RU2355535C1

RU2355535C1 - Method of obtaining objects with inner cavities through explosion welding

Info

Publication number: RU2355535C1
Application number: RU2007145797/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Писарев (RU); Сергей Петрович Писарев; Юрий Павлович Трыков (RU); Юрий Павлович Трыков; Леонид Моисеевич Гуревич (RU); Леонид Моисеевич Гуревич; Виктор Георгиевич Шморгун (RU); Виктор Георгиевич Шморгун; Дмитрий Юрьевич Донцов (RU); Дмитрий Юрьевич Донцов; Вячеслав Фёдорович Казак (RU); Вячеслав Фёдорович Казак; Дмитрий Сергеевич Самарский (RU); Дмитрий Сергеевич Самарский
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-05-20

Abstract

FIELD: welding works.

SUBSTANCE: present invention can be used for making objects with inner cavities, for example, heat exchangers, components of electro-thermal and chemical equipment, heat regulators etc. Cavity-forming elements are coaxially put into metallic pipe-shaped reinforcement layers with inner diametre 2.4-4 mm greater than the outer diametre of the cavity-forming elements. From the obtained assembly, a flat packet is made with welding gaps between adjacent metallic pipe-shaped reinforcement layers equal to 0.4-1.2 mm. The packet is put between puncheons with thickness 1.5-1.7 times the thickness of the walls of the pipe-shaped reinforcement layers. Separation layers from polymer material with thickness of 50-100 mcm are pre-deposited on the surface of the puncheons. Explosive welding is done at velocity of detonation of explosive equal to 1970-2950 m/s.

EFFECT: method allows for obtaining in a single cycle, a quality welded object with high-strength joints between its elements and air-tightness of adjacent cavities; the inner cavity has the desired oval shape.

4 cl, 5 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения изделий сваркой взрывом и может быть использовано для изготовления изделий с внутренними полостями, например теплообменников, деталей электротермического и химического оборудования, теплорегуляторов и т.п.The invention relates to a technology for producing products by explosion welding and can be used for the manufacture of products with internal cavities, for example heat exchangers, parts of electrothermal and chemical equipment, heat regulators, etc.

Известен способ получения сверхпроводящих изделий с внутренней полостью с помощью энергии взрыва, при котором устанавливают соосно трубчатый полостеобразующий элемент с удаляемым наполнителем и трубчатую облицовку, в зазор между ними засыпают порошок сверхпроводящего материала и инициируют наружный заряд взрывчатого вещества, при этом для исключения повреждения поверхности трубчатой облицовки и повышения качества слоя из сверхпроводящего материала между зарядом взрывчатого вещества и трубчатой облицовкой соосно размещают защитную трубчатую прослойку, между ней и трубчатой облицовкой в зазор засыпают тонкодисперсный керамический порошок, берут взрывчатое вещество со скоростью детонации 1580-3800 м/с, а процесс ведут при отношении удельной массы взрывчатого вещества к сумме удельных масс защитной трубчатой прослойки, тонкодисперсного керамического порошка, трубчатой облицовки и порошка сверхпроводящего материала, равном 0,51-0,81 (патент РФ №1827089, М. кл. В23К 20/08, опубл. 20.02.96 в БИ №5-96).A known method of producing superconducting products with an internal cavity using the energy of the explosion, in which a coaxially tubular cavity-forming element with a removable filler and a tubular lining is installed, superconducting material powder is poured into the gap between them and an external explosive charge is initiated, in order to prevent damage to the surface of the tubular lining and improving the quality of the layer of superconducting material between the explosive charge and the tubular lining coaxially place a protective fine tubular layer, between it and the tubular lining, finely dispersed ceramic powder is poured into the gap, an explosive is taken at a detonation speed of 1580-3800 m / s, and the process is carried out with the ratio of the specific gravity of the explosive to the sum of the specific gravities of the protective tubular interlayer, fine ceramic powder, tubular lining and powder of superconducting material, equal to 0.51-0.81 (RF patent No. 1827089, M. CL. V23K 20/08, publ. 02.20.96 in BI No. 5-96).

Недостатком этого способа является использование в его схеме сварки взрывом лишь одного полостеобразующего элемента, что позволяет получать изделия цилиндрической формы лишь с одной внутренней полостью. Наличие прослойки спрессованного керамического сверхпроводящего материала между наружной поверхностью медного полостеобразующего элемента и внутренней поверхностью трубчатой облицовки затрудняет теплообмен в поперечном направлении, что ограничивает применение изделий, полученных данным способом в теплообменной аппаратуре.The disadvantage of this method is the use in its scheme of explosion welding only one cavity-forming element, which allows to obtain products of cylindrical shape with only one internal cavity. The presence of a layer of pressed ceramic superconducting material between the outer surface of the copper cavity-forming element and the inner surface of the tubular lining complicates heat transfer in the transverse direction, which limits the use of products obtained by this method in heat exchange equipment.

Известен способ получения сверхпроводящих изделий с внутренней полостью сваркой взрывом, при котором устанавливают соосно трубчатый полостеобразующий элемент с удаляемым водным наполнителем и наружную оболочку, в зазор между ними засыпают порошок сверхпроводящего материала и инициируют заряд взрывчатого вещества. При реализации способа между наружной поверхностью полостеобразующего элемента и слоем порошка сверхпроводящего материала помещают металлическую трубчатую упрочняющую прослойку из высокоэлектропроводного материала с внутренним диаметром на 2-4 мм большим наружного диаметра полостеобразующего элемента, при этом берут взрывчатое вещество (ВВ) со скоростью детонации 2400-3520 м/с, а процесс ведут при отношении удельной массы ВВ к сумме удельных масс наружной оболочки, порошка сверхпроводящего материала и упрочняющей прослойки, равном 1,0-1,2 (патент РФ №1732572, опубл. 20.06.97, БИ №17/97, М. кл. В23К 20/08).There is a method of producing superconducting products with an internal cavity by explosion welding, in which a coaxially tubular cavity-forming element with a removable aqueous filler and an outer shell is installed, superconducting material powder is poured into the gap between them and an explosive charge is initiated. When implementing the method, between the outer surface of the cavity-forming element and the powder layer of the superconducting material, a metal tubular reinforcing layer of high-conductive material with an inner diameter of 2-4 mm larger than the outer diameter of the cavity-forming element is placed, while an explosive (BB) is taken with a detonation speed of 2400-3520 m / s, and the process is conducted with the ratio of the specific gravity of the explosive to the sum of the specific gravities of the outer shell, the powder of the superconducting material and the reinforcing layer equal to 1.0-1.2 ( RF patent No. 1732572, published on 06/20/97, BI No. 17/97, M. cl. V23K 20/08).

К недостаткам данного способа можно отнести возможность размещения в его схеме сварки взрывом лишь одного полостеобразующего элемента, что позволяет получать по этому способу лишь одноканальные изделия цилиндрической формы. Кроме того, наличие керамического слоя между наружной оболочкой и трубчатой упрочняющей прослойкой затрудняет теплообмен между наружным и внутренним слоем композиционного изделия, а это весьма ограничивает возможности использования данного способа при создании деталей химического, электротермического оборудования и т.п., где требуются материалы с развитой наружной поверхностью и пониженным термическим сопротивлением.The disadvantages of this method include the possibility of placing in its scheme of explosion welding only one cavity-forming element, which allows one to obtain only single-channel cylindrical products by this method. In addition, the presence of a ceramic layer between the outer shell and the tubular reinforcing layer impedes heat transfer between the outer and inner layers of the composite product, and this greatly limits the possibility of using this method when creating parts of chemical, electrothermal equipment, etc., where materials with developed outer surface and reduced thermal resistance.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, при котором устанавливают наружную металлическую облицовку в виде стальной трубчатой оболочки с зазором относительно плакируемой заготовки в виде пучка труб, например из меди, с водным наполнителем в их внутренних полостях. Между трубами помещают соединительные стержни из более легкоплавкого металла, чем медь, а сварку взрывом осуществляют с помощью заряда взрывчатого вещества, расположенного на поверхности плакирующей заготовки. После взрывного воздействия с целью увеличения площади сварных соединений проводят термообработку изделия при температуре на 5-20°С выше температуры ликвидуса металла соединительных стержней (авторское свидетельство СССР №1541913, М. кл. В23К 20/08, опубл. в БИ №17-97).The closest in technical level and the achieved result is a method of producing products with internal cavities by explosion welding, in which an external metal cladding is installed in the form of a steel tubular shell with a gap relative to the plated workpiece in the form of a tube bundle, for example, of copper, with an aqueous filler in their internal cavities . Connecting rods of a more fusible metal than copper are placed between the pipes, and explosion welding is carried out using an explosive charge located on the surface of the cladding blank. After explosive action, in order to increase the area of welded joints, the product is heat treated at a temperature of 5-20 ° C above the liquidus temperature of the metal of the connecting rods (USSR author's certificate No. 1541913, M. class. V23K 20/08, published in BI No. 17-97 )

Недостатком этого способа являются малые поперечные размеры изделия, что ограничивает их тепловую мощь, а также то, что в схеме установки плакирующей заготовки относительно плакируемой не создаются одинаковые условия деформирования трубчатых элементов на различных участках и, как следствие этого, в процессе сварки взрывом происходит лишь локальная сварка между соединяемыми элементами композиции. Для увеличения площади сварных соединений между составляющими композиционного изделия требуется дополнительная энергоемкая операция термической обработки, при которой соединительные стержни расплавляются и выполняют функции припоя. Но и после термообработки сварное соединение возникает не по всем поверхностям соприкосновения составляющих композита, что создает дополнительные термические сопротивления, затрудняющие теплообмен между веществами, располагаемыми в смежных внутренних полостях. Кроме того, высокотемпературная термообработка приводит к снижению прочности соединяемых металлов. В местах наибольших деформаций труб наблюдается повышенная шероховатость поверхностей внутренних каналов, что при эксплуатации изделий создает дополнительные гидравлические сопротивления жидкостям, прокачиваемым через внутренние каналы при эксплуатации изделий. Все это значительно ограничивает технологические области применения данного способа.The disadvantage of this method is the small transverse dimensions of the product, which limits their thermal power, as well as the fact that the installation of the cladding blank relative to the clad one does not create the same conditions for the deformation of tubular elements in different sections and, as a result, only local welding between the connected elements of the composition. To increase the area of welded joints between the components of the composite product, an additional energy-intensive heat treatment operation is required, in which the connecting rods are melted and perform the functions of solder. But even after heat treatment, a welded joint does not appear on all contact surfaces of the composite components, which creates additional thermal resistances that impede heat transfer between substances located in adjacent internal cavities. In addition, high-temperature heat treatment leads to a decrease in the strength of the metals being joined. In the places of the greatest pipe deformations, an increased roughness of the surfaces of the internal channels is observed, which during the operation of the products creates additional hydraulic resistance to liquids pumped through the internal channels during the operation of the products. All this significantly limits the technological applications of this method.

В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения плоских изделий с внутренними полостями сваркой взрывом по новой технологической схеме формирования импульсов давления в свариваемой заготовке с образованием сплошных зон сварки между боковыми поверхностями трубчатых полостеобразующих элементов и внутренними поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек, а также качественных сварных соединений между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками с получением при этом высокой герметичности промежутков между смежными полостями и повышением их прочности.In this regard, the most important task is to create a new method for producing flat products with internal cavities by explosion welding according to a new technological scheme for generating pressure pulses in the welded workpiece with the formation of continuous welding zones between the side surfaces of the tubular cavity-forming elements and the inner surfaces of the tubular reinforcing layers, as well as high-quality welded connections between adjacent tubular reinforcing layers with obtaining high tightness of the gaps between from adjacent cavities and increase their strength.

Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологической схемы сварки взрывом, обеспечивающей получение за один цикл сварки взрывом сплошных соединений между боковыми поверхностями трубчатых полостеобразующих элементов и внутренними поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек, а также качественных сварных соединений между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками, с получением при этом благоприятной овальной формы внутренних полостей, с обеспечением высокой прочности и герметичности промежутков между смежными полостями.The technical result of the claimed method is the creation of a new technological scheme for explosion welding, which provides for one explosion welding continuous joints between the side surfaces of the tubular cavity-forming elements and the inner surfaces of the tubular reinforcing layers, as well as high-quality welded joints between adjacent tubular reinforcing layers, while obtaining favorable oval-shaped internal cavities, ensuring high strength and tightness of the gaps between adjacent cavities.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, при котором используют полостеобразующие элементы в виде труб с удаляемым водным наполнителем, при котором полостеобразующие элементы размещают соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек с внутренним диаметром, превышающим на 2,4-4 мм наружный диаметр полостеобразующих элементов, изготавливают из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом со сварочными зазорами между смежными металлическими трубчатыми упрочняющими прослойками, равными 0,4-1,2 мм, размещают пакет между пуансонами с толщиной, равной 1,5-1,7 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек, на поверхности пуансонов предварительно наносят разделительные слои из полимерного материала толщиной 50-100 мкм, располагают на наружных поверхностях пуансонов заряды взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества с направлением детонации вдоль полостеобразующих элементов, при этом процесс сварки взрывом ведут при скорости детонации взрывчатого вещества, равной 1970-2950 м/с, и отношении удельной массы каждого заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс пуансона и стенки каждой трубчатой упрочняющей прослойки, равном 0,6-2,26, с получением при этом цельносварного изделия с внутренними полостями.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing products with internal cavities by explosion welding, in which cavity-forming elements are used in the form of tubes with removable aqueous filler, in which cavity-forming elements are placed coaxially inside metal tubular reinforcing layers with an inner diameter exceeding 2, 4-4 mm outer diameter of the cavity-forming elements, a flat bag for explosion welding is made from the resulting assemblies with welding gaps between adjacent metal tubular reinforcing layers equal to 0.4-1.2 mm, place the package between punches with a thickness equal to 1.5-1.7 of the wall thickness of the tubular reinforcing layers, on the surface of the punches pre-applied separation layers of polymer material with a thickness of 50-100 μm, explosive charges are placed on the outer surfaces of the punches and explosion welding is carried out by simultaneously initiating an explosion of explosive charges with the direction of detonation along the cavity-forming elements, with Essentially explosive welding is carried out at an explosive detonation speed of 1970-2950 m / s and the ratio of the specific gravity of each explosive charge to the sum of the specific masses of the punch and the wall of each tubular reinforcing layer equal to 0.6-2.26, with This is an all-welded product with internal cavities.

При осуществлении способа в качестве материала трубчатых упрочняющих прослоек используют латунь, в качестве полимерного материала разделительных слоев используют фторопласт, а в качестве материалов пуансонов - сталь.When implementing the method, brass is used as the material of the tubular reinforcing interlayers, fluoroplastic is used as the polymeric material of the separation layers, and steel as the materials of the punches.

Новый способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по физическим механизмам формирования сварных соединений между металлическими поверхностями в получаемом композиционном изделии, так и по совокупности технологических приемов и режимов их получения. Так, предложено полостеобразующие элементы размещать соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек с внутренним диаметром, превышающим на 2,4-4 мм наружный диаметр полостеобразующих элементов, что обеспечивает необходимый сварочный зазор между поверхностями полостеобразующих элементов и трубчатых упрочняющих прослоек. При указанном сварочном зазоре ниже нижнего предела не происходит образование сплошных сварных соединений между поверхностями полостеобразующих элементов и трубчатых упрочняющих прослоек. Сварочный зазор выше предлагаемого верхнего предела является избыточным, поскольку это способствует излишнему разогреву металла упрочняющих прослоек в процессе деформирования и сварки, а это приводит к ухудшению качества получаемых изделий.A new method for producing products with internal cavities by explosion welding has significant differences compared with the prototype both in physical mechanisms for the formation of welded joints between metal surfaces in the resulting composite product, and in the aggregate of technological methods and modes for their preparation. So, it is proposed that the cavity-forming elements be placed coaxially inside the metal tubular reinforcing interlayers with an inner diameter exceeding the outer diameter of the cavity-forming elements by 2.4-4 mm, which provides the necessary welding gap between the surfaces of the cavity-forming elements and the tubular reinforcing interlayers. With the specified welding gap below the lower limit, the formation of continuous welded joints between the surfaces of the cavity-forming elements and the tubular reinforcing layers does not occur. The welding gap above the proposed upper limit is excessive, since this contributes to excessive heating of the metal reinforcing layers in the process of deformation and welding, and this leads to a deterioration in the quality of the products.

Предложено изготавливать из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом со сварочными зазорами между смежными металлическими трубчатыми упрочняющими прослойками, равными 0,4-1,2 мм. Сварочные зазоры ниже нижнего предела не обеспечивают качественную сварку между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками. Величина указанных зазоров выше верхнего предела является избыточной, что способствует чрезмерным поперечным деформациям упрочняющих прослоек и полостеобразующих элементов, при этом ухудшается качество получаемых изделий.It is proposed to fabricate from the assemblies obtained a flat package for explosion welding with welding gaps between adjacent metal tubular reinforcing layers equal to 0.4-1.2 mm. Welding gaps below the lower limit do not provide high-quality welding between adjacent tubular reinforcing layers. The value of these gaps above the upper limit is excessive, which contributes to excessive lateral deformation of the reinforcing layers and cavity-forming elements, while the quality of the resulting products is deteriorated.

Предложено размещать свариваемый пакет между пуансонами с толщиной, равной 1,5-1,7 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек, а на поверхности пуансонов предварительно наносить разделительные слои из полимерного материала толщиной 50-100 мкм. Пуансоны выполняют роль промежуточной среды, передающей импульсы давления от зарядов взрывчатого вещества к свариваемому пакету из труб. При толщине пуансонов меньше, чем 1,5 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек, возможно нарушение их сплошности при сварке взрывом, что приводит к ухудшению качества получаемых изделий. Толщина пуансонов больше предлагаемого верхнего предела является избыточной, поскольку приводит к излишнему расходу металла и взрывчатого вещества в расчете на одно получаемое изделие. Разделительные слои из полимерного материала на поверхностях пуансонов препятствуют их сварке с поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек. Толщина таких прослоек ниже нижнего предела способствует появлению локальных участков схватывания пуансонов с упрочняющими прослойками, что ухудшает качество поверхности получаемых изделий. Толщина прослоек выше верхнего предела является избыточной, что приводит к излишнему расходу полимерного материала на их изготовление.It is proposed to place the welded bag between punches with a thickness equal to 1.5-1.7 of the wall thickness of the tubular reinforcing layers, and on the surface of the punches to pre-apply separation layers of polymer material with a thickness of 50-100 microns. Punches play the role of an intermediate medium that transmits pressure pulses from explosive charges to the welded packet of pipes. When the thickness of the punches is less than 1.5 of the wall thickness of the tubular reinforcing interlayers, their continuity during explosion welding is possible, which leads to a deterioration in the quality of the products obtained. The thickness of the punches greater than the proposed upper limit is excessive, since it leads to excessive consumption of metal and explosive per one received product. Separating layers of polymer material on the surfaces of the punches prevent their welding with the surfaces of the tubular reinforcing layers. The thickness of such interlayers below the lower limit contributes to the appearance of local areas of grasping of punches with reinforcing interlayers, which affects the surface quality of the resulting products. The thickness of the layers above the upper limit is excessive, which leads to excessive consumption of polymer material for their manufacture.

Предложено располагать на наружных поверхностях пуансонов заряды взрывчатого вещества и осуществлять сварку взрывом путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества с направлением детонации вдоль полостеобразующих элементов, при этом процесс сварки взрывом ведут при скорости детонации взрывчатого вещества, равной 1970-2950 м/с, и отношении удельной массы каждого заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс пуансона и стенки каждой трубчатой упрочняющей прослойки, равном 0,6-2,26, при этом в качестве материала трубчатых упрочняющих прослоек предложено использовать латунь, в качестве полимерного материала для нанесения разделительных слоев предложено использовать фторопласт, а в качестве материала пуансонов использовать сталь, что обеспечивает получение цельносварного изделия с внутренними полостями.It is proposed to place explosive charges on the outer surfaces of the punches and to perform explosion welding by simultaneously initiating an explosion of explosive charges with the detonation direction along the cavity-forming elements, while the explosion welding process is carried out at an explosive detonation speed of 1970-2950 m / s and a specific ratio the mass of each explosive charge to the sum of the specific masses of the punch and the wall of each tubular reinforcing layer equal to 0.6-2.26, while bchatyh reinforcing layers is proposed to use brass, as the resin material for applying the spacer layers is proposed to use PTFE as well as the material used steel punch, which gives a welded articles with internal cavities.

При скорости детонации взрывчатого вещества и соотношении удельной массы каждого заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс пуансона и стенки каждой трубчатой упрочняющей прослойки ниже нижнего предела не образуется сплошных соединений между свариваемыми металлами, что ухудшает качество получаемых изделий. При скорости детонации взрывчатого вещества и соотношении удельных масс выше верхнего предела приводит к появлению в зонах сварки зон плавления металла, что снижает прочность и герметичность получаемых изделий.At the detonation velocity of the explosive and the ratio of the specific gravity of each explosive charge to the sum of the specific gravities of the punch and the wall of each tubular reinforcing layer below the lower limit, no continuous joints are formed between the metals being welded, which affects the quality of the products obtained. When the detonation velocity of the explosive and the ratio of specific gravities is above the upper limit, metal melting zones appear in the welding zones, which reduces the strength and tightness of the products obtained.

Направление процесса детонации вдоль полостеобразующих элементов обеспечивает симметричную форму получаемых изделий, однородность процесса деформирования пакета при сварке и, благодаря этому, высокое качество сварных соединений. Латунь для изготовления трубчатых упрочняющих прослоек является наиболее подходящим материалом, благодаря ее высокой прочности, а также теплопроводности. Использование фторопласта в качестве материала для разделительных слоев создает надежное препятствие для образования нежелательных сварных соединений между пуансонами и трубчатыми упрочняющими прослойками. Пуансоны предложено изготавливать из стали. Сталь является достаточно прочным и в то же время относительно дешевым материалом, позволяющим получать при сварке взрывом качественные изделия. The direction of the detonation process along the cavity-forming elements provides a symmetrical shape of the products obtained, the uniformity of the process of deformation of the package during welding and, due to this, high quality of welded joints. Brass for the manufacture of tubular reinforcing layers is the most suitable material, due to its high strength and thermal conductivity. The use of fluoroplastic as a material for the separation layers creates a reliable obstacle to the formation of undesirable welded joints between punches and tubular reinforcing layers. It is proposed to make punches from steel. Steel is quite strong and at the same time relatively cheap material, which allows to obtain high-quality products during explosion welding.

На фиг.1 изображена схема размещения полостеобразующего элемента в трубчатой упрочняющей прослойке, на фиг.2 - схема сварки взрывом изделий с внутренними полостями (вид сбоку), на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.1, на фиг.4 - поперечное сечение В-В схемы сварки взрывом, на фиг.5 - поперечное сечение сваренного изделия с внутренними полостями.Figure 1 shows the layout of the cavity-forming element in the tubular reinforcing layer, figure 2 is a diagram of the explosion welding of products with internal cavities (side view), figure 3 is a view along arrow A in figure 1, figure 4 - cross section BB of the explosion welding circuit; FIG. 5 is a cross section of a welded article with internal cavities.

Предлагаемый способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом осуществляется в следующей последовательности. Очищают соединяемые металлические поверхности от окислов и загрязнений, заполняют каналы полостеобразующих элементов 1 водным наполнителем 2, а концы герметизируют герметиком 3, например пластилином. Размещают полостеобразующие элементы соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек 4 с внутренним диаметром, превышающим на 2,4-4 мм наружный диаметр полостеобразующих элементов. Соосность обеспечивают с помощью специальных центрирующих втулок 5. Собирают из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом со сварочными зазорами К между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками, равными 0,4-1,2 мм, размещают пакет между двумя пуансонами 6 с толщиной, равной 1,5-1,7 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек 4, на поверхности пуансонов, обращенные к трубчатым упрочняющим прослойкам, предварительно наносят разделительные слои из полимерного материала 7 толщиной 50-100 мкм. Располагают на наружных поверхностях пуансонов заряды взрывчатого вещества 8 и осуществляют сварку взрывом путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества с помощью детонирующих шнуров 9 равной длины, электродетонатора 10 и генераторов плоской детонационной волны 11. Направление детонации в зарядах взрывчатого вещества осуществляется вдоль полостеобразующих элементов. Скорость детонации зарядов взрывчатого вещества должна быть равной 1970-2950 м/с. Ее регулируют путем изменения состава и толщины зарядов. Оба заряда должны быть с одинаковыми размерами и параметрами. При выборе характеристик зарядов отношение удельной массы каждого заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс пуансона и стенки каждой трубчатой упрочняющей прослойки должно быть равным 0,6-2,26. Трубчатые упрочняющие прослойки предложено изготавливать из латуни, в качестве полимерного материала разделительных слоев предложено использовать фторопласт, а в качестве материала пуансонов - сталь. В сваренном изделии позиция 12 - сдеформированные полостеобразующие элементы, 13 - сдеформированные трубчатые упрочняющие прослойки, 14 - зоны сварки полостеобразующих элементов с трубчатыми упрочняющими прослойками, 15 - внутренние полости изделия, 16 - зоны сварки смежных трубчатых упрочняющих прослоек.The proposed method for producing products with internal cavities by explosion welding is carried out in the following sequence. They clean the joined metal surfaces from oxides and contaminants, fill the channels of the cavity-forming elements 1 with aqueous filler 2, and seal the ends with a sealant 3, for example, plasticine. The cavity-forming elements are placed coaxially inside the metal tubular reinforcing layers 4 with an inner diameter exceeding the outer diameter of the cavity-forming elements by 2.4-4 mm. Alignment is ensured by means of special centering sleeves 5. A flat bag for explosion welding with welding gaps K is assembled from the obtained assemblies between adjacent tubular reinforcing interlayers of 0.4-1.2 mm, a bag is placed between two punches 6 with a thickness of 1, 5-1.7 of the wall thickness of the tubular reinforcing layers 4, on the surface of the punches facing the tubular reinforcing layers, preliminary applied separation layers of polymer material 7 with a thickness of 50-100 microns. Explosive charges 8 are placed on the outer surfaces of the punches and explosion welding is carried out by simultaneously initiating an explosion of explosive charges using detonating cords 9 of equal length, an electric detonator 10 and plane detonation wave generators 11. The direction of detonation in the explosive charges is carried out along the cavity-forming elements. The detonation velocity of explosive charges should be equal to 1970-2950 m / s. It is regulated by changing the composition and thickness of the charges. Both charges must be of the same size and parameters. When choosing the characteristics of the charges, the ratio of the specific gravity of each explosive charge to the sum of the specific gravities of the punch and the wall of each tubular reinforcing layer should be equal to 0.6-2.26. It is proposed to make tubular reinforcing layers of brass, it is proposed to use fluoroplastic as the polymeric material of the separation layers, and steel as the material of the punches. In the welded product, position 12 is the deformed cavity forming elements, 13 the deformed tubular reinforcing layers, 14 are the welding zones of cavity forming elements with tubular reinforcing layers, 15 are the internal cavities of the product, 16 are the welding zones of adjacent tubular reinforcing layers.

В результате сварки взрывом получают изделие с внутренними полостями со сплошными сварными соединениями между боковыми поверхностями трубчатых полостеобразующих элементов и внутренними поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек, с качественными сварными соединениями между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками, обеспечивающими необходимую высокую прочность изделия в целом, с повышенной прочностью и герметичностью промежутков между смежными полостями. При этом получают изделия с гладкими внутренними поверхностями полостеобразующих элементов, с овальной формой поперечных сечений внутренних полостей. Удаление наполнителя из полостей после сварки взрывом происходит самопроизвольно под воздействием волн разгрузки.As a result of explosion welding, a product is obtained with internal cavities with continuous welded joints between the lateral surfaces of the tubular cavity-forming elements and the inner surfaces of the tubular reinforcing interlayers, with high-quality welded joints between adjacent tubular reinforcing interlayers providing the necessary high strength of the product as a whole, with increased strength and tightness of the gaps between adjacent cavities. This gives products with smooth inner surfaces of the cavity-forming elements, with an oval cross-sectional shape of the internal cavities. Removing the filler from the cavities after explosion welding occurs spontaneously under the influence of unloading waves.

Пример 1 (см. также таблицу).Example 1 (see also table).

В качестве полостеобразующих элементов для сборки плоского пакета используют трубы из меди M1. Количество труб в пакете N=10. Наружный диаметр труб D_нар=10 мм, внутренний - 6 мм. Длина труб - 250 мм. Заполнение полостей труб осуществляли водой, герметизацию концов труб - пластилином. В качестве трубчатых упрочняющих прослоек использовали трубы из латуни Л80 длиной 250 мм, с наружным диаметром D_н.пр=18 мм, внутренним D_в.пр=14 мм, что на 4 мм превышает наружный диаметр полостеобразующих элементов D_нар. Толщина стенки каждой трубчатой упрочняющей прослойки Т_уп=0,2 см, плотность латуни П_уп=8,65 г/см³, удельная масса М_уп=Т_уп·П_уп=0,2·8,65=1,73 г/см³. Размещают полостеобразующие элементы, заполненные водным наполнителем, соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек. Соосность обеспечивают центрирующими втулками, например, из алюминия АД1. С помощью специального приспособления собирают из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом со сварочными зазорами между смежными металлическими трубчатыми упрочняющими прослойками К=0,4 мм. Размещают пакет между двумя пуансонами из стали Ст3 длиной 270 мм, шириной 210 мм, толщиной Т_п=0,3 см, что составляет 1,5·Т_уп. Плотность стали П_п=7,8 г/см³. Удельная масса каждого пуансона М_п=Т_п·П_п=0,3·7,8=2,34 г/см³. На поверхности пуансонов, обращенные к трубчатым упрочняющим прослойкам, предварительно наносят разделительные слои из полимерного материала - фторопласта Ф2М толщиной 50-60 мкм. Для нанесения покрытия может быть использован, например, по патенту РФ №2171148 способ с растворением активированного порошка фторопласта Ф2М в диметилформамиде и пневматическим напылением полученного раствора на предварительно нагретое изделие с последующей термообработкой пуансонов с нанесенными покрытиями.As cavity-forming elements for assembling a flat package using pipes made of copper M1. The number of pipes in the package N = 10. The outer diameter of the pipes D _nar = 10 mm, the inner - 6 mm. The length of the pipes is 250 mm. Pipe cavities were filled with water, and pipe ends were sealed with plasticine. As tubular reinforcing interlayers, brass pipes L80 with a length of 250 mm were used, with an outer diameter D _n.pr = 18 mm, an internal D _c.pr = 14 mm, which is 4 mm more than the outer diameter of the cavity-forming elements D _nar . The wall thickness of each tubular reinforcing layer T _yn = 0.2 cm, the density of brass P _yn = 8.65 g / cm ³ , specific gravity M _{yn =} T _yn · P _yn = 0.2 · 8.65 = 1.73 g / cm ³ . The cavity-forming elements filled with the aqueous filler are placed coaxially inside the metal tubular reinforcing layers. Alignment is provided by centering sleeves, for example, from aluminum AD1. Using a special device, a flat bag for explosion welding is assembled from the resulting assemblies with welding gaps between adjacent metal tubular reinforcing layers K = 0.4 mm. Place the package between two punches made of steel St3 270 mm long, 210 mm wide, T _p = 0.3 cm thick, which is 1.5 · T _pack . The density of steel P _p = 7.8 g / cm ³ . The specific gravity of each punch M _p = T _p · P _p = 0.3 · 7.8 = 2.34 g / cm ³ . On the surface of the punches, facing the tubular reinforcing layers, preliminary applied separation layers of a polymeric material - ftoroplasta F2M with a thickness of 50-60 microns. For coating, for example, according to RF patent No. 2171148, a method can be used with dissolving the activated fluoroplastic powder F2M in dimethylformamide and pneumatically spraying the resulting solution onto a preheated product, followed by heat treatment of the coated punches.

Располагают на наружных поверхностях пуансонов заряды взрывчатого вещества, в качестве которых использовали смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой с объемным соотношением 3:1. Длина каждого заряда - 270 мм, высота Т_вв=3 см, плотность П_вв=0,82 г/см³, скорость детонации Д_вв=2950 м/с. Удельная масса каждого заряда взрывчатого вещества М_вв=Т_вв·П_вв=3·0,82=2,46 г/см². Отношение удельной массы каждого заряда взрывчатого вещества М_вв к сумме удельных масс пуансона М_п и стенки каждой трубчатой упрочняющей прослойки М_уп равно: М_вв/(М_п+М_уп)=2,46/(2,34+1,73)=0,6. Синхронное инициирование фронтов детонации в зарядах взрывчатого вещества с направлением их движения вдоль труб осуществляют с помощью двух отрезков детонирующих шнуров равной длины, например 15-20 см, скрепленного с ними электродетонатора и генераторов плоской детонационной волны. После сварки взрывом удаляют с краев сваренных изделий материал с краевыми эффектами. В результате получают изделие с внутренними полостями со сплошными сварными соединениями между боковыми поверхностями трубчатых полостеобразующих элементов и внутренними поверхностями трубчатых упрочняющих прослоек, с качественными сварными соединенными между смежными трубчатыми упрочняющими прослойками, с повышенной прочностью и герметичностью промежутков между смежными полостями. Предел прочности на растяжение таких промежутков в 1,23 раза больше, чем по прототипу. Повышенная герметичность промежутков между смежными полостями обеспечивается тем, что они состоят из четырех слоев металла, из которых два слоя из латуни и два - из меди.Explosive charges are placed on the outer surfaces of the punches, for which a mixture of 6GW ammonite with ammonium nitrate with a volume ratio of 3: 1 was used. The length of each charge is 270 mm, the height T _BB = 3 cm, the density P _BB = 0.82 g / cm ³ , the detonation velocity D _BB = 2950 m / s. The specific gravity of each explosive charge is M _BB = T _BB · P _BB = 3 · 0.82 = 2.46 g / cm ² . The ratio of the specific gravity of each explosive charge M _cc to the sum of the specific masses of the punch M _p and the wall of each tubular reinforcing layer M _cp is equal to: M _cv / (M _p + M _cp ) = 2.46 / (2.34 + 1.73) = 0.6. Synchronous initiation of detonation fronts in explosive charges with the direction of their movement along the pipes is carried out using two pieces of detonating cords of equal length, for example 15-20 cm, an electric detonator bonded with them and plane detonation wave generators. After explosion welding, material with edge effects is removed from the edges of the welded products. The result is a product with internal cavities with continuous welded joints between the lateral surfaces of the tubular cavity-forming elements and the inner surfaces of the tubular reinforcing layers, with high-quality welded joints between adjacent tubular reinforcing layers, with increased strength and tightness of the gaps between adjacent cavities. The tensile strength of such spaces is 1.23 times greater than the prototype. The increased tightness of the gaps between adjacent cavities is ensured by the fact that they consist of four layers of metal, of which two layers are made of brass and two are made of copper.

Пример 2 (см. также таблицу).Example 2 (see also table).

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Количество полостеобразующих элементов и трубчатых упрочняющих прослоек в пакете N_тр=N_пр=11. Д_н.пр=16 мм, Д_в.пр=12,8 мм, Т_уп=0,16 см, М_уп=Т_уп·П_лат=0,16·8,65=1,384 г/см². Сварочные зазоры К=0,8 мм, толщина пуансонов Т_п=0,25 см, что составляет 1,6·Т_уп; удельная масса М_п=Т_п·П_ст=0,25·7,8=1,95 г/см². Толщина каждого разделительного слоя из полимерного материала фторопласта Ф2М - Т_сл=70-80 мкм. The same as in example 1, but the following changes. The number of cavity-forming elements and tubular reinforcing layers in the package N _Tr = N _CR = 11. D _n.pr. = 16 mm, D _v.pr. = 12.8 mm, T _unit = 0.16 cm, M _unit = T _unit · P _lat = 0.16 · 8.65 = 1.384 g / cm ² . Welding gaps K = 0.8 mm, the thickness of the punches T _p = 0.25 cm, which is 1.6 · T _up ; specific gravity M _p = T _p · P _article = 0.25 · 7.8 = 1.95 g / cm ² . The thickness of each spacer layer from a polymeric material fluoroplastic F2M - T _cl = 70-80 microns.

Д_вв=2400 м/с, Т_вв=5 см, П_вв=0,93 г/см³, удельная масса М_вв=Т_вв·П_вв=5·0,93=4,65 г/см². Состав взрывчатого вещества: смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой 1:1.D _cc = 2400 m / s, T _cc = 5 cm, P _cc = 0.93 g / cm ³ , specific gravity M _cc = T _cc · P _cc = 5 · 0.93 = 4.65 g / cm ² . The composition of the explosive: a mixture of ammonite 6ZHV with ammonium nitrate 1: 1.

Соотношение удельных массSpecific gravity ratio

М_вв/(М_п+М_уп)=1,39.M _BB / (M _p + M _yn ) = 1.39.

Результаты получения изделий с внутренними полостями те же, что в примере 1.The results of obtaining products with internal cavities are the same as in example 1.

Пример 3 (см. также таблицу).Example 3 (see also table).

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения.The same as in example 1, but the following changes.

N_тр=N_пр=12. Д_н.пр=14,8 мм, Д_в.пр=12,4 мм. Т_уп=0,12 см, М_уп=Т_уп·П_лат=0,12·8,65=1,038 г/см². Сварочные зазоры К=1,2 мм, толщина пуансонов Т_п=0,2 см, что составляет 1,7·Т_уп; удельная масса М_п=Т_п·П_ст=0,2·7,8=1,56 г/см². Толщина разделительных слоев из полимерного материала Т_сл=90-100 мкм.N _Tr = N _CR = 12. D _n.pr. = 14.8 mm, D _v.pr. = 12.4 mm. T _yn = 0.12 cm, M _yn = T _yn · P _lat = 0.12 · 8.65 = 1.038 g / cm ² . Welding gaps K = 1.2 mm, the thickness of the punches T _p = 0.2 cm, which is 1.7 · T _UP ; specific gravity M _p = T _p · P _article = 0.2 · 7.8 = 1.56 g / cm ² . The thickness of the separation layers of polymeric material T _SL = 90-100 microns.

Д_вв=1970 м/с, Т_вв=6 см, П_вв=0,98 г/см³, удельная масса M_вв=T_вв·П_вв=6·0,98=5,88 г/см². Состав взрывчатого вещества: смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой 1:4.D _cc = 1970 m / s, T _cc = 6 cm, P _cc = 0.98 g / cm ³ , specific gravity M _cc = T _cc · P _cc = 6 · 0.98 = 5.88 g / cm ² . The composition of the explosive: a mixture of ammonite 6ZHV with ammonium nitrate 1: 4.

Соотношение удельных масс М_вв/(М_п+М_уп)=2,26. Результаты получения изделий с внутренними полостями те же, что в примере 1.The ratio of specific gravities M _BB / (M _p + M _yn ) = 2.26. The results of obtaining products with internal cavities are the same as in example 1.

При получении изделий с внутренними полостями по прототипу, см. таблицу, пример 4, в результате сварки взрывом получают многоканальное изделие круглого сечения лишь с локальной сваркой металлических составляющих между собой. Дополнительная высокотемпературная термообработка, предназначенная для расплавления соединительных стержней и увеличения тем самым площади сварных соединений, не позволяет обеспечить получения цельносварного изделия. Кроме того, высокотемпературная термообработка изделий снижает прочность материалов изделий в результате процессов рекристаллизации, наружная поверхность изделия и внутренние поверхности полостеобразующих элементов шероховатые, что сужает возможные области применения данного способа в промышленности.When receiving products with internal cavities according to the prototype, see the table, example 4, as a result of explosion welding, a multichannel product of circular cross section is obtained only with local welding of metal components between each other. Additional high-temperature heat treatment, designed to melt the connecting rods and thereby increase the area of welded joints, does not allow to obtain an all-welded product. In addition, high-temperature heat treatment of products reduces the strength of the materials of the products as a result of recrystallization processes, the outer surface of the product and the inner surfaces of the cavity-forming elements are rough, which narrows the possible applications of this method in industry.

Claims

1. Способ получения цельносварного изделия с внутренними полостями сваркой взрывом, при котором используют полостеобразующие элементы в виде труб с удаляемым водным наполнителем, отличающийся тем, что полостеобразующие элементы размещают соосно внутри металлических трубчатых упрочняющих прослоек с внутренним диаметром, превышающим на 2,4-4 мм наружный диаметр полостеобразующих элементов, изготавливают из полученных сборок плоский пакет под сварку взрывом со сварочными зазорами между смежными металлическими трубчатыми упрочняющими прослойками, равными 0,4-1,2 мм, размещают пакет между пуансонами толщиной, равной 1,5-1,7 толщины стенок трубчатых упрочняющих прослоек, на поверхность пуансонов предварительно наносят разделительные слои из полимерного материала толщиной 50-100 мкм, располагают на наружных поверхностях пуансонов заряды взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества с направлением детонации вдоль полостеобразующих элементов, при этом процесс сварки взрывом ведут при скорости детонации взрывчатого вещества, равной 1970-2950 м/с, и отношении удельной массы каждого заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс пуансона и стенки каждой трубчатой упрочняющей прослойки, равном 0,6-2,26.1. A method of producing an all-welded product with internal cavities by explosion welding, in which cavity-forming elements in the form of pipes with removable aqueous filler are used, characterized in that cavity-forming elements are placed coaxially inside metal tubular reinforcing layers with an internal diameter exceeding 2.4-4 mm the outer diameter of the cavity-forming elements, a flat bag for explosion welding is made from the obtained assemblies with welding gaps between adjacent metal tubular reinforcing with interlayers equal to 0.4-1.2 mm, place the package between punches with a thickness equal to 1.5-1.7 of the wall thickness of the tubular reinforcing layers, separation layers of polymer material with a thickness of 50-100 μm are preliminarily applied to the surface of the punches, placed on the outer surfaces of the punches explosive charges and carry out explosion welding by simultaneously initiating an explosion of explosive charges with the detonation direction along the cavity-forming elements, while the explosion welding process is carried out at a detonation speed explosive substance equal to 1970-2950 m / s, and the ratio of the specific gravity of each explosive charge to the sum of the specific gravities of the punch and the wall of each tubular reinforcing layer equal to 0.6-2.26.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала трубчатых упрочняющих прослоек используют латунь.2. The method according to claim 1, characterized in that brass is used as the material of the tubular reinforcing layers.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала разделительных слоев используют фторопласт.3. The method according to claim 1, characterized in that fluoroplastic is used as the polymeric material of the separation layers.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют пуансоны, выполненные из стали. 4. The method according to claim 1, characterized in that the use of punches made of steel.