Способ изготовления сваркой взрывом многослойной цилиндрической конструкции

 

Использование: в технологии изготовления многослойных цилиндров, обечаек, рулонированных сосудов высокого давления в различных отраслях промышленности. Сущность изобретения: для получения многослойной композиционной цилиндрической конструкции с заданными свойствами спиральную намотку производят из биметаллического или многослойного листа, а также из двух и более листов однородного или разнородного материала. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления многослойных цилиндров, обечаек, рулонированных сосудов высокого давления в различных отраслях промышленности.

Известны способы сварки взрывом биметаллических цилиндрических трубных заготовок (Крупин А.В. и др. Деформация металлов взрывом. М.: Металлургия, 1975, с.416), по которым предварительно изготавливают две трубные заготовки, затем размещают одну в другой с образованием зазора между стенками, а снаружи или внутри устанавливают цилиндрический заряд ВВ.

Недостатком данного способа является то, что первоначально необходимо каким-либо способом изготовить трубные заготовки и чем больше требуется слоев в многослойной конструкции, тем больше исходных заготовок.

Известен способ изготовления многослойных рулонированных сосудов (авт. св. СССР N 281690, кл. B 23 K 31/06, B 21 D 51/24, 1970), по которому заготовку получают путем сворачивания листа по спирали с закреплением его начальной и конечной кромок.

Заготовка по данному способу получается с неуплотненными слоями для некоторых многослойных изделий, что является существенным недостатком.

За прототип принят способ изготовления многослойных цилиндрических конструкций (патент Японии N 49-17154, кл. B 23 K 31/00, 1974), по которому многослойную цилиндрическую конструкцию получают в результате намотки стального листа в спираль с последующим уплотнением слоем сдвигом их вдоль оси конструкции.

Недостатком способа является то, что требуется специальное оборудование для операции сдвига. Для облегчения сдвига в процессе запрессовки применяют антифрикционные материалы, которые остаются между слоями готового изделия, это снижает жаростойкость и прочность изделия при эксплуатации. Данный способ также не обеспечивает качественного соединения по слоям.

Изобретение направлено на получение качественной многослойной цилиндрической конструкции, которая получается за счет использования спиральной намотки листа с зазором между витками спирали, а уплотнение витков производится сваркой взрывом. Намотку листа по всей длине осуществляют с зазором между витками, а уплотнение - сваркой витков между собой по спиральным плоскостям цилиндрическими зарядами ВВ, установленными соосно спирали.

Для получения цилиндрической конструкции с заданными свойствами спиральную намотку предлагается изготавливать из биметаллического или многослойного листа, а также из двух и более листов однородного или разнородного материала, сворачивая их в спираль с зазорами между собой.

Для получения более точных размеров заготовок многослойных цилиндрических конструкций предлагается намотку листа производить на внутренних и внешних оправках, сварку проводить на оправках с использованием цилиндрических внешних и внутренних зарядов ВВ, расположенных соосно цилиндрической конструкции и оправке.

Для улучшения качества наружных и внутренних поверхностей предлагается устанавливать между намоткой и зарядами ВВ цилиндрические фальшобечайки.

На фиг. 1 показано получение спиральной цилиндрической конструкции из листа; на фиг.2 схематично показана цилиндрическая конструкция с зарядом ВВ перед сваркой взрывом; на фиг.3 показано сечение А-А на фиг.2 с расположением витков спирали относительно друг друга и заряда ВВ; на фиг.4 схематично показаны процесс детонации зарядов ВВ и процесс сварки витков спирали между собой; на фиг.5 показано положение спирали и заряда ВВ при намотке листа на внутреннюю оправку; на фиг.6 показано сечение спирали и заряда ВВ после намотки листа на наружную оправку; на фиг.7 показано положение спирали при намотке листа на внутреннюю оправку с установкой снаружи фальшобечайки и заряда ВВ.

Способ заключается в следующем.

Плоский лист 1 (фиг.1) толщиной 2 по длине наматывается в спиральную конструкцию 3 с осью 4 намотки, витками 5, зазорами 6 и спиральными плоскостями 7. Спиральная конструкция (фиг. 2) устанавливается вертикально на основание 8, при этом начальный 9 (фиг.3) и конечный 10 участки спирали закрепляют.

Для осуществления сварки витков 5 (фиг.2 и 3), расположенных с зазором 6 относительно друг друга по спиральным плоскостям соосно конструкции, снаружи и изнутри устанавливают цилиндрические заряды 11 и 12 ВВ, инициирование которых (фиг.3) производят синхронно с помощью детонационного шнура 13 и детонатора 14. В результате синхронной детонации зарядов 11 и 12 (фиг. 4) по заряду ВВ распространяется фронт 15 детонации со скоростью Д, под действием продуктов взрыва 16 витки 5 спиральной конструкции, расположенные с зазором 6 относительно друг друга, последовательно свариваются между собой по спиральным плоскостям с образованием многослойной цилиндрической конструкции.

В случае намотки листа на внутреннюю оправку 19 (фиг.5) виток, касающийся оправки, располагается без зазора, а последующие витки 5 расположены с зазором 6 относительно друг друга. Цилиндрическую конструкцию вместе с оправкой 19 устанавливают на основание 8, сверху располагают конусную заглушку 20. Снаружи на последнем витке конструкции располагают заряд 21 ВВ. Инициирование заряда ВВ осуществляют детонатором 14.

В результате высокоскоростного косого соударения витков конструкции между собой под действием продуктов взрыва происходит сварка их в многослойный цилиндр, из которого затем вынимается внутренняя оправка.

При спиральной намотке листа 1 на внутреннюю поверхность наружной оправки 22 (фиг.6) внешний виток устанавливают без зазора относительно оправки 22, последующие витки 5 располагаются с зазором 6 относительно друг друга. Внутрь конструкции устанавливают заряд 23 В, который инициируют детонатором 14. В результате высокоскоростного соударения витков 5 между собой под действием продуктов взрыва происходит сварка их в многослойную монолитную заготовку, которая после завершения процесса вынимается из оправки.

С целью защиты поверхности конструкции (фиг.7), соприкасающейся с ВВ, между ними устанавливают цилиндрическую фальшобечайку 24, далее устанавливают конусную заглушку 20, а затем заряд 25, который инициируют детонатором 14. После сварки оправку и фальшпластину удаляют.

Используя описанный метод можно получать многослойные цилиндрические конструкции с широким диапазоном требуемых свойств.

Пример конкретного исполнения. Лист титана размером 500 х 200 х 1 мм наматывали в четырехслойную конструкцию с внутренним диаметром 30 мм, наружным 44 мм с зазором между витками 1 мм. Концы листа закрепляли механическими зажимами. Внутрь полученной спиральной конструкции вставлялся стальной стержень-оправка диаметром 29 мм плотно без зазора. Снаружи устанавливали соосно цилиндрический заряд ВВ - аммонит 6ЖВ в смеси с аммиачной селитрой (1: 1) в виде цилиндра длиной 250 мм, внутренним диаметром 44 мм и наружным 68 мм. Сварку производили во взрывной камере. В результате сварки и удаления оправки была получена многослойная цилиндрическая трубка длиной 200 мм, наружным диаметром 40 мм и внутренним 30 мм с монолитно соединенными между собой витками. Аналогично изготавливали многослойные цилиндрические трубы из листового биметалла Al-Cu с толщиной слоев Al 0,5 мм, Cu 0,5 мм.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ МНОГОСЛОЙНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ, включающий спиральную намотку листа, закрепление его концов и последующее уплотнение витков, отличающийся тем, что лист наматывают с зазором между витками по всей длине, а уплотнение осуществляют путем сварки витков между собой по спиральным поверхностям цилиндрическими зарядами взрывчатого вещества, установленными соосно со спиралью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку производят из биметаллического листа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку производят из многослойного листа.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку производят по меньшей мере из двух листов из однородного материала.

5. Способ по п.1, отличающаяся тем, что намотку производят по меньшей мере из двух листов из разнородного материала.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку осуществляют на внутреннюю оправку, причем на начальном витке ее осуществляют без зазора относительно оправки, а заряд располагают снаружи на последнем витке спирали соосно с ней и оправкой.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку осуществляют на внутреннюю поверхность наружной оправки, причем на начальном витке ее осуществляют без зазора, а заряд располагают внутри на последнем витке спирали соосно с ней и оправкой.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между зарядом и поверхностью спирали устанавливают цилиндрическую фальшобечайку соосно со спиралью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7