Комбинированная схема компактирования и сварки взрывом

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 791. 76: 621.7. 044. 2
В. М. Оголихин, д-р техн. наук, И. В. Яковлев, д-р техн. наук
КОМБИНИРОВАННАЯ СХЕМА КОМПАКТИРОВАНИЯ И СВАРКИ ВЗРЫВОМ
Конструкторско-технологический филиал Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, s-shem@yandex. ru
Рассмотрена возможность изготовления многослойных композиционных изделий на основе комбинированной схемы взрывного нагружения, позволяющей получать данные изделия сложной конфигурации при одновременном компактировании порошкового материала и сварке взрывом металлических деталей. Показан вариант практического применения данной схемы при разработке и изготовлении цилиндрических контейнеров для транспортировки и хранения радиоактивных веществ.
Ключевые слова: многослойное композиционное изделие, взрывное нагружение, сварка взрывом, компактирова-ние, порошковый материал, контейнер, радиоактивное вещество.
V. M. Ogolikhin, I. V. Iakovlev
COMBINED METHOD OF COMPACTION AND EXPLOSION WELDING
Design and technology department of Lavrentyev institute of hydrodynamics SB RAS, s-shem@yandex. ru
An opportunity of producing multilayered composites based on the combined method of explosive loading, which allows to produce these composites of irregular shape during simultaneous powder material compaction and explosion welding of steel components is studied in the paper. An option of practical application of this method while developing and producing cartridges for transporting and storage of radioactive substances is shown in the paper.
Keywords: multilayer composite shape, explosive loading, explosion welding, compaction, powder material, cartridge, radioactive substance.
Использование энергии взрыва от детонации зарядов взрывчатых веществ в ряде исследований привело к появлению термина «обработка материалов взрывом». Области новых промышленных технологий, основанные на операциях обработки материалов взрывом, охватывают в настоящее время сварку, прессование, компактирования, упрочнение, штамповку, калибровку, развальцовку, гравировку, разрушение, разделение, синтез и т. д. Данные технологии используются как для изготовления различных новых материалов, конструкций и изделий с повышенными эксплуатационными свойствами, так и для утилизации или управляемого разрушения различных конструкций, изделий и материалов, включая боеприпасы и военную технику. Эффективность всех взрывных технологий в значительной степени определяется этапом разработки и расчёта схем взрывного нагружения. При решении новых технологических задач разработка новой схемы
нагружения производится обычно на базе уже известных конструкторско-технологических решений с использованием литературных данных и результатов собственных исследований и разработок.
К настоящему времени известно несколько сотен технологических схем сварки металлов взрывом [1, 2] и несколько меньшее количество технологических схем прессования и компак-тирования порошковых материалов взрывом [3, 4]. Для большинства схем взрывного нагружения общим признаком как сварки, так и ком-пактирования является метание одного из элементов энергией заряда взрывчатого вещества и его соударение с другими элементами.
Отличие схем нагружения при сварке и ком-пактировании взрывом заключается в том, что при сварке взрывом обеспечивают косое соударение свариваемых элементов, а при компакти-ровании порошкового материала обеспечивают, как правило, плоское соударение метаемого
элемента с порошком.
В данной работе предложена комбинированная схема одновременного компактирова-ния порошкового материала и сварки взрывом плоских заготовок одним зарядом взрывчатого вещества в монолитное многослойное композиционное изделие. В предлагаемой комбинированной схеме, перед установкой метаемой заготовки на неподвижной заготовке, являющейся металлической основой многослойного изделия, по периметру относительно горизонтальной поверхности выполняют скосы под углом Io & lt- ф & lt- 20°, на горизонтальной поверхности неподвижной заготовки выполняют полость и заполняют компактируемым порошковым материалом. Интервал углов скосов от Io до 20° выбирается исходя из того, что при сварке взрывом листовых металлических заготовок между собой для большинства металлов необходимо обеспечить косое соударение под углом от Io до 20 °. При меньших или больших углах соударения сварка либо не происходит, либо не достигает нужного качества [5, б].
Сущность комбинированной схемы компак-тирования и сварки взрывом поясняется графическим материалом (рис. і), где на рисунке і, а показано положение неподвижной и метаемой заготовок, компактируемого порошкового материала перед взрывной обработкой, а на рисунке і. б, в — то же в процессе обработки энергией взрыва.
Метаемую заготовку і устанавливают под углом, а к горизонтальной поверхности 2 неподвижной заготовки З, на которой в специальном углублении 4 размещён компактируемый порошковый материал 5. По краям неподвижная заготовка З имеет наклонную поверхность б, имеющую угол наклона Io & lt- ф & lt- 20° к горизонтальной поверхности 2. На метаемой заготовке і размещают заряд взрывчатого вещества (ВВ) Т и в точке заряда ВВ, наиболее удалённой от неподвижной заготовки З, устанавливают детонатор 8. Собранный таким образом
пакет размещают на основании 9 (песок, грунт, дробь, стальная плита и др.). При этом заряд ВВ 7 (рис. 1, б) подобран таким образом, что при метании заготовки 1, она поворачивается под действием продуктов взрыва на угол в, равный углу, а между метаемой заготовкой 1 и горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3.
Метаемая заготовка 1 (рис. 1, в) после инициирования заряда ВВ 7 приобретает скорость V, направленную вертикально вниз, поворачивается на угол в = а и плоско соударяется с горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3. В результате плоского соударения метаемой заготовки 1 с горизонтальной поверхностью 2 и порошковым материалом 5, расположенным в специальном углублении 4 на горизонтальной поверхности 2 неподвижной заготовки, происходит компактирование порошкового материала 5.
Далее после соударения центральной части метаемой заготовки 1 с горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3 края метаемой заготовки 1, летящие горизонтально, соударяются с наклонной поверхностью 6 неподвижной заготовки 3 под ранее заданным углом ф.
В результате косого соударения под углом ф происходит качественная сварка метаемой заготовки 1 с неподвижной заготовкой 3 по наклонной поверхности 6. Угол ф задают при механической обработке неподвижной заготовки 3, согласовывая расположение горизонтальной 2 и наклонной 6 поверхностей в интервале от 7° до 20°. Угол ф выбирают равным углу соударения у, который обеспечивает качественную сварку взрывом плоских листовых заготовок из данных материалов при их параллельном расположении и использовании аналогичных зарядов ВВ. Выбор величины угла ф также зависит от свойств материала метаемой и неподвижной заготовок и, как правило, определяется экспериментально.
Рис. 1. Комбинированная схема компактирования и сварки взрывом:
расположение свариваемых заготовок и компактируемого порошка: а — в исходном виде- б — в процессе детонации заряда и полёта метаемой заготовки- в — в процессе компактирования и сварки
Описанное взаимное расположение метаемой и неподвижной заготовок в процессе взрывного нагружения позволяет плакировать сложные поверхности неподвижной заготовки с одновременным компактированием порошкового материала, размещённого в неподвижной
заготовке на горизонтальной поверхности в специальном углублении, и сваривать часть поверхности метаемой заготовки с наклонной поверхностью неподвижной заготовки.
При изготовлении на неподвижной стальной заготовке диаметром 170 мм и высотой 30 мм
на одной из сторон по периметру протачивали усечённую коническую поверхность с наклоном образующей конуса к горизонтали под углом ф = 14° и диаметром 80 мм. На горизонтальной поверхности усечённого конуса протачивали специальное углубление глубиной 15 мм и диаметром 70 мм. В углублении размещали порошковый материал (смесь порошков меди и карбида вольфрама) и статически подпрес-совывали. В качестве метаемой заготовки использовали стальную (Ст3) пластину размером 200200×3 мм. На метаемой пластине располагали заряд ВВ (смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1: 1) слоем высотой 50 = 18 мм. Скорость детонации (D) составляла 3100 м/с. При этом между соударяющимися элементами обеспечивался зазор, необходимый для приобретения метаемой пластиной расчётной скорости соударения.
С учётом полученных результатов метаемую заготовку с зарядом ВВ устанавливали с зазором от 5 до 20 мм относительно горизонтальной поверхности усечённого конуса неподвижной заготовки под углом 11°. Заряд В В инициировали электродетонатором из точки, наиболее удалённой от неподвижной заготовки.
На горизонтальной поверхности неподвижной заготовки происходило плоское соударение метаемой заготовки с порошковым материалом и компактирование последнего. По конической поверхности происходило косое соударение заготовок под углом 14° и их сварка.
В результате было получено многослойное
изделие с качественной сваркой металлических заготовок по краям между собой и качественное компактирование порошкового материала.
Предложенный способ изготовления многослойных композиционных изделий на основе комбинированной схемы взрывного нагружения позволяет получать многослойные изделия сложной конфигурации при одновременной обработке взрывом металлических заготовок и порошковых материалов [7]. Этот способ нашёл практическое применение при разработке и изготовлении цилиндрических контейнеров для транспортировки и хранения радиоактивных веществ. Полученные предложенным способом слоистые заготовки были использованы для изготовления днища и крышки контейнера, что позволило полностью изолировать радиоактивное вещество от окружающей среды.
Библиографический список
1. Лысак, В. И. Сварка взрывом / В. И. Лысак, С. В. Кузьмин. — М.: Машиностроение, 2005. — 544 с.
2. Оголихин, В. М. Сварка взрывом в электрометаллургии / В. М. Оголихин, И. В. Яковлев. -Новосибирск: СО РАН, 2009. — 160 с.
3. Рогозин, В. Д. Взрывная обработка порошковых материалов / В. Д. Рогозин. — ВолгГТУ, Волгоград.- 2002. 136 с.
4. Крупин, А. В. Обработка металлов взрывом / А. В. Крупин, В. Я. Соловьёв, Г. С. Попов, К. Кръсев. — М.: Металлургия, 1991.- 496 с.
5. Симонов, В. А. Области сварки взрывом, основные параметры и критерии/ В. А. Симонов. — Новосибирск.: СО РАН, 1995. — 61 с.
6. Захаренко, И. Д. Сварка металлов взрывом / И. Д. Захаренко.- Минск.: «Навукаггэхтка», 1990.- 205 с.
7 Патент Р Ф № 2 365 475, С2В23К. Способ изготовления многослойных изделий энергией взрыва / В.М. Оголихин- заявитель и патентообладатель ИГиЛ СО РАН. -№ 2 007 124 881/02 от 02. 07. 2007- опубл. 27. 08. 2009, Бюл. № 24.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой