CN105928809B - 金属管***复合时内管膨胀速度测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属管***复合时内管膨胀速度测量装置及测量方法，所述装置包括导爆索、***、金属管、传压介质、数据采集仪和压力传感器，所述导爆索通过***起爆***后引爆，所述金属管包括内层金属管和外层金属管，所述压力传感器成对粘贴在内层金属管内壁径向对称的位置上，并与数据采集仪相连，所述内层金属管穿过外层金属管并固定在中间位置，所述导爆索穿过内层金属管并固定在中间位置，所述传压介质设置在内层金属管内。通过数据采集仪记录***复合时的压力时程曲线，根据曲线中双峰值确定的间隔时间以及内外金属管间距计算内金属管膨胀速度，可为金属管***复合参数的确定提供依据，从而达到较好的复合效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量装置及测量方法，尤其是一种金属管***复合时内管膨胀速度测量装置及测量方法，属于***复合技术领域。
背景技术
随着现代工业的发展，单一金属管的性能已经很难满足工业生产要求，而复合型金属管结合了各个金属管的优点，可以获得单一金属管不具备的复合性能。***复合是利用******产生的可控巨大能量和冲击波，使不同金属管在一定碰撞角度下高速碰撞，在碰撞点产生高温高压并使碰撞点附近的金属材料产生强烈塑性变形，而实现不同金属材料组合的高质量冶金结合技术。***复合法可实现多种金属管的复合，其***复合效率高，覆层金属管厚度可控，界面结合强度高，是一种较为理想的复合管制造方法，然后***复合所需条件苛刻，必须在狭窄的“***窗口”内才能达到较好的复合效果，因此需要一种测试方法获得内层金属管的膨胀速度，其可为金属管***复合药量以及内外层金属管间距的确定提供依据，而常用的高速摄影法只能适用于测量金属板***复合时的覆板撞击速度，不能用于复合管内管膨胀速度测量。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，该装置在实际应用中操作简便，其获得的内层金属管膨胀速度可为金属管***复合参数的确定提供依据，从而达到较好的复合效果。
本发明的另一目的在于提供一种金属管***复合时内管膨胀速度测量方法。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，包括导爆索和***，所述导爆索通过***起爆***后引爆，还包括金属管、传压介质、数据采集仪和压力传感器，所述金属管包括内层金属管和外层金属管，所述压力传感器成对粘贴在内层金属管内壁径向对称的位置上，并与数据采集仪相连，所述内层金属管穿过外层金属管并固定在中间位置，所述导爆索穿过内层金属管并固定在中间位置，所述传压介质设置在内层金属管内。
测量时，通过***起爆***将导爆索引爆，在传压介质的作用下，将导爆索***时产生的压力均匀作用在内层金属管上，使内层金属管膨胀并撞击外层金属管，同时数据采集仪通过压力传感器记录到***复合时的压力时程曲线；计算时，将传压介质作用在内金属管时产生入射压力(第一个峰值)记为内管膨胀开始时间，将内金属管撞击外金属管产生反射压力(第二个峰值)记为内管膨胀结束时间，然后根据曲线中的双峰间隔时间以及内外金属管间距计算内金属管膨胀速度。
优选的，所述压力传感器有2n个，2n个压力传感器径向对称组合后布置在内层金属管内壁指定的位置上；其中，n≥1，且为自然数。
优选的，所述压力传感器为薄膜状结构。
优选的，所述压力传感器为PVDF压力传感器或合金薄膜压力传感器。
优选的，所述压力传感器的所有引线穿过内层金属管从导爆索起爆端相反的一端引出。
优选的，所述内层金属管外壁和外层金属管内壁之间具有间隙，该间隙可使内层金属管在导爆索***后膨胀并撞击外层金属管。
优选的，所述内层金属管为铝管或铜管，所述外层金属管为钢管或铸铁管。
优选的，所述导爆索的长度大于内层金属管和外层金属管的的长度，该导爆索的底部伸出内层金属管一定长度。
优选的，所述传压介质为液体；所述数据采集仪为示波器或采集卡，其采样频率不低于10M/s；所述导爆索为铝壳导爆索或工业导爆索，所述***为高能脉冲***或激光***。
本发明的另一目的可以通过如下技术方案实现：
金属管***复合时内管膨胀速度测量方法，所述方法包括以下步骤：
1)选用材质符合要求以及尺寸相匹配的内层金属管和外层金属管；
2)将压力传感器分别粘贴在内层金属管内壁径向对称的位置上；
3)将压力传感器分别与数据采集仪相连；
4)将内层金属管穿过外层金属管并固定在中间位置；
5)将导爆索穿过内层金属管并固定在中间位置；
6)将内层金属管的底端封堵，将传压介质置于内层金属管内；
7)将导爆索底端接上***后，利用***起爆***后引爆导爆索；
8)起爆后，将内层金属管复合在外层金属管上，数据采集仪通过压力传感器采集到金属管***复合时所对应的压力时程曲线；
9)根据压力传感器所对应的压力时程曲线中双峰确定的间隔时间，以及内层金属管和外层金属管之间的间距，计算内层金属管膨胀的平均速度。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明中的导爆索***能量是通过传压介质进行作用，使得压力传感器测得入射压力后未被损坏从而可同时测得反射压力，即得到的压力时程曲线具有双峰特点，因此通过单个压力传感器即能得到内金属管膨胀的平均速度，其可为金属管***复合参数的确定提供依据，从而达到较好的复合效果，另外压力传感器记录的内层金属管的入射压力以及内层金属管撞击外层金属管产生反射压力时程曲线也可为金属管***复合参数的确定提供参考。
2、本发明中的压力传感器有2n(n≥1，且为自然数)个，当n＞1时，2n个压力传感器径向对称组合后可等间距布置在内层金属管内壁的一母线上，通过压力传感器轴向间距与记录的时间间隔计算金属管复合时的压合速度，然后根据内层金属管膨胀速度以及压合速度获得金属管复合后的压合角度，从而为***爆速调整提供依据。
3、本发明中的压力传感器布置在内金属管内壁径向对称的位置上，可有效减少因内层金属管与外层金属管位置偏差而引起的误差，从而提高测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例1的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置结构示意图。
图2为本发明实施例1的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置中数据采集仪采集到的压力时程曲线图。
其中，1-导爆索，2-***，3-传压介质，4-数据采集仪，5-压力传感器，6-***，7-内层金属管，8-外层金属管。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，该装置包括导爆索1、***2、金属管、传压介质3、数据采集仪4和压力传感器5，所述导爆索1通过***2起爆***6后引爆，所述金属管包括内层金属管7和外层金属管8，所述压力传感器5成对粘贴在内层金属管7内壁径向对称的位置上，并与数据采集仪4相连，所述内层金属管7穿过外层金属管8并固定在中间位置，所述导爆索1穿过内层金属管7并固定在中间位置，所述传压介质3设置在内层金属管7内。
所述压力传感器5布置在内层金属管7内壁径向对称的位置上，可以减少因内层金属管7与外层金属管8的位置偏差而引起的误差，它们均为薄膜状结构，优选采用PVDF(Polyvinylidene Fluoride，聚偏氟乙稀，经过极化)压力传感器，每个PVDF压力传感器的大小为3mm×6mm，每个PVDF压力传感器在导爆索1***后不被损坏，因此可同时测量内层金属管7内壁入射压力与内层金属管7撞击外层金属管8的反射压力时程曲线；压力传感器5的所有引线穿过内层金属管7从导爆索1起爆端相反的一端引出，避免其在采集到完整信号前被导爆索1炸断。
所述内层金属管7可以为铝管，其外径为30mm，内径为28mm，长度为40cm，外层金属管8可以为钢管，其外径为38mm，内径32mm，长度为35cm；所述内层金属管7外壁和外层金属管8内壁之间具有间隙，该间隙不能过大，确保内层金属管7在导爆索1***后膨胀并撞击外层金属管8，使压力传感器5能测得反射压力。
所述导爆索1的线密度与爆速需满足***复合要求，可以采用铝壳导爆索，其外径2mm，内径为1.4mm，线密度为2.0g/m，整个长度大于内层金属管7和外层金属管8的的长度，该导爆索1的底部伸出内层金属管7一定长度，便于引爆导爆索1。
所述***2可以采用高能脉冲***，通过起爆***6的方式，将导爆索1引爆；其中，本实施例采用的***6为导爆管***。
所述传压介质3具有流动性较好与可压缩性小的特点，可以采用水，其可将导爆索1***时产生的压力均匀作用在内层金属管7上。
所述数据采集仪4具有存储功能并有足够存储长度与较高的采样频率，可以采用泰克示波器，其采样频率为50M/s。
本实施例的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置工作原理为：
***2通过起爆***6的方式，将导爆索1引爆，在传压介质3的作用下，将导爆索1***时产生的压力均匀作用在内层金属管7上，使内层金属管7膨胀并撞击外层金属管8，将内层金属管7复合在外层金属管8上，同时数据采集仪4通过压力传感器5采集到金属管***复合时所对应的压力时程曲线，如图2所示，在对称位置上的压力传感器5所对应的压力时程曲线双峰间隔时间(Δt)分别为3.91μs、3.17μs，结合内层金属管7和外层金属管8之间的间距(指内层金属管外径与外层金属管内径之间的差值的一半，即(32mm-30mm)2＝1mm，用ΔL表示)，根据速度计算公式(v＝ΔL/Δt)计算的膨胀速度分别为255.75m/s、315.45m/s，因此内层金属管7在***复合时的膨胀速度平均值为285.6m/s。
实施例2：
本实施例提供了一种金属管***复合时内管膨胀速度测量方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、选用材质符合要求以及尺寸相匹配的内层金属管和外层金属管；
步骤二、将压力传感器分别成对粘贴在内层金属管内壁径向对称的位置上；
步骤三、将压力传感器分别与数据采集仪相连；
步骤四、将内层金属管穿过外层金属管并固定在中间位置；
步骤五、将导爆索穿过内层金属管并固定在中间位置；
步骤六、将内层金属管的底端封堵，将水注入内层金属管内；
步骤七、将导爆索底端接上***后，利用***起爆***后引爆导爆索；
步骤八、起爆后，将内层金属管复合在外层金属管上，数据采集仪通过压力传感器采集到金属管***复合时所对应的压力时程曲线；
步骤九、根据压力传感器所对应的压力时程曲线中双峰确定的间隔时间，以及内层金属管和外层金属管之间的间距，计算内层金属管膨胀的平均速度。
由于导爆索的***能量是通过传压介质进行作用的，使得压力传感器测得入射压力时未被破坏从而可同时测得反射压力，因此最终可根据压力时程曲线中双峰值确定的间隔时间，以及内层金属管和外层金属管之间的间距，计算内层金属管膨胀的平均速度；测量时压力传感器需布置在内层金属管内壁径向对称的位置上，可以减少因内层金属管与外层金属管的位置偏差而引起的误差；内层金属管与外层金属管间的间隙不能过大，确保内层金属管在导爆索***后膨胀并撞击外层金属管，使压力传感器能测到反射压力；压力传感器的所有引线穿过内层管从导爆索起爆端的另外一端引出，避免其在采集到完整信号前被导爆索炸断。
实施例3：
本实施例的主要特点是：所述压力传感器有2n(n≥1，且为自然数)个，当n＝1时为上述实施例1的情况，当n＞1时，2n个压力传感器径向对称组合后可等间距布置在内层金属管内壁的一母线上，通过压力传感器轴向间距与记录的时间间隔计算金属管复合时的压合速度，然后根据内层金属管膨胀速度以及压合速度获得金属管复合后的压合角度，从而为***爆速调整提供依据。
综上所述，本发明通过压力传感器测量的金属管***复合时的内层金属管膨胀速度，可为金属管***复合参数的确定提供依据，从而达到较好的复合效果，另外压力传感器记录的内层金属管的入射压力以及内层金属管撞击外层金属管产生反射压力时程曲线也可为金属管复合参数的确定提供参考。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，例如压力传感器还可以采用合金薄膜压力传感器，内层金属管还可以采用铜管，外层金属管还可以采用铸铁管，传压介质还可以采用其他液体，数据采集仪还可以采用采集卡，导爆索也可以采用工业导爆索，***还可以采用激光***等，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，包括导爆索和***，所述导爆索通过***起爆***后引爆，其特征在于：还包括金属管、传压介质、数据采集仪和压力传感器，所述金属管包括内层金属管和外层金属管，所述压力传感器成对粘贴在内层金属管内壁径向对称的位置上，并与数据采集仪相连，所述内层金属管穿过外层金属管并固定在中间位置，所述导爆索穿过内层金属管并固定在中间位置，所述传压介质设置在内层金属管内；
所述导爆索引爆后，将内层金属管复合在外层金属管上，数据采集仪通过压力传感器采集到金属管***复合时所对应的压力时程曲线；根据压力传感器所对应的压力时程曲线中双峰确定的间隔时间，以及内层金属管和外层金属管之间的间距，计算内层金属管膨胀的平均速度。
2.根据权利要求1所述的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，其特征在于：所述压力传感器有2n个，2n个压力传感器径向对称组合后布置在内层金属管内壁指定的位置上；其中，n≥1，且为自然数。
3.根据权利要求1或2所述的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，其特征在于：所述压力传感器为薄膜状结构。
4.根据权利要求3所述的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，其特征在于：所述压力传感器为PVDF压力传感器或合金薄膜压力传感器。
5.根据权利要求1或2所述的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，其特征在于：所述压力传感器的所有引线穿过内层金属管从导爆索起爆端相反的一端引出。
6.根据权利要求1或2所述的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，其特征在于：所述内层金属管外壁和外层金属管内壁之间具有间隙，该间隙可使内层金属管在导爆索***后膨胀并撞击外层金属管。
7.根据权利要求6所述的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，其特征在于：所述内层金属管为铝管或铜管，所述外层金属管为钢管或铸铁管。
8.根据权利要求1或2所述的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，其特征在于：所述导爆索的长度大于内层金属管和外层金属管的的长度，该导爆索的底部伸出内层金属管一定长度。
9.根据权利要求1或2所述的金属管***复合时内管膨胀速度测量装置，其特征在于：所述传压介质为液体；所述数据采集仪为示波器或采集卡，其采样频率不低于10M/s；所述导爆索为铝壳导爆索或工业导爆索，所述***为高能脉冲***或激光***。
10.金属管***复合时内管膨胀速度测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)选用材质符合要求以及尺寸相匹配的内层金属管和外层金属管；
2)将压力传感器分别成对粘贴在内层金属管内壁径向对称的位置上；
3)将压力传感器分别与数据采集仪相连；
4)将内层金属管穿过外层金属管并固定在中间位置；
5)将导爆索穿过内层金属管并固定在中间位置；
6)将内层金属管的底端封堵，将传压介质置于内层金属管内；
7)将导爆索底端接上***后，利用***起爆***后引爆导爆索；
8)起爆后，将内层金属管复合在外层金属管上，数据采集仪通过压力传感器采集到金属管***复合时所对应的压力时程曲线；
9)根据压力传感器所对应的压力时程曲线中双峰确定的间隔时间，以及内层金属管和外层金属管之间的间距，计算内层金属管膨胀的平均速度。
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