Способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом

 

Изобретение относится к технологии сварки взрывом и может быть использовано для изготовления изделий с внутренними полостями, например, теплообменников, электротермического и химического оборудования, теплорегуляторов и т.д. Цель изобретения - повышение тепловой мощности теплообменников путем увеличения коэффициента теплопередачи между полостями. Оболочку выполняют в виде трубы, внутри которой симметрично продольной центральной оси располагают пучок труб. Между трубами помещают соединительные стержни из легкоплавкого материала диаметром, равным 0,13 - 0,15 наружного диаметра труб, а в наружные углубления пучка помещают соединительные стержни диаметром, равным 0,25 - 0,35 наружного диаметра труб. При этом процесс ведут при скорости соударения 200 - 450 м/с, а термообработку изделия после взрывного нагружения проводят в течение 3-5 мин при температуре на 2-20^oC выше температуры ликвидуса металла соединительных стержней. При этом увеличивается площадь сварного соединения. 3 ил.

Изобретение относится к технологии сварки взрывом и может быть использовано для изготовления изделий с внутренними полостями, например, теплообменников, электротермического и химического оборудования, теплорегуляторов и т.п. Целью изобретения является повышение тепловой мощности теплообменника путем увеличения коэффициента теплопередачи между полостями. На фиг. 1 изображена схема сварки взрывом; на фиг.2 вид сечения А-А на фиг.1; на фиг.3 поперечное сечение сваренного теплообменника. Способ осуществляют следующим образом. Очищают соединяемые металлические поверхности от окислов и загрязнений, собирают пучок из труб 1, стержней 2 и 3 (фиг. 1 и 2). Скрепляют пучок труб с помощью бандажей 4. Толщина стенки труб должна быть равной 0,1 0,2 наружного диаметра, диаметр соединительных стержней 2 между трубами должен быть равным 0,13 0,15 наружного диаметра труб, а диаметр стержней 3 в наружных углублениях пучка должен быть равен 0,25 0,35 наружного диаметра труб. Заполняют каналы труб водным наполнителем 5, а концы труб герметизируют герметиком, например пластилином. Располагают пучок труб 1 внутри трубчатой оболочки 6 симметрично относительно ее продольной оси. Толщина стенки оболочки 6 должна составлять 2-6 толщин стенок труб. Необходимый сварочный зазор между оболочкой и трубами устанавливается подбором наружного диаметра бандажа 4. Устанавливают направляющий конус 7, располагают вокруг указанной сборки кольцевой заряд 8 взрывчатого вещества (ВВ). Осуществляют инициирование взрыва заряда 8 ВВ с помощью электродетонатора 9. Скорость соударения оболочки с плакируемой заготовкой должна составлять 200-450 м/с. Оболочка 6, а также трубы 1 и стержни 3 и 4 деформируются и приобретают форму, показанную на фиг.3. При этом происходит локальная сварка между соединяемыми элементами композиции и дополнительное очищение соединяемых поверхностей в результате кумулятивных эффектов и совместной высокоскоростной деформации. Удаление наполнителя из труб после сварки происходит самопроизвольно под воздействием волн разгрузки. Проводят термообработку изделия после взрывной обработки в течение 3-5 мин при температуре на 5-20^oC выше температуры ликвидуса материала соединительных стержней. Это обеспечивает получение более надежных соединений между сформированными соединительными стержнями и остальными элементами композиции, увеличивает площадь сварного соединения, что повышает коэффициент теплопередачи. Размещение соединительных стержней из легкоплавкого материала между трубами, а также в наружных углублениях пучка труб способствует образованию сварных соединений на площадях контакта составляющих композиции. Диаметр стержней, устанавливаемых между трубами, выбирают равным 0,13 - 0,15 наружного диаметра труб. При диаметре стержней, меньшем 0,13 наружного диаметра труб, затрудняется точная установка стержня относительно центра промежутка между трубами, что приводит к неодинаковой деформации соединяемых элементов в процессе сварки и ухудшает качество изделия. Кроме того, уменьшается площадь получаемых сварных соединений, а это приводит к снижению прочности и надежности конструкции в целом. Установка соединительных стержней с диаметром, большим 0,15 наружного диаметра труб, приводит к возникновению зазоров между трубами и ухудшению качества изделия из-за появления недопустимой волнистости стенок труб. В наружные углубления пучка труб помещают соединительные стержни диаметром 0,25-0,35 наружного диаметра труб. При установке стержней диаметром, меньшим 0,25 наружного диаметра труб, нарушается симметрия деформирования оболочки в процессе сварки взрывом, что приводит к местному искривлению оболочки, ухудшению качества получаемого изделия. Кроме того, уменьшение диаметра стержней приводит к заметному снижению площади образующихся соединений, а это ухудшает качество изделия. При установке стержней диаметром, большим 0,35 наружного диаметра труб, выступающие из свариваемого узла стержни первыми из всех его элементов воспринимают удар оболочки, что ухудшает качество поверхности внутренних полостей труб, увеличивает их волнистость до недопустимых размеров. Скорость соударения оболочки с пучком труб должна быть равна 200 450 м/с, что обеспечивает локальную сварку соединяемых элементов. При скорости соударения менее 200 м/с не происходит достаточно полного обжатия соединяемых элементов, и в их стыках возникают зазоры, ухудшающие теплопередачу между каналами. Площадь образующихся сварных соединений при таких режимах уменьшается, а это снижает прочность и надежность изделий в процессе эксплуатации. При скорости соударения более 450 м/с качество сварных соединений оказывается достаточно высоким, но возрастает до недопустимых размеров деформации поверхностей внутренних каналов, что недопустимо в ряде изделий теплообменной аппаратуры. Термообработку изделия после сварки проводят в течение 3-5 мин при температуре на 5-20^oC выше температуры ликвидуса материала. При температуре термообработки ниже указанной не происходит образования достаточно надежного сварного соединения. При температуре термообработки выше указанной происходит неоправданное увеличение энергозатрат, возникает опасность деформации изделия в процессе термообработки из-за явления ползучести металла. Время термообработки изделия в течение 3-5 мин является достаточным для образования надежности соединений между стержнями, оболочкой и трубами. При времени термообработки менее 3 мин не происходит образования соединений по всем наружным поверхностям стержней. При времени термообработки более 5 мин происходит неоправданное увеличение энергозатрат и возникают деформации изделия в процессе термообработки. Пример 1. В качестве материала плакирующей оболочки использовалась сталь 12х18H10T (ГОСТ 5632-72), температура плавления солидус выше 1300^oC. Плакирующую оболочку брали в виде трубы с наружным диаметром 52 мм, внутренним 34 мм, длиной 165 мм. Плакируемую заготовку собрали из полостеобразующих элементов в виде пучка из семи труб из меди М1 (ГОСТ 859-66) с наружным диаметром 10 мм, внутренним 6 мм, длиной 160 мм. Температура плавления меди М1 1083^oC. Между трубами помещали соединительные стержни из более легкоплавкого материала, чем у оболочки и труб, из латуни Л63 (ГОСТ 1552-70), диаметром D_m 1,4 мм (0,14 диаметра труб), длиной 160 мм. Температура плавления латуни Л63 (температура ликвидус) 905^oC. В наружные углубления плакируемой заготовки помещали соединительные стержни из латуни Л63 диаметром D_δ 3,0 мм (0,3 диаметра труб). Заполняли каналы труб водным наполнителем, а концы герметизировали герметиком, например пластилином. Скрепляли плакируемый пакет с помощью бандажей и помещали в плакирующую оболочку симметрично центральной продольной оси. Устанавливали направляющий конус с углом при вершине 60^oC с одного конца плакирующей оболочки и располагали вокруг указанной сборки кольцевой заряд ВВ с наружным диаметром 150 мм, внутренним 52 мм, длиной 220 мм, представляющий собой смесь аммонита N 6 ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:1. Осуществляли сварку взрывом. При этом скорость соударения оболочки с плакируемой заготовкой составляла 290 м/с. Проводили термообработку изделия после сварки в течение 4 мин при 915^oC, что на 10^oC выше температуры ликвидуса латуни Л63. Охлаждение изделия осуществляли на воздухе. В результате получали материал с в 3 раза большим коэффициентом теплопередачи и тепловой мощностью, чем по базовому способу.

Формула изобретения

Способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, при котором берут полостеобразующие элементы в виде труб, располагают их пучком в трубчатой оболочке симметрично относительно ее продольной оси и сваривают их взрывом, отличающийся тем, что, с целью повышения тепловой мощности теплообменников путем увеличения коэффициента теплопередачи между полостями, между трубами помещают соединительные стержни из легкоплавкого материала диаметром, равным 0,13-0,15 наружного диаметра труб, а в наружные углубления пучка труб помещают соединительные стержни из легкоплавкогог материала диаметром, равным 0,25-0,35 наружного диаметра труб, при этом процесс ведут при скорости соударения 200 450 м/с, а после сварки осуществляют термообработку в течение 3 5 мин при температуре на 5 20^oС выше температуры ликвидуса материала соединительных стержней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3