Способ восстановления металлических изделий

 

Использование: изобретение относится к обработке металлов давлением взрыва взрывчатых веществ и может быть использовано для восстановления формы и размеров крупногабаритных изделий и конструкций. Сущность: при восстановлении металлических изделий заряды располагают на одной из пластин, а их подрыв на последней осуществляют последовательно группами через промежутков времени, указанный в описании.

Изобретение относится к обработке металлов давлением взрыва взрывчатых веществ и может быть использовано для восстановления формы и размеров крупногабаритных изделий и конструкций.

Известен способ стабилизации формы и размеров металлических изделий, сущность которого заключается в том, что изделие предварительно приводят в упруго-напряженное состояние закреплением в размер, а ударное нагружение осуществляют путем одновременного подрыва одинаковых зарядов взрывчатого вещества, расположенных на противоположных сторонах стенки изделия с амплитудой напряжений, превышающих динамический предел текучести материала изделия [1].

Недостатком известного способа является ограниченность его применения, так как создание ударных волн с амплитудой напряжений, превышающих динамический предел текучести материала изделия, требует применения зарядов достаточно большой мощности, что не всегда приемлемо из-за возможности повреждения других деталей, закрепленных на изделии, а уменьшение мощности зарядов приводит к снижению эффективности снятия напряжений в изделии и невозможности стабилизации его формы.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному решению является способ восстановления металлических изделий, заключающийся в закреплении изделия в размер, и осуществлении ударного нагружения путем одновременного подрыва зарядов, расположенных на пластинах с акустической жесткостью материала, превышающей акустическую жесткость изделия, находящихся в контакте с обеими сторонами стенки изделия и тем самым создающих циркуляцию ударных волн по металлу изделия, что снимает остаточные и наведенные напряжения в металле изделия и как следствие восстанавливает его форму [2].

Недостатком известного способа является ограниченность его применения, так как часто вследствие конструктивных особенностей изделия невозможно располагать заряды взрывчатого вещества по обеим сторонам стенки изделия из-за опасности повреждения его элементов, а расположение зарядов с одной стороны изделия приводит к снижению эффективности снятия напряжения в изделии, так как в этом случае при одновременном подрыве зарядов созданные ими ударные волны циркулируют по стенке изделия в одинаковой фазе, поэтому отсутствует эффект выравнивания давления, ответственного на снятие напряжений, по толщине стенки изделия, что происходит только при встрече ударных волн, когда их амплитуды (давление на фронте) складываются.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей взрывного способа восстановления изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе восстановления изделий, включающем размещение на обеих сторонах стенки изделия пластин с акустической жесткостью материала, превышающей акустическую жесткость материала изделия, приведение изделия совместно с пластинами в упруго-напряженное состояние и нагружение путем подрыва зарядов взрывчатого вещества, согласно изобретению заряды располагают на одной из пластин, а ударное нагружение осуществляют последовательным подрывом зарядов группами, при этом разновременность в подрыве одной группы зарядов от другой должна удовлетворять соотношению Δt = Н /V, (1) где Δ t - разновременность в подрыве группы зарядов; H - толщина стенки изделия; V - средняя скорость распространения ударной волны по материалу изделия.

Соотношение (1) получено из следующих рассуждений. Пусть толщина стенки изделия равна H, а толщина пластины, на которой располагаются заряды (по крайней мере два), равна h. Тогда время прохождения расстояния (h + H + H/2) первой ударной волной (от подрыва первого заряда) до встречи ее с второй ударной волной по середине стенки равно t₁= , а для второй ударной волны (от взрыва второго заряда) это время равно t₂= , следовательно, разновременность Δt в подрыве зарядов для того, чтобы ударные волны встретились по середине стенки изделия, должна быть равна Δt = t₁ - t₂ = H/V.

Именно заявляемое соотношение разновременности подрыва одной группы зарядов от другой и их расположение на одной лишь из сторон стенки изделия (ввиду невозможности обработки обеих) обеспечивают создание в изделии циркулирующих в разных фазах ударных волн, их встречу по середине стенки изделия и тем самым выравнивание давления по толщине и как следствие повышение эффективности снятия напряжения и восстановление формы изделий.

П р и м е р 1. Производилась рихтовка взрывом двух листов 2000х30 мм из стали 08Х18Н10Т, сваренных в стык по меньшей (2000 мм) стороне. Операцией сварки была произведена натяжка листов с образованием двугранного угла между листами вдоль сварного соединения, при этом максимальная неплоскостность составляла ≈ 6 мм (что не допускается НД). Листы были уложены на плаз, изготовленный из стали 20. Вдоль сварного соединения на местах была расположена пластина размером 2000х300х5 мм из стали 20. Затем листы (в области сварного соединения) совместно с пластиной плотно прижимались к плазу. Таким образом, область сварного шва и околошовная зона оказывались между двумя пластинами из стали 20 (в нашем случае плаз использовался как пластина, акустическая жесткость которой больше, чем акустическая жесткость стали 08Х18Н10Т). После этого вдоль пластины, а значит и сварного соединения, на пластину укладывалиись 10 детонирующих шнуров марки ДША, так что промежуток между ними составлял ≈2,5...3,0 мм. На поверхности пластины первоначально детонировали все четные ДША, а после все нечетные детонирующие шнуры. Для того, чтобы детонация от четных ДША, детонирующих первыми, не передавалась нечетным, в промежутке между ними укладывали прокладки из резины. Разновременность Δ t между двумя подрывами двух групп ДША рассчитывалась по соотношению (1). В нашем случае H = 30 мм, V = 6 мм/мкс, т.е. Δ t = 5 мкс. Таким образом, четные детонирующие шнуры должны сдетонировать на поверхности пластины на ≈ 5 мкс раньше нечетных ДША. Эта задержка осуществлена за счет увеличения длины участков нечетных ДША, которые располагали до пластины следующим образом: скорость детонации ДША - D = 6,5 мм/мкс, следовательно, за Δ t = 5 мкс, продетонирует участок шнура l = D ˙ Δ t ≈ 33 мм. На эту величину l ≈ 33 мм нечетные ДША были длиннее четных. Все 10 ДША инициировались одновременно с одного конца, но за счет разности в длине участков, расположенных до пластины, на самой пластине четные ДША детонировали раньше на Δt = = 5 мкс нечетных ДША, что обеспечивало циркуляцию ударных волн в металле сварного шва и околошовной зоны и их взаимодействие (сложение амплитуд), что способствовало более эффективному снятию напряжений в сварном соединении. Так после разневоливания листов максимальная неплоскостность составила ≈ 1 мм, что удовлетворяло требованиям нормативной документации.

П р и м е р 2. Проводилась правка вмятины на корпусе теплообменника ЕА N 413 (заказ TOYO ENGINERING CORPORATION). Теплообменник состоит из двух коаксиально установленных (стальных - Ст 08Х18Н10Т) цилиндров: внешнего с толщиной стенки 25 мм и диаметром 2300 мм и внутреннего с толщиной стенки 14 мм и диаметром 1200 мм, в котором по длине на поверхности были сделаны "окна" - отверстия различного диаметра. Во внутреннем цилиндре размещался "трубный пучок" - система труб диаметром 16х1,2 мм. Вмятина была на внешнем цилиндре-корпусе и обращена вовнутрь цилиндра. Площадь вмятины 500х500 мм, глубина 15 мм и располагалась она напротив одного из "окон" внутреннего цилиндра, поэтому применение способа, взятого за прототип (расположение зарядов с обеих сторон стенки внешнего цилиндра в месте расположения вмятины), было невозможно из-за возможности повреждения (смятия) "трубного пучка". Поэтому в этом случае был применен предлагаемый способ: по обеим сторонам вмятины были расположены пластины толщиной 3 мм из стали 20, акустическая жесткость которой больше чем у Ст. 08Х18Н10Т (у материала стенки внешнего цилиндра) и с помощью специальной оснастки стенка цилиндра (в месте расположения вмятин) совместно с пластинами была приведена в размер. Заряды из аммонита N 6 ЖВ в количестве двух штук были расположены на пластине с наружной стороны стенки внешнего цилиндра. Площадь каждого заряда была 600х300 мм и толщина 10 мм. Заряды подрывались от детонирующего шнура марки ДША последовательно через промежуток времени Δ t = 4 мкс (Δ t = H/V, H = 25 мм, V = 6 мм/мкс), что обеспечивало циркуляцию ударных волн от взрыва каждого заряда по стенке цилиндра, при этом место встречи ударных волн происходило примерно по середине стенки, а это, в свою очередь, позволяло выравнивать давление от взрыва зарядов по толщине стенки и как следствие более эффективно снимать остаточные и наведенные (при закреплении стенки цилиндра в размер) напряжения в стенке цилиндра. После обработки стенки изделия взрывом и снятия креплений форма цилиндра (в месте расположения вмятины) удовлетворяла КД.

Использование предлагаемого способа восстановления формы металлических изделий позволит расширить технологические возможности применения способа. Так если по техническим причинам невозможно обрабатывать взрывом обе стороны стенки изделия, то предлагаемым способом достаточно обработать одну поверхность стенки изделия, не снижая при этом эффективность снятия напряжений в изделии.

Формула изобретения

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий размещение на обеих сторонах стенки изделия пластин с акустической жесткостью материала, превышающей акустическую жесткость материала изделия, приведение изделия совместно с пластинами в упругонапряженное состояние, нагружение путем подрыва зарядов взрывчатого вещества, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, заряды располагают на одной из пластин, а их подрыв осуществляют последовательно группами через промежуток времени Δt = , где H - толщина стенки изделия; v - средняя скорость распространения ударной волны по металлу изделия.