Сварка взрывом испаряющейся пленкой | Сварка и сварщик

Сварка взрывом довольно молодой способ сварки. Еще во время первой мировой войны обнаружили, что куски шрапнели, ударившиеся об броню, не просто застревали в ней, а были намертво сварены. В результате чего был сделан вывод, что соединение металлов возможно не только при помощи расплавления, но и при воздействии ударной силы.

И лишь в 1962 году компания DuPont подала патент на процесс сварки взрывом. Сварку взрывом используют для соединения металлов в судостроении и изготовлении сосудов под давлением.

Инженеры из университета штата Огайо разработали принципиально новый вид сварки взрывом – сварка взрывом испаряющейся пленкой (Vaporizing Foil Actuators Welding). Преимущества данного метода заключается в том, что затраты энергии на 80% меньше, чем при точечной контактной сварке, а сварное соединение поверхностей на 50% прочнее.

На соединяемые листы металла кладется специальная пленка, которая в результате прохождения по ней электрического тока испаряется за считанные доли секунды и образовывает горячую плазму. В результате чего

создается взрывная волна, достигающая скорости более 500 м/с, что дает возможность соединять между собой листы металла толщиной более 2 см. Более подробно процесс сварки взрывом описан в статье «Сварка взрывом».

Схема резистивно-индуктивно-ёмкостной цепи установки для сварки взрывом испаряющейся пленкой

Оборудование для сварки взрывом испаряющейся пленкой достаточно небольшое, легкое и мобильное. Все узлы установки пригодны к многоразовому использованию, кроме пленки, ламинированной алюминием и полимерным изолятором.

Фото испаряющейся пленки

Образец изготовленный сваркой взрывом испаряющейся пленкой

На данный момент проведены успешные испытания для сварки железа, алюминия, меди, никеля, титана и магния в различных комбинациях

. Исследования показали, что сварные соединения обладают большей прочностью, чем свариваемые детали.

Макрошлифы сварных композиционных соединений выполненных при помощи сварки взрывом

До недавнего времени сварка легких материалов со сталью была невыполнимой в промышленных масштабах, но благодаря легкости и мобильности оборудования для сварки разрабатывается возможность роботизации процесса. Благодаря чему разработчики полагают, что сварка взрывом испаряющейся пленкой окажет существенное влияние на автомобилестроение.

По материалам сайта: osu.edu

Особенности процесса сварки металла взрывом

1. Сварное соединение образуется в течение миллионных долей секунды, т. е. практически мгновенно. Сварное соединение возникает вследствие образования металлических связей при совместном пластическом деформировании свариваемых поверхностей металла. Малая продолжительность сварки предотвращает возникновение диффузионных процессов. Эта особенность процесса позволяет сваривать металлы, которые при обычных процессах сварки с расплавлением металлов образуют хрупкие интерметаллические соединения, делающими непригодными швы к эксплуатации.

2. При сварке взрывом можно получать соединения неограниченной площади. При этом процесс сварки осуществляется тем легче, чем больше отношение площади соединения к толщине метаемой части металла. Осуществлены соединения площадью 15—20 м².

На рис. 30, а—д представлены технологические схемы сварки взрывом: а — сварка трех- и многослойных плоских соединений одновременно одним зарядом ВВ; б — приварка двух наружных слоев к листу взрывом из одной точки двух зарядов ВВ; в — наружная облицовка цилиндрических тел кольцевым зарядом ВВ; г — сварка биметаллических цилиндрических заготовок переменного диаметра для изготовления из разнородных металлов бесступенчатых трубных переходников; д — приварка труб к трубным решеткам теплообменников.

Сварка взрывом начинает применяться для стыковых нахлесточных соединений некоторых готовых элементов конструкций. Перспективно применение сварки взрывом для соединения армированных металлов и получение из порошков монолитных металлов и сплавов.

Рис.30. Технологические схемы сварки взрывом соединений различного типа:1 — детонатор; 2 — заряд BB; 3 — метаемые пластины; 4 — неподвижная пластина; 5 — подложка; 6 — грунт; 7 — металлическая призма или конус для центрирования заготовок и направления фронта детонационной волны; 8 — облицовываемый цилиндр; 9 — метаемая труба; 10 — центрирующая шайба; 11 — трубная решетка; 12 — трубка; 13 — буферная пластмассовая цилиндрическая вставка

Затруднение вызывает сварка малопластичных, хрупких металлов (чугун, высокопрочные титановые сплавы), разрушающихся при взрывном нагружении.

Сварка взрывом в Красноярске и крае

Сварка взрывом (взрывная сварка) — это технологический процесс, использующий энергию взрыва для сварки металла, которую обеспечивает совместная пластическая деформация поверхностей. Технология, в основном, применяется в случае необходимости соединить изделий, изготовленных из разных металлических материалов, а также с целью плакирования. Взрывчатые вещества, используемые в данной технологии — насыпные.

Сварка взрывом

Сварка взрывом — одна из технологических операций, связанных с соединением металлов в единую конструкцию. Что это за процесс, какова его техническая сторона и требования к его проведению? Давайте поговорим об этом!

В процессе работы перед инженерами часто встает задача в применении конструкционных материалов, которых просто нет в природе. Например, материал, обладающий хорошими электропроводными качествами и идеальной устойчивостью к коррозии, оказывается недостаточно прочным. Выход в использовании сложных материалов, полученных комбинацией из двух и более металлов. Чтобы их получить, нужно обратиться в компании, оказывающие услуги сварки взрывом.

Что такое сварка взрывом?

Первые результаты таких сварок люди получили во время войны. При разборе завалов неоднократно замечались сварившиеся с другими металлическими элементами гильзы бомб. Этот процесс заинтересовал конструкторов, и в начале 60-х годов прошлого века компанией DuPont была запатентована технология и получены первые практические результаты. Технологически процесс, выглядит довольно просто:

1. Между двумя металлами имеется небольшой воздушный зазор.
2. На поверхности верхнего — располагается взрывчатое вещество.
3. При детонации между листами металлов образуется кумулятивная струя, которая и образует новый конструкционный материал с необходимыми свойствами.

Однако, на практике, естественно, не все так просто.

Виды сварок, применяемых для создания соединений

При такой сварке может применяться большое количество разнообразных металлов. Материалы, сваренные из двух листов металлов, называются биметаллами, но не редкость и многослойные конструкции, имеющие по 3 или 4 слоя. Иногда, для улучшения соединения в полости между металлами располагают тонкую неметаллическую прослойку.

Применение сварки взрывом на предприятиях в Красноярском крае

При всей кажущейся простоте, данный метод достаточно сложен для применения на производстве и подчиняется жестким стандартам безопасности. В качестве взрывчатки используется, как правило, игнадит, количество которого варьируется в пределах от 10 до 1000 килограмм. При детонации возникают очень большие усилия, достигающие нескольких сотен или тысяч тонн, а значит, она не может быть проведена в условиях обычного производства. Как правило, предприятия оказывающие услуги по сварке взрывом подчиняются следующим правилам:

1. Расположены за пределами города — в отдалении от нахождения людей.
2. К процессу допускают только сотрудников, имеющих лицензию.
3. Обладают квалифицированным инженерным персоналом.

Сварка взрывом — операция соединения, металлов для получения биметаллов или сложных композитов, состоящих из нескольких разнородных металлических слоев. Такие материалы очень популярны как в электротехнике, так и в других отраслях человеческой деятельности. Из них создаются сложные компоненты устройств и конструкций, с заранее заложенными свойствами, получить которые другим путем практически невозможно.

Сварка взрывом в Новосибирске и области

Сварка взрывом (взрывная сварка) — это технологический процесс, использующий энергию взрыва для сварки металла, которую обеспечивает совместная пластическая деформация поверхностей. Технология, в основном, применяется в случае необходимости соединить изделий, изготовленных из разных металлических материалов, а также с целью плакирования. Взрывчатые вещества, используемые в данной технологии — насыпные.

Сварка взрывом

Сварка взрывом — одна из технологических операций, связанных с соединением металлов в единую конструкцию. Что это за процесс, какова его техническая сторона и требования к его проведению? Давайте поговорим об этом!

В процессе работы перед инженерами часто встает задача в применении конструкционных материалов, которых просто нет в природе. Например, материал, обладающий хорошими электропроводными качествами и идеальной устойчивостью к коррозии, оказывается недостаточно прочным. Выход в использовании сложных материалов, полученных комбинацией из двух и более металлов. Чтобы их получить, нужно обратиться в компании, оказывающие услуги сварки взрывом.

Что такое сварка взрывом?

Первые результаты таких сварок люди получили во время войны. При разборе завалов неоднократно замечались сварившиеся с другими металлическими элементами гильзы бомб. Этот процесс заинтересовал конструкторов, и в начале 60-х годов прошлого века компанией DuPont была запатентована технология и получены первые практические результаты. Технологически процесс, выглядит довольно просто:

1. Между двумя металлами имеется небольшой воздушный зазор.
2. На поверхности верхнего — располагается взрывчатое вещество.
3. При детонации между листами металлов образуется кумулятивная струя, которая и образует новый конструкционный материал с необходимыми свойствами.

Однако, на практике, естественно, не все так просто.

Виды сварок, применяемых для создания соединений

При такой сварке может применяться большое количество разнообразных металлов. Материалы, сваренные из двух листов металлов, называются биметаллами, но не редкость и многослойные конструкции, имеющие по 3 или 4 слоя. Иногда, для улучшения соединения в полости между металлами располагают тонкую неметаллическую прослойку.

Применение сварки взрывом на предприятиях в Новосибирской области

При всей кажущейся простоте, данный метод достаточно сложен для применения на производстве и подчиняется жестким стандартам безопасности. В качестве взрывчатки используется, как правило, игнадит, количество которого варьируется в пределах от 10 до 1000 килограмм. При детонации возникают очень большие усилия, достигающие нескольких сотен или тысяч тонн, а значит, она не может быть проведена в условиях обычного производства. Как правило, предприятия оказывающие услуги по сварке взрывом подчиняются следующим правилам:

1. Расположены за пределами города — в отдалении от нахождения людей.
2. К процессу допускают только сотрудников, имеющих лицензию.
3. Обладают квалифицированным инженерным персоналом.

Сварка взрывом — операция соединения, металлов для получения биметаллов или сложных композитов, состоящих из нескольких разнородных металлических слоев. Такие материалы очень популярны как в электротехнике, так и в других отраслях человеческой деятельности. Из них создаются сложные компоненты устройств и конструкций, с заранее заложенными свойствами, получить которые другим путем практически невозможно.

Сварка взрывом в Томске и области

Сварка взрывом (взрывная сварка) — это технологический процесс, использующий энергию взрыва для сварки металла, которую обеспечивает совместная пластическая деформация поверхностей. Технология, в основном, применяется в случае необходимости соединить изделий, изготовленных из разных металлических материалов, а также с целью плакирования. Взрывчатые вещества, используемые в данной технологии — насыпные.

Сварка взрывом

Сварка взрывом — одна из технологических операций, связанных с соединением металлов в единую конструкцию. Что это за процесс, какова его техническая сторона и требования к его проведению? Давайте поговорим об этом!

В процессе работы перед инженерами часто встает задача в применении конструкционных материалов, которых просто нет в природе. Например, материал, обладающий хорошими электропроводными качествами и идеальной устойчивостью к коррозии, оказывается недостаточно прочным. Выход в использовании сложных материалов, полученных комбинацией из двух и более металлов. Чтобы их получить, нужно обратиться в компании, оказывающие услуги сварки взрывом.

Что такое сварка взрывом?

Первые результаты таких сварок люди получили во время войны. При разборе завалов неоднократно замечались сварившиеся с другими металлическими элементами гильзы бомб. Этот процесс заинтересовал конструкторов, и в начале 60-х годов прошлого века компанией DuPont была запатентована технология и получены первые практические результаты. Технологически процесс, выглядит довольно просто:

1. Между двумя металлами имеется небольшой воздушный зазор.
2. На поверхности верхнего — располагается взрывчатое вещество.
3. При детонации между листами металлов образуется кумулятивная струя, которая и образует новый конструкционный материал с необходимыми свойствами.

Однако, на практике, естественно, не все так просто.

Виды сварок, применяемых для создания соединений

При такой сварке может применяться большое количество разнообразных металлов. Материалы, сваренные из двух листов металлов, называются биметаллами, но не редкость и многослойные конструкции, имеющие по 3 или 4 слоя. Иногда, для улучшения соединения в полости между металлами располагают тонкую неметаллическую прослойку.

Применение сварки взрывом на предприятиях в Томской области

При всей кажущейся простоте, данный метод достаточно сложен для применения на производстве и подчиняется жестким стандартам безопасности. В качестве взрывчатки используется, как правило, игнадит, количество которого варьируется в пределах от 10 до 1000 килограмм. При детонации возникают очень большие усилия, достигающие нескольких сотен или тысяч тонн, а значит, она не может быть проведена в условиях обычного производства. Как правило, предприятия оказывающие услуги по сварке взрывом подчиняются следующим правилам:

1. Расположены за пределами города — в отдалении от нахождения людей.
2. К процессу допускают только сотрудников, имеющих лицензию.
3. Обладают квалифицированным инженерным персоналом.

Сварка взрывом — операция соединения, металлов для получения биметаллов или сложных композитов, состоящих из нескольких разнородных металлических слоев. Такие материалы очень популярны как в электротехнике, так и в других отраслях человеческой деятельности. Из них создаются сложные компоненты устройств и конструкций, с заранее заложенными свойствами, получить которые другим путем практически невозможно.

Сварка взрывом в Челябинске и области

Сварка взрывом (взрывная сварка) — это технологический процесс, использующий энергию взрыва для сварки металла, которую обеспечивает совместная пластическая деформация поверхностей. Технология, в основном, применяется в случае необходимости соединить изделий, изготовленных из разных металлических материалов, а также с целью плакирования. Взрывчатые вещества, используемые в данной технологии — насыпные.

Сварка взрывом

Сварка взрывом — одна из технологических операций, связанных с соединением металлов в единую конструкцию. Что это за процесс, какова его техническая сторона и требования к его проведению? Давайте поговорим об этом!

В процессе работы перед инженерами часто встает задача в применении конструкционных материалов, которых просто нет в природе. Например, материал, обладающий хорошими электропроводными качествами и идеальной устойчивостью к коррозии, оказывается недостаточно прочным. Выход в использовании сложных материалов, полученных комбинацией из двух и более металлов. Чтобы их получить, нужно обратиться в компании, оказывающие услуги сварки взрывом.

Что такое сварка взрывом?

Первые результаты таких сварок люди получили во время войны. При разборе завалов неоднократно замечались сварившиеся с другими металлическими элементами гильзы бомб. Этот процесс заинтересовал конструкторов, и в начале 60-х годов прошлого века компанией DuPont была запатентована технология и получены первые практические результаты. Технологически процесс, выглядит довольно просто:

1. Между двумя металлами имеется небольшой воздушный зазор.
2. На поверхности верхнего — располагается взрывчатое вещество.
3. При детонации между листами металлов образуется кумулятивная струя, которая и образует новый конструкционный материал с необходимыми свойствами.

Однако, на практике, естественно, не все так просто.

Виды сварок, применяемых для создания соединений

При такой сварке может применяться большое количество разнообразных металлов. Материалы, сваренные из двух листов металлов, называются биметаллами, но не редкость и многослойные конструкции, имеющие по 3 или 4 слоя. Иногда, для улучшения соединения в полости между металлами располагают тонкую неметаллическую прослойку.

Применение сварки взрывом на предприятиях в Челябинской области

При всей кажущейся простоте, данный метод достаточно сложен для применения на производстве и подчиняется жестким стандартам безопасности. В качестве взрывчатки используется, как правило, игнадит, количество которого варьируется в пределах от 10 до 1000 килограмм. При детонации возникают очень большие усилия, достигающие нескольких сотен или тысяч тонн, а значит, она не может быть проведена в условиях обычного производства. Как правило, предприятия оказывающие услуги по сварке взрывом подчиняются следующим правилам:

1. Расположены за пределами города — в отдалении от нахождения людей.
2. К процессу допускают только сотрудников, имеющих лицензию.
3. Обладают квалифицированным инженерным персоналом.

Сварка взрывом — операция соединения, металлов для получения биметаллов или сложных композитов, состоящих из нескольких разнородных металлических слоев. Такие материалы очень популярны как в электротехнике, так и в других отраслях человеческой деятельности. Из них создаются сложные компоненты устройств и конструкций, с заранее заложенными свойствами, получить которые другим путем практически невозможно.

Сварка взрывом

Сварка взрывом — новая и перспективная разновидность сварки давлением, вызывает большой интерес инженеров-практиков самых различных отраслей.

В области теории процесса исследования выполнялись в ИЭС им. Е.О. Патона, Волгоградском политехническом институте, Белорусском республиканском НПО порошковой металлургии, НПО «ЦНИИТмаш» и др.

Сварка взрывом — процесс получения соединений под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества (ВВ).

Несмотря на мгновенное протекание сварки взрывом (продолжительность порядка 10~6 с) в области соударения успевают произойти процессы, необходимые для образования новых атомных связей и прочного соединения металлов.

Эти процессы можно регулировать путем изменения параметров соударения пластин и подбором соответствующих ВВ. Сваркой взрывом можно получать соединения из разнообразных металлов и сплавов, что является — одним из ее достоинств. Номенклатура металлов, сваренных взрывом, достаточно широка (около 100 сочетаний) и постоянно расширяется.

Сварка взрывом находится сейчас в стадии разработки. Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок биметалла, при плакировке поверхности конструкционных сталей металлами и сплавами с особыми физическими свойствами, а также при сварке заготовок и деталей из разнородных металлов.

Схема сварки взрывом имеет следующий вид.

В качестве ВВ используются гранулированные аммониты, имеющие скорость детонации D=3000-4000 м/с.

В момент взрыва вдоль слоя ВВ распространяется плоская детонационная волна, при этом продукты взрыва сообщают находящемуся за фронтом детонации участку металла импульс, под действием которого элементарные объемы с ускорением движутся к поверхности неподвижной детали и со скоростью V соударяются с ней.

Соударение свариваемых металлов происходит под некоторым углом , вызывает давление в десятки тысяч атмосфер. В местах соприкосновения пластин происходит совместное деформирование поверхностных слоев. Деформирование имеет характер вязкого течения и способствует тесному сближению свариваемых поверхностей.

— Так как скорость детонации ВВ конечна, точка контакта свариваемых пластин перемещается вдоль поверхности неподвижной пластины с конечной скоростью V_KS D.

— Площадь метаемой пластины, как правило, больше площади основной пластины, чтобы уменьшить влияние эффекта бокового разлета продуктов взрыва при детонации плоского заряда.

Скорость соударения пластин V достигает порядка нескольких сотен метров в секунду, а в зоне соударения развиваются давления порядка 10⁵ атм (10⁴ МПа).

В следствии высоких скоростей соударения и давлений в зоне контакта происходит очистка поверхностей, их активация и образование соединения. Давление при сварке должно быть больше Р_min.

Минимальное давление, необходимое для сварки некоторых металлов:

Металл

AL

Cu

Fe

Давление при сварке Р, МПа

630

2460

6000

_т, МПа

30

170

240

С оединение (макрошлиф) обычно имеет характерную волнообразную форму (а), но могут встречаться соединения и без волнообразования (б):

Окисные пленки и другие поверхностные загрязнения дробятся и рассредоточиваются со слоями деформируемого металла.

Величина среднего-давления Р, развивающегося в зоне сварки, зависит от скорости V соударения пластин и свойств металла:

, где D – скорость детонации ВВ;

_ВВ – плотность ВВ;

_В – плотность металла верхней (метаемой) пластины.

Физические явления, сопутствующие сварке взрывом, структура и свойства соединений в значительной степени зависят от основных параметров сварки взрывом:

— скорость движения точки контакта V_K

— скорость метания пластины Уд

— угол соударения (динамический угол встречи) у.

— давление Р

— длительность соударения

— температура в зоне соударения Т.

Скорость движения точки контакта V_K при начальном параллельном расположении пластин равна D: V_K =D.

Для обеспечения соединения при сварке взрывом необходимо соблюдать условие V_K<Со, где Со — скорость звука в соединяемых металлах, т.е. D<Со, где , где Е — модуль упругости; р — плотность.

Основные параметры определяют технологические параметры процесса:

1 — скорость детонации D, характеризующую ВВ

‘2 — безразмерный параметр r=m_ВВ/m_пл, где m_ВВ — масса ВВ;

m_пл — масса метаемой .пластины

3 — h — сварочный зазор

4 — микрорельеф поверхностей

5 — физико-механические характеристики свариваемых металлов,

ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА.

Источником энергии при сварке взрывом служат ВВ, при этом энергия химического превращения ВВ переходит в механическую энергию метания, затрачивается на нагрев окружающей среды, создание в ней ударных волн.

ВВ представляют собой сравнительно неустойчивые химические соединения, которые под действием внешних факторов (давления и температуры) способны к мгновенным экзотермическим реакциям, превращающим их в сильно разогретый плотный газ.

Возбуждение химической реакции в ВВ осуществляется ударной волной, а интенсивность ее и стационарность всего детонационного процесса поддерживается энергией химической реакции за фронтом ударной волны.

Параметром ВВ, определяющим свойства ВВ, является скорость детонации.

Скорость детонации зависит от:

1 — теплоты взрывчатого превращения (Q)

, где k<3 — показатель адиабаты продуктов взрыва

2 — физические характеристики заряда:

— диаметр (толщина)

— плотность

— агрегатное состояние

— размеры частиц

— влажность

— наличие оболочки.

Сварка взрывом выдвигает ряд специфических требований к ВВ.

1 — Скорость детонации должна быть меньше скорости звука в соединяемых металлах Со и находиться в пределах от 1500 м/с до Со:

1500 < Р < Ср.

2 — В плоских зарядах ВВ большой площади и малой толщины должна быть обеспечена стабильность детонации, т.е. ddкр. С увеличением d (диаметра), толщины заряда скорость детонации повышается, достигая максимального значения при некотором предельном d, различном для разных ВВ.

3 — ВВ должны быть максимально безопасными в обращении, недорогими и сохранять стабильность свойств в течении определенного времени.

Этим требованиям удовлетворяют:

• порошкообразные смеси ВВ на основе тринитротолуола (тротила ТНТ) и аммиачной селитры NH₄NO₃.

• аммонит 6ЖВ с гранулированной аммиачной селитрой (АТ-1, АТ-2, АТ-3).

• трехкомпонентные смеси ТНТ — NH₄NO₃ — NaСl (А-40, А-50) .

Скорость детонации этих зарядов (D) зависит от их толщины, состава, грануляции, влажности и т.д.

ПАРАМЕТРЫ ВВ

Тип ВВ	Критический диаметр, мм	Насыпная плотность, 103кг/м3	Скорость детонации, м/с
Аммонит 6ЖВ	10-12	0,85-1,0	3600-4800
Аммиачная селитра NH4NO3	10-12	0,85-0,9	1800
Аммоний + NH4NO3 в соотношении 1:3 1:6	20-22 70-80	0,8-0,9 0,8-0,9	2200-3600 2000-2700

Инициирование взрыва в заряде осуществляется тремя способами:

1. детонатором (капсулем-детонатором или электродетонатором)

2. детонатором через детонирующий шнур

3. детонатором через боевик.

— Детонатор изготавливается на основе чувствительных к тепловым и механическим воздействиям ВВ (гремучей ртути Нg(ОNС)₂ или азида свинца РbN₂) с критическим диаметром 0,01-0,02 мм.

— В последнее время разработаны высоковольтные детонаторы без инициирующих ВВ (для подрыва требуется U=10000В, которое создается взрывной машинкой типа ВМ-4).

— Детонирующий шнур содержит (12-13)х10^-3 кг/м ВВ, скорость детонации 6500-7000 м/с.

— В качестве боевика обычно используется аммонит или тротиловые шашки.

Высокие давления и скорости деформации, чрезвычайно интенсивный локальный нагрев и быстрый теплоотвод в зоне соединения существенным образом влияют на структуру металлов и протекающие в них процессы. Независимо от вида свариваемых металлов следует различать три типа соединений, получаемых при различных значениях параметров процесса:

1. Первый тип соединений характеризуется прямой или синусоидальной границей без образования участков литой или кристаллизационной структуры. Этот тип соединений характерен для не очень интенсивных скоростей соударения и напоминает соединения, полученные холодной сваркой.

2. Второй тип — с ярко выраженным волнообразованием и наличием вихревых зон. В этих зонах обычно наблюдаются участки закристаллизовавшегося расплава с дендритной структурой и усадочными раковинами, рыхлостями. При соединении разнородных металлов в вихревых зонах происходит перемешивание металлов.

3. При форсированных режимах (увеличение скорости перемещения динамического угла встречи Vк и динамического угла встречи ) зоны расплавов расширяются до образования непрерывного слоя вдоль всей границы контактирования. Соединения с непрерывным слоем расплава относятся к третьему типу.

Общим свойством всех соединений, полученных сваркой взрывом, является заметное упрочнение металлов вблизи контактных поверхностей.

Все полученные сваркой взрывом соединения можно разделить на 4 основные группы:

1 — соединения однородных металлов;

2 — металлы, образующие твердые растворы:

углеродистая сталь — коррозионностойкая сталь,

никель — медь,

никель и его сплавы — коррозионностойкая сталь.

3 — соединения металлов, имеющих ограниченную растворимость:

сталь — серебро,

сталь — медь и ее сплавы.

и нерастворимые в жидком состоянии:

сталь — свинец,

молибден — медь,

вольфрам — медь.

4 — соединения металлов, образующие при взаимодействии новые химические соединения:

сталь — алюминий и его сплавы,

сталь — титан,

сталь — цирконий,

сталь — ниобий.

На практике для определения режимов сварки разнородных металлов с большими различиями в физико-химических свойствах проводят серию опытов, что дает возможность подобрать _В (варьируя V_К).

Особенности процесса сварки взрывом следующие:

1. Сварное соединение образуется в миллионные доли секунды, т.е. практически мгновенно.

2. Малая продолжительность сварки предотвращает возникновение и протекание диффузионных процессов, что позволяет сваривать металлы, которые при обычных процессах сварки с расплавлением образуют хрупкие интерметаллические соединения.

3. При сварке взрывом можно получить соединения неограниченной площади. При этом процесс сварки осуществляется легче, чем больше отношение площади соединяемой части к толщине метаемой части металла. В настоящее время осуществлены соединения площадью до 15-20 м2.

Сварка взрывом начинает применяться для стыковых и нахлёсточных соединений, для получения из порошков монолитных металлов и сплавов. Затруднена сварка малопластичных и хрупких материалов (чугун, высокопрочные титановые сплавы).

Заготовки перед сваркой не должны иметь значительного прогиба, не более 2-Змм на 1м длины. Поверхности должны быть зачищены до металлического блеска, для титана и аустенитных сталей допускается травление свариваемых поверхностей.

Непосредственно перед сваркой соединяемые поверхности обезжириваются, т.к. наличие масляных пленок препятствует образованию сварного соединения.

Зазоры между плоскими свариваемыми заготовками устанавливаются с помощью проволочных штырей. Сварку осуществляют на открытых полигонах при мощных зарядах ВВ в несколько сотен кг, или в специальных производственных помещениях (вакуумных камерах).

Технологические схемы сварки взрывом различных соединений имеют следующий вид:

а) сварка многослойных соединений

б) наружная облицовка цилиндрических тел

кольцевым зарядом

в) приварка труб к трубным решеткам теплообменников

Схема взрывного плакирования внутренних поверхностей.

1. заготовка основного металла;

2. плакирующая обечайка;

3. детонирующий шнур;

4. электродетонатор;

5. рабочий заряд ВВ;

6. вспомогательный заряд ВВ;

7. подставка (торы).

Металлические взрывные камеры.

Для локализации продуктов взрыва и поражающих факторов. В НПО «АНИТИМ» разработаны и изготовлены тонкостенные камеры =5-10мм для лабораторных работ и рассчитанные на ВВ=0,25-5кг массы, диаметр Зм.

В ФРГ создана камера V=600м3 со столом 6х3 м, а в России камера 10,5м введена в опытно-промышленную эксплуатацию (m_ВВ50кг).

Пироструйный резак (ПСР) (СКТБ «ТЕХНОЛОГ», г. С. Петербург)

Резка конструкционных материалов струей продуктов сгорания пиротехнических составов предназначена для резки стальных тросов, арматуры, кабелей и других видов работ. От других средств резки .(электродуговая, плазменная, газокислородная и т.д.) отличается независимостью от внешних источников энергии, автономностью и небольшой массой.

1. воспламеняющее устройство

2. корпус

3. заряд ПС

4. сопло

ПСР могут использоваться при аварийно-спасательных работах, в наземных условиях и под водой.

Температура струи составляет 3000-3300 °К. Процесс резки идет по тепловому механизму, в условиях «сложной теплоотдачи». При ПС=100г способны разрезать стальную арматуру 25-З0мм.

Процесс сварки взрывом, использует взрывную детонацию в качестве источника энергии для создания металлургической связи между металлическими компонентами

Принцип

Подготовка: Первым этапом операции облицовки является подготовка двух поверхностей, которые необходимо склеить вместе. Эти поверхности шлифуются или полируются для достижения однородной отделки поверхности с шероховатостью Ra
(140 RMS) или ниже 3 мкм, в зависимости от комбинации металлов и толщины.

Монтаж: плакирующего пластина расположена параллельно и выше опорной плиты, на расстоянии зазора, который был предварительно определенной для комбинации конкретных металлов, которые соединены.Это расстояние выбрано для обеспечения того, чтобы пластина оболочки сталкивалась с пластиной основания после ускорения до определенной скорости столкновения. Расстояние зазора обычно варьируется от 0,5 до 4-кратной толщины листа облицовки в зависимости от выбора параметров удара. Ограниченный допуск скорости столкновения приводит к аналогичному контролю допуска расстояния зазора.

Расстояние зазора регулируется опорными прокладками на краях пластины и внутри по мере необходимости. Внутренние защитные устройства рассчитаны на потребление струей.

Рамка для сдерживания взрывчатых веществ размещена по краям металлической пластины оболочки. Высота рамы устанавливается таким образом, чтобы в ней содержалось определенное количество взрывчатого вещества, обеспечивающее выделение определенной энергии на единицу площади.

Операция связывания: Состав и тип взрывчатого вещества выбираются таким образом, чтобы получить определенное выделение энергии и определенную скорость детонации (скорость, с которой фронт детонации проходит через слой взрывчатого вещества). Скорость детонации должна быть дозвуковой по отношению к акустическим скоростям металлов.

Взрывчатое вещество, обычно гранулированное, равномерно распределяется по поверхности облицовочной плиты, заполняющей защитную рамку. Он воспламеняется в заданной точке на поверхности пластины с помощью высокоскоростного взрывного ускорителя. Детонация распространяется от точки инициирования по поверхности пластины с заданной скоростью детонации. Расширение газа при взрыве взрывчатого вещества ускоряет пластину оболочки через зазор зазора, что приводит к угловому соударению с заданной скоростью столкновения.Результирующий удар создает очень высокое локальное давление в точке столкновения.

Эти давления распространяются от точки столкновения с акустической скоростью металлов. Поскольку столкновение продвигается вперед с дозвуковой скоростью, на непосредственно приближающихся смежных поверхностях создаются давления, которые достаточны для того, чтобы отколоть тонкий слой металла от каждой поверхности и выбросить его струей. Поверхностные загрязнения, оксиды и примеси удаляются струей. В точке столкновения вновь созданные чистые металлические поверхности сталкиваются под высоким давлением в несколько ГПа.Хотя при взрыве взрывчатого вещества выделяется много тепла, для передачи тепла металлам нет времени. В результате получается идеальная связь металл-металл без плавления или диффузии.

Индустриализация

Процесс плакирования взрывом обычно используется для плоских листов. Этот процесс также может быть использован для изготовления концентрически связанных труб и труб. В оболочке трубы взрывчатое вещество может быть размещено внутри канала или снаружи внешней трубы, в зависимости от диаметра, толщины стенки и других факторов.Процесс не подходит для облицовки поверхностей сложной формы. Когда требуются формованные изделия, такие как головки, оболочка изготавливается в виде плоской пластины, которой после склеивания формуют изделие требуемой конфигурации.

Покрытие и основные металлы

На приведенном выше рисунке показан широкий спектр комбинаций, которые могут быть получены с помощью взрывного соединения.

Общие размеры листов облицовки

Общие размеры облицовки обычно ограничиваются только наличием плоского металлического листа или пластины и транспортными ограничениями.Максимальный размер пластины также может быть ограничен пределами детонации взрывчатых веществ, такими как шум и ограничения окружающей среды. Редко размер ограничен ноу-хау в области облицовки. Обычно могут производиться пластины следующих максимальных размеров:

• Длина 12000 мм
• Ширина 5000 мм
• Толщина основания 500 мм
• Толщина покрытия 25 мм
• Площадь 35 м²

Производство

Плакированный металл можно легко формовать и сваривать при необходимости создания технологического оборудования.Многие производители оборудования по всему миру обладают обширным опытом и ноу-хау в этой области. Формовка головки и оболочки и сварка плакированных листов хорошо известны производителям, специализирующимся на плакировании.

Общие соображения

Для многих применений, особенно для больших сосудов под давлением, предназначенных для высоких температур и давлений, стальная конструкция, плакированная титаном или цирконием, может быть очень экономичной по сравнению с прочной конструкцией. Стоимость тантала настолько высока, что плакированная конструкция является единственной экономичной альтернативой для большинства технологического оборудования.Кроме того, тантал не признан, по крайней мере, Кодексом ASME в качестве конструкционного материала, что ограничило бы его применение, даже если бы экономические показатели твердой конструкции были благоприятными.

Плакировка должна быть более экономичной, чем сплошная конструкция, где толщина стенки превышает 19–32 мм для титана и от 16 до 19 мм для циркония.

Для титана или циркония минимальная толщина футеровки обычно указывается в 2,0 мм, исходя из опасений по поводу загрязнения железа из материала основы из-за нагрева при сварке или прожига, если сварщик неосторожен.Использование более тонкой футеровки, безусловно, возможно при тщательном выборе процесса сварки и параметрах сварки, выбранных таким образом, чтобы минимизировать проплавление, но экономия средств настолько минимальна, что от этой практики по большей части отказались.

Тантал обычно используется толщиной 1,0 мм. Из-за высокой стоимости и более высоких температур плавления в танталовой оболочке часто используется медная прослойка, которая отводит тепло и сводит к минимуму риск загрязнения сварных швов даже при очень тонких гильзах.

Конструкция с плакировкой становится относительно более дорогой, если есть больше деталей, таких как сопла и отверстия, требующие значительной детальной работы.Облицовка может быть очень низкой для больших непрерывных поверхностей.

Твердая конструкция может быть лучше, если требуется гладкая внутренняя поверхность, поскольку обычные детали конструкции из планок обрешетки приводят к неровной поверхности.

Преимущества плакированной конструкции

• Основная причина облицовки — экономия.
Оболочка
• также позволяет наносить титан или цирконий при температурах, превышающих их расчетные, допустимые в конструкции кода.

Недостатки плакированной конструкции

• Угловым сварным швам, используемым для выполнения соединений в самой гильзе, присуща структурная слабость. Самый большой недостаток заключается в том, что при выходе из строя одного из этих сварных швов коррозионные соединения выделяются по всему материалу основы. Это может привести к необнаруженной коррозии. Кроме того, жидкие загрязнения за футеровкой делают качественный ремонт очень трудным, если не невозможным. Свободные футеровки обычно не подходят для работы в вакууме.
• Плакированная конструкция по своей сути сложна по сравнению с прочной конструкцией, особенно в конструкциях с множеством сопел, насадок или сложных внутренних устройств.
• По крайней мере, из титана облицованное оборудование может быть тяжелее, чем сплошная конструкция, что может увеличить стоимость фундаментов и опор, и может быть учтено, например, в некоторых критических по весу приложениях на морских платформах.
• Внешний вид облицованного сосуда может потребовать покраски и подкраски, а также постоянного обслуживания системы окраски.

Источник (частично): Dynamic Materials Corporation и Titanium Fabrication Corporation

Большой сосуд высокого давления с титановым покрытием

.

Процесс соединения взрывом или процесс плакирования взрывом или процесс сварки взрывом, в котором используется взрывная детонация в качестве источника энергии для создания металлургической связи между металлическими компонентами

Принцип

Подготовка: Первым этапом операции облицовки является подготовка двух поверхностей, которые необходимо склеить вместе. Эти поверхности шлифуются или полируются для достижения однородной отделки поверхности с шероховатостью Ra
(140 RMS) или ниже 3 мкм, в зависимости от комбинации металлов и толщины.

Монтаж: плакирующего пластина расположена параллельно и выше опорной плиты, на расстоянии зазора, который был предварительно определенной для комбинации конкретных металлов, которые соединены. Это расстояние выбрано для обеспечения того, чтобы пластина оболочки сталкивалась с пластиной основания после ускорения до определенной скорости столкновения. Расстояние зазора обычно варьируется от 0,5 до 4-кратной толщины листа облицовки в зависимости от выбора параметров удара. Ограниченный допуск скорости столкновения приводит к аналогичному контролю допуска расстояния зазора.

Расстояние зазора регулируется опорными прокладками на краях пластины и внутри по мере необходимости. Внутренние защитные устройства рассчитаны на потребление струей.

Рамка для сдерживания взрывчатых веществ размещена по краям металлической пластины оболочки. Высота рамы устанавливается таким образом, чтобы в ней содержалось определенное количество взрывчатого вещества, обеспечивающее выделение определенной энергии на единицу площади.

Операция связывания: Состав и тип взрывчатого вещества выбираются таким образом, чтобы получить определенное выделение энергии и определенную скорость детонации (скорость, с которой фронт детонации проходит через слой взрывчатого вещества).Скорость детонации должна быть дозвуковой по отношению к акустическим скоростям металлов.

Взрывчатое вещество, обычно гранулированное, равномерно распределяется по поверхности облицовочной плиты, заполняющей защитную рамку. Он воспламеняется в заданной точке на поверхности пластины с помощью высокоскоростного взрывного ускорителя. Детонация распространяется от точки инициирования по поверхности пластины с заданной скоростью детонации. Расширение газа при взрыве взрывчатого вещества ускоряет пластину оболочки через зазор зазора, что приводит к угловому соударению с заданной скоростью столкновения.Результирующий удар создает очень высокое локальное давление в точке столкновения.

Эти давления распространяются от точки столкновения с акустической скоростью металлов. Поскольку столкновение продвигается вперед с дозвуковой скоростью, на непосредственно приближающихся смежных поверхностях создаются давления, которые достаточны для того, чтобы отколоть тонкий слой металла от каждой поверхности и выбросить его струей. Поверхностные загрязнения, оксиды и примеси удаляются струей. В точке столкновения вновь созданные чистые металлические поверхности сталкиваются под высоким давлением в несколько ГПа.Хотя при взрыве взрывчатого вещества выделяется много тепла, для передачи тепла металлам нет времени. В результате получается идеальная связь металл-металл без плавления или диффузии.

Индустриализация

Процесс плакирования взрывом обычно используется для плоских листов. Этот процесс также может быть использован для изготовления концентрически связанных труб и труб. В оболочке трубы взрывчатое вещество может быть размещено внутри канала или снаружи внешней трубы, в зависимости от диаметра, толщины стенки и других факторов.Процесс не подходит для облицовки поверхностей сложной формы. Когда требуются формованные изделия, такие как головки, оболочка изготавливается в виде плоской пластины, которой после склеивания формуют изделие требуемой конфигурации.

Покрытие и основные металлы

На приведенном выше рисунке показан широкий спектр комбинаций, которые могут быть получены с помощью взрывного соединения.

Общие размеры листов облицовки

Общие размеры облицовки обычно ограничиваются только наличием плоского металлического листа или пластины и транспортными ограничениями.Максимальный размер пластины также может быть ограничен пределами детонации взрывчатых веществ, такими как шум и ограничения окружающей среды. Редко размер ограничен ноу-хау в области облицовки. Обычно могут производиться пластины следующих максимальных размеров:

• Длина 12000 мм
• Ширина 5000 мм
• Толщина основания 500 мм
• Толщина покрытия 25 мм
• Площадь 35 м²

Производство

Плакированный металл можно легко формовать и сваривать при необходимости создания технологического оборудования.Многие производители оборудования по всему миру обладают обширным опытом и ноу-хау в этой области. Формовка головки и оболочки и сварка плакированных листов хорошо известны производителям, специализирующимся на плакировании.

Общие соображения

Для многих применений, особенно для больших сосудов под давлением, предназначенных для высоких температур и давлений, стальная конструкция, плакированная титаном или цирконием, может быть очень экономичной по сравнению с прочной конструкцией. Стоимость тантала настолько высока, что плакированная конструкция является единственной экономичной альтернативой для большинства технологического оборудования.Кроме того, тантал не признан, по крайней мере, Кодексом ASME в качестве конструкционного материала, что ограничило бы его применение, даже если бы экономические показатели твердой конструкции были благоприятными.

Плакировка должна быть более экономичной, чем сплошная конструкция, где толщина стенки превышает 19–32 мм для титана и от 16 до 19 мм для циркония.

Для титана или циркония минимальная толщина футеровки обычно указывается в 2,0 мм, исходя из опасений по поводу загрязнения железа из материала основы из-за нагрева при сварке или прожига, если сварщик неосторожен.Использование более тонкой футеровки, безусловно, возможно при тщательном выборе процесса сварки и параметрах сварки, выбранных таким образом, чтобы минимизировать проплавление, но экономия средств настолько минимальна, что от этой практики по большей части отказались.

Тантал обычно используется толщиной 1,0 мм. Из-за высокой стоимости и более высоких температур плавления в танталовой оболочке часто используется медная прослойка, которая отводит тепло и сводит к минимуму риск загрязнения сварных швов даже при очень тонких гильзах.

Конструкция с плакировкой становится относительно более дорогой, если есть больше деталей, таких как сопла и отверстия, требующие значительной детальной работы.Облицовка может быть очень низкой для больших непрерывных поверхностей.

Твердая конструкция может быть лучше, если требуется гладкая внутренняя поверхность, поскольку обычные детали конструкции из планок обрешетки приводят к неровной поверхности.

Преимущества плакированной конструкции

• Основная причина облицовки — экономия.
Оболочка
• также позволяет наносить титан или цирконий при температурах, превышающих их расчетные, допустимые в конструкции кода.

Недостатки плакированной конструкции

• Угловым сварным швам, используемым для выполнения соединений в самой гильзе, присуща структурная слабость. Самый большой недостаток заключается в том, что при выходе из строя одного из этих сварных швов коррозионные соединения выделяются по всему материалу основы. Это может привести к необнаруженной коррозии. Кроме того, жидкие загрязнения за футеровкой делают качественный ремонт очень трудным, если не невозможным. Свободные футеровки обычно не подходят для работы в вакууме.
• Плакированная конструкция по своей сути сложна по сравнению с прочной конструкцией, особенно в конструкциях с множеством сопел, насадок или сложных внутренних устройств.
• По крайней мере, из титана облицованное оборудование может быть тяжелее, чем сплошная конструкция, что может увеличить стоимость фундаментов и опор, и может быть учтено, например, в некоторых критических по весу приложениях на морских платформах.
• Внешний вид облицованного сосуда может потребовать покраски и подкраски, а также постоянного обслуживания системы окраски.

Источник (частично): Dynamic Materials Corporation и Titanium Fabrication Corporation

Большие сосуды высокого давления с титановым покрытием

Изображение выше является собственностью Coek Engineering NV, Liessel 13-2440 Geel, Бельгия.

Сварка взрывом — оборудование, типы, работа, преимущества и недостатки с применением

Сварка взрывом (EW) — это процесс сварки в твердом состоянии, т.е. этот процесс не включает в себя расплавленное состояние во время сварки различных частей металла, которые необходимо сваривать. Этот метод был разработан спустя десятилетия после Второй мировой войны. Dupont подала заявку на патент на этот сварочный процесс в 1962 году, который был выдан 23 июня 1964 года.

Это процесс, в котором два или более разнородных металла соединяются путем ускорения одной части на высокой скорости с помощью химических взрывов посредством контролируемых детонаций или взрыва.Эта сварка считается процессом холодной сварки, который позволяет соединять металл без потери своих свойств. Этот процесс не требует использования присадочного материала для сварки металлов. Этот процесс слишком выгоден, так как он не влияет на свойства металла, не плавится и т. Д.

Принцип работы:

Сварка взрывом в основном основана на металлургическом соединении, то есть связях между разнородными металлами. В этом процессе выполняются контролируемые взрывы, которые создают большое количество давления, которое приводит к пластической деформации металлической заготовки, эта деформация приводит к металлургическому соединению между металлическими частями.Эти взрывы происходят в течение очень короткого периода времени, из-за чего ни металл не повреждается, ни свойства металла не меняются. Металлургические соединения или связи прочнее, чем оригинальные металлические связи.

Также читают:

Необходимые материалы и оборудование:

1. Опорная плита (опора): Эта пластина остается неподвижной, она обеспечивает поддержку и помогает уменьшить или минимизировать повреждения во время взрыва.
2. объявления пластина (плакированные): Эта пластина получает приварены на опорной плите. Он расположен на параллельно опорной пластины или под углом, при котором наклонена опорная пластина.
3. Расстояние зазора: Это очень важный фактор, учитываемый для EW. Это расстояние между листовка пластина и опорная плита. Обычно за расстояние зазора принимается его двойная толщина.
4. Буферная пластина: Эта пластина используется для уменьшения эффекта взрыва на верхней поверхности листовой пластины.Это защищает листовую пластину от повреждений в результате взрыва.
5. Взрывчатые вещества: они размещаются на буферной плите или непосредственно на оболочке. Создает взрыв при сварке.

Типы

В основном его можно разделить на две категории на основе оборудования, установленного для процесса, а именно: —

1. Параллельный EW:

В этом способе сварки используются и соединяются толстые и большие листы.Между пластинами есть зазор.

2. Наклонный EW:

В этом процессе, опорная пластина закреплена и листовка пластина наклонена под углом по отношению к опорной плите. Эта установка используется для соединения небольших и тонких пластин.

Сварка взрывом

1. Сначала следует тщательно очистить металлические детали или пластины; На них не должно оставаться ржавчины, которая может вызвать проблемы в процессе сварки.
2. Теперь, в зависимости от типа сварки взрывом, настройки должны быть такими: —

• Если она параллельна EW, то опорная плита и листовая плита будут параллельны друг другу, как следует из названия.
• А если это наклонная EW, то базовая пластина должна быть закреплена на наковальню и листовка пластины составит угол в соответствии с опорной пластиной.

3. Подготовленные взрывчатые вещества помещаются в ящик того же размера, что и свариваемая поверхность, который помещается над буферной пластиной, которая защищает листовую пластину под ней.
4. Теперь взрывчатка зажжена.
5. При воспламенении взрывчатого вещества создается высокое давление, которое деформирует пластины.
6. Эти пластины пластифицируются и образуют металлургические связи, которые прочнее, чем исходные металлические связи.

Для лучшего объяснения посмотрите видео, представленное ниже:

Также читают:

Преимущества

• Может сваривать многие разнородные металлы, обычно металлы, которые нельзя сваривать никаким другим способом.
• Это очень простой процесс; для работы с ним не требуется высоких навыков.
• Можно склеивать или сваривать очень большие поверхности.
• Не влияет на основные свойства металла после сварки, они не меняются.
• При сварке взрывом используется очень небольшое количество взрывчатых веществ.
• Никакая часть детали не нагревается, как при других способах сварки.
• В этом процессе не учитывается расплавленный металл; металл пластифицируется только для присоединения к другой части.

Недостатки:

• Может сваривать только пластичный металл с высокой вязкостью.
• Свариваемая геометрия ограничена простыми конструкциями — плоскими, цилиндрическими, коническими.
• Повышенные меры безопасности из-за использованных взрывчатых веществ.
• Использование взрывчатых веществ в промышленных зонах будет ограничено шумом и вибрациями земли, вызванными взрывом.

Приложения:

• Используется для сварки листов алюминия большой конструкции с нержавеющей сталью.
• Используется для сварки цилиндрических деталей, таких как труба, концентрический цилиндр, труба и т. Д.
• Сваривает плакированный лист со сталью в теплообменнике.
• Соединяет разнородные металлы, которые нельзя сваривать другими способами сварки.
• Для присоединения вентилятора охлаждения и т. Д.
• Соединение труб и трубок.
• Соединение разнородных металлов может быть выполнено, например, для алюминия со сталью, меди с нержавеющей сталью, титановых сплавов с хромоникелевой сталью, вольфрама со сталью и т. Д.

Из этой статьи вы узнали о том, что такое сварка взрывом (EW) и как она работает.Если вы нашли эту статью информативной и полезной, не забудьте поставить лайк и поделиться ею. TIA.

Категория: Новые методы сварки Сварка Теги: Сварка твердого тела .

Гибкость трубопровода — Соответствующая гибкость для поглощения теплового расширения трубы

Аннотация

Одним из основных требований к конструкции трубопровода является обеспечение достаточной гибкости для поглощения теплового расширения трубы. Однако из-за отсутствия быстрого метода проверки трубопроводы часто бывают слишком жесткими или слишком гибкими. В любом случае зря тратится драгоценное время и материал.

В этой статье представлены некоторые быстрые методы проверки гибкости трубопроводов.Эти методы включают в себя визуальный, ручной расчет и микрокомпьютерный подход. Все они быстро и легко могут быть использованы дизайнерами при планировании своих макетов. После того как проектировщики позаботились о проблеме гибкости, итеративная процедура между стресс-инженерами и дизайнерами упрощается. График проекта также может быть улучшен.

Гибкость трубопроводов

Когда температура трубы изменяется от условий установки к рабочим условиям, она расширяется или сжимается.В общем случае и расширение, и сжатие называют тепловым расширением. Когда труба расширяется, она может создать огромную силу и напряжение в системе. Однако, если трубопровод достаточно гибкий, расширение может быть поглощено без создания чрезмерной силы или напряжения. Обеспечение должной гибкости — одна из основных задач при проектировании системы трубопроводов.

Трубопровод используется для транспортировки определенного количества жидкости из одной точки в другую. Очевидно, что чем короче труба, тем меньше требуются капитальные затраты.Длинная труба также может создавать чрезмерный перепад давления, что делает ее непригодной для правильной работы. Однако прямая кратчайшая компоновка обычно неприемлема для поглощения теплового расширения.

На рис. 1 показано, что произойдет, если прямая труба будет напрямую соединена от одной точки к другой. Во-первых, учтите, что подключен только один конец, а другой конец свободен. Свободный конец расширится на величину, равную Δ = e L

Однако, поскольку другой конец не болтается, это расширение должно поглощаться трубопроводом.Это эквивалентно сжатию трубы для перемещения конца на ~ расстояние. Такое сжатие создает напряжение величиной S = E (Δ / L) = E e

Рисунок 1

Где,
Δ = тепловое расширение, дюйм
L e = скорость расширения, дюйм / дюйм
L = длина трубы, дюйм
s = осевое напряжение, фунт / кв. Дюйм
FE = модуль упругости, фунт / кв. Дюйм
A = площадь поперечного сечения трубы, дюйм Z
F = осевое усилие, фунт

Сила, необходимая для сжатия этой величины, составляет F = A S = A E e

Возьмем, к примеру, 6-дюймовую трубу из углеродистой стали со стандартной стенкой. Повышение температуры с 70F до рабочей температуры 300F создает в трубе осевое напряжение 42300 фунтов на квадратный дюйм и осевое усилие в 236000 фунтов.Это чрезмерно, даже если температура составляет всего 300F. Ясно, что прямолинейная прямая разводка неприемлема для большинства трубопроводов, необходимо обеспечить гибкость.

Петля расширения

Гибкость трубопроводов обеспечивается множеством различных способов. Повороты и смещения, необходимые для прокладки трубы из одной точки в другую, сами по себе обеспечивают некоторую гибкость. Эта присущая гибкость может быть или не быть достаточной в зависимости от индивидуальных случаев.

Дополнительную гибкость можно получить, добавив компенсирующие петли или компенсаторы.В примере прямой линии, описанном выше, напряжение может быть уменьшено с помощью петель, установленных, как показано ниже. Идея состоит в том, чтобы обеспечить трубу, перпендикулярную направлению расширения. Таким образом, когда труба расширяется, она сначала изгибает петлю, прежде чем передавать какую-либо нагрузку на анкер. Чем длиннее ножка петли, тем меньше будет создаваемое усилие.

Создаваемая сила обратно пропорциональна кубу длины петли, а создаваемое напряжение примерно равно Hard Piping, обратно пропорционально квадрату длины петли.Иногда петля может занимать значительно больше места и трубопроводов, чем это доступно или экономически оправдано. Это особенно верно для больших трубопроводов низкого давления с высокой температурой.

В этом случае лучше использовать компенсатор. Деформационные швы сложнее трубных петель, которые представляют собой просто дополнительные длины одного и того же трубопровода. По этой и другим причинам инженеры предпочитают трубопроводные петли компенсаторам.

Однако компенсаторы могут эффективно использоваться во многих областях, если они правильно спроектированы.Одним из основных требований к конструкции системы компенсаторов является установка достаточных ограничителей для поддержания устойчивости. В этой статье рассматривается в основном петлевой подход.

Критический путь

При проектировании установки трубопроводы обычно прокладываются проектировщиками трубопроводов, а затем проверяются инженерами по напряжению.

Существует заметная разница в планировке, выполненной опытными и неопытными дизайнерами. Опытные дизайнеры знают, как важна гибкость.Однако они, как правило, обеспечивают слишком большую гибкость, в отличие от неопытных, которые, как правило, обеспечивают небольшую гибкость. В любом случае результатом будет проект с завышенной ценой.

Макет, сделанный неопытным дизайнером, обычно бывает слишком жестким, потому что дизайнер не знает, как или слишком робко добавлять петли или смещения. Если система трубопроводов слишком жесткая, инженер по стрессу почти наверняка это обнаружит.

Инженер по стрессам отправляет проект с рекомендованными контурами обратно проектировщику для доработки.На данный момент дизайнер сделал еще несколько макетов в той же области, что очень затруднило доработку. С другой стороны, макет, сделанный опытным дизайнером, часто содержит излишние или ненужные петли.

Чрезмерные циклы обычно поддерживаются без пересмотра, потому что обычно не изменяют то, что работает. Опытный мог сэкономить человеко-час, необходимый для доработки. Стоимость избыточных петель может быть непомерно высокой.

Стоимость проекта может быть существенно снижена, если на этапе первоначальной компоновки трубопроводов будет обеспечена необходимая гибкость.Это требует некоторых быстрых методов, которые могут быть использованы проектировщиками для проверки гибкости трубопровода.

Ссылка (-а): L.C. Peng, Peng Engineering, Хьюстон, Техас

Быстрая проверка гибкости трубопроводов

Расчет

Первым шагом в учете теплового движения является вычисление точного изменения линейной длины системы трубопроводов на интересующем расстоянии вместе с подходящим коэффициентом безопасности.

Фактическое расширение 100-футовых труб было рассчитано при различных температурах для наиболее распространенных материалов трубопроводов (углеродистая сталь, нержавеющая сталь и медные трубы) и показано в таблице ниже.Эти значения не следует применять к трубам из других материалов, поскольку они могут отличаться. Коэффициенты расширения могут отличаться на 5% и более при получении из разных источников, и их следует принимать во внимание.

	Термическое расширение трубы дюймов на 100 футов мм на 100 метров
Темп. F / C	Углерод Сталь	Медь	Нержавеющая сталь Сталь
-40 -40	-0.288 -24,0	-0,421 -35,1	-0,461 -38,4
-20 -28	-0,145 -12,1	-0,210 -17,4	-0,230 -19,0 ​​
0 -17	0 0	0 0	0 0
20 -6	0,148 12,5	0,238 19,7	0,230 19,0
32 0	0.230 19,0	0,366 30,5	0,369 30,8
40 4	0,300 24,9	0,451 37,7	0,461 38,4
60 15	0,448 37,4	0,684 57,1	0,691 57,7
80 26	0,580 48,2	0,896 74,8	0,922 76,8
100 37	0.753 62,7	1,134 94,5	1,152 96,1
120 48	0,910 75,8	1,366 113,9	1,382 115,2
140 60	1,064 88,6	1,590 132,6	1,613 134,5
160 71	1.200 100.1	1,804 150,3	1,843 153,6
180 82	1.360 113,2	2,051 170,9	2,074 172,9
200 93	1,520 126,6	2,296 191,3	2.304 191.9
212 100	1,610 134,2	2,428 202,4	2.442 203,4
220 104	1,680 140,1	2,516 209,7	2,534 211,3
230 110	1.760 146,7	2,636 219,8	2,650 220,8
260 126	2,020 168,3	… …	… …
280 137	2,180 181,8	… …	… …
300 148	2,350 195,9	… …	… …
320 160	2.530 211,0	… …	… …
340 171	2,700 225,1	… …	… …
350 176	2,790 232,6	… …	… …

Ниже приводится пример, иллюстрирующий использование приведенной выше таблицы:

• Дано: труба из углеродистой стали длиной 240 футов
• Максимальная рабочая температура = 220 ° F (104 ° C)
• Минимальная рабочая температура = 4 ° C (40 ° F)
• Температура во время установки = 80 ° F (26 ° C)

Расчет: Из таблицы справа, расширение трубы из углеродистой стали

• 220 ° F (104 ° C) 1.680 дюймов на 100 футов трубы из углеродистой стали
• 40 ° F (4 ° C) 0,300 дюйма на 100 футов трубы из углеродистой стали

• Разница: 1,380 дюйма на 100 футов трубы из углеродистой стали для температур от 40 ° F до 220 ° F

• Следовательно, 240 футов трубы = 240/100 (1,380) = 3,312 дюйма

При перемещении 3,312 дюйма должен применяться соответствующий коэффициент запаса прочности, который варьируется в зависимости от того, как это определено разработчиком системы, чтобы учесть любые ошибки в прогнозировании экстремальных условий эксплуатации и т. Д.Эти примеры были рассчитаны без учета запаса прочности.

Для определения положения компенсатора во время установки:

Установка в холодных условиях (от 80 ° F до 40 ° F)

• 80 ° F (26 ° C) 0,580 дюйма на 100 футов
• 40 ° F (4 ° C) 0,300 дюйма на 100 футов

• Разница: 0,280 дюйма на 100 футов или 0,672 дюйма на 240 футов

Установка в горячих условиях (от 80 ° F до 220 ° F)

• 220 ° F (104 ° C) 1,680 дюйма на 100 футов.
• 80 ° F (26 ° C) 0,580 дюйма на 100 футов

• Разница: 1,100 дюйма на 100 футов или 2,640 дюйма на 240 футов

Таким образом, компенсатор должен быть настроен таким образом, чтобы допускать усадку трубы не менее 0,672 дюйма и расширение трубы не менее 2,640 дюйма при установке при температуре 80 ° F (26 ° C).

Фотография — Kodak Australasia Pty Ltd,
Петля расширения в паропроводе низкого давления,
Завод Kodak, Кобург, 1964 г.

.