SE449527B - Explosiv laddning for sprengfogning av grova ror, samt sett att framstella densamma - Google Patents

Description

449 527 Explosionssvetsning har utvecklats efter andra värdskriget. Trots att metoden är snabbare och ger en starkare fog än konventionell svetsning tillämpas den fortfarande i mycket mindre omfattning än konventionell svetsning. Detta beror bl.a. på att användningen av sprängämne medför buller- och arbetsskyddsproblem som gör, att metoden ej kan användas inom tätbefolkade områden. Den tillämpas därför endast då den innebär avsevärda fördelar framför konventionell svetsning.

En av de mest svetskrävande industriprocesserna just nu är utbyggnaden av pipelines från olje- och gaskällor till förädlingsindustrin. Dessa pipelines sträcker sig ofta genom öknar och vildmarker eller på havsbotten d.v.s. områden där buller och säkerhetsproblem är hanterbara. Detta kan bli en mycket stor marknad för explosionssvetsning, eftersom den kan medföra en ökad läggningshastighet. För denna marknad krävs en laddning som ger ett garanterat resultat och som är lätt att använda. Föreliggande uppfinning hänför sig till en sådan laddning. Laddningen kan även användas för krymp- förband för pipelines m m.

Vid all explosionssvetsning arrangeras de metallytor som ska sammanfogas och laddningen enl. fig. 1. Då laddningen detonerar, accelererar den övre ytan ned mot den undre allt eftersom detonationsfronten fortplantar sig genom laddningen, se fig. 2.

Om accelerationen därvid ger en tillräckligt hög hastighet kommer ett så kraftigt yttryck att uppstå i gränsskiktet vid kollisionsytorna att de viskösa krafterna övervinnes och materialet börjar flyta. Flytningen sker bara inom ett mycket tunt ytskickt vid materialytorna där materialen flyter in i varandra. Den fog som därmed uppstår är lika stark som materialen själva. Om man sammanfogar två plåtar av samma material blir fogen en metallurgiskt kontinuerlig övergång mellan materialen. Detta förklarar varför en explosionssvetsad fog är minst lika stark som materialet i de sammanfogade plâtarna. Energetiskt kan man beskriva förloppet som så, att detonationens expansionsarbete överförs till deformationsarbete via rörelseenergi hos överplâten. En längre-accelerationssträcka ger en högre kollisionshastighet och därmed uppnås flytningen lättare, men accelera- tionssträckan innebär ochså en kallbearbetning. Ofta kan man inte -3_ 449 527 tillåta en alltför hög kallbearbetning varför man eftersträvar en så kort accelerationssträcka som möjligt. Storleksordningen brukar vara en eller nâgra mm.

Mellan laddningen och överplåten anordnas en buffert (se fig. 1) av ett icke explosivt material, som utjämnar impulsen mot överplâtens ovansida.

På så sätt skyddas ytan mot sprickor. En fördämning (se fig. 2) på ladd- ningens ovansida ökar den impuls detonationen ger överplâten.

Laddningens viktigaste egenskaper är den impuls den överför till överplåten.

Impulsen bestämmer accelerationen för överplåten och därmed kollisíonshastig- heten. Teoretiskt är impulsen tidsintegralen över det tryck detonationen Sf - dt f är kraften per ytenhet mot överplàten. dt är tidsdifferentialen. Denna ger mot överplåten. integral är mycket svår att bestämma experimentellt. Vi har istället utgått från hypotesen att det beräknade detonationstrycket är en adekvat arbetspara- meter. Trycket beräknas med formeln: å x g x dvz Där 5? är densiteten och dv är detonationshastigheten.

Detonationshastigheten är möjlig att mäta. Med detonationshastigheten avser vi den genomsnittliga hastigheten genom laddningen som man erhåller genom att registrera tiden det tar för detonationsfronten att fortplantas från början till slutet på laddningen. Detonationshastigheten är i sig själv en annan kritisk parameter för laddningen. Detonationshastigheten får inte överstiga ljudhastigheten i materialet man ska foga samman efter- som man då riskerar släppningar i fogen.

Laddningen skall alltså ge en impuls som är tillräcklig för att materialen ska flyta men inte så hög så att materialet förstörs. Samtidigt får inte laddningens detonationshastigheten överstiga materialets ljudhastighet. 449 527 -4- Praktiska prov har visat att varken oktogen, trotyl eller pentyl kan an- vändas i ren form för explosionssvetsning av metall, eftersom detonations- hastigheterna hos dem överstiger ljudhastigheten i aktuella material.

Laddningen måste således bestå av minst ytterligare en komponent som inte är ett explosivämne. Med den andra komponenten späder man sprängämnesmäng- den i laddningen, varvid detonationshastigheten sjunker. Enligt uppfinnin- gen âstadkommes detta genom att gjuta in laddningen i ett härdande plast- system. En sådan laddning har den fördelen att den inte segregerar. Det skulle vara ett avgörande problem om man skulle använda en partikelbland- ning. Då laddningen segregerar kommer dess verkan att äventyras.

Då man späder laddningen uppstår emellertid ett nytt problem. Dä hastigheten sjunker ökar den kritiska diametern för laddningen. Därmed riskerar man avbrott i detonationen. Ljudhastigheten i stål ligger vid ca. 5000 m/sek. och laddningens detonationshastighet måste alltså ligga klart under detta värde.

Tabell Egplosivämne halt härdplast detonationshastighet fullständig - _§ _2 flm/sek) detonation TNT 70 30 3350 nej HMX 30 70 3350 nej PETN 35 65 4600 ja Blandningar av explosivämne och härdplast har provats enligt tabellen ovan. Laddningarnas dimension var 30x200x200 mm. Liknande resultat har presenterats av andra (ref. 1.).

Det är välkänt att man kan sänka den kritiska diametern för lâghastighets- laddningar genom att tillsätta luftblåsor (ref. 2.). Då detonationstrycket påverkar en gasblåsa komprimeras denna snabbt. Komprimeringsvärmet hinner inte ledas bort och därför får man en lokalt hög temperatur som initierar näraliggande explosivämnespartiklar. Dylika gasblåsor kan tillföras genom att man gjuter laddningen på så sätt att den blir porös exempelvis genom tillsats av en skumbildare. Detonationshastigheten blir ca. 1000 m/s lägre då 10 volyms-% luftblåsor blandas in i en pentylladdning. Den kritiska dimensionen blir då lägre än 20 mm. Om man fördämmer laddningen på ovan- sidan sjunker dess kritiska diameter till under 15 mm. 449 527 _ 5 _ Genom tillsats av olika metall- och metalloxidpulver till en laddning kan man höja laddningens densitet och därmed dess detonationstryck utan att överstiga den kritiska detonationshastigheten.

Som redan nämnts borde explosionssvetsning med fördel kunna användas vid pipelinesbyggen och det har sedan länge funnits ett intresse för detta inom branschen. Det finns även en hel del förslag i patent och artiklar på hur detta skulle kunna gå till, men någon kommersiell metod har ännu inte framkommit. Explosionssvetsning som alltså är en typ av sprängfogning ger ett förband vars styrka består av den kontinuerliga materialgränsen.

Man får alltså samma sammanhållande krafter i fogen som i materialet i övrigt. De flesta tidigare förslag som avser explosionssvetsning av pipelines innebär att man fogar de bägge pipeändarna till en gemensam skarvhylsa.

För att undvika att skarvhylsan och pipen deformeras av stötvàgen föreslås i alla förslag olika typer av support eller mothåll pâ motsatt sida om pipeväggen som sprängämnet (se fig. 3.).

Den andra typen av sprängfogning innebär att man med en sprängladdning kallbearbetar pipeändan så att den tillsammans med en skarvhylsa bildar ett krympförband. Man kan även kallbearbeta skarvhylsan. Man kan även bilda ett krympförband direkt mellan pipeändarna utan skarvhylsa (se fig. 4.).

Ofta innebär sprängfogning en kombination av de bägge förbandstyperna.

Om man för ett krympförband använder ett sprängämne med en detonations- hastighet under den kritiska för svetsförband får man en helt eller delvist svetsad yta i krympförbandet.

Det har även tidigare föreslagits en sprängfogningsmetod för rör enligt vilken den inre skarvhylsan utgörs av en metallring, som sitter på den invändigt anordnade laddningens ytterperiferi. Metallringen svetsas fast vid och över de bägge skarvarna. Samtidigt bildar ytterhylsan, pipeändarna och innerringen ett krympförband (se fig. 5, ref. 3). 449 527 "ö" Redogörelse för uppfinningen För sprängfogning av grova rör krävs ringformiga laddningar, som samtidigt kan initieras längs hela sin omkrets. Den simultana antändningen av hela laddningen är absolut avgörande samtidigt som metodens kommersiella genombrott kräver att laddningen kan levereras som en enhet till arbetsplatsen och där endast förses med en erforderlig tändare eller detonator och tryckas in på plats i aktuellt rör. Föreliggande uppfinning hänför sig till en dylik laddning, som dessutom har sådana fysikaliska kemiska och mekaniska egenskaper att den även kan användas pä havsbotten.

Laddningen enligt uppfinningen utgörs av fyra med varandra till en enhet sammanfogade huvuddelar nämligen en verkansladdning, en tändskiva, en fördämning och en buffert (se fig. 6, 7).

Verkansladdningen. som allsâ är ringformad och anpassad till piperörens innerdiameter, är den del av laddningen som åstadkommer svetsningen och/eller kallbearbetningen. Den består av ett sekundärsprängämne företrädesvis pentyl, ett polymert bindemedel samtidigt utnyttjat för att sänka laddningens detonationshastighet, ett fyllmedel med hög densitet för att höja laddningens densitet samt gasblâsor i form av luftfyllda mikrosfärer av glas eller polymert material för att sänka laddningens kritiska diameter och garantera en säker övertändning. I viss mån bestäms sammansättningen av piperörens godstjocklek eftersom större godstjocklekar kräver en högre impuls.

Tändskivans funktion är att vidarebefodra detonationsvågen från tändaren till verkansladdningens hela omkrets simultant. Tändskivan har plan. bukig (kupol) eller konisk form och har i centrum ett infästningsläge för en tändare och är längs sin periferi fast förbunden med verkansladdningen.

Den består av pentyl som ingjutits i samma härdplast som används för verkans- laddningen. I och med att laddning och tändskiva gjuts i samma härdplast är det möjligt att kemiskt förbinda dem med varandra. Detta medför en stor fördel i och med att man inte riskerar någon släppning. Detta är viktigt eftersom verkansladdningen måste antändas längs hela sin omkrets samtidigt. Om laddningen inte skulle initieras kring hela sin omkrets kan resultatet bli förödande, eftersom den osymmetriska impulsen som då uppstår medför att två detonationsvågor bildas som kolliderar någonstans på arbetsytan. D 1- 449 527 I detta fall förstörs materialet och det finns risk för splitter. Efter- som tändskivan inte ska utföra något svetsarbete behövs inga restriktioner på dess detonationshastighet och impuls. Det enda tekniska kravet är att den ska vidarebefodra detonationen från tändaren utan risk för avbrott.

För övrigt är det fördelaktigt att minimera sprängämnesmängden i tänd- skivan av ekonomiska skäl. En tändskiva bestående av 60 vikts-% pentyl och 40 vikts-% härdplast och med tjockleken 4 mm har detonationshastig- heten 6000 m/sek.

Fördämningen består av något material med hög densitet såsom ett metallpulver som ingjutits i sama härdplast som verkansladdningen. Den kan på samma sätt som tändskivan gjutas fast mot laddningen. Fördämningen anordnas på laddningens insida, d.v.s. den sida som är vänd bort från piperörens insida.

Bufferten består av något icke explosivt material. Exempelvis kan den bestå av samma härdplast som i verkansladdningen. Bufferten skall utfylla utrymmet mellan verkansladdningens utsida och piperörets innervägg. Den gjutes eller limmas lämpligen fast på verkansladdnigen. Bufferten kan även bestå av någon mjukplast som samtidigt fungerar som gjutform vid tillverkningen. Bufferten kommer då även att vara ett hölje kring hela laddningen.

Laddningens delar kan även limmas ihop om de tillverkas separat.

Denna laddning levereras helt färdigfabricerad till användaren. Laddningen förblir fullständigt homogen med avseende på sammansättningen eftersom alla komponenter är ingjutna i en plastmatris.

Att applicera laddningen mot arbetsytan innebär helt enkelt att den sticks in i pipeändan. För att detta ska vara möjligt maste laddningen vara något elastisk eftersom pipelinerör ofta inte är helt cirkulära. Således hjälper det inte att tillverka laddningen med låg måttolerans om den är styv.

Genom att välja en lämplig härdplast till laddningen och ett mjukt hölje, då det förekommer, kan man ge laddningen lämplig elasticitet. Efter det att laddningen har applicerats skruvas en tändare fast i avsett hål i tändskivan. För ändamålet har en specialtändare utvecklats vid Nobel Industrier Sverige AB. Denna tändare kännetecknas av att den ger en sym- metrisk detonationsvåg i tändskivans plan och av dubbel funktionssäkerhet. 449 527 'V Då man önskar genomföra en sprängsvetsning med hjälp av en invändig skarv- ring, som svetsas fast över fogen mellan de angränsande rörändorna, trycks eller gjutes laddningen fast i skarvringen innan denna apteras på plats.

Skarvringen kan användas som gjutform för verkansladdningen. Den kan även dessförinnan förses med en invändig spårning för att säkerställa att ladd- ningen hålls på plats.

Att foga samman pipelines på havsbotten är mycket kostsamt med konventionell svetsning. I dessa sammanhang är det därför extra intressant att spängsvetsa.

Laddningen enligt uppfinningen är speciellt väl lämpad för detta ändamål.

Det krävs därvid att laddning ska vara för det första vattenresistent och för det andra okomprimerbar av vattentrycket. Det första kravet upp- fylls i och med att laddningen är gjuten i vattenresistent bindemedel, företrädesvis polyuretan. Det andra kravet innebär att laddningen inte får innehålla mjuka porer, men samtidigt mäste den som redan nämnts inne- hälla luftblåsor. Vi har löst detta problem genom att blanda laddningen i vakuum och tillsätta luftblâsor i form av trycktåliga mikrosfärer med glas- eller polymer vägg. I och med att komponenterna blandas i vakuum kommer den att vara helt fri på komprimerbara luftblåsor.

Laddningen enligt uppfinningen kan gjutas eller pressas till aktuell form.

Dess olika komponenter kan även sammanfogas på flera olika sätt vilket kommer att framgå av det följande.

Dä laddningen enligt uppfinningen gjutes kan detta ske i ett gjutverktyg som användes för ett stort antal gjutningar efter varandra eller kan gjut- ningen ske i engängsformar.

Ett gjutverktyg som skall användas flera gånger kan vara konstruerat av metall, polyuretanskum, trä, silikon eller dylikt. Som regel mäste det behandlas med ett släppmedel före användningen.

Verktyget består lämpligen av flera delar, som gör det möjligt att samman- gjuta verkansladdning, tändskiva, fördämning och buffert vid varandra.

Sammangjutningen av en ny del till en redan gjuten ska ske först efter att polymerisationen i den redan gjutna delen är så långt framskriden, att den nya blandningen inte diffunderar in i denna. När samma polymertyp 449 527 ingår i de olika delarna, är det en fördel, om den redan gjutna delen ej är fullständigt polymeriserad.

Bufferten kan bestå av något färdigfabricerat material såsom en gummimatta.

Denna kan gjutas eller limmas fast vid verkansladdningens ytterperiferi.

Då man gjuter i engângsformar får dessa efter gjutningen bilda ett hölje runt laddningen. Engångsformarna kan bestå av någon mjukplast och kan tillverkas med varmpressning eller vakuumformning. De kan också bestå av någon härdplast och gjutas. Om engångsformen skall sitta kvar måste den liksom laddningen vara elastisk för att kunna ta upp ovaliteterna i pipeändan.

Vid satsvis gjutning av verkansladdningen och fördämningen är det viktigt att ingen sedimentation sker i gjutformen. Detta kan undvikas om polymeri- sationen fortskridit så långt, att viskositeten blivit tillräckligt hög innan nästa komponent gjutes. Detta underlättas om gjutmassorna redan från början har hög viskositet. För tillverkning av laddningar för under- vattensanvändning är det som redan nämnts nödvändigt att blanda under vakuum. Detta är också fördelaktigt för blandning av högviskösa gjutmassor till on shore-laddningar, eftersom den luft som blandas in i gjutmassan efter det att viskositeten blivit hög, ej kan avgå. Även gjutningen bör ske under vakuum. Vid gjutning av massor med så hög viskositet att bland- ningen ej självrinner, kan den tryckas ur blandkärlet till gjutformen eller sugas in i denna med vakuum.

Laddningens delar kan också gjutas separat för att sedan limmas eller på annat sätt hopfogas.

Flera tändskivor kan gjutas samtidigt i en stor planform som kan bestå av en träskiva med sarger, ytbehandlade med silikon, eller en teflonbelagd metallform. Ur den gjutna skivan kan man sedan skära ut flera tändskivor.

Tändskivorna kan även består av valsat skivsprängämne.

Flera verkansladdningar kan gjutas samtidigt i en form. Formen är en hög ring, som kan bestå av metall, polyuretan, silikon eller annat lämpligt material. Formarna måste ytbehandlas. Efter härdningen öppnas formen och flera verkansladdningar kan skäras eller sågas ut ur gjutkroppen. Flera fördämningar kan likaledes gjutas samtidigt på motsvarande sätt, antingen separat eller redan frân början sammanbundna med verkansladdningen. 449 527 -w- Bufferten kan bestå av en gummimatta eller något annat lätt böjligt mate- rial, som limmas fast mot verkansladdningens periferi. Den kan också gjutas fast vid verkansladdningen. Vid detta förfarande förankrar man buffert- materialet på den inneryta av gjutformen, som är närmast verkansladdningens ytterperiferi. Bufferten fastnar vid gjutningen mot verkansladdningen och släpper från gjutformen då denna öppnas.

Ett skivsprängämne innehållande 50 - 90 vikts-% företrädesvis ca. 60 % sprängämne kan användas för framställning av tändskivan till laddningen enligt uppfinningen.

Som redan nämnts kan laddningen enligt uppfinningen tillverkas medelst pressning. Plasten fästes därvid inledningsvis på laddningens fasta par- tiklar. Detta kan ske genom granulering i slurry. Laddningens olika delar framställs därefter genom hoppressning av de granulerade partiklarna.

Pressningen kan ske under vakuum. Beroende på vilken plast man använder kan varmpressning vara nödvändig. Efter pressningen hopfogas de olika delarna med limning eller pressning.

Valet av polymert bindemedel i laddningen enligt uppfinningen bestäms dels av de mekaniska egenskaperna laddningen mäste ha, dels av att ladd- ningen skall vara lagringsstabil och dessutom av vilken tillverkningsmetod som används.

Eftersom plasten kan ingå till ca. 50 vikts-% i laddningen bestämmer plas- tens mekaniska egenskaper i hög grad även laddningens mekaniska egenskaper.

Laddningen ska ha en viss elasticitet för att kunna ta upp ovaliteterna i pipelines, den ska behålla sin elasticitet och måttstabilitet i alla klimatzoner. Vid lagringen får ingen nedbrytning av sprängämnet ske, d v s plasten ska vara kompatibel med sprängämnet och de övriga komponenterna såsom mikrosfärer och metallpulver. Om tillverkningsmetoden är pressning ska plasten dessutom vara pressbar.

Vid satsvis gjutning får polymerisationen ej ge en snabb exoterm, eftersom detta utgör en säkerhetsrisk.

Vid pressning ska man använda någon pressbar plast, förslagsvis en termoplast.

Det kan exempelvis vara fluorerad polyvinyl typ Viton eller termoplastiska polyuretaner. 449 527 -11- Vid gjutning ska något härdande plastsystem användas. Intressanta är poly- uretanelastomerer för sina mekaniska egenskaper.

Vid tillämpningen av förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan som polyisocyanater enhetliga ämnen eller blandningar av sådana komma till användning. Polyisocyanaterna skall ha minst tvâ isocyanatgrupper. Poly- isocyanater med upp till sex isocyanatgrupper kan komma till användning.

Polyisocyanaterna kan ha alifatisk, cycloalifatisk, aralifatisk, aromatisk eller heterocyklisk molekylstruktur. Som exempel på användbara polyisocy- anater kan följande nämnas: 2,4-toluendiisocyanat resp. 2,6-toluendiisocyanat eller deras isomera blandningar, difenylmetan-4,4-diisocyanat, difenyldimetylmetan-4,4-diisocyanat, trifenyl-4,4,4-triisocyanat, fenylendiisocyanat-1,4, 2,2-6,6-tetrametyldifenyl- metan-4,4-diisocyanat, difenyl-4,4-diisocyanat, difenyleter-4,4-diisocyanat, eller deras halogensubstituerade derivat, 2,6-diisopropylen-1,3-diisocyanat, m-xylen-diisocyanat, p-xylen-diisocyanat, tetrametyl-p-xylendiisocyanat, dimer toluen-2,4-diisocyanat, hexan-1,6-diisocyanat, cyclohexan-1,4-diisocyanat, 1, 2, 3, 4, 5, 6-hexahydrodifenylmetan-4,4-diisocyanat och naftalen-1,5- diisocyanat.

I stället för ovannämnda polyisocyanater kan även en mångfald additions- produkter med isocyanatändgrupper komma till användning, Dessa additions- produkter tillverkas på så sätt, att man reagerar en polyhydroxiförening med polyisocyanat i sådant förhållande, att man erhåller minst två isocyanat- grupper per molekyl i överskott. I vissa fall kan överskottet av isocyanat- grupper uppgå till sex stycken per molekyl.

De för tillverkningen enligt uppfinningen användbara polyhydroxiföreningarna kan sammanfattas under begreppet polyetrar. Dessa polyetrar kan till sin natur vara uppbyggda på alifatisk eller aromatisk molekylstruktur. Antalet hydroxigrupper per molekyl som är disponibla för reaktionen med polyiso- cyanaterna kan variera från två till sex. Som exempel på dylika föreningar kan nämnas sådana som är tillverkade med alifatiska dioler, trioler, tetroler, pentoler och hexoler, samt alifatiska diaminer, som initiatorer innehållande tvâ till sex kolatomer. Genom anlagring av etylenoxid, propylenoxid resp. tetrahydrofuran till initiatorerna erhålles två- till sexfunktionella produkter med molekylvikter varierande mellan 100 och 10 000. *n t 449 527 _12..

Dessa ovan beskrivna polyetrar är alifatiska föreningar. För framställning av formmassorna enligt uppfinningen kan emellertid med fördel även polyetrar på aromatisk basis med fem- eller sexlediga ringar komma till användning.

Exempel på dylika föreningar är reaktionsprodukter mellan etylenoxid, propylenoxid resp. tetrahydrofuran och dihydroxidifenylmetan, dihydroxidi- fenylpropan, dihydroxidifenyl eller dihydroxihydantoin.

Dessa aromatiska polyetrar kan innefattas i följande allmänna formler: R R l i | Hlo-c H -lc H Zipn-o- @-A- @-o-lrcl~l2>¿,-c H-oiñ-H R W HKH? H 'lfi H ZlJfrO-lc Hzlïncn-rc H2 iZ-o-llcnziñ-c H-oln-H eller || O cH 1 3 A betecknar en enkel bindning, -CH2- eller -E- CH3 och p = 1 och R = H mer m3 p = 3 och R = H samt n = 1 - 5 Molekylvikten hos dessa föreningar ligger mellan 300 och 800. Dessa ovan- beskrivna föreningar reagerar med polyisocyanater genom polyaddition. '”“ 449 527 Följande system är användbara tackvareïåg viskositet, ïâg exoterm och ïâng "pot 1ife": Isoforondíisocyanat (3-isocyanatometyl-3,5,5-trimetyïcycïohexylísocyanat).

NCXD NCX) e11er 2,2,4-trímetyïhexamety1endiísocyanat CXIN b&(IC) eïïer 2,4,4-trimetyïhexametyïendiísocyanat eïïer deras isomerbïandning (förhållande 1:1).

NCO-halten för dessa isocyanater ska11 ïigga me11an 30 och 40 %.

Som polyhydroxiföreningar användes företrädesvis polyetrar på f-kaprolakton- basis. f- kaproïakton 449 527 -14- O H _ d 0 S? R OH + Ü -% R_O__C_(CH2)5_OH 9 i S? o Q R = kan vara vi1ken OH-termínerad förening som heïst. Förutsättning är emeïïertid att OH-gruppen är grimär.

Funktionaïitet: 2-funktíonelïz H0-*^~^f~«^**"~^“'*0H. 3-funktione11: H0 -«-~”“~§““*"““%~0H OH 4-funktione11: H0 ~\\\\\\ ,fiH Ho__.«-~f XK-nH Pølyestrar har den nackdeïen att de oftast är högviskösa, spröda och ger en snabb och hög temperaturstegring vid polymerisationen.

Lågviskösa polyestersystem innehåller hälsofarïiga monomerer. De för poly- merisatíon av polyestrar använda kataïysatortyperna ínhíberas av nitro- föreningar och nitratestrar. Poïyestrar är därför olämpliga för detta ändamåï. _ 15_ 449 527 Silikoner, som har elastiska egenskaper, kan däremot användas, åtminstone i vissa fall. Dessutom härdar de ut fullständigt vid rumstemperatur utan snabba exotermer. Däremot är priset ofördelaktigt jämfört med isoforonbaserade polyuretansystem. Dessutom är viskositeten oftast högre för silikonsystemen.

Hållfastheten för silikon är ej heller lika hög som för polyuretansystemen.

Epoxiplaster kan däremot som regel ej användas då katalysatorerna ofta inte är kompatibla med sprängämnet.

Exem el Laddningar för svetsfogning av gaspipe med ytterdiametern 595 mm och gods- tjockleken 8 mm tillverkades enligt följande: Plasten bestod av ett isoforonbaserat polyuretansystem med en lâgmolekylär polyol. Polymerisationen för detta system är långsam men fullständig med "pot life" 1 timme utan fyllmedel. Blandningen utfördes i en planetomrörare av fabrikatet Planetron. Polyolen och isocyanaten blandades under 20 min under vakuum.

Därefter tillsattes glasmikrosfärer av fabrikatet 3 M, SS/X av en mängd motsvarande 5 vikts-% och zinkpulver ECKA MP 3/129/G av en mängd motsvarande 20 vikts-%. Slurryn blandades i 40 min under vakuum, varefter kristalliserad pentyl av fabrikat Nobelkrut NSP 19 av en mängd motsvarande 30 vikts-%.

Blandningen omrördes under vakuum i ytterligare 10 min.

Totalt blandades 6 kg. Blandningen utfördes vid rumstemperatur. Reaktions- exotermen gav upphov till en temperaturhöjning understigande 10°C under blandningen.

Därefter göts laddningen i en ringformad gjutform beståênde av silikon av fabrikatet Hacker Kemi, RTV-ME 622 A+B. Laddningen fick härda i 12 timmar vid rumstemperatur innan den togs ur formen. v 4-49 527 _15- Fördämningen bestod av viktsmässigt lika delar zinkpulver och polyuretanplast enligt ovan. Komponenterna blandades i 60 min i planetblandaren. Fördämningen göts i en ringformad gjutform vars utsida utgjordes av verkansladdningen insidan. Botten och insida bestod av silikon. Fördämningen blev på detta sätt fastgjuten vid verkansladdningen.

Tändskivan bestod av 45 vikts-% polyuretanplast, 40 vikts-% grovkornig pentyl av fabrikat Nobelkrut NSP 19 och 19 vikts-% finkornig pentyl av fabrikat Nobelkrut NSP 13 och 1 vikts-% lecitin.

Komponenterna blandades i 10 minuter under vakuum i planetomröraren. Där- efter hälldes blandningen ut på en gjutform bestående av en polystyrenskiva som lagts på högkanten av den ring som verkansladdningen och fördämningen utgör. Polystyrenskivan täckte bara den del av högkanten som motsvaras av fördämningen.

På verkansladdningens ytterperiferi sattes en sarg som stack up ca. 1 cm över högkanten. Sargen bestod av 1 mm tjock polystyrenskiva.

En mängd som motsvarades av en 4 mm tjock tändskiva hälldes på gjutytan.

Blandningen flöt ut till ett jämt skikt och härdade fast vid verkansladd- ningens högkant, som inte täcktes av polystyrenskivan.

Vid denna tillverkningsmetod blir polystyrenskivan en del av laddningen.

På verkansladdningens ytterperiferi limmades en gummimatta 1 mm tjock som buffert. På tändskivans mitt skars ett hål med diametern 5 mm ut för tändare. Laddningen applicerades i pipeändan. Även då pipens ovalitet var 1 cm var laddningen tillräckligt elastisk för att ligga an mot arbets- ytan. Därefter skruvades en tändare som specialutvecklats vid Nobel Industrier fast i hålet på tändskivan. Därefter explosionssvetsades pipe- ändan fast vid en yttre skarvhylsa. Fogen befanns vara fullständig medelst ultraljud och varken skarvhylsa eller pipe skadades. Ett dragprov utfördes på ett segment av skarven. Materialet brast och ej svetsfogen (fig. 8.). 449 527 _17..

En annan laddning, som tillverkats på samma sätt som laddningen ovan användes för att kontrollera samtidigheten för detona- tionsvågen mellan symmertripunkter i laddningen.Samtidigheten bekräftades genom att registrera detonationsvågen med pentylstubin och vittnesplåtar. Vi fann att detonationen var samtidigt genom hela laddningen. En förenlighetstest gjordes med mikrokalorimetri vid 70°C under 10 veckor. Inga exotermer eller endotermer registrerades. Detta motsvarar en lagrings- beständighet av minst 6 är vid rumstemperatur.

Figurbeskrivningar Figur 1 visar i snedprojektion den vid all explosionssvetsning konventionella konfigurationen. Vid explosionssvetsning av rör har konfigurationen en krökningsradie lika med rörets.

Figur 2 visar hur överplåten enligt figur 1 accelereras mot underplâten av impulsen från detonationsvågen genom laddningen.

Figur 3 visar ett snitt genom konfigurationen för sprängsvetsning av rör. Den övre delen av figuren visar läget före explosions- svetsningen och den undre läget efter densamma.

Figur 4 visar ett snitt genom konfigurationen för sprängfogning av rör genom kallformning som ger ett krympförband. Den övre halvan av figuren visar läget före fogningen och den undre läget efter.

Figur 5 visar på motsvarande sätt som fig 3 och 4 en konfigura- tion som ger både ett krympförband och ett svetsförband.

Figur 6 och 7 visar tvärsnitt genom två olika typer av laddningar.

Figur 8 visar ett snitt genom ett generellt arrangemang vid ett dragprov på en sprängsvetsförband mellan rör och skarvhylsa. 449 527 _18- Figur 9 visar en elektronmikroskopibild av sprängsvetsfogen enligt exemplet. Fogen uppvisar det för fogtypen karakteristiska vågmönstret.

Den på figur 1 visade uppställningen innefattar en laddning 1, ett accelerationsgap 2, en underplåt 3, en överplåt 4 och en buffert 5. Dessutom ingår en detonator 6 och en fördämning 7.

I figur 2 ingår samma detaljer som i figur 1. Då laddningen 1 detoneras inträder den på figur 2 illustrerade aktiviteten i och med att överplàten 4 av impulsen från detonationsvågen accelereras mot underplåten 3.

Den på figur 3 visade uppställningen innefattar ett rör 8, en skarvhylsa 9, en yttre support eller mothåll 10. Explosions- svetsladdningen består av själva laddningen 11, en buffert 12, en fördämning 13, en tändskiva 14 av explosivt material samt en detonator 15. Det färdiga förbandet på den nedre delen av figuren har.beteckningen 16.

I den på figur 4 visade konfigurationen ingår ett första rör 17, ett andra rör 18 en verkansladdning 19, en buffert 20, en för- dämning 21 och en tändskiva 22. Detonatorn är ej utritad på* figuren.

I figur 5 ingår ett första rör 23, ett andra rör 24, en skarv- hylsa 25, en inre metallring 26, en verkansladdning 27, en tänd- skiva 28 och en detonator 29.

De på figurerna 6 och 7 visade sprängsvetsladdningarna innefattar de verkliga verkansladdningarna 30, fördämningar 31, buffertar 32 samt en plan tändskiva 33 enligt figur 6 och en bukig tänd- skiva 34 enligt fig 7. Dessutom ingår detonatorer 35. _19; 449 527 I det på figur 8 illustrerade dragprovet av ett sprängsvetsför- band har själva sprängsvetsen fått beteckningen 36 medan en del av en skarvhylsa har beteckningen 37 och motsvarande del av ett rör 38. Kraftpilarna F markerar belastningen under själv dragprovet medan platsen för det slutgiltiga brottet har beteckningen 39.

Referenslista 1. William O. Munson Sheet Explosives Studies Thiokol / Wasatch Division Technical Report No. AFWL-TR-73-19 2. Bertham et. al.

Molded explosive bodies having variable detonation speeds U.S. Patent no. 3.925.122 3. I. Persson, B. Persson Skarvförband för sammanfogning av två rörändar Sv. Patent nr. 8303264~9

Claims (5)

449 527 v20.- Patentkrav

1. Explosiv laddning för sprängfogning av främst grova rör såsom pipelines innefattande en ringformig verkansladdning bestående av ett sekundär- sprängämne såsom trotyl, pentyl, hexogen, oktogen eller alternativt ammoniumnitrat, en av något av dessa explosivämnen framställd tändskiva med en cirkulär ytterperiferi och en centrerad tändöppning för aptering av en detonator eller tändare förenad runt om med verkansladdningen längs hela den egna ytterperiferin samt en buffert av ett elastiskt deformerbart material, som täcker verkansladdningens mot det objekt som skall sprängfogas vända yttersida, avsett att överbrygga avståndet till detta, samt en verkansladdningens motriktade, bort från nämnda objekt som skall sprängfogas, vända innersida täckande fördämning av ett material med hög densitet k ä n n e t e c k n a d därav att samma typ av sprängämne och polymert bindemedel ingår i såväl tändskiva som verkansladdning, varvid dock åtminstone den senare dessutom inne- håller ett med övriga komponenter kompatibelt ämne med hög densitet såsom ett metall- eller metalloxidpulver samt gasblåsor i form av .luftfyllda mikrosfärer av glas eller polymert material.

2. Explosiv laddning enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d därav att verkansladdningen innehåller 30 - 70 vikts-% sprängämne, 20 - 60 vikts% polymert bindemedel, 20 - 40 vikts-% metall- eller metalloxid- pulver samt 5 - 10 vikts-% luftfyllda mikrosfärer.

3. Explosiv laddning enligt krav 1 eller 2 k ä n n e t e c k n a d därav att tändskivan innehåller 50 - 80 vikts-% sprängämne, 20 - 50 vikts-% polymert bindemedel samt eventuella tillsatser av metall- eller metalloxidpulver och mikrosfärer.

4. Explosiv laddning enligt krav 1, 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a d därav att tändskivan, verkansladdningen, bufferten och fördämningen är sammanfogade till en enhet.

5. Explosiv laddning enligt ett eller flera av kraven 1 - 4 k ä n n e- t e c k n a d därav att verkansladdning och tändskiva är gjutna i en och samma förlorade form av ett elastiskt deformerbart polymerma- terial och varvid formens yttervägg bildar bufferten kring verkans- iadaningan. i - 21.- 449 527 Explosiv laddning enligt något av kraven 1 - 5 k ä n n e t e c k- n a d därav att tändskivan är bukig eller svag konisk. Explosiv laddning enligt något av kraven 1 - 6 k ä n n e t e c k- n a d därav att som bindemedel i åtminstone verkansladdning och tändskiva ingår en isoforonbaserad polyuretan. Explosiv laddning enligt krav 7 k ä n n e t e c k n a d därav att den som bindemedel i tändskiva och verkansladdning ingående poly- uretanen är baserad på endera av följande diisocyanater med NCO-halter mellan 30 och 40 % Isoforondiisocyanat NCC) NCC) VV? a e.. eller 2,2.4-trimetylhexametylendiisocyanat NCXD eller 2,4,4-trimetylhexametylendiisocyanat oc" Nco eller deras isomerblandning (företrädesvis i förhållandet 1 : 1) samt en lämplig polyeter. 449 527 10. 11. 12. _ 22 _ Explosiv laddning enligt krav därav att polyetern är en E -kaprolakton som beroende av initiatorsubstans kan vara 2-, 3- eller 4-funktionell samt med ett hydroxyltal mellan 100 och 1000 dock företrädesvis ca. 200. därav Explosiv laddning enligt krav 8 k ä n n e t e c k n a d att polyetern utgörs av etylen- eller propylenoxid. Sätt att framställa en explosiv laddning i enlighet med ett eller flera av kraven 1 - 7 k ä n n e t e c k n a t därav att laddningens delkomponenter såsom fördämning, eventuell buffert verkansladdning och tändskiva var för sig och efter varandra gjutes i samma form varvid det polymera bindemedlet, som i varje komponent ingår i olika procent- halter utgör den gemensamma ingrediensen i samtliga dessa delkomponenter. Sätt enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t därav att laddningen blandas och gjutes i vakuum.