RU2632501C1 - Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding - Google Patents

Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding Download PDF

Info

Publication number
RU2632501C1
RU2632501C1 RU2016124068A RU2016124068A RU2632501C1 RU 2632501 C1 RU2632501 C1 RU 2632501C1 RU 2016124068 A RU2016124068 A RU 2016124068A RU 2016124068 A RU2016124068 A RU 2016124068A RU 2632501 C1 RU2632501 C1 RU 2632501C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
cavity
tubular
forming element
bimetallic
Prior art date
Application number
RU2016124068A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Моисеевич Гуревич
Виктор Георгиевич Шморгун
Сергей Петрович Писарев
Дмитрий Владимирович Проничев
Вера Николаевна Арисова
Дмитрий Анатольевич Евстропов
Виталий Павлович Кулевич
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority to RU2016124068A priority Critical patent/RU2632501C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2632501C1 publication Critical patent/RU2632501C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/06Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
    • B23K20/08Explosive welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: inside the bimetallic cavity-forming element in the form of a pipe with an outer layer of nickel and an inner layer of aluminium, a central cavity-forming element made of glass is placed coaxially. The gap between them is filled with a water filler. After sealing, the resulting assembly is placed coaxially inside the pipe-like bimetallic shell, the outer layer of which is made of titanium and the inner one is made of niobium. In the gap between them a pipe-like intermediate deposit made of copper is placed coaxially and explosion welding is carried out followed by annealing the welded shell.
EFFECT: resulting all-welded composite product with an inner cavity with an axial symmetry has a high quality of welded joints, has high heat resistance of its inner surface in oxidizing gaseous media and corrosion resistance of its outer surface during heat exchange with the environment of heated gases supplied to the inner cavity of the product.
3 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения изделий цилиндрической формы с помощью энергии взрыва и может быть использовано для изготовления изделий с 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°C температуру плавления слоев из легкоплавкого материала на наружных полостеобразующих элементах с образованием при этом цельносварных соединений между всеми полостеобразующими элементами (Патент РФ №2373035, МПК B23K 20/08, опубл. 20.11.2009, бюл. №32).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 by 5-15 ° C the melting temperature of the layers of fusible material on the outer cavity forming elements with the formation of all-welded joints between all cavity forming elements (RF Patent No. 2373035, IPC B23K 20/08, publ. 20.11.2009, bull. No. 32).

Недостатком данного способа является низкая коррозионная стойкость наружной поверхности изделий, получаемых данным способом, например в хлоридах, недостаточно высокая жаростойкость внутренней поверхности (предельная рабочая температура в окислительных газовых средах в условиях теплосмен не превышает 800°C), что весьма ограничивает применение таких изделий в технике.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, the heat resistance of the inner surface is not high enough (the maximum operating temperature in oxidizing gas environments under heat exchange conditions does not exceed 800 ° C), which greatly limits the use of such products in engineering .

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 взрывчатого вещества (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, а 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, после сварки полученную заготовку подвергают отжигу при температуре 850-900°C в течение 2-3,5 ч с формированием при этом между трубчатой оболочкой и трубчатой промежуточной прослойкой сплошной теплозащитной интерметаллидной прослойки с пониженной теплопроводностью, с последующим охлаждением полученного изделия на воздухе. (Патент РФ №2425739, МПК B23K 20/08, B23K 101/04, опубл. 10.08.2011, бюл. №22 - 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 charge of explosive (BB) and initiate the detonation of explosives using an electric detonator, a central cavity The element removed after explosion welding 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 corrosion-resistant 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, and explosion welding is carried out at detonation growth explosives 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 tube bundle are selected from the conditions for obtaining the collision velocity of the tubular shell with the tubular intermediate layer are in the range of 610-700 m / s, and the collision velocity of the tubular shell with the cavity-forming elements is 480-680 m / s, after welding the taste is subjected to annealing at a temperature of 850-900 ° C for 2-3.5 hours with the formation of a continuous heat-shielding intermetallic layer with reduced thermal conductivity between the tubular shell and the tubular intermediate layer, followed by cooling of the obtained product in air. (RF patent No. 2425739, IPC B23K 20/08, B23K 101/04, publ. 08/10/2011, bull. No. 22 - prototype).

Достоинством этого способа является возможность получения композиционных изделий с внутренними полостями с высокой коррозионнной стойкостью наружной поверхности, например в хлоридах, а также с высоким термическим сопротивлением при направлении теплопередачи поперек слоев.The advantage of this method is the ability to obtain composite products with internal cavities with high corrosion resistance of the outer surface, for example in chlorides, as well as with high thermal resistance in the direction of heat transfer across the layers.

Недостатком данного способа является низкая жаростойкость внутренней поверхности получаемых изделий (предельная рабочая температура в окислительных газовых средах в условиях теплосмен не превышает 500°C). Кроме того, в условиях частых теплосмен (термоциклирования) в зоне расположения интерметаллидной прослойки между титаном и сталью возможно образование трещин, что ограничивает применение таких изделий в аппаратуре ответственного назначения.The disadvantage of this method is the low heat resistance of the inner surface of the products obtained (the maximum working temperature in oxidizing gas environments under heat exchange does not exceed 500 ° C). In addition, under conditions of frequent heat exchange (thermal cycling) in the zone of location of the intermetallic layer between titanium and steel, cracking is possible, which limits the use of such products in critical equipment.

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 в сочетании с отжигом сваренной заготовки, обеспечивающей получение за один технологический цикл качественного цельносварного изделия с осевой симметрией, с повышенной жаростойкостью внутренней поверхности, обладающего высоким термическим сопротивлением его многослойной стенки при теплообмене нагретых газов, подаваемых во внутреннюю полость изделия, с окружающей средой, с полным исключением появления при сварке взрывом в зонах соединения металлических слоев хрупких интерметаллидных фаз, которые могли бы снизить долговечность изделия при эксплуатации в условиях частых теплосмен.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 welded workpiece in combination with annealing the welded workpiece, which ensures that in one technological cycle a high-quality all-welded product with axial symmetry with high heat resistance is obtained the inner surface having high thermal resistance of its multilayer wall during heat transfer of heated gases, feed s into the inner cavity of the product, with the environment, with the complete exclusion of occurrence during welding by explosion in the areas of metal compound layers of brittle intermetallic phases, which could reduce the durability of the product when operating under conditions of frequent thermal cycles.

Техническим результатом заявленного способа получения композиционных изделий с внутренней полостью сваркой взрывом является создание новой схемы сварки взрывом, обеспечивающей за один акт взрывного воздействия на свариваемую заготовку с последующим ее отжигом создание 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 никелевым 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, с повышенной жаростойкостью его внутренней поверхности, с обеспечением при этом высокой коррозионной стойкости его наружной поверхности, например в хлоридах, а также высокого термического сопротивления его многослойной стенки при теплообмене нагретых газов, подаваемых во внутреннюю полость изделия, 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 scheme of explosion welding, which provides for axial symmetry in one act of explosive action on the workpiece to be annealed, to obtain high-quality continuous welded joint of a niobium layer of a tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer of copper, as well as high-quality welded joints of the specified layer with a nickel layer b of a metal cavity-forming element in the form of a pipe without violation of the tightness of the metals being welded, with the complete exception of the possibility of occurrence of brittle intermetallic phases during explosion welding in the zones of the metal layers that reduce the durability of the product during operation under conditions of frequent heat exchange, with increased heat resistance of its inner surface, with This high corrosion resistance of its outer surface, for example in chlorides, as well as high thermal resistance layer wall during heat transfer of heated gases supplied to the internal cavity of the product, 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 и трубчатую промежуточную прослойку располагают на наружной поверхности трубчатой оболочки кольцевой заряд взрывчатого вещества (ВВ) и инициируют процесс детонации ВВ с помощью электродетонатора, отжиг сваренной заготовки для формирования интерметаллидной прослойки, берут биметаллический полостеобразующий элемент в виде трубы с наружным слоем толщиной 1,2-1,6 мм из никеля, с внутренним слоем толщиной 1,5-2,5 мм из алюминия и размещают внутри его 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 4-6 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 2-4 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 500-600 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки с никелевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента в пределах 320-410 м/с, после сварки взрывом полученную заготовку подвергают отжигу для образования сплошной интерметаллидной прослойки между слоями из никеля и алюминия при температуре 600-630°C в течение 1,5-7 ч, затем нагревают ее до температуры 690-710°C, удаляют с ее внутренней поверхности расплавленный алюминий, выдерживают при этой температуре 0,3-1 ч с образованием сплошного жаростойкого покрытия на внутренней поверхности полученного композиционного изделия с внутренней полостью, после чего производят его охлаждение на воздухе.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 with an aqueous filler in its internal cavity — removed after explosion welding, is used, the tubular shell and the tubular intermediate layer are placed on the outer surface of the tubular shell is an explosive explosive (explosive) ring charge and initiate the detonation process of the explosive using an electric detonator, about firing the welded billet to form an intermetallic layer, take a bimetallic cavity-forming element in the form of a pipe with an outer layer of 1.2-1.6 mm thick from nickel, with an inner layer 1.5-1.5 mm thick from aluminum and place inside it coaxially central cavity-forming element made of glass with a wall thickness of 10-15 mm and with an outer diameter less than 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 resulting assembly is placed it is clear that inside the tubular bimetallic shell made with an outer layer 4–6 mm thick of titanium, with an inner layer 0.8–1.2 mm thick of niobium, a tubular intermediate layer of copper with a wall thickness of 2–4 is coaxially placed in the gap between them. mm, explosion welding is carried out at a detonation speed of EXPLOSIVES 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 the niobium layer of a tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer of honey in the range of 500-600 m / s, and the collision velocity of the tubular intermediate layer with a nickel layer of the bimetallic tubular cavity-forming element in the range of 320-410 m / s, after explosion welding, the obtained preform is annealed to form a continuous intermetallic layer between the layers of nickel and aluminum at at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours, then it is heated to a temperature of 690-710 ° C, molten aluminum is removed from its internal surface, maintained at this temperature for 0.3-1 hours with the formation of a continuous heat-resistant coating Life on the inner surface of the obtained composite product with an internal cavity, after which it is cooled in air.

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 1,2-1,6 мм из никеля, с внутренним слоем толщиной 1,5-2,5 мм - из алюминия. Внутренний алюминиевый слой биметаллического полостеобразующего элемента выполняет вспомогательные функции: он необходим для формирования жаростойкого интерметаллидного покрытия на поверхности никелевого слоя при термообработке (отжиге) сваренной заготовки. Избыточное количество алюминия удаляют с поверхности образовавшегося интерметаллидного слоя при температуре, превышающей его температуру плавления. Предложено наружный слой биметаллического полостеобразующего элемента выполнять из никеля, поскольку в процессе технологической операции отжига при диффузионном взаимодействии с алюминием в зоне их соединения образуется интерметаллидный слой, обладающий повышенной жаростойкостью. Помимо этого, никелевый слой совместно с другими металлическими слоями способствует формированию высокой прочности изделия при поперечных сжимающих нагрузках, а также высокого термического сопротивления стенки изделия при направлении теплопередачи поперек слоев. Кроме того, как при сварке взрывом этого слоя с внутренней поверхностью трубчатой промежуточной прослойки из меди, так и в процессе последующего отжига сваренной заготовки, а также и при последующей эксплуатации полученного изделия в зоне их соединения полностью исключается возникновение хрупких фаз, снижающих его служебные свойства в условиях частых теплосмен и поперечных сжимающих нагрузок. При толщине обоих слоев биметаллического полостеобразующего элемента ниже нижних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации при сварке взрывом, что приводит к снижению качества получаемых изделий. Толщина его слоев выше верхних предлагаемых пределов может привести к лишнему расходу металлов 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. So, it is proposed to use a bimetallic cavity-forming element in the form of a tube with an outer layer of 1.2-1.6 mm thick from nickel and with an inner layer 1.5-2.5 mm thick from aluminum in the explosion welding scheme. The inner aluminum layer of the bimetallic cavity-forming element performs auxiliary functions: it is necessary for the formation of a heat-resistant intermetallic coating on the surface of the nickel layer during heat treatment (annealing) of the welded workpiece. Excess aluminum is removed from the surface of the formed intermetallic layer at a temperature above its melting point. It is proposed that the outer layer of the bimetallic cavity-forming element be made of nickel, since during the technological annealing operation during diffusion interaction with aluminum, an intermetallic layer with high heat resistance is formed in the zone of their connection. In addition, the nickel layer together with other metal layers 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. In addition, both during explosion welding of this layer with the inner surface of the tubular intermediate layer of copper, and during the subsequent annealing of the welded billet, as well as during subsequent operation of the obtained product in the zone of their connection, the occurrence of brittle phases is completely eliminated, which reduce its service properties in conditions of frequent heat changes and transverse compressive loads. If the thickness of both layers of the bimetallic cavity-forming element is lower than the lower proposed limits, uncontrolled deformations during explosion welding are possible, which leads to a decrease in the quality of the products obtained. The thickness of its layers above the upper proposed limits may lead to excessive consumption of metals 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. При толщине 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 слоев биметаллического полостеобразующего элемента, а это снижает качество получаемых изделий. При его диаметре выше верхнего предлагаемого предела затруднено заполнение водным наполнителем промежутка между ним и алюминиевым слоем биметаллического полостеобразующего элемента, что также может привести к появлению неконтролируемых деформаций внутренней поверхности 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 less than 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 toward the center of the product, and it contributes to the formation of an internal cavity in the product of the desired diameter. If the wall thickness is less than 10 mm, it may be prematurely destroyed during explosion welding, resulting in 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 layers of the bimetallic cavity-forming element may occur, and this reduces the quality of the resulting products. With its diameter above the upper proposed limit, it is difficult to fill the gap between it and the aluminum layer of the bimetallic cavity-forming element with an aqueous filler, which can also lead to uncontrolled deformations of the inner surface of the bimetallic cavity-forming element.

Предложено после герметизации полученную сборку располагать соосно внутри трубчатой биметаллической оболочки, выполненной с наружным слоем толщиной 4-6 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 2-4 мм.After sealing, the assembly was proposed to be placed coaxially inside a tubular bimetallic shell made with an outer layer 4–6 mm thick of titanium, with an inner layer 0.8–1.2 mm thick of niobium, and a tubular intermediate layer of copper is coaxially placed in the gap between them. with a wall thickness of 2-4 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 титанового слоя способствует существенному снижению массы получаемого изделия. Толщина наружного титанового слоя трубчатой биметаллической оболочки, равная 4-6 мм, обеспечивает у получаемого изделия необходимое высокое термическое сопротивление, а также высокую прочность при поперечных сжимающих нагрузках. Его толщина менее 4 мм не обеспечивает у изделия необходимого высокого уровня термического сопротивления, а также высоких прочностных свойств при поперечных сжимающих нагрузках, а его толщина более 6 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 the titanium layer 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 4-6 mm, provides the product with the required high thermal resistance, as well as high strength under transverse compressive loads. Its thickness less than 4 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 6 mm is excessive, since this leads to an unjustifiably high consumption of expensive titanium per one product.

Предложено внутренний слой трубчатой биметаллической оболочки выполнять из ниобия толщиной 0,8-1,2 мм. Этот слой обеспечивает возможность получения качественного сварного соединения с трубчатой промежуточной прослойкой из меди без появления в зоне соединения металлов не-проваров, 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 layer of the tubular bimetallic shell be made of niobium with a thickness of 0.8-1.2 mm. This layer makes it possible to obtain a high-quality welded joint with a tubular intermediate layer of copper without the appearance of non-welds, 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 этого слоя с никелевым и ниобиевым слоями ни при сварке взрывом, ни при последующей эксплуатации не возникает нежелательных хрупких фаз, снижающих служебные свойства изделий, полученных по предлагаемому способу. Кроме того, она способствует выравниванию температуры по длине полученного изделия при воздействии на его внутреннюю либо наружную поверхность концентрированных источников нагрева и тем самым исключает возможность появления в изделии участков с локальным перегревом металлических слоев, снижающих его прочностные свойства. Предложено трубчатую промежуточную прослойку выполнять с толщиной стенки 2-4 мм, поскольку ее толщина менее 2 мм при данной конструкции изделия является недостаточной для эффективного выравнивания температуры по длине полученного изделия при воздействии на его поверхности концентрированных источников нагрева. Кроме того, при слишком малой толщине трубчатой промежуточной прослойки возможны неконтролируемые деформации при сварке взрывом, затрудняющие получение качественных изделий. Ее толщина более 4 мм является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно большому расходу меди в расчете на одно изделие, а также это может привести к появлению непроваров в зоне сварки этой прослойки с никелевым слоем биметаллического полостеобразующего элемента.It is proposed to use a tubular intermediate layer made of copper in the explosion welding scheme, since in the zones of connection of this layer with the nickel and niobium layers neither undesirable brittle phases arise during explosion welding or subsequent operation, which reduce the service properties of the products obtained by the proposed method. In addition, it helps to equalize the temperature along the length of the obtained product when exposed to concentrated internal heat sources on its internal or external surface and thereby eliminates the possibility of the appearance of sections with local overheating of metal layers that reduce its strength properties. It is proposed that the tubular intermediate layer be made with a wall thickness of 2-4 mm, since its thickness less than 2 mm with this product design is insufficient to effectively equalize the temperature along the length of the obtained product when concentrated sources of heat are exposed to its surface. In addition, if the thickness of the tubular intermediate layer is too small, uncontrolled deformations during explosion welding are possible, making it difficult to obtain high-quality products. Its thickness of more than 4 mm is excessive, since this leads to an unreasonably large consumption of copper per one product, and it can also lead to the appearance of imperfections in the welding zone of this layer with a nickel layer of a bimetallic cavity forming element.

Использование в схеме сварки взрывом трубчатой биметаллической оболочки, а также биметаллического полостеобразующего элемента позволяет обеспечить высокое качество сварки на всех межслойных границах.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 никелевого слоя трубчатой биметаллической оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой из меди в пределах 500-600 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки с ниобиевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента - в пределах 320-410 м/с, что обеспечивает получение качественных сварных соединений трубчатой промежуточной прослойки из меди с внутренним ниобиевым слоем трубчатой биметаллической оболочки и с наружным никелевым 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 никелевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента ниже нижних предлагаемых пределов 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 слоев 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 nickel layer of a tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer of copper within 500-600 m / s, and the collision velocity of the tubular intermediate layer with the niobium layer of the bimetallic tubular cavity-forming element is in the range of 320-410 m / s, which ensures high-quality welded joints of the pipe chatoy intermediate layer of copper with an inner tubular bimetallic layer niobium sheath and having an outer nickel layer polosteobrazuyuschego bimetallic element. At the detonation velocity of the explosive and the collision velocity of the niobium layer of the tubular bimetallic shell with the tubular intermediate layer, as well as the collision velocity of the latter with the nickel layer of the bimetallic tubular cavity-forming element below the lower proposed limits, 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 deformation of the layers of the tubular bimetallic shell, the tubular intermediate layer and the tubular bimetallic cavity forming element is possible, which can lead to a violation of the tightness of the metal layers, and the quality of the products obtained.

После сварки взрывом полученную заготовку предложено подвергать отжигу для образования сплошной интерметаллидной прослойки между слоями из алюминия и никеля при температуре 600-630°C в течение 1,5-7 ч, что за сравнительно короткое время отжига позволяет получить сплошную жаростойкую интерметаллидную прослойку на межслойной границе необходимой толщины и высокого качества. При температуре и времени отжига ниже нижних предлагаемых пределов толщина получаемой интерметаллидной диффузионной прослойки оказывается недостаточной, что снижает способность получаемого покрытия длительно сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах. Температура и время отжига выше верхнего предлагаемого предела являются избыточными, поскольку толщина интерметаллидной прослойки становится чрезмерной, при этом повышается вероятность появления трещин в жаростойком покрытии при его дальнейшей эксплуатации в условиях частых теплосмен.After explosion welding, it was proposed to anneal the obtained workpiece to form a continuous intermetallic layer between aluminum and nickel layers at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours, which allows a continuous heat-resistant intermetallic layer at the interlayer boundary for a relatively short annealing time required thickness and high quality. At annealing temperature and time below the lower proposed limits, the thickness of the resulting intermetallic diffusion layer is insufficient, which reduces the ability of the resulting coating to resist gas corrosion for a long time at high temperatures. The temperature and annealing time above the upper proposed limit are excessive, since the thickness of the intermetallic layer becomes excessive, while increasing the likelihood of cracks in the heat-resistant coating during its further operation under conditions of frequent heat changes.

Предложено после завершения отжига (первой его стадии) нагревать заготовку до температуры 690-710°C, удалять с ее наружной поверхности расплавленный алюминий, выдерживать при этой температуре 0,3-1 ч (вторая стадия отжига), что способствует окончательному формированию состава и свойств жаростойкого покрытия на внутренней поверхности получаемого изделия, при этом значительно облегчается удаление избыточного алюминия с поверхности покрытия, снижающего служебные свойства получаемых изделий. Нагрев заготовки до температуры ниже нижнего предлагаемого предела приводит к существенным затруднениям при удалении избыточного алюминия. Температура нагрева выше верхнего предлагаемого предела является избыточной, поскольку при этом неоправданно возрастают энергетические затраты на получение изделия. Выдержка менее 0,3 ч является недостаточной для перехода остатков алюминия в интерметаллидный слой, а это может привести к появлению локальных участков с пониженной жаростойкостью на внутренней поверхности получаемых изделий. Выдержка более 1 ч является избыточной, поскольку это не способствует улучшению качества изделий, но неоправданно увеличивает энергетические затраты. Последующее охлаждение предложено производить на воздухе, поскольку это наиболее дешевая технологическая операция, обеспечивающая высокое качество полученных изделий.It is proposed that upon completion of annealing (its first stage), the workpiece is heated to a temperature of 690-710 ° C, molten aluminum is removed from its outer surface, and it is kept at this temperature for 0.3-1 hours (the second stage of annealing), which contributes to the final formation of the composition and properties heat-resistant coating on the inner surface of the resulting product, while significantly removing the excess aluminum from the surface of the coating, which reduces the service properties of the resulting products. Heating the workpiece to a temperature below the lower proposed limit leads to significant difficulties in removing excess aluminum. The heating temperature above the upper proposed limit is excessive, since this unnecessarily increases the energy cost of obtaining the product. An exposure of less than 0.3 h is insufficient for the transfer of aluminum residues to the intermetallic layer, and this can lead to the appearance of local areas with reduced heat resistance on the inner surface of the resulting products. Exposure to more than 1 hour is excessive, because it does not contribute to improving the quality of products, but unnecessarily increases energy costs. It was proposed to perform subsequent cooling in air, since this is the cheapest technological operation providing high quality of the obtained products.

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 - сдеформированный титановый слой трубчатой биметаллической оболочки; 24 - сдеформированный ниобиевый слой трубчатой биметаллической оболочки; 25 - сдеформированная трубчатая промежуточная прослойка из меди; 26 - никелевый слой биметаллического полостеобразующего элемента; 27 - жаростойкое покрытие из интерметаллидов системы алюминий-никель; 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 position 23 is a deformed titanium layer of a tubular bimetallic shell; 24 - deformed niobium layer of a tubular bimetallic shell; 25 - deformed tubular intermediate layer of copper; 26 - a nickel layer of a bimetallic cavity-forming element; 27 - heat-resistant coating of intermetallic compounds of the aluminum-nickel system; 28 - the internal cavity of the product; 29, 30 - welding zones obtained by the method.

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 1,2-1,6 мм из никеля, с внутренним слоем 2 толщиной 1,5-2,5 мм из алюминия и размещают внутри его 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 explosion welding, in the form of a pipe with an outer layer 1 of a thickness of 1.2-1.6 mm from nickel, with an inner layer 2 of a thickness of 1.5-2.5 mm of aluminum and placed inside its coaxially removed central cavity-forming element 3 is made of glass with a wall thickness of 10-15 mm, with an outer diameter smaller by 2-4 mm of the inner diameter of the bimetallic cavity-forming element. Previously, its internal cavity is filled with water filler 4, and sealing on both sides of it is done with plugs 5, 6, for example, of rubber.

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 4-6 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 2-4 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 water filler 7, sealing and alignment are ensured by metal bushings 8, 9 coated with sealant. The resulting assembly is placed coaxially inside a tubular bimetallic shell made with an outer layer 10 of a thickness of 4-6 mm of titanium, with an inner layer 11 of a thickness of 0.8-1.2 mm of niobium, in the gap between them coaxially placed a tubular intermediate layer 12 of copper with a wall thickness of 2-4 mm, their coaxiality is ensured by metal sleeves 13, 14, 15 and 16. Install a guide cone 17, for example of steel, with an angle at the apex of 90 °, a protective layer is placed on the outer surface of the tubular shell, for example made of rubber (in the drawing n shown), which protects the outer surface of the tubular sheath from damage explosive detonation products, and on the surface of a container 18 with the main ring and the explosive charge 19 located above the auxiliary explosive charge 20 with an increased detonation speed. This charge helps to equalize the detonation front in the main explosive charge. Place this assembly on sandy soil 21 and initiate the detonation process in explosive charges using an electric detonator 22.

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 500-600 м/с, а скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки из меди с никелевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента в пределах 320-410 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 500-600 m / s, and the collision velocity of the tubular intermediate layer of copper with a nickel layer of a bimetallic tubular cavity-forming element in the range of 320-410 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 никелевым 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.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 nickel 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.

После сварки взрывом полученную заготовку подвергают отжигу для образования сплошной интерметаллидной прослойки между слоями из алюминия и никеля при температуре 600-630°C в течение 1,5-7 ч (первая стадия отжига), затем нагревают ее до температуры 690-710°C, удаляют с ее наружной поверхности расплавленный алюминий, выдерживают при этой температуре 0,3-1 ч (вторая стадия отжига) с образованием сплошного жаростойкого покрытия на поверхности никелевого слоя, после чего производят охлаждение на воздухе и удаление у полученной заготовки торцевых частей с краевыми эффектами.After explosion welding, the obtained preform is annealed to form a continuous intermetallic layer between the layers of aluminum and nickel at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours (the first stage of annealing), then it is heated to a temperature of 690-710 ° C, molten aluminum is removed from its outer surface, kept at this temperature for 0.3-1 h (second stage of annealing) with the formation of a continuous heat-resistant coating on the surface of the nickel layer, after which it is cooled in air and the end parts are removed from the obtained workpiece edge effects.

В результате за один акт взрывного воздействия с последующим отжигом сваренной заготовки получают цельносварное композиционное изделие с внутренней полостью с осевой симметрией, с качественным сплошным сварным соединением ниобиевого слоя трубчатой биметаллической оболочки с трубчатой промежуточной прослойкой из меди, а также качественного сварного соединения указанной прослойки с никелевым 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, с повышенной жаростойкостью его внутренней поверхности в окислительных газовых средах, с обеспечением при этом высокой коррозионной стойкости его наружной поверхности, например в хлоридах, и высокого термического сопротивления его многослойной стенки при теплообмене нагретых газов, подаваемых во внутреннюю полость изделия, с окружающей средой.As a result, in one act of explosive action followed by annealing of the welded billet, an all-welded composite product with an internal cavity with axial symmetry is obtained, with a high-quality continuous welded connection of the niobium layer of a tubular bimetallic shell with a tubular intermediate layer of copper, as well as a high-quality welded connection of this layer with a nickel layer a bimetallic cavity-forming element in the form of a pipe without compromising 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 that reduce the durability of the product during operation under conditions of frequent heat changes, with increased heat resistance of its inner surface in oxidizing gas environments, while ensuring high corrosion resistance of its outer surface, for example, in chlorides , and high thermal resistance of its multilayer wall during heat transfer of heated gases supplied to the internal cavity of the product, with the environment.

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=88,2 мм, внутренним - Dб.в=80 мм, длиной 400 мм с наружным слоем толщиной δ1=l,6 мм - из никеля марки марки НП1 (ГОСТ 623591), его коэффициент теплопроводности λNi=92 Вт/(м⋅К). Его внутренний слой толщиной δ2=2,5 мм изготавливают из алюминия АД1 (ГОСТ 21631-76).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 = 88.2 mm, an inner diameter D b.v = 80 mm, a length of 400 mm with an outer layer of thickness δ 1 = l, 6 mm - made of nickel grade grade NP1 (GOST 623591), its thermal conductivity coefficient λ Ni = 92 W / (m⋅K). Its inner layer with a thickness of δ 2 = 2.5 mm is made of aluminum AD1 (GOST 21631-76).

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.н 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=120,6 мм, внутренний - Dо.в=106,2 мм, длина - 405 мм. Наружный слой ТБО толщиной δ3=6 мм из коррозионно-стойкого металла с пониженной теплопроводностью - титана ВТ 1-00 (ГОСТ 19807-91) с коэффициентом теплопроводности λTi=19,3 Вт/(м⋅К), ее внутренний слой толщиной δ4=1,2 мм - из ниобия марки ВН2 (ОСТ 190023-71) с коэффициентом теплопроводности λNb=52 Вт/(м⋅К).The central cavity-forming element (CPE), 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 D bn of a 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 = 120.6 mm, the inner is D o.v = 106.2 mm, the length is 405 mm. The outer layer of solid waste with a thickness of δ 3 = 6 mm from a corrosion-resistant metal with reduced thermal conductivity is titanium VT 1-00 (GOST 19807-91) with a thermal conductivity coefficient λ Ti = 19.3 W / (m⋅K), its inner layer is thick δ 4 = 1.2 mm - from niobium grade ВН2 (ОСТ 190023-71) with a thermal conductivity coefficient λ Nb = 52 W / (m⋅K).

Трубчатую промежуточную прослойку (ТПП) изготавливают из меди M1 (ГОСТ 859-78), имеющей коэффициент теплопроводности λCu=410 Вт/(м⋅К). Ее наружный диаметр Dп.н=100,2 мм, внутренний - Dп.в=92,2 мм, толщина стенки δц=4 мм, длина - 400 мм. Соосность ТБО, ТПП, а также сборки №2 обеспечивают с помощью металлических втулок, например из алюминия. При выбранных диаметрах ТБО, ТПП и БПЭ необходимый сварочный зазор между внутренней поверхностью ТБО и наружной поверхностью ТИП h1=3 мм, а сварочный зазор между внутренней поверхностью ТПП и наружной поверхностью БПЭ h2=2 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 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 = 100.2 mm, internal - D p.v = 92.2 mm, wall thickness δ c = 4 mm, length - 400 mm. The alignment of solid waste, CCI, as well as assembly No. 2 is provided using metal bushings, for example, from aluminum. With the selected diameters of solid waste, TPP and BPE, the required welding gap between the inner surface of the solid waste and the outer surface of the TYPE h 1 = 3 mm, and the welding gap between the inner surface of the TPP and the outer surface of the WPT h 2 = 2 mm. A guide cone is made of steel St3, 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 MSW, which protects the outside surface of the MSW from damage by explosive detonation products, and a container of electric cardboard with the main ring charge is placed on its surface EXPLOSIVES and the 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=423 мм, внутренний - dв=123 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=500 м/с, а ТПП с никелевым слоем БПЭ V2=320 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.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 = 423 mm, inner - d a = 123 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 selected parameters of the explosion welding scheme, the collision velocity of the niobium layer of solid waste with copper TPP leaves V 1 = 500 m / s, and the TPP with a nickel layer of WPT V 2 = 320 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.

После сварки взрывом полученную заготовку подвергают отжигу для образования сплошной интерметаллидной прослойки между слоями из алюминия и никеля, например в электропечи при температуре t1=600°C в течение τ1=7 ч (первая стадия отжига), затем нагревают ее до температуры t2=690°C, удаляют с ее внутренней поверхности расплавленный алюминий, например, металлической щеткой с электроприводом, выдерживают при этой температуре τ2=1 ч для перехода остатков алюминия в интерметаллидный слой, с образованием при этом сплошного жаростойкого покрытия на внутренней поверхности никелевого слоя (вторая стадия отжига). После охлаждения на воздухе удаляют механической обработкой торцевые части полученной заготовки с краевыми эффектами по 20 мм с каждой стороны.After explosion welding, the obtained preform is annealed to form a continuous intermetallic layer between the layers of aluminum and nickel, for example, in an electric furnace at a temperature of t 1 = 600 ° C for τ 1 = 7 h (the first stage of annealing), then it is heated to a temperature of t 2 = 690 ° C, removed from the inner surface of the molten aluminum, e.g., a wire brush with electric, maintained at this temperature 2 = τ 1 hour to transition alumina residues intermetallic layer, thereby forming a solid coating on a heat-resistant Cored oil surface of the nickel layer (the second annealing step). After cooling in air, the end parts of the obtained workpiece with edge effects of 20 mm on each side are removed by machining.

В результате за один акт взрывного воздействия с последующим отжигом сваренной заготовки получают цельносварное композиционное пятислойное изделие (КИ) 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 - Dи.н=112,2 мм, внутренний - Dи.в=85 мм, толщина внутреннего интерметаллидного покрытия - δинт=0,07 мм, смежного с ним никелевого слоя - δNi=1,6 мм, смежного с ним медного - δCu=4,2 мм, смежного с ним ниобиевого - δNb=1,3 мм, наружного титанового - δTi=6,5 мм, длина изделия- 360 мм.As a result, in one act of explosive action followed by annealing of the welded billet, an all-welded composite five-layer product (CI) with a central cylindrical internal cavity is obtained, without breaking axial symmetry and tightness of metal layers, without the appearance of brittle intermetallic phases in the process of explosion welding in metal welding zones , which could reduce the durability of the product during operation in conditions of frequent heat changes and dynamic loads. The outer diameter of the obtained product is D i.n. = 112.2 mm, the inner is D i.v = 85 mm, the thickness of the inner intermetallic coating is δ int = 0.07 mm, and the adjacent nickel layer is δ Ni = 1.6 mm, copper adjacent to it - δ Cu = 4.2 mm, niobium adjacent to it - δ Nb = 1.3 mm, external titanium - δ Ti = 6.5 mm, product length - 360 mm.

Предельная рабочая температура внутренней поверхности такого изделия в окислительных газовых средах достигает 1000°C, что в 2 раза больше, чем у изделий, изготовленных по прототипу, при этом обеспечивается высокая коррозионная стойкость его наружной поверхности в агрессивных средах, например в хлоридах. 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=398,7⋅10-6 К/(Вт/м2), что на 27-44% больше, чем у изделий, полученных по прототипу.The maximum working temperature of the inner surface of such a product in oxidizing gas environments reaches 1000 ° C, which is 2 times higher than that of products made according to the prototype, while ensuring high corrosion resistance of its outer surface in aggressive environments, for example, in chlorides. The thermal resistance of its five-layer wall (R sum ) in the direction of heat transfer 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 = 398.7810 -6 K / (W / m 2 ), which is 27-44% more than products obtained by the prototype.

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=96,8 мм, внутренним - Dб.в=90 мм, с наружным слоем толщиной δ1=1,4 мм, с внутренним - δ2=2 мм.WPT in the form of a pipe is made with an outer diameter of D bn = 96.8 mm, an inner one - D bv = 90 mm, with an outer layer of thickness δ 1 = 1.4 mm, with an inner layer of δ 2 = 2 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 inner diameter D c.v = 63 mm, wall thickness δ c = 12 mm.

ТБО изготавливают с наружным диаметром Dо.н=122 мм, внутренним - Dо.в=110 мм. Наружный слой ТБО выполняют толщиной δ3=5 мм, у внутреннего слоя толщина δ4=1 мм. ТПП изготавливают с наружным диаметром Dп.н=104,8 мм, внутренним - Dп.в=98,8 мм, толщина ее стенки δп=3 мм.MSW is made with an outer diameter of D o.n = 122 mm, an internal diameter of D o.v = 110 mm. The outer layer of solid waste is performed with a thickness of δ 3 = 5 mm, the thickness of the inner layer is δ 4 = 1 mm. CCIs are made with an outer diameter of D pn = 104.8 mm, an internal one - D pv = 98.8 mm, its wall thickness is δ p = 3 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=1 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=424 мм, внутренний - dв=124 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=550 м/с, а ТПП с никелевым слоем БПЭ V2=350 м/с.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 = 2.6 mm, and the welding gap between the internal surface of the TPP and the external surface of the TPT h 2 = 1 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 = 424 mm, inner - d a = 124 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 copper TPP leaves V 1 = 550 m / s, and the TPP with a nickel layer of WPT V 2 = 350 m / s.

Отжиг сваренной заготовки для образования сплошной интерметаллидной прослойки между слоями из алюминия и никеля проводят при температуре t1=615°C в течение τ1=3,5 ч, затем нагревают ее до температуры t2=700°C и выдерживают при этой температуре после удаления избыточного алюминия в течение τ2=0,6 ч.Annealing the welded billet to form a continuous intermetallic layer between the aluminum and nickel layers is carried out at a temperature of t 1 = 615 ° C for τ 1 = 3.5 h, then it is heated to a temperature of t 2 = 700 ° C and kept at this temperature after removal of excess aluminum for τ 2 = 0.6 hours

Результаты те же, что в примере 1, но получают цельносварное композиционное изделие с наружным диаметром - Dи.н=115,6 мм, внутренним - Dи.в=94 мм, толщина внутреннего интерметаллидного покрытия - δинт=0,06 мм, смежного с ним никелевого слоя - δNi=1,4 мм, смежного с ним медного - δCu=3,05 мм, смежного с ним ниобиевого - δNb=1,05 мм, наружного титанового - δTi=5,3 мм. Термическое сопротивление его пятислойной стенки при направлении теплопередачи поперек слоев Rсум=325,4⋅10-6 К/(Вт/м2), что на 4-19% больше, чем у изделий, полученных по прототипу по примерам 1-3The results are the same as in example 1, but they receive an all-welded composite product with an outer diameter of D i.n = 115.6 mm, an internal one of D i.v = 94 mm, the thickness of the inner intermetallic coating is δ int = 0.06 mm adjacent nickel layer - δ Ni = 1.4 mm, adjacent copper - δ Cu = 3.05 mm, adjacent niobium - δ Nb = 1.05 mm, external titanium - δ Ti = 5.3 mm The thermal resistance of its five-layer wall in the direction of heat transfer across the layers R sum = 325.4⋅10 -6 K / (W / m 2 ), which is 4-19% more than that of products obtained by the prototype in examples 1-3

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=105,4 мм, внутренним - Dб.в=100 мм, с наружным слоем толщиной δ1=1,2 мм, с внутренним - δ2=1,5 мм.WPT in the form of a pipe is made with an outer diameter of D bn = 105.4 mm, an inner one - D bv = 100 mm, with an outer layer of thickness δ 1 = 1.2 mm, with an inner layer of δ 2 = 1.5 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=123,4 мм, внутренним - Dо.в=113,8 мм. Наружный слой ТБО выполняют толщиной δ3=4 мм, у внутреннего слоя толщина δ4=0,8 мм. ТПП изготавливают с наружным диаметром Dп.н=110,6 мм, внутренним - Dп.в=106,6 мм, толщина ее стенки δп=2 мм.MSW is made with an outer diameter of D o.n = 123.4 mm, an internal one - D o.v = 113.8 mm. The outer layer of solid waste is performed with a thickness of δ 3 = 4 mm, the thickness of the inner layer is δ 4 = 0.8 mm. CCIs are made with an outer diameter D pn = 110.6 mm, an internal one - D pv = 106.6 mm, and its wall thickness is δ p = 2 mm.

При выбранных диаметрах ТБО, ТПП и БПЭ необходимый сварочный зазор между внутренней поверхностью ТБО и наружной поверхностью ТПП h1=1,6 мм, а сварочный зазор между внутренней поверхностью ТПП и наружной поверхностью БПЭ h2=0,6 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=425 мм, внутренний - dв=125 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=600 м/с, а ТПП с никелевым слоем БПЭ V2=410 м/с.With the selected diameters of solid waste, TPP and BPE, the required welding gap between the inner surface of the solid waste and the outer surface of the TPP is h 1 = 1.6 mm, and the welding gap between the inner surface of the TPP and the external surface of the BPT is h 2 = 0.6 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 = 425 mm, inner - d a = 125 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 = 600 m / s, and the TPP with a nickel layer of WPT V 2 = 410 m / s.

Отжиг сваренной заготовки для образования сплошной интерметаллидной прослойки между слоями из алюминия и никеля проводят при температуре t1=630°C в течение τ1=1,5 ч, затем нагревают ее до температуры t2=710°C и выдерживают при этой температуре после удаления избыточного алюминия в течение τ2=0,3 ч.Annealing the welded billet to form a continuous intermetallic layer between the aluminum and nickel layers is carried out at a temperature of t 1 = 630 ° C for τ 1 = 1.5 h, then it is heated to a temperature of t 2 = 710 ° C and kept at this temperature after removal of excess aluminum for τ 2 = 0.3 hours

Результаты те же, что в примере 1, но получают цельносварное композиционное изделие с наружным диаметром - Dи.н=119,4 мм, внутренним - Dи.в=103 мм, толщина внутреннего интерметаллидного покрытия - δинт=0,05 мм, смежного с ним никелевого слоя - δNi=1,2 мм, смежного с ним медного - δCu=2 мм, смежного с ним ниобиевого - δNb=0,85 мм, наружного титанового - δTi=4,15 мм. Термическое сопротивление его пятислойной стенки при направлении теплопередачи поперек слоев Rcyм=255,6⋅10-6 К/(Вт/м2), что на 6-18% меньше, чем у изделий, полученных по прототипу по примерам 1-3, однако среднее значение термического сопротивления пятислойных стенок изделий, полученных по примерам 1-3 предлагаемого способа Rср⋅сум=326,6⋅10-6 К/(Вт/м2, что на 4,5-19,5% выше, чем у изделий по прототипу. Таким образом, при необходимости, по предлагаемому способу можно изготавливать изделия как с большим, так и с меньшим термическим сопротивлением многослойной стенки, чем у прототипа.The results are the same as in example 1, but they receive an all-welded composite product with an outer diameter of D i.n = 119.4 mm, an internal one - D and.v = 103 mm, the thickness of the inner intermetallic coating is δ int = 0.05 mm the adjacent nickel layer - δ Ni = 1.2 mm, the adjacent copper layer - δ Cu = 2 mm, the adjacent niobium layer - δ Nb = 0.85 mm, the outer titanium layer - δ Ti = 4.15 mm. The thermal resistance of its five-layer wall in the direction of heat transfer across the layers R cym = 255.6⋅10 -6 K / (W / m 2 ), which is 6-18% less than that of the products obtained by the prototype according to examples 1-3, however, the average value of thermal resistance of the five-layer walls of the products obtained according to examples 1-3 of the proposed method, R sr⋅sum = 326.6⋅10 -6 K / (W / m 2 , which is 4.5-19.5% higher than for products according to the prototype. Thus, if necessary, according to the proposed method, it is possible to manufacture products with both large and lower thermal resistance of the multilayer oh walls than the prototype.

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 Ml. Между титановым и стальным слоями располагается теплозащитная интерметаллидная прослойка из стали и титана толщиной 0,07-0,08 мм (70-80 мкм).According to the prototype (see table, example 4) receive all-welded products with a Central inner cavity of cylindrical shape and with twelve cavities having a cross-sectional shape of a curved quadrangle. 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 Ml copper. Between the titanium and steel layers there is a heat-protective intermetallic layer of steel and titanium with a thickness of 0.07-0.08 mm (70-80 microns).

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Предельная рабочая температура внутренней поверхности изделий по прототипу в окислительных газовых средах не превышает 500°C, что в 2 раза меньше, чем у изделий по предлагаемому способу. Термическое сопротивление четырехслойной стенки из меди, стали, интерметаллидного слоя и титана у каждого такого изделия при направлении теплопередачи поперек слоев Rcyм=(272,4-312,5)⋅10-6 К/(Вт/м2), что на 4,5-19,5% ниже среднего значения термического сопротивления пятислойных стенок изделий Rср⋅сум, полученных по примерам 1-3 предлагаемого способа. В условиях частых теплосмен (термоциклирования) в зоне расположения интерметаллидной прослойки между титаном и сталью возможно образование трещин, приводящих к невозможности дальнейшего использования таких изделий в аппаратуре ответственного назначения.The maximum working temperature of the inner surface of the products of the prototype in oxidizing gas environments does not exceed 500 ° C, which is 2 times less than that of products by the proposed method. The thermal resistance of the four-layer wall of copper, steel, intermetallic layer and titanium for each such product with a heat transfer direction across the layers R cym = (272.4-312.5) ⋅ 10 -6 K / (W / m 2 ), which is 4 , 5-19.5% below the average value of thermal resistance of the five-layer walls of the products R avg.sum obtained according to examples 1-3 of the proposed method. Under conditions of frequent heat exchange (thermal cycling) in the zone of location of the intermetallic layer between titanium and steel, cracking is possible, which makes it impossible to further use such products in critical equipment.

Claims (1)

Способ получения композиционного изделия с внутренней полостью сваркой взрывом, включающий использование удаляемого после сварки взрывом центрального полостеобразующего элемента из стекла с водным наполнителем в его внутренней полости, трубчатой оболочки и промежуточной прослойки, при этом на наружной поверхности трубчатой оболочки располагают кольцевой заряд взрывчатого вещества (ВВ) и инициируют процесс детонации ВВ с помощью электродетонатора, после чего проводят отжиг сваренной заготовки для формирования интерметаллидной прослойки, отличающийся тем, что центральный полостеобразующий элемент размещают соосно внутри полостеобразующего элемента в виде биметаллический трубы с наружным слоем из никеля толщиной 1,2-1,6 мм и внутренним слоем из алюминия толщиной 1,5-2,5 мм, при этом используют 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, после чего заполняют промежуток между ними водным наполнителем, а после герметизации полученной сборки располагают ее соосно внутри трубчатой биметаллической оболочки, выполненной с наружным слоем из титана толщиной 4-6 мм и внутренним слоем из ниобия толщиной 0,8-1,2 мм, в зазоре между ними соосно размещают трубчатую промежуточную прослойку из меди с толщиной стенки 2-4 мм, при этом сварку взрывом ведут при скорости детонации ВВ 2400-3100 м/с, а 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 500-600 м/с и скорости соударения трубчатой промежуточной прослойки с никелевым слоем биметаллического трубчатого полостеобразующего элемента в пределах 320-410 м/с, причем отжиг полученной заготовки после сварки взрывом проводят для формирования сплошной интерметаллидной прослойки между слоями из никеля и алюминия при температуре 600-630°C в течение 1,5-7 ч, затем нагревают ее до температуры 690-710°C, удаляют с ее внутренней поверхности расплавленный алюминий, выдерживают при этой температуре 0,3-1 ч с образованием сплошного жаростойкого покрытия на внутренней поверхности полученного композиционного изделия с внутренней полостью, после чего производят его охлаждение на воздухе.A method of producing a composite product with an internal cavity by explosion welding, which includes the use of a central cavity-forming element made of glass with water-filled in its internal cavity, a tubular shell and an intermediate layer, which is removed after explosion welding, and an explosive charge (BB) is placed on the outer surface of the tubular shell and initiate the process of detonation of explosives using an electric detonator, and then conduct annealing of the welded billet to form an intermetallic puffs, characterized in that the central cavity-forming element is placed coaxially inside the cavity-forming element in the form of a bimetallic pipe with an outer layer of nickel with a thickness of 1.2-1.6 mm and an inner layer of aluminum with a thickness of 1.5-2.5 mm, while using a central cavity-forming element made of glass with a wall thickness of 10-15 mm and with an outer diameter less than 2-4 mm of the inner diameter of the bimetallic cavity-forming element, after which the gap between them is filled with an aqueous filler, and after sealing the resulting the bores are placed coaxially inside the tubular bimetallic shell made with an outer layer of titanium with a thickness of 4-6 mm and an inner layer of niobium with a thickness of 0.8-1.2 mm, in the gap between them coaxially placed a tubular intermediate layer of copper with a wall thickness of 2 -4 mm, while explosion welding is carried out at a detonation speed of EXPLOSIVES 2400-3100 m / s, and the explosive charge thickness and welding gaps between the welded metal layers are selected from the conditions for obtaining the collision velocity of the niobium layer of the tubular bimetallic shell with the tubular inter a weft interlayer of copper within 500-600 m / s and a collision velocity of the tubular intermediate layer with a nickel layer of a bimetallic tubular cavity-forming element in the range of 320-410 m / s, and annealing of the obtained workpiece after explosion welding is carried out to form a continuous intermetallic interlayer between layers of nickel and aluminum at a temperature of 600-630 ° C for 1.5-7 hours, then it is heated to a temperature of 690-710 ° C, molten aluminum is removed from its inner surface, maintained at this temperature for 0.3-1 hours to form m continuous refractory coating on the inner surface of the resulting composite article with an internal cavity, whereupon its cooling in air.
RU2016124068A 2016-06-16 2016-06-16 Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding RU2632501C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124068A RU2632501C1 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124068A RU2632501C1 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2632501C1 true RU2632501C1 (en) 2017-10-05

Family

ID=60040726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016124068A RU2632501C1 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2632501C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1168265A (en) * 1966-02-10 1969-10-22 Du Pont Explosive Cladding of Tubes
SU1827089A3 (en) * 1991-01-03 1996-02-20 С.П. Писарев Method of making superconductive articles with inner cavity
RU2141889C1 (en) * 1998-04-07 1999-11-27 Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "ХЭЛТ" Method for making article with inner cavities
RU2425739C1 (en) * 2010-05-07 2011-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Explosion welding procedure for production of cylinder composite items with internal cavities

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1168265A (en) * 1966-02-10 1969-10-22 Du Pont Explosive Cladding of Tubes
SU1827089A3 (en) * 1991-01-03 1996-02-20 С.П. Писарев Method of making superconductive articles with inner cavity
RU2141889C1 (en) * 1998-04-07 1999-11-27 Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "ХЭЛТ" Method for making article with inner cavities
RU2425739C1 (en) * 2010-05-07 2011-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Explosion welding procedure for production of cylinder composite items with internal cavities

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2425739C1 (en) Explosion welding procedure for production of cylinder composite items with internal cavities
AU2020203991B2 (en) Process for producing a multilayer pipe by expansion and multilayer pipe produced by said process
JP6558588B2 (en) Method for producing multilayer pipes with metaradical bonds by drawing and multilayer pipes produced by the process
Guo et al. Effects of the inner mould material on the aluminium–316L stainless steel explosive clad pipe
CN106103958A (en) The combustion bowl edge manufacturing with additional machining and the single piston as characteristic for the inner-cooling oil recess
RU2632501C1 (en) Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding
RU2424883C1 (en) Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding
RU2632502C1 (en) Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding
RU2613511C1 (en) Method for producing composite articles with inner cavity by means of explosion welding
RU2618263C1 (en) Production method of the composite products with the inner cavity by explosion welding
CA1179474A (en) Furnace cooling elements and method of forming furnace cooling elements
CN110681847A (en) Preparation method of thin-wall conical component made of aluminum-copper composite material
RU2373035C1 (en) Method of fabricating items with internal cavities by means of explosive loading
RU2618262C1 (en) Production of composite articles with internal cavities by blast welding
JP6528098B2 (en) Method of manufacturing regenerative cooling combustion chamber for rocket and regenerative cooling combustion chamber for rocket
JP2007332443A (en) Lance pipe
RU2438842C1 (en) Method of producing bimetal tube
RU2632503C1 (en) Method of producing composite products with inner cavity by means of explosion welding
KR101051942B1 (en) Cooling elements, in particular furnace cooling elements and methods of manufacturing the cooling elements
RU2425740C1 (en) Explosion welding procedure for production of items with internal cavities
RU2710828C1 (en) Method of producing composite materials from steel and mixtures of powders of nickel and tungsten boride
RU98166U1 (en) COMPOSITION CYLINDRICAL HEAT EXCHANGER WITH INTERNAL CAVES
CN102658361A (en) Preparation method for thermal-erosion-resistant composite metal pipe
RU2526355C1 (en) Method of production of composite products with internal cavities by explosion welding
RU2526357C1 (en) Method of production of composite products with internal cavities of explosion welding

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180617