Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом
Рассмотрена возможность сохранения заданной формы и размеров трубных заготовок кристаллизаторов при взрывном плакировании труб с установкой внутри последних заполнителей: дроби, дроби с водой, пушечной смазки и расплавов селитры. Показано, что для сохранения формы и размеров без дополнительных больш...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100974 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом / Ю.П. Мещеряков, В.М. Оголихин, И.В. Яковлев // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 78-81. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860059486852481024 |
|---|---|
| author | Мещеряков, Ю.П. Оголихин, В.М. Яковлев, И.В. |
| author_facet | Мещеряков, Ю.П. Оголихин, В.М. Яковлев, И.В. |
| citation_txt | Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом / Ю.П. Мещеряков, В.М. Оголихин, И.В. Яковлев // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 78-81. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрена возможность сохранения заданной формы и размеров трубных заготовок кристаллизаторов при взрывном плакировании труб с установкой внутри последних заполнителей: дроби, дроби с водой, пушечной смазки и расплавов селитры. Показано, что для сохранения формы и размеров без дополнительных больших затрат перспективно использовать в качестве заполнителя металлическую дробь.
The paper deals with the possibility of preservation of specified shape and size of tubular billets of moulds in explosion cladding of pipes with mounting of fillers inside the latter, namely shot, shot with water, gun grease and saltpeter melts. It is shown that utilization of metal shot as a filler is promising for preservation of shape and dimensions without large additional costs.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:03:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.76:621.7.044.2
ВОЗМОЖНОСТЬ СОХРАНЕНИЯ ФОРМЫ
И РАЗМЕРОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ ПРИ ПЛАКИРОВАНИИ ВЗРЫВОМ
Ю. П. МЕЩЕРЯКОВ, канд. физ.-мат. наук, В. М. ОГОЛИХИН, канд. техн. наук, И. В. ЯКОВЛЕВ, д-р техн. наук
(Конструкторско-технологический филиал Ин-та гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, г. Новосибирск, РФ)
Рассмотрена возможность сохранения заданной формы и размеров трубных заготовок кристаллизаторов при взрывном
плакировании труб с установкой внутри последних заполнителей: дроби, дроби с водой, пушечной смазки и
расплавов селитры. Показано, что для сохранения формы и размеров без дополнительных больших затрат перс-
пективно использовать в качестве заполнителя металлическую дробь.
К л ю ч е в ы е с л о в а : кристаллизатор, цилиндрические
трубные заготовки, плакирование трубных заготовок, свар-
ка взрывом, внутренняя полость, материал заполнителя,
металлическая дробь, установка и удаление заполнителя,
импульс, напряжение, форма и размер заготовок
В ряде вакуумных дуговых печей и печах элек-
трошлакового переплава основным рабочим уз-
лом является кристаллизатор, в котором плавится
и кристаллизуется металлический слиток. На
стенки кристаллизатора в режиме плавки дейс-
твуют тепловые потоки, достигающие больших
значений, поэтому для обеспечения интенсивного
отвода тепла из зоны расплава цилиндрические
кристаллизаторы изготавливают из толстостен-
ных медных труб, охлаждаемых снаружи водой
[1, 2]. Тепловые напряжения, возникающие в ма-
териале трубы при плавке и остывании слитков,
вызывают деформацию последней, что затрудняет
удаление остывающего слитка и требует перио-
дической расточки внутренней поверхности крис-
таллизатора. Очевидно, что для устранения этих
деформаций необходимо повысить жесткость тру-
бы, не снижая теплоотводящих характеристик сте-
нок кристаллизатора. Использование для этих це-
лей специальных стальных каркасов, устанавли-
ваемых на медные трубы, не всегда дает поло-
жительный результат. В этой связи предложено
[3] изготавливать кристаллизатор из биметалла
(рис. 1) путем плакирования наружной поверх-
ности медной трубы стальной трубой, обеспечи-
вая сваркой взрывом прочное соединение меди
со сталью (рис. 1, поз. 7), а вдоль образующей
цилиндрической поверхности фрезеровать в
стальном слое до меди каналы, обеспечивающие
прямой контакт охлаждающей воды с медью. Ос-
тающиеся между каналами стальные перемычки
служат ребрами жесткости, к которым пробко-
выми швами сваркой плавлением приваривается
внешняя стальная обечайка (рис. 1, поз. 6), зак-
рывающая каналы.
Известно, что как при внешнем, так и при внут-
реннем взрывном плакировании труб возникает
ряд особенностей [4, 5], связанных с нарушением
геометрии соударения, сохранением формы и раз-
меров свариваемых заготовок. В частности, при
внешнем плакировании трубы необходимо выб-
рать материал, заполняющий внутреннюю по-
лость плакируемой трубы, который, сохраняя ее
форму и размер внутреннего диаметра, легко, с
© Ю. П. Мещеряков, В. М. Оголихин, И. В. Яковлев, 2009
Рис. 1. Схема биметаллического цилиндрического кристалли-
затора: 1 — кольцо стальное; 2 — обечайка стальная; 3 —
труба медная; 4 — каналы для циркуляции охлаждающей
жидкости; 5 — ребра жесткости; 6 — траектория сварки
плавлением; 7 — траектория сварки взрывом
78 11/2009
малой трудоемкостью заполнял бы полость перед
взрывом и удалялся после него.
В качестве заполнителя можно использовать
любую малосжимаемую среду. В работе [6] рас-
смотрены некоторые технологические особеннос-
ти использования заполнителей на основе легкоп-
лавких металлов, солей, металлической дроби и
воды при сварке биметаллических деталей и узлов
электротермического оборудования.
В практических целях наиболее подходящими
заполнителями являются металлические дробные
среды, которые удовлетворяют сформулирован-
ным требованиям и отличаются дешевизной ре-
шения. Дробные среды хорошо заполняют внут-
реннюю полость заготовки и легко удаляются пос-
ле взрыва. Металлические дробные среды отли-
чаются невысокой сжимаемостью и свойством
сильно растягивать импульс от ударной волны,
что обеспечивает многократное ослабление нап-
ряжений от взрывных нагрузок и препятствует
развитию обширных пластических деформаций
внутри дробной среды. Таким образом, невысокая
сжимаемость металлических дробных сред вместе
с пониженными уровнями средних напряжений
по сравнению с однородными заполнителями га-
рантирует хорошее сохранение формы и неизмен-
ность внутреннего диаметра заготовки. Свойства
дробных сред растягивать импульс и демпфиро-
вать взрывные нагрузки получили теоретическое
подтверждение в работе [7]. Установлено, что
применение металлических дробных сред по срав-
нению с однородными обеспечивает многократ-
ное растяжение импульса во времени и примерно
пятикратное ослабление напряжений (рис. 2) [7].
Кроме того, с целью уточнения возможности
использования расплавов селитры, дроби, дроби
с водой и пушечной смазки в качестве заполни-
телей полостей, образуемых между внутренней
поверхностью медной трубы и наружной повер-
хностью центрального стержня, при плакиро-
вании наружной поверхности медной трубы
стальной трубой была проведена серия экспери-
ментов по схеме, представленной на рис. 3. Ис-
ходные размеры труб, стержня, зазоров с запол-
нителем, характеристики заряда взрывчатого ве-
щества (ВВ) и усредненные значения внутренних
и наружных диаметров сваренных биметалличес-
ких заготовок приведены в таблице.
Если относительное уменьшение внутреннего
диаметра медной трубы ε = (d2
м – d1
м) ⁄ d2
м, то ре-
зультаты экспериментов этой серии показывают,
что заливка зазора между центральным стержнем
и внутренней поверхностью медной трубы рас-
плавом селитры обеспечивает минимальное зна-
чение относительного уменьшения внутреннего
диаметра медной трубы (см. таблицу). Однако при
сварке цилиндрических заготовок больших диа-
метров и длины операция заливки зазора расп-
лавом селитры значительно усложняет техноло-
гию, поскольку требует предварительного нагрева
медной оболочки и центрального стержня до тем-
Рис. 2. Напряжения σy на внутренней поверхности центра
днища контейнера при метании плиты толщиной 6 мм со
скоростью 2 м/с в контейнер через сплошной слой металла
толщиной 16 мм (а) и в контейнер, заполненный металличес-
кой дробной средой толщиной 16 мм (б) Рис. 3. Схема сварки взрывом трубных заготовок: 1 — дето-
натор; 2 — крышка; 3 — заряд ВВ; 4 — контейнер; 5 —
центральный стержень; 6 — медная труба; 7 — метаемая
стальная труба; 8 — заполнитель; d — диаметр стержня; d1
м,
d2
м — соответственно наружный и внутренний диаметр мед-
ной трубы; d1
с, d2
c — соответственно наружный и внутренний
диаметр стальной трубы; lс, lм — соответственно длина сталь-
ной и медной трубы; h — зазор между стержнем и медной
трубой, содержащий заполнитель
11/2009 79
пературы 250…300 °С и последующего после
сварки вымывания селитры горячей водой. Удов-
летворительные результаты получены при запол-
нении зазора стальной дробью с водой, но при
этом было необходимо устанавливать специаль-
ные уплотнения в нижней части сборки для гер-
метизации зазора между свариваемыми трубами.
В эксперименте № 7 зазор между центральным
стержнем и внутренней поверхностью медной
трубы заливали пушечной смазкой (ГОСТ 19537–
83). После сварки взрывом относительное умень-
шение внутреннего диаметра медной трубы в би-
металлической заготовке было незначительное
(таблица). Однако после взрыва стержень оказал-
ся сильно зажат медной трубой и его удалось уда-
лить только с помощью выдавливания на прессе
с предварительным подогревом.
Из биметаллической заготовки был изготовлен
кристаллизатор (рис. 4), который прошел испы-
тания в производственных условиях на печи
ЭШП-0,25 для производства циркония. Проведе-
ние приблизительно 100 плавок показало отсут-
ствие заметных изменений формы и размеров
кристаллизатора. Поскольку средняя стойкость
медных кристаллизаторов составляет 50 плавок
при трех реставрациях, можно считать, что стой-
кость биметаллического кристаллизатора повы-
шена не менее чем в 6…7 раз [3].
Окончание таблицы
Номер эк-
сперимента Заполнитель Вид ВВ Высота заряда
δ0, мм
Скорость
детонации Dl,
м/с
Диаметр биметаллической
заготовки, мм ε
наружный d1
1 внутренний d2
1
1 Дробь А/С 1:3 55 2200 155 94 0,040
2 Расплав селитры А/С 1:3 55 2200 160 96 0,020
3 Дробь с водой А/С 1:2 60 3300 330 195 0,025
4 Расплав селитры А/С 1:3 60 2920 328 196 0,020
5 Дробь АТ-3 60 2900 510 415 0,034
6 » АТ-3 60 3000 510 410 0,046
7 Пушечная смазка А/С 1:3 50 2200 457 346 0,025
Пр и м е ч а н и е . А/С — смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в разном соотношении (ручное изготовление на месте
применения). АТ-3 — смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:4 ( заводское изготовление).
Результаты исследования эффективности различных заполнителей
Номер экспе-
римента
Исходные размеры труб, мм
d, мм h, мммедь сталь
d1
м d2
м lм d1
с d2
с lc
1 145 98 760 180 166 960 20 39
2 145 98 760 180 166 960 88 5
3 308 200 1200 348 328 1520 75 64,5
4 308 200 1200 348 328 1520 190 5
5 494 430 1850 535 515 2160 200 115
6 494 430 1850 535 515 2160 200 115
7 442 355 1800 492 472 1800 346 2,5
Рис. 4. Внешний вид биметаллического цилиндрического
кристаллизатора
80 11/2009
Разработанная технология изготовления биме-
таллических водоохлаждаемых кристаллизаторов
может быть использована для сварки взрывом
трубных заготовок диаметром до 500 мм и длиной
до 2000 мм. При больших размерах кристалли-
затор целесообразно изготавливать из труб, по-
лученных из двухслойных листов, поскольку су-
ществующее оборудование позволяет вальцевать
трубы диаметром более 600 мм при толщине
стенки 30…40 мм.
Проведенные экспериментальные работы пока-
зали, что для сохранения формы и размеров при
взрывном плакировании цилиндрических трубных
заготовок кристаллизаторов без дополнительных
больших затрат перспективно использовать в ка-
честве заполнителя металлическую дробь.
1. Электротермическое оборудование: Справочник / Под
общ. ред. А. П. Альтгаузена. — 2-е изд., перераб и доп.
— М.: Энергия, 1980. — 416 с.
2. Медовар Б. И. Электрошлаковые печи. — Киев: Наук.
думка, 1976. — 416 с.
3. Разработка и внедрение новых технологических про-
цессов сварки взрывом разнородных металлов при изго-
товлении электротермического оборудования (Отчет о
НИР) / ИГиЛ и СКБ ГИТ СО АН СССР; Руководитель
темы В. А. Симонов, В. М. Оголихин. — № ГР
01840032640; Инв. № 02850058758. — Новосибирск,
1985. — 116 с.
4. Гохштейн Б. Е., Седых В. С. Сварка взрывом цилиндри-
ческих соединений и трубных переходников из разно-
родных металлов // Высокопроизводительные методы
сварки в химическом и нефтяном машиностроении. —
Вып. III. Сварка взрывом. — М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕ-
МАШ, 1965. — С. 61–68.
5. Гаек Ю. В., Мелихов В. П. Фокусировка кумулятивных
струй при сварке взрывом тел вращения // Применение
энергии взрыва в сварочной технике. — Киев: ИЭС им.
Е. О. Патона АН УССР, 1977. — С. 30–33.
6. Оголихин В. М., Яковлев И. В. Сварка взрывом в электро-
металлургии. — Новосибирск: Изд. СО РАН, 2009. —
160 с.
7. Мещеряков Ю. П. Численное исследование демпфирую-
щих свойств стержневых структур при импульсном наг-
ружении // Изв. ВолгГТУ. — 2008. — № 3 (41), вып. 3.
— С. 101–104.
The paper deals with the possibility of preservation of the specified shape and dimensions of tubular billets of moulds
at explosion cladding of pipes with mounting of fillers inside the latter, namely shot, shot with water; gun grease and
saltpeter melts. It is shown that application of metal shot as filler is promising for preservation of the shape and
dimensions without large additional costs
Поступила в редакцию 06.07.2009
X МЕЖДУНАРОДНЫЙ СИМПОЗИУМ
«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
С НОВЫМИ СВОЙСТВАМИ:
НАУКА, ТЕХНОЛОГИЯ, БИЗНЕС И ИННОВАЦИИ»
(EPNM -2010)
Июнь 7–11 2010 Бечичи, Черногория
Организаторы: Институт структурной макрокинетики и проблем
материаловедения Российской академии наук (ИСМАН);
Научный совет по горению и взрыву Российской академии наук
Симпозиум проводится под покровительством Министерства образования и науки Республики
Черногория.
Цель симпозиума — собрать представительный форум ученых, инженеров, бизнес-менеджеров,
работающих в области быстропротекающих процессов и явлений, сопровождающих ударно-во-
лновой и детонационный синтез, модифицирования структуры и свойств материалов при удар-
но-волновом нагружении, упрочнения и сварки металлов, консолидации порошковых материалов
взрывом для обсуждения проблем эффективного использования этих процессов в промышленном
производстве.
Научные направления (секции)
• Сварка металлов и консолидация порошковых материалов взрывом
• Синтез новых материалов в ударных и детонационных волнах
• Взрывчатые вещества и методы обработки материалов при ударно-волновом воздействии
• Промышленное использование материалов, полученных методом взрыва
Место проведения: Hotel «Montenegro Beach Resort», г. Бечичи, Черногория.
http://www.montenegrostars.com/main/index.php/hotel-montenegroru/exclusiveoffer
11/2009 81
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100974 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:03:17Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мещеряков, Ю.П. Оголихин, В.М. Яковлев, И.В. 2016-05-28T16:02:22Z 2016-05-28T16:02:22Z 2009 Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом / Ю.П. Мещеряков, В.М. Оголихин, И.В. Яковлев // Автоматическая сварка. — 2009. — № 11 (679). — С. 78-81. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100974 621.791.76:621.7.044.2 Рассмотрена возможность сохранения заданной формы и размеров трубных заготовок кристаллизаторов при взрывном плакировании труб с установкой внутри последних заполнителей: дроби, дроби с водой, пушечной смазки и расплавов селитры. Показано, что для сохранения формы и размеров без дополнительных больших затрат перспективно использовать в качестве заполнителя металлическую дробь. The paper deals with the possibility of preservation of specified shape and size of tubular billets of moulds in explosion cladding of pipes with mounting of fillers inside the latter, namely shot, shot with water, gun grease and saltpeter melts. It is shown that utilization of metal shot as a filler is promising for preservation of shape and dimensions without large additional costs. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом Possibility of preservation of shape and size of cylindrical tubular billets of moulds in explosion cladding Article published earlier |
| spellingShingle | Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом Мещеряков, Ю.П. Оголихин, В.М. Яковлев, И.В. Производственный раздел |
| title | Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом |
| title_alt | Possibility of preservation of shape and size of cylindrical tubular billets of moulds in explosion cladding |
| title_full | Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом |
| title_fullStr | Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом |
| title_full_unstemmed | Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом |
| title_short | Возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом |
| title_sort | возможность сохранения формы и размеров цилиндрических трубных заготовок кристаллизаторов при плакировании взрывом |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100974 |
| work_keys_str_mv | AT meŝerâkovûp vozmožnostʹsohraneniâformyirazmerovcilindričeskihtrubnyhzagotovokkristallizatorovpriplakirovaniivzryvom AT ogolihinvm vozmožnostʹsohraneniâformyirazmerovcilindričeskihtrubnyhzagotovokkristallizatorovpriplakirovaniivzryvom AT âkovleviv vozmožnostʹsohraneniâformyirazmerovcilindričeskihtrubnyhzagotovokkristallizatorovpriplakirovaniivzryvom AT meŝerâkovûp possibilityofpreservationofshapeandsizeofcylindricaltubularbilletsofmouldsinexplosioncladding AT ogolihinvm possibilityofpreservationofshapeandsizeofcylindricaltubularbilletsofmouldsinexplosioncladding AT âkovleviv possibilityofpreservationofshapeandsizeofcylindricaltubularbilletsofmouldsinexplosioncladding |