Способ обработки взрывом металлических конструкций

 

Использование: в области взрывной обработки осесимметричных трубных изделий. Сущность изобретения: на наружную и внутреннюю поверхности изделия воздействуют ударной волной, обеспечивая создание на этих поверхностях однородных полей остаточных напряжений сжатия, глубина залегания которых составляет от 1/7 до 1/8 от толщины стенки изделия. На наружную поверхность воздействуют ударной волной от шнурового цилиндрического заряда, навитого на наружную поверхность изделия с шагом от 35 до 45 мм. На внутреннюю поверхность воздействуют ударной волной от прямолинейного шнурового цилиндрического заряда. Воздействие ударной волной производят в жидкой несжимаемой среде, например воде. Для инициирования взрыва зарядов может быть использован линейный заряд - детонатор, располагаемый на наружной поверхности спирального заряда. Для исключения несимметричного приложения нагрузки используют два линейных заряда - детонатора, которые располагают диаметрально противоположно. 3 з.п. ф-лы. 1 табл. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлоконструкций взрывом и может быть широко использовано, например, при изготовлении осесимметричных толстостенных трубных изделий с заданной степенью точности геометрических размеров, с обеспечением надежности и размерной стабильности в течение срока службы изделий под действием эксплуатационных внутренних и внешних нагрузок и температур.

На самопроизвольное изменение размеров металлических изделий большое влияние оказывает релаксация остаточных внутренних напряжений, возникающих в деталях в процессе различных технологических операций. Поэтому необходимо на стадии изготовления создать перераспределение эпюры остаточных напряжений, обеспечивающее минимальную активность релаксационных процессов. Это достигается за счет механической стабилизации неустойчивости структур за счет искусственного создания в зоне их распространения поля остаточных напряжений, подавляющих их распад или аллотропическое превращение.

Данный метод осуществляется путем наложения на изготовляемое изделие различных внешних возмущений: вибрационных колебаний; ультразвуковых колебаний; обкатки; локальных или объемных полей повышения температур. Недостатками этих способов являются: громоздкость оборудования, значительные материальные затраты, существенным является также временной фактор.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ обработки взрывом металлических конструкций, включающий воздействие на поверхность конструкции ударной волной, возникающей при взрыве заряда взрывчатого вещества [1] Однако данный способ не обеспечивает создания необходимых полей однородных остаточных напряжений сжатия в поверхностных слоях трубных изделий.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение размерной стабильности при обработке взрывом осесимметричных трубных изделий путем создания необходимых полей однородных остаточных напряжений сжатия в поверхностных слоях с внутренней и наружной стороны стенки трубного изделия.

Для решения поставленной задачи в известном способе обработки взрывом металлических конструкций, включающей воздействие на поверхность конструкции ударной волной, возникающей при взрыве заряда взрывчатого вещества, при обработке осесимметричных трубных изделий осуществляют воздействие ударной волной на наружную и внутреннюю поверхности изделия, обеспечивая создание на этих поверхностях однородных полей остаточных напряжений сжатия, глубина залегания которых составляет от 1/7 до 1/8 от толщины стенки трубного изделия, при этом на наружную поверхность изделия воздействуют ударной волной от шнурового цилиндрического заряда, навитого на наружную поверхность изделия с шагом от 35 до 45 мм, а на внутреннюю поверхность изделия ударной волной от прямолинейного шнурового цилиндрического заряда.

Для эффективного воздействия прямолинейного заряда и с целью экономии взрывчатого вещества трубное изделие помещают в воду, которая, являясь несжимаемой средой, передает энергию взрыва к его внутренней поверхности. Шаг спиральной навивки заряда на наружной поверхности трубного изделия при этом уменьшается, что также ведет к уменьшению расхода взрывчатого вещества.

Для обеспечения синхронности инициирования зарядов взрывчатого вещества используют линейный заряд детонатор, который располагают на наружной поверхности спирального заряда водной плоскости с его осью.

С целью исключения несимметричности приложения нагрузки используют два линейных заряда детонатора, которые располагают диаметрально противоположно на наружной поверхности спирального заряда в одной плоскости с его осью.

На фиг. 1 изображено обрабатываемое трубное изделие в сборе с внутренним и наружным зарядами взрывчатого вещества.

Способ осуществляют следующим образом.

На наружную поверхность обрабатываемого осесимметричного трубного изделия 1 навивают шнуровой цилиндрический заряд 2. Величина шага навивки (S) составляет от 35 до 45 мм. В полости трубного изделия 1 располагают прямолинейный шнуровой цилиндрический заряд 3. Ударной волной, возникающей в результате взрыва зарядов 2 и 3, воздействуют на наружную и внутреннюю поверхности изделия 1, обеспечивая создание на них однородных полей остаточных напряжений сжатия.

Оптимальную величину шага навивки и количество прямолинейных зарядов выбирают экспериментально.

Пример реализации способа.

Испытывали натурные осесимметричные трубные образцы наружным диаметром 125 мм (толщина стенки 15,5 мм) и длиной 3000 мм из стали 8ХЗ. Исследования проводили по методике, которая обеспечивает имитацию работы данного изделия и позволяет фиксировать отклонение оси симметрии трубного образца от исходного положения под собственным весом.

Подвергали испытаниям по 2 образца с различным шагом спиральной навивки наружного заряда, варьируя величину шага от 20 до 60 мм, и с разным количеством внутренних зарядов (1 и 2). В качестве заряда взрывчатого вещества использовали водостойкий детонирующий шнур марки ДШ-В (ГОСТ 6196-78). Также испытывались 2 образца без предварительной взрывной обработки. Образцы обрабатывались под водой на глубине 400 мм. Глубину проработки взрывом фиксировали для каждой группы образцов по приросту твердости материала по сечению. Исходная твердость испытываемой стали составляла 52-55 единиц по Роквеллу по шкале C, а твердость зон с наведенными полями остаточных напряжений сжатия 63-65 единиц.

Учитывая это, делали вывод о глубине проработки (см. таблицу).

Как видно из проведенных экспериментальных исследований, максимальный эффект повышения размерной стабильности (минимальное отклонение оси трубы от исходного положения, см. табл. получен при шаге спиральной навивки наружного заряда 40 мм и при одном внутреннем заряде, обеспечивающих наведение полей остаточных напряжений сжатия на глубину 1,5-2,5 мм с обеих сторон стенки трубы, что составляет 1/7.1/8 от толщины стенки обрабатываемого изделия. При этом отклонение оси трубного образца от исходного положения уменьшилось в 4-4,5 раза, а следовательно, и размерная стабильность возросла на такую же величину.

Формула изобретения

1. Способ обработки взрывом металлических конструкций, включающий воздействие на поверхность конструкции ударной волной, возникающей при взрыве заряда взрывчатого вещества, отличающийся тем, что при обработке осесимметричных трубных изделий осуществляют воздействие ударной волной на наружную и внутреннюю поверхности изделия, обеспечивая создание на этих поверхностях однородных полей остаточных напряжений сжатия, глубина залегания которых составляет от 1/7 до 1/8 от толщины стенки трубного изделия, при этом на наружную поверхность изделия воздействуют ударной волной от шнурового цилиндрического заряда, навитого на наружную поверхность изделия с шагом от 35 до 45 мм, а на внутреннюю поверхность изделия ударной волной от прямолинейного шнурового цилиндрического заряда.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие ударной волной производят в жидкой несжимаемой среде, например воде.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что инициирование взрыва заряда взрывчатого вещества осуществляют с помощью линейного заряда-детонатора, который располагают на наружной поверхности спирального заряда в одной плоскости с его осью.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что инициирование взрыва заряда взрывчатого вещества осуществляют с помощью двух линейных зарядов-детонаторов, которые располагают диаметрально противоположно на наружной поверхности спирального заряда в одной плоскости с его осью.

РИСУНКИ

Рисунок 1