О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом
Исследована зависимость роста длины ударной волны, образовавшейся в зоне соединения при сварке взрывом титана со сталью, от длины пробега фронта детонации. На основе предположения, что главным фактором, влияющим на увеличение длины ударной волны, является расширение зазора между параллельно располож...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100965 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом / Ю.П. Бесшапошников, В.Е. Кожевников, В.И. Чернухин, В.В. Пай // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 43-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859672518322814976 |
|---|---|
| author | Бесшапошников, Ю.П. Кожевников, В.Е. Чернухин, В.И. Пай, В.В. |
| author_facet | Бесшапошников, Ю.П. Кожевников, В.Е. Чернухин, В.И. Пай, В.В. |
| citation_txt | О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом / Ю.П. Бесшапошников, В.Е. Кожевников, В.И. Чернухин, В.В. Пай // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 43-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследована зависимость роста длины ударной волны, образовавшейся в зоне соединения при сварке взрывом титана со сталью, от длины пробега фронта детонации. На основе предположения, что главным фактором, влияющим на увеличение длины ударной волны, является расширение зазора между параллельно расположенными пластинами за счет воздействия на них воздушной пробки, образовавшейся впереди точки контакта, предложена упрощенная расчетная модель данного процесса.
Dependence of increase of the length of shock wave formed within the joining zone between titanium and steel in explosion welding on path length of the detonation wave has been studied. A simplified calculation model of the given process is suggested, based on an assumption that the key factor affecting increase in shock wave length is expansion of the gap between the plates located in parallel due to the impact on them of an air plug formed ahead of the contact point.
|
| first_indexed | 2025-11-30T14:06:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.76:621.7.044.2
О ВЛИЯНИИ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА УВЕЛИЧЕНИЕ
СВАРОЧНОГО ЗАЗОРА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ
КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЛИСТОВЫХ КОМПОЗИТОВ
СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ
Ю. П. БЕСШАПОШНИКОВ, В. Е. КОЖЕВНИКОВ, В. И. ЧЕРНУХИН, кандидаты техн. наук
(ОАО «Уралхиммаш», г. Екатеринбург, РФ),
В. В. ПАЙ, д-р физ.-мат. наук (Ин-т гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, г. Новосибирск, РФ)
Исследована зависимость роста длины ударной волны, образовавшейся в зоне соединения при сварке взрывом
титана со сталью, от длины пробега фронта детонации. На основе предположения, что главным фактором, влияющим
на увеличение длины ударной волны, является расширение зазора между параллельно расположенными пластинами
за счет воздействия на них воздушной пробки, образовавшейся впереди точки контакта, предложена упрощенная
расчетная модель данного процесса.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка взрывом, ударная волна, сва-
рочный зазор, длина ударной волны, угол соударения
При сварке взрывом крупногабаритных листовых
заготовок возникает проблема стабилизации ос-
новных параметров процесса — скорости дето-
нации и угла соударения. Так, образующаяся в
зазоре между заготовками впереди точки контакта
ударная волна при заряде большой длины может
существенно смещать метаемую пластину. Дви-
гаясь с ускорением, пластина путем воздействия
на взрывчатое вещество (ВВ) уплотняет его. В
результате сформировавшаяся газовая пробка, с
одной стороны, увеличивает сварочный зазор, а
с другой, из-за уплотнения ВВ может способ-
ствовать изменению скорости детонации. Увели-
чение габаритных размеров свариваемых загото-
вок из металлов, склонных к образованию хруп-
ких химических соединений — интерметаллидов,
еще больше осложняет ситуацию.
Имеется в виду прежде всего рост объема ин-
терметаллидной прослойки вследствие изменения
условий сварки взрывом: разгона скорости дето-
нации ВВ, увеличения угла соударения из-за воз-
можного роста сварочного зазора, дополнитель-
ного разогрева свариваемых поверхностей сжатой
воздушной пробкой, движущейся впереди точки
контакта.
Перечисленные факторы могут вывести пара-
метры режима соударения свариваемых заготовок
за пределы оптимальных значений (рис. 1). В свя-
зи с этим стабилизация основных параметров про-
цесса — скорости детонации и угла соударения
— при сварке взрывом крупногабаритных лис-
товых заготовок является важной задачей.
В настоящей работе представлены некоторые
результаты исследования вопроса о влиянии воз-
душной пробки, двигающейся между заготовками
впереди точки контакта, на увеличение свароч-
ного зазора.
В качестве объектов исследования выбраны
две заготовки трубных досок размером
2100 2200 мм из стали 09Г2С толщиной δ2 =
= 60 мм, плакированные слоем титана Вт1-0 тол-
щиной δ1 = 5 мм. Схема сварки взрывом была
«параллельной» с установочным сварочным за-
зором шириной h = 4 мм. Инициирование ВВ, раз-
мещенного сверху титанового листа со слоем тол-
щиной H = 50 мм, осуществляли от угла заряда.
После плакирования, термообработки и правки
произведена вырезка образцов вдоль линий, пер-
пендикулярных к проекции фронта детонации
(рис. 2). При этом предварительно были сняты
© Ю. П. Бесшапошников, В. Е. Кожевников, В. И. Чернухин, В. В. Пай, 2009
Рис. 1. Схема сварки взрывом при параллельном располо-
жении пластин; D — скорость детонации заряда ВВ; PD —
давление на фронте детонационной волны; h — сварочный
зазор; β — угол поворота метаемой пластины; Py — давление
продуктов детонации (ПД) до соударения пластин; Pост —
пиковое остаточное давление ПД; vк — скорость точки кон-
такта; γ — угол соударения
11/2009 43
линейные размеры биметаллических заготовок.
Как оказалось, эти размеры стали больше исход-
ных на 30…40 мм (рис. 2), что свидетельствует
об образовании в процессе высокоскоростного
нагружения свариваемых металлов больших плас-
тических продольных деформаций.
Из части образцов изготовлены микрошлифы
для замера параметров волн, образовавшихся на
поверхности соединения сталь + титан в процессе
соударения свариваемых слоев. Результаты изме-
рений размера этих волн по длине приведены в
табл. 1. Из таблицы видно, что с увеличением
расстояния L от места начала соударения пластин
происходит рост общего среднего значения длины
волны от λ ≈ 0,8 мм в начальной зоне сварки до
λ ≈ 1,1 мм в условно средней зоне сварки и до
λ ≈ 1,4 мм на конечном ее участке. Известно [1,
2], что λ ~ sin2(γ/2), если δ2 >> δ1 (в нашем случае
δ2 = 12δ1). Тогда, полагая λ ≈ 0,8 мм соответс-
твующей начальному углу соударения, можно
легко найти углы соударения, соответствующие
средней зоне сварки и конечному ее участку, если
известен начальный угол соударения. Для его оцен-
ки проведен опыт по метанию пластины с исполь-
зованием методики [3]. При этом использовали ти-
тановую пластину размером 500 300 5 мм. Заряд
толщиной Н = 50 мм состоял из ВВ того же сос-
тава, что и при плакировании заготовок трубных
досок. Плотность ВВ составляла приблизительно
0,9 г/см3, скорость детонации D ≈ 2500 м/с. Из-
мерения показали, что при дистанции разгона 4 мм
угол поворота β (см. рис. 1) титановой пластины
равен около 11,8°. Поэтому считаем, что начальный
угол соударения γ = 11,8°. Но тогда несложно по-
казать, что в средней зоне γ = 13,6°, а на конечном
участке γ = 15,3°. Интересно отметить, что если
для нахождения длины ударной волны применить
хорошо известную формулу из [2] λ = Aδ1sin
2(γ/2),
то в нашем случае коэффициент пропорциональ-
ности A должен быть равным 16.
Расчет сварочных зазоров, которые должны со-
ответствовать найденным углам соударения в
средней и конечной зонах сварки, показал, что
h ≈ 7 мм при γ = 13,6° и h = 11 мм при γ =
= 15,3°. Вычисления проводили с использованием
двухмерной модели [4, 5] при показателе полит-
ропы k = 2,5, для этого значения наблюдалось
наилучшее совпадение экспериментальной кри-
вой разгона с расчетным профилем метания плас-
тины.
Кроме того, зазор можно вычислить с исполь-
зованием уравнения движения, представленного
в виде выражения
Δh = pt2/(2mпл), (1)
где p — давление в воздушной пробке; t — время;
mпл — масса метаемой пластины, отнесенная к
единице площади.
Исходя из результатов работы [6] и относи-
тельно низкой скорости детонации считаем, что
влиянием облака мелкодисперсных металличес-
ких частиц обратного потока, возникающего при
косом соударении пластин [7] на параметры воз-
душной пробки, можно пренебречь. Тогда, зна-
чения p и t находим из хорошо известных вы-
ражений газовой динамики применительно к ре-
шению задачи о поршне [8], которые имеют в
данном случае следующий вид:
vк
2 = (p – p0)
2
2 ⁄ ρ0
(kв + 1)p + (kв – 1)p0
, t =
ρ0
ρ
L
vк
,
где p0 ≈ 1⋅105 Па — начальные давление; ρ0 ≈
≈ 1,3 кг/м3 плотность воздуха; kв = 1,4 — пока-
Рис. 2. Схема разметки биметаллической заготовки из стали
09Г2С + титан Вт1-0 под вырезку трубной доски и образцов
для исследования
Т а б л и ц а 1. Результаты измерения длины λ ударной
волны (мм)
Зона сварки L, м 1-я трубная
решетка
2-я трубная
решетка
Общее
среднее
значение
Начальная 0,1
0,2
0,4
0,80
0,78
0,80
(среднее 0,79)
0,80
0,92
0,90
(среднее 0,87)
≈ 0,8
Средняя 2,0
2,1
2,2
1,04
1,00
—
(среднее 1,02)
1,20
1,18
1,20
(среднее 1,19)
≈ 1,1
Конечная 2,6
2,7
2,8
2,9
3,0
1,20
1,56
1,38
1,36
1,38
(среднее 1,38)
1,60
1,35
1,45
1,30
1,35
(среднее 1,41)
≈ 1,4
44 11/2009
затель политропы воздуха; ρ = ρ
0
(kв + 1)p + (k
в
– 1)p
0
(k
в
– 1)p + (k
в
+ 1)p
0
—
плотность воздушной пробки. Для простоты бу-
дем брать расстояние L для средней и конечной
зон сварки по его среднему значению — соот-
ветственно 2,1 и 2,8 м. В табл. 2 представлены
оценочные значения сварочного зазора, опреде-
ленные двумя указанными выше методами при
различных значениях L. Из таблицы видно, что
сходимость экспериментальных и расчетных дан-
ных резко увеличивается, если отсчет времени
вести с L = 0,4 м. При этом для конечного участка
сходимость расчетных данных с эксперимен-
тальными остается удовлетворительной как с уче-
том, так и без учета смещения по времени
(28 мкс). Эти результаты свидетельствуют о том,
что в нашем случае плотная воздушная пробка,
способная заметно смещать метаемую пластину,
сформировалась, по-видимому, на определенном
удалении от начала процесса соударения пластин.
Можно полагать, что в начальной зоне сварки,
длина которой составляет примерно 0,5 м, воз-
душная пробка либо отсутствует, либо находится
на стадии зарождения (формирования), что тре-
бует дополнительного исследования. В остальном
же экспериментальные и расчетные результаты
хорошо согласуются с выводами работы [9].
1. Cowan G., Holtzman A. Flow configuration in colliding pla-
tes: explosive banding // J. Appl. Phys. — 1963. — 34, № 4.
— P. 928–939.
2. О моделировании процесса волнообразования при сварке
взрывом / А. А. Дерибас, В. М. Кудинов, Ф. И. Матвеен-
ков, В. А. Симонов // Физ. горения и взрыва. — 1968. —
№ 1. — С. 100–107.
3. Кузьмин Г. Е., Мали В. И., Пай В. В. О метании плоских
пластин слоями конденсированных ВВ // Там же. —
1973. — 9, № 4. — С. 558–562.
4. Кузьмин Г. Е. Применение численных методов в задачах
прессования и сварки взрывом: Дис. … канд. физ.-мат.
наук. — Новосибирск, 1978. — 145 с.
5. Кузьмин Г. Е. О метании пластин в условиях сварки
взрывом // Механика взрывных процессов. Динамика
сплошной среды. — 1977. — Вып. 29. — С. 137–142.
6. Ишуткин С. Н., Кирко В. И., Симонов В. И. Исследова-
ние теплового воздействия ударно-сжатого газа на по-
верхность соударяющихся пластин // Физ. горения и
взрыва. — 1980. — 16, № 6. — С. 69–73.
7. Дерибас А. А., Захаренко И. Д. О поверхностных эффек-
тах при косых соударениях металлических пластин //
Там же. — 1974. — 10, № 3. — С. 409–421.
8. Овсянников Л. В. Лекции по основам газовой динамики.
— М.: Наука, 1981. — 368 c.
9. Кудинов В. М., Коротеев А. Я. Сварка взрывом в метал-
лургии. — М.: Металлургия, 1978. — 168 c.
Dependence of growth of the length of a shock wave formed within the joining zone between titanium and steel in
explosion welding upon the path length of the detonation front has been studied. A simplified calculation model of the
given process is suggested, based on an assumption that the key factor affecting increase in the shock wave length is
expansion of the gap between the plates located in parallel, due to the impact on them by an air plug formed ahead of
the contact point.
Поступила в редакцию 03.09.2009
Т а б л и ц а 2. Результаты расчетов и измерения зависи-
мости ширины сварочного зазора h от расстояния b от
места начала соударения пластины
L, м t(t – 28),
мкс
h = h0 + Δh, мм Относительное
отклонение рас-
чета от экспери-
мента, %
Расчет
по (1)
Эксперимент +
+ двухмерный
расчет [4, 5]
0
0,4
0
28 (0)
4
6 (4)
4
4
0
50 (0)
2,1 148 (120) 9 (7) 7 30 (0)
2,8 198 (170) 13 (10) 11 20 (10)
Пр и м е ч а н и я . 1. В скобках указаны значения соответству-
ющих параметров при условии начала отсчета времени при
L = 0,4 м. 2. mпл = 22,5 кг/м2; p = 10 МПа.
11/2009 45
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100965 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T14:06:50Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бесшапошников, Ю.П. Кожевников, В.Е. Чернухин, В.И. Пай, В.В. 2016-05-28T15:50:05Z 2016-05-28T15:50:05Z 2009 О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом / Ю.П. Бесшапошников, В.Е. Кожевников, В.И. Чернухин, В.В. Пай // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 43-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100965 621.791.76:621.7.044.2 Исследована зависимость роста длины ударной волны, образовавшейся в зоне соединения при сварке взрывом титана со сталью, от длины пробега фронта детонации. На основе предположения, что главным фактором, влияющим на увеличение длины ударной волны, является расширение зазора между параллельно расположенными пластинами за счет воздействия на них воздушной пробки, образовавшейся впереди точки контакта, предложена упрощенная расчетная модель данного процесса. Dependence of increase of the length of shock wave formed within the joining zone between titanium and steel in explosion welding on path length of the detonation wave has been studied. A simplified calculation model of the given process is suggested, based on an assumption that the key factor affecting increase in shock wave length is expansion of the gap between the plates located in parallel due to the impact on them of an air plug formed ahead of the contact point. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом On the influence of shock wave on welding gap increase in production of large-sized sheet composites by explosion welding Article published earlier |
| spellingShingle | О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом Бесшапошников, Ю.П. Кожевников, В.Е. Чернухин, В.И. Пай, В.В. Научно-технический раздел |
| title | О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом |
| title_alt | On the influence of shock wave on welding gap increase in production of large-sized sheet composites by explosion welding |
| title_full | О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом |
| title_fullStr | О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом |
| title_full_unstemmed | О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом |
| title_short | О влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом |
| title_sort | о влиянии ударной волны на увеличение сварочного зазора при получении крупногабаритных листовых композитов сваркой взрывом |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100965 |
| work_keys_str_mv | AT besšapošnikovûp ovliâniiudarnoivolnynauveličeniesvaročnogozazorapripolučeniikrupnogabaritnyhlistovyhkompozitovsvarkoivzryvom AT koževnikovve ovliâniiudarnoivolnynauveličeniesvaročnogozazorapripolučeniikrupnogabaritnyhlistovyhkompozitovsvarkoivzryvom AT černuhinvi ovliâniiudarnoivolnynauveličeniesvaročnogozazorapripolučeniikrupnogabaritnyhlistovyhkompozitovsvarkoivzryvom AT paivv ovliâniiudarnoivolnynauveličeniesvaročnogozazorapripolučeniikrupnogabaritnyhlistovyhkompozitovsvarkoivzryvom AT besšapošnikovûp ontheinfluenceofshockwaveonweldinggapincreaseinproductionoflargesizedsheetcompositesbyexplosionwelding AT koževnikovve ontheinfluenceofshockwaveonweldinggapincreaseinproductionoflargesizedsheetcompositesbyexplosionwelding AT černuhinvi ontheinfluenceofshockwaveonweldinggapincreaseinproductionoflargesizedsheetcompositesbyexplosionwelding AT paivv ontheinfluenceofshockwaveonweldinggapincreaseinproductionoflargesizedsheetcompositesbyexplosionwelding |