of brittle intermetallic phases during explosion welding in the welding zones of metal layers that reduce the product durability during operation under conditions of frequent heat changes and dynamic loads, while ensuring reduced hydraulic resistance of the internal cavity per unit length of the product during transmission through it, coolant fluids, as well as the high thermal resistance of its multilayer wall during the heat transfer of a substance, aggive in its internal cavity, with 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 из коррозионностойкого металла с пониженной теплопроводностью - титана, трубчатую промежуточную прослойку из металла, 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 1,5-2,5 мм из меди, с внутренним слоем толщиной 3,5-5 мм из коррозионностойкой аустенитной стали 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 оболочки с толщиной стенки 2-4 мм, в зазоре между ними соосно размещают трубчатую промежуточную прослойку из ниобия с толщиной стенки 0,8-1,2 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 трубчатой оболочки из титана с трубчатой промежуточной прослойкой из ниобия в пределах 820-980 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки с медным слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента - в пределах 540-620 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, in which a central cavity-forming element made of brittle material — glass — removed with explosion and using an aqueous filler in its internal cavity, is used, the tubular shell is made of a corrosion-resistant metal with a reduced thermal conductivity - titanium, a tubular intermediate layer of metal, is placed on the outer surface of the tubular shell an annular charge explosion of this substance (BB) and initiate the detonation of explosives using an electric detonator, take a bimetallic cavity forming element in the form of a pipe with an outer layer 1.5–2.5 mm thick from copper, with an inner layer 3.5–5 mm thick from corrosion-resistant austenitic steel 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 an aqueous filler, after sealing The assembly obtained is placed coaxially inside the tubular shell with a wall thickness of 2-4 mm, in the gap between them coaxially placed a tubular intermediate layer of niobium with a wall thickness of 0.8-1.2 mm, explosion welding is 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 are selected from the condition of obtaining the speed of impact of a tubular shell of titanium with a tubular intermediate layer of niobium in the range of 820-980 m / s, and the speed of impact of a tubular intermediate puffs with a copper layer of a bimetallic tubular cavity-forming element - within 540-620 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.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.
Так предложено использовать в схеме сварки взрывом биметаллический полостеобразующий элемент в виде трубы с наружным слоем толщиной 1,5-2,5 мм из меди, с внутренним слоем толщиной 3,5-5 мм из коррозионностойкой аустенитной стали. Его внутренний стальной слой обеспечивает у получаемого изделия повышенную коррозионную стойкость внутренней поверхности в условиях агрессивных сред, например в азотной кислоте, а также, совместно с остальными металлическими слоями, высокую прочность изготовленного изделия и его высокие теплозащитные свойства. Толщина этого слоя менее 3,5 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 стали в расчете на одно изделие.Thus, it is proposed to use a bimetallic cavity-forming element in the form of a pipe with an outer layer 1.5–2.5 mm thick made of copper and an inner layer 3.5–5 mm thick made of corrosion-resistant austenitic steel in the explosion welding scheme. Its inner steel layer provides the product with increased corrosion resistance of the inner surface in aggressive environments, such as nitric acid, 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 less than 3.5 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 more than 5 mm is excessive, since this leads to an unjustifiably high consumption of steel per one product.
Наружный медный слой биметаллического полостеобразующего элемента обеспечивает возможность получения качественного сварного соединения с трубчатой промежуточной прослойкой из ниобия без появления в зоне соединения металлов непроваров, хрупких интерметаллидов и других дефектов. Кроме того, этот слой способствует стабилизации температуры внутренней поверхности по длине полученного изделия при воздействии с его внешней стороны концентрированных источников нагрева. Совместно с другими металлическими слоями этот слой способствует формированию высокой прочности изделия при сжимающих нагрузках. Толщина этого слоя менее 1,5 мм затрудняет получение качественных изделий без неконтролируемых деформаций при сварке взрывом, а толщина этого слоя более 2,5 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу меди в расчете на одно изделие.The outer copper layer of the bimetallic cavity forming element provides the possibility of obtaining high-quality welded joints with a tubular intermediate layer of niobium without the appearance of lack of fusion, brittle intermetallic compounds and other defects in the metal joint zone. In addition, this layer helps to stabilize the temperature of the inner surface along the length of the obtained product when exposed to concentrated heat sources from its outer side. Together with other metal layers, this layer contributes to the formation of high strength products under compressive loads. The thickness of this layer of less than 1.5 mm makes it difficult to obtain high-quality products without uncontrolled deformation during explosion welding, and the thickness of this layer of more than 2.5 mm is excessive, since this leads to an unjustifiably large consumption of copper 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, который выполняет функции среды, передающей давление и препятствующей преждевременному разрушению центрального полостеобразующего элемента при сварке взрывом. При диаметре центрального полостеобразующего элемента ниже нижнего предлагаемого предела возможно появление неконтролируемых деформаций внутренней поверхности стального слоя, а это снижает качество получаемых изделий. При его диаметре выше верхнего предлагаемого предела затруднено заполнение водным наполнителем промежутка между ним и стальным слоем биметаллического полостеобразующего элемента, что также может привести к появлению неконтролируемых деформаций внутренней поверхности стального 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. It is proposed that the outer diameter of the central cavity-forming element be 2-4 mm smaller than the inner diameter of the bimetallic cavity-forming element, which provides the necessary technological gap between them to fill it with an aqueous filler, which acts as a pressure transmitting medium and prevents premature destruction of the central cavity-forming element during explosion welding. When the diameter of the central cavity-forming element is lower than the lower proposed limit, uncontrolled deformations of the inner surface of the steel 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 steel layer of the bimetallic cavity-forming element with an aqueous filler, which can also lead to uncontrolled deformations of the inner surface of the steel layer of the bimetallic cavity-forming element.
Предложено после герметизации полученную сборку располагать соосно внутри трубчатой оболочки из коррозионностойкого металла с пониженной теплопроводностью – титана - с толщиной стенки 2-4 мм, а в зазоре между ними соосно размещать трубчатую промежуточную прослойку из ниобия с толщиной стенки 0,8-1,2 мм. Соблюдение соосности способствует стабильности процесса сварки взрывом всех свариваемых металлических слоев.After sealing, the assembly was proposed to be placed coaxially inside the tubular shell of a corrosion-resistant metal with reduced heat conductivity - titanium - with a wall thickness of 2-4 mm, and in the gap between them coaxially placed a tubular intermediate layer of niobium with a wall thickness of 0.8-1.2 mm . Alignment contributes to the stability of the explosion process of all weldable metal layers.
Трубчатая оболочка из титана обеспечивает высокую коррозионную стойкость наружной поверхности изделия в условиях агрессивных сред, например в хлоридах, благодаря низкой теплопроводности титана, она 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 титана способствует существенному снижению массы получаемого изделия. Толщина стенки трубчатой оболочки, равная 2-4 мм, обеспечивает у получаемого изделия необходимое высокое термическое сопротивление, а также высокую прочность при поперечных сжимающих нагрузках. Толщина трубчатой оболочки менее 2 мм не обеспечивает у изделия необходимого высокого уровня термического сопротивления, а также высоких прочностных свойств при поперечных сжимающих нагрузках, а ее толщина более 4 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу дорогостоящего титана в расчете на одно изделие. Благодаря применению трубчатой промежуточной прослойки из ниобия в схеме сварки взрывом в процессе сварки в зонах соединения металлических слоев не возникает хрупких интерметаллидных фаз, которые могли бы в случае их появления снизить долговечность изделия в условиях динамических и циклических нагрузок. Кроме того, промежуточная прослойка из ниобия, совместно с другими металлическими слоями, способствует формированию высокого термического сопротивления стенки изделия при направлении теплопередачи поперек слоев, а также высокой прочности при поперечных сжимающих нагрузках. Ее толщина менее 0,8 мм затрудняет получение качественных изделий без неконтролируемых деформаций при сварке взрывом, а ее толщина более 1,2 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу дорогостоящего ниобия в расчете на одно изделие, а также повышенному расходу ВВ при сварке взрывом.The tubular shell made of titanium provides high corrosion resistance of the outer surface of the product in aggressive environments, for example in chlorides, due to the low thermal conductivity of titanium, it contributes to a significant increase in thermal resistance of the wall of the obtained composite product in the direction of heat transfer across the layers, and, together with other layers, increase its strength under transverse compressive loads. In addition, the low density of titanium contributes to a significant reduction in the mass of the resulting product. The wall thickness of the tubular shell, equal to 2-4 mm, provides the product with the required high thermal resistance, as well as high strength under transverse compressive loads. The thickness of the tubular shell less than 2 mm does not provide the product with the required high level of thermal resistance, as well as high strength properties under transverse compressive loads, and its thickness more than 4 mm is excessive, since this leads to an unreasonably large consumption of expensive titanium per one product. Due to the use of a tubular intermediate layer of niobium in the explosion welding circuit during welding, no brittle intermetallic phases arise in the zones of metal layer junction, which could, if they appeared, reduce the product life under dynamic and cyclic loads. In addition, the intermediate layer of niobium, together with other metal layers, contributes to the formation of high thermal resistance of the product wall in the direction of heat transfer across the layers, as well as high strength under transverse compressive loads. Its thickness less than 0.8 mm makes it difficult to obtain high-quality products without uncontrolled deformation during explosion welding, and its thickness more than 1.2 mm is excessive, since this leads to unreasonably high consumption of expensive niobium per one product, as well as increased consumption of explosives explosion welding.
Использование в схеме сварки взрывом биметаллического полостеобразующего элемента в виде трубы позволяет обеспечить высокое качество сварки на всех межслойных границах.The use of a bimetallic cavity-forming element in the form of a pipe in the scheme of explosion welding allows us 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 трубчатой оболочки из титана с трубчатой промежуточной прослойкой из ниобия в пределах 820-980 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки с медным слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента в пределах 540-620 м/с, что обеспечивает получение качественных сварных соединений трубчатой промежуточной прослойки из ниобия с трубчатой оболочкой из титана и с медным слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента. При скорости детонации ВВ и скорости соударения трубчатой оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой, скорости соударения последней с медным 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 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 velocity of a tubular shell of titanium with a tubular intermediate layer of niobium in the range of 820-980 m / s, and the collision velocity of the tubular intermediate layer with the copper layer of the bimetallic tubular cavity-forming element within 540-620 m / s, which ensures high-quality welded joints of the tubular intermediate niobium pouches with a tubular shell made of titanium and with a copper layer of a bimetallic tubular cavity-forming element. At the detonation velocity of the explosive and the speed of collision of the tubular shell with the tubular intermediate layer, the speed of collision of the latter with the copper layer of the 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 circuit above the upper proposed limits, uncontrolled deformations of the tubular 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 a decrease in 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 22 - сдеформированная трубчатая оболочка из титана; 23 - сдеформированная трубчатая промежуточная прослойка из ниобия; 24, 25 - медный и стальной слои биметаллического полостеобразующего элемента соответственно; 26 - внутренняя полость изделия, 27, 28 - 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 1,5-2,5 мм из меди, с внутренним слоем 2 толщиной 3,5-5 мм из коррозионностойкой аустенитной стали и размещают внутри его соосно удаляемый центральный полостеобразующий элемент 3 из стекла с толщиной стенки 10-15 мм и 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 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 оболочки 10 из коррозионностойкого металла с пониженной теплопроводностью - титана, с толщиной стенки 2-4 мм, в зазоре между ними соосно размещают трубчатую промежуточную прослойку 11 из ниобия с толщиной стенки 0,8-1,2 мм, их соосность обеспечивают с помощью металлических втулок 12, 13, 14 и 15. Устанавливают направляющий конус 16, 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 17 с основным кольцевым зарядом ВВ 18 и расположенным над ним вспомогательным зарядом ВВ 19 с повышенной скоростью детонации. Этот заряд способствует выравниванию фронта детонации в основном заряде ВВ. Размещают данную сборку на песчаном грунте 20 и инициируют процесс детонации в зарядах ВВ с помощью электродетонатора 21.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 трубчатой оболочки из титана с трубчатой промежуточной прослойкой из ниобия в пределах 820-980 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки с медным слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента в пределах - 540-620 м/с.When carrying out the explosion welding process, the main explosive charge is used with a detonation speed of 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 velocity of a tubular shell of titanium with a tubular intermediate layer of niobium within 820 -980 m / s, and the collision velocity of the tubular intermediate layer with a copper layer of a bimetallic tubular cavity-forming element in the range of 540-620 m / s.
При взрывном воздействии происходит высокоскоростная радиальная деформация трубчатой оболочки и при ее соударении с трубчатой промежуточной прослойкой титан сваривается с ниобием, затем происходит совместное деформирование образовавшегося титано-ниобиевого слоя, и при его соударении с наружной поверхностью биметаллического полостеобразующего элемента ниобиевый слой сваривается с его медным слоем. Извлекают из внутренней полости сваренной заготовки материал раздробленного центрального полостеобразующего элемента, при этом водный наполнитель удаляется после взрывного нагружения самопроизвольно при разгрузке сжатой системы. После этого удаляют механической обработкой торцевые части полученной заготовки с краевыми эффектами.During explosive action, a high-speed radial deformation of the tubular shell occurs and upon its collision with the tubular intermediate layer, titanium is welded with niobium, then the formed titanium-niobium layer is jointly deformed, and when it collides with the outer surface of the bimetallic cavity-forming element, the niobium layer is welded with its honey. The material of the crushed central cavity-forming element is extracted from the inner cavity of the welded billet, while the aqueous filler is removed 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 более низкого, чем у изделий по прототипу, 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 изделия в агрессивных средах, например, его наружной поверхности - в хлоридах, а внутренней, например, в азотной кислоте.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 lower than that of products by the prototype, the hydraulic resistance of the internal cavity per unit length of the product when passing through it fluids, coolants, as well as higher than 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. At the same time, the product has increased resistance in aggressive environments, for example, its outer surface, in chlorides, and the inner, for example, in nitric acid.
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=95 мм, внутренним - Dб.в=80 мм, длиной 400 мм, с наружным слоем толщиной δCu=2,5 мм из меди M1 (ГОСТ 859-78), имеющей коэффициент теплопроводности λCu=410 Вт/(м⋅К). Его внутренний слой толщиной δст=5 мм - из коррозионностойкой аустенитной стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72), обладающей пониженной теплопроводностью. Ее коэффициент теплопроводности λст=17 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 of D bn = 95 mm, an inner one - D bv = 80 mm, 400 mm long, with an outer layer of thickness δ Cu = 2.5 mm from copper M1 (GOST 859-78) having a thermal conductivity coefficient λ Cu = 410 W / (m⋅K). Its inner layer with a thickness of δ st = 5 mm is made of corrosion-resistant austenitic steel 12X18H10T (GOST 5632-72), which has reduced thermal conductivity. Its thermal conductivity coefficient λ st = 17 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 удаляемый 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 оболочки (ТО), а в зазоре между ними соосно размещают трубчатую промежуточную прослойку (ТПП), при этом трубчатую оболочку изготавливают из коррозионностойкого металла с пониженной теплопроводностью - титана ВТ1-00 (ГОСТ 19807-91) с коэффициентом теплопроводности λTi=19,3 Вт/(м⋅К). Ее наружный диаметр Dо.н=118 мм, внутренний - Dо.в=110 мм, толщина стенки δо=4 мм, длина - 405 мм. Трубчатую промежуточную прослойку (ТПП) изготавливают из ниобия марки ВН2 (ОСТ190023-71). Ее наружный диаметр Dп.н=98,4 мм, внутренний - Dп.в=96 мм, толщина стенки δп=1,2 мм, длина - 400 мм, коэффициент теплопроводности λNb=52 Вт/(м⋅К). Соосность ТО, ТПП, а также сборки №2 обеспечивают с помощью металлических втулок, например, из алюминия. При выбранных диаметрах ТО, ТПП и БПЭ необходимый сварочный зазор между внутренней поверхностью ТО и наружной поверхностью ТПП h1=5.8 мм, а сварочный зазор между внутренней поверхностью ТПП и наружной поверхностью БПЭ h2=0,5 мм. Устанавливают направляющий конус из стали Ст3 с углом при вершине 90°, на наружной поверхности трубчатой оболочки размещают защитную прослойку из резины толщиной около 1 мм, защищающую наружную поверхность трубчатой оболочки 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 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, which is removed after welding with an aqueous filler, 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. The assembly No. 2 obtained from this is placed coaxially inside the tubular shell (TO), and in the gap between them coaxially placed the tubular intermediate layer (CCI), while the tubular shell is made of a corrosion-resistant metal with reduced thermal conductivity - titanium VT1-00 (GOST 19807-91 ) with a thermal conductivity coefficient λ Ti = 19.3 W / (m⋅K). Its outer diameter D о.н = 118 mm, internal - D о.в = 110 mm, wall thickness δ о = 4 mm, length - 405 mm. The tubular intermediate layer (CCI) is made of niobium grade BH2 (OST190023-71). Its outer diameter is D bp = 98.4 mm, the inner is D bp = 96 mm, the wall thickness is δ p = 1.2 mm, the length is 400 mm, and the thermal conductivity is λ Nb = 52 W / (m⋅K ) The alignment of TO, CCI, as well as assembly No. 2 is provided using metal bushings, for example, from aluminum. With the selected diameters of TO, TPP and BPE, the necessary welding gap between the internal surface of the TO and the outer surface of the TPP h 1 = 5.8 mm, and the welding gap between the inner surface of the TPP and the outer surface of the TPU h 2 = 0.5 mm. A guide cone is made of St3 steel with an angle at the apex of 90 °, a protective layer of rubber about 1 mm thick is placed on the outer surface of the tubular shell, protecting the outer surface of the tubular shell from damage by explosive detonation products, and a container made of electric cardboard with a main ring is placed on its surface explosive charge and an auxiliary explosive charge located above it with an increased detonation velocity (6GV ammonite). 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=420 мм, внутренний - dв=120 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 ТО из титана с ТПП из ниобия оставляет V1=820 м/с, а ТПП с медным слоем БПЭ V2=540 м/с. Скорости соударения V1 и V2 определяются расчетным путем с помощью компьютерной технологии.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 = 420 mm, inner - d a = 120 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 together with an auxiliary explosive charge having a thickness of 20 mm. With the chosen parameters of the explosion welding scheme, the collision speed of MOT from titanium with a TPP from niobium leaves V 1 = 820 m / s, and TPP with a copper layer of WPT V 2 = 540 m / s. Collision speeds V 1 and V 2 are determined by calculation using computer technology.
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.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 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. Его наружный диаметр 106,4 мм, внутренний - 80 мм, толщина титанового слоя - 4,5 мм, ниобиевого - 1,2 мм, медного - 2,5 мм, стального - 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 четырехслойной стенки (Rсум) при направлении теплопередачи поперек слоев, определяемое как сумма термических сопротивлений каждого из слоев (отношение толщины слоя к коэффициенту его теплопроводности), равно: Rсум=567,2⋅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 изделия в агрессивных средах, например, его наружной поверхности - в хлоридах, а внутренней, например, в азотной кислоте.As a result, in one act of explosive action, an all-welded composite product with a central internal cavity of cylindrical shape is obtained, without violating axial symmetry and tightness of metal layers, without the appearance of brittle intermetallic phases during explosion welding in metal welding zones, which could reduce product durability during operation in conditions of frequent heat exchange and dynamic loads. Its outer diameter is 106.4 mm, the inner is 80 mm, the thickness of the titanium layer is 4.5 mm, the niobium layer is 1.2 mm, the copper is 2.5 mm, the steel is 5 mm, and the length of the product is 360 mm. The hydraulic resistance of its internal cavity per unit length of the product when passing through it coolant 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 four-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 = 567.2 сум10 -6 K / (W / m 2 ), which is 1.9-2.2 times more than products Acquiring the prototype, while also provides high resistance to aggressive media product, such as its outer surface - at chlorides, and the inner, e.g., nitric acid.
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=102 мм, внутренним - Dб.в=90 мм, с наружным слоем толщиной δCu=2 мм, с внутренним слоем толщиной δст=4 мм.WPT in the form of a pipe is made with an outer diameter of D bn = 102 mm, an inner one - D bv = 90 mm, with an outer layer of thickness δ Cu = 2 mm, with an inner layer of thickness δ st = 4 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.
Трубчатую оболочку изготавливают с наружным диаметром Dо.н=118 мм, внутренним - Dо.в=112,2 мм, толщина стенки δо=2,9 мм. Трубчатую промежуточную прослойку изготавливают с наружным диаметром Dп.н=105,2 мм, внутренним - Dп.в=103,2 мм, толщина стенки δп=1 мм.The tubular shell is made with an outer diameter of D o.n = 118 mm, an inner one - D o.v = 112.2 mm, wall thickness δ o = 2.9 mm. A tubular intermediate layer is made with an outer diameter of D pn = 105.2 mm, an inner one - D pv = 103.2 mm, wall thickness δ p = 1 mm.
При выбранных диаметрах ТО, ТПП и БПЭ необходимый сварочный зазор между внутренней поверхностью ТО и наружной поверхностью ТПП h1=3,5 мм, а сварочный зазор между внутренней поверхностью ТПП и наружной поверхностью БПЭ h2=0,6 мм. При осуществлении процесса сварки взрывом используют основной заряд ВВ, в качестве которого использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:3. Его наружный диаметр dн=420 мм, внутренний - dв=120 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 ТО из титана с ТПП из ниобия оставляет V1=850 м/с, а ТПП с медным слоем БПЭ V2=560 м/с.With the selected diameters of TO, TPP and BPE, the necessary welding gap between the inner surface of the TO and the outer surface of the TPP h 1 = 3.5 mm, and the welding gap between the inner surface of the TPP and the outer surface of the TPU h 2 = 0.6 mm. When carrying out the explosion welding process, the main explosive charge is used, which was used as a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 3. Its outer diameter d n = 420 mm, inner - d a = 120 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 MOT from titanium with a niobium CCI leaves V 1 = 850 m / s, and a CCI with a BPE copper layer V 2 = 560 m / s.
Результаты те же, что и в примере 1, но получают цельносварное композиционное изделие с наружным диаметром - 110,2 мм, внутренним - 90 мм, толщина титанового слоя - 3,1 мм, ниобиевого - 1 мм, медного - 2 мм, стального - 4 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 четырехслойной стенки при направлении теплопередачи поперек слоев Rсум=421⋅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 get an all-welded composite product with an outer diameter of 110.2 mm, an inner diameter of 90 mm, a titanium layer thickness of 3.1 mm, a niobium layer of 1 mm, a copper layer of 2 mm, a steel one 4 mm, the Hydraulic resistance of its internal cavity per unit length of the product when passing through the heat-transfer fluids, is 6.2-8.3 times less than that of the products of the prototype, and the thermal resistance of its four-layer wall with the heat transfer direction across the layers R sum = 421⋅10 -6 K / (W / m 2 ), which is 1.4-1.6 times more, than 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=110 мм, внутренним - Dб.в=100 мм, с наружным слоем толщиной δCu=1,5 мм, с внутренним слоем толщиной δст=3,5 мм. 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. Трубчатую оболочку изготавливают с наружным диаметром Dо.н=120,6 мм, внутренним - Dо.в=116,6 мм, толщина стенки δо=2 мм. Трубчатую промежуточную прослойку изготавливают с наружным диаметром Dп.н=112,6 мм, внутренним - Dп.в=111 мм, толщина стенки δп=0,8 мм.WPT in the form of a pipe is made with an outer diameter of D bn = 110 mm, an inner one - D bv = 100 mm, with an outer layer of thickness δ Cu = 1.5 mm, with an inner layer of thickness δ st = 3.5 mm. 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. The tubular shell is made with an outer diameter of D o.n = 120.6 mm, an inner diameter of D o.v = 116.6 mm, and a wall thickness of δ o = 2 mm. A tubular intermediate layer is made with an outer diameter of D pn = 112.6 mm, an inner one - D p.v = 111 mm, wall thickness δ p = 0.8 mm.
При выбранных диаметрах ТО, ТПП и БПЭ необходимый сварочный зазор между внутренней поверхностью ТО и наружной поверхностью ТПП h1=2 мм, а сварочный зазор между внутренней поверхностью ТПП и наружной поверхностью БПЭ h2=0,5 мм. При осуществлении процесса сварки взрывом используют основной заряд ВВ, в качестве которого использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:2. Его наружный диаметр dн=423 мм, внутренний - dв=123 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 ТО из титана с ТПП из ниобия оставляет V1=980 м/с, а ТПП с медным слоем БПЭ V2=620 м/с.With the selected diameters of TO, TPP and BPE, the required welding gap between the internal surface of the TO and the outer surface of the TPP is h 1 = 2 mm, and the welding gap between the inner surface of the TPP and the external surface of the BPT is h 2 = 0.5 mm. When carrying out the explosion welding process, the main explosive charge is used, which was used as a mixture of ammonium 6GV with ammonium nitrate in a ratio of 1: 2. Its outer diameter d n = 423 mm, inner - d a = 123 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 chosen parameters of the explosion welding scheme, the speed of impact of TO from titanium with a TPP from niobium leaves V 1 = 980 m / s, and TPP with a copper layer of WPT V 2 = 620 m / s.
Результаты те же, что и в примере 1, но получают цельносварное композиционное изделие с наружным диаметром 115,8 мм, внутренним 100 мм, толщина титанового слоя 2,1 мм, ниобиевого - 0,8 мм, медного - 1,5 мм, стального - 3,5 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.The results are the same as in example 1, but get an all-welded composite product with an outer diameter of 115.8 mm, an inner 100 mm, a titanium layer thickness of 2.1 mm, a niobium layer of 0.8 mm, a copper layer of 1.5 mm, a steel - 3.5 mm, the hydraulic resistance of its internal cavity per unit length of the product when passing through it fluids, coolants, 9.5-12.6 times less than that of the products of the prototype.
Термическое сопротивление его четырехслойной стенки при направлении теплопередачи поперек слоев Rсум=334⋅10-6 К/(Вт/м2), что в 1,1-1,3 раза больше, чем у изделий, полученных по прототипу.The thermal resistance of its four-layer wall in the direction of heat transfer across the layers R sum = 334⋅10 -6 K / (W / m 2 ), which is 1.1-1.3 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 титана ВТ1-00, промежуточная прослойка - из стали 12Х18Н10Т, а полостеобразующие элементы - из меди M1. 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 1,1-2,2 раза меньше, чем у изделий, полученных по предлагаемому способу. Кроме того, внутренние поверхности изделий по прототипу не обладают стойкостью в агрессивных средах, например в азотной кислоте.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 VT1-00 titanium, the intermediate layer is made of 12X18H10T steel, and the cavity-forming elements are made of M1 copper. 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 1.1-2.2 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, for example in nitric acid.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124594A RU2618263C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124594A RU2618263C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2618263C1 true RU2618263C1 (en) | 2017-05-03 |
Family
ID=58697929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016124594A RU2618263C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2618263C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117944330A (en) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 河北万丰冶金备件有限公司 | Copper steel explosion composite board with tensile strength exceeding 230Mpa, blast furnace cooling wall and metallurgical furnace water jacket |
Citations (5)
| 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 |
| 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 |
| RU2437770C1 (en) * | 2010-03-22 | 2011-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" | Method of producing layered steel-aluminium composite materials |
| 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 RU2016124594A patent/RU2618263C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| 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 |
| 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 |
| RU2437770C1 (en) * | 2010-03-22 | 2011-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" | Method of producing layered steel-aluminium composite materials |
| 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 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117944330A (en) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 河北万丰冶金备件有限公司 | Copper steel explosion composite board with tensile strength exceeding 230Mpa, blast furnace cooling wall and metallurgical furnace water jacket |
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 | |
| RU2424883C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| US4049184A (en) | Method of manufacturing polymetallic pipes | |
| RU2618263C1 (en) | Production method of the composite products with the inner cavity 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 | |
| RU2632503C1 (en) | Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles 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 | |
| CA1179474A (en) | Furnace cooling elements and method of forming furnace cooling elements | |
| 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 | |
| CN103639584B (en) | A kind of explosion clad pipe manufacturing process | |
| RU2425740C1 (en) | Explosion welding procedure for production of items with internal cavities | |
| RU2353487C1 (en) | Method of producing objects with inner cavities by explosion welding | |
| RU2438842C1 (en) | Method of producing bimetal tube | |
| RU2526355C1 (en) | Method of production of composite products with internal cavities by explosion welding | |
| RU2355536C1 (en) | Method of obtaining objects with inner cavities through explosive welding | |
| RU2433025C1 (en) | Method of tube shells plating by explosion welding | |
| RU2526357C1 (en) | Method of production of composite products with internal cavities of explosion welding | |
| RU98166U1 (en) | COMPOSITION CYLINDRICAL HEAT EXCHANGER WITH INTERNAL CAVES |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180621 |