Способ изготовления сваркой взрывом плоской биметаллической заготовки с внутренними полостями

Способ изготовления сваркой взрывом плоской биметаллической заготовки с внутренними полостями

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технологии изготовления плоских биметаллических листов сваркой взрывом и может быть использовано в различных областях металлообрабатывающей промышленности, а также в энергетическом и химическом машиностроении, в частности при изготовлении трубных досок и трубных решеток. Трубные решетки (доски) предназначены для поддержания параллельных пучков труб в конвекционных камерах трубчатых печей (см. Фиг.1) и в теплообменном (см. Фиг.2) оборудовании.

Известно, что формирование соединения при сварке взрывом происходит в условиях высокоскоростного соударения плакирующего и плакируемого листов при малой длительности, в результате которого в близлежащих к линии контакта поверхностях протекают процессы совместной пластической деформации приконтактных объемов металла, активация контактных поверхностей, образование в приконтактной зоне волнового профиля, объемное взаимодействие на активных центрах со слиянием дискретных очагов деформации и объемной релаксацией напряжений. Размер образующегося в процессе соединения волнового профиля, т.е. объем продеформированного металла приконтактных зон, зависит от времени действия давления в зоне контакта. Учитывая, что давление не постоянно и зависит от времени, то степень пластической деформации (а также связанные с этим параметром размеры волнового профиля) будет определяться величиной деформирующего импульса I_д. При этом, чем выше уровень давления и продолжительней его действие, тем большая часть кинетической энергии затрачивается на пластическую деформацию металла околошовной зоны. Для реализации требуемой для соединения слоев величины совместной пластической деформации приконтактных объемов металла необходимо достигнуть определенного уровня давлений, действующих в течение некоторого времени и превышающих динамические пределы текучести свариваемого металла.

В условиях максимального благоприятствования для полноты прохождения процессов сварки по всей соединяемой поверхности, когда время прихода волны разгрузки (τ_р) со стороны тыльной поверхности плакируемого листа превышает время формирования соединения (τ_с), величина деформирующего импульса определяется из выражения:

где

τ_с - время протекания пластических деформаций за точкой контакта - время формирования соединения (максимально возможное для конкретных условий сварки взрывом время действия сжимающих напряжений в выбранном сечении зоны соединения, превышающих динамический предел текучести для данного металла (τ_с=1,5÷2,5 мкс);

p_max - величина пикового давления импульса.

Продолжительность действия высокого давления p_max≥ в околошовной зоне ограничена временем прихода волны разгрузки с тыльной поверхности плакируемого листа τ_р=2δ₂/c₀₂ (где c₀₂ - скорость звука в плакируемом листе, δ₂ - толщина плакируемого листа), по истечению которого происходит резкий спад давления до нуля, и все деформационные процессы прекращаются.

Интенсивность спада давления, характеризуемая постоянной времени θ, определяется из выражения

Существенным является тот факт, что в выбранном диапазоне режимов сварки величина θ для каждого материала является постоянной, не зависящей от скорости соударения величиной (для стали марки Ст3сп величина θ равна 0,96 мкс).

где

ρ₁, ρ₂ и с₀₁, с₀₂ - соответственно плотности и скорости звука в плакирующем и плакируемом листах;

V_c - скорость соударения плакирующего и плакируемого листов (Лысак В.И., Кузьмин С.В. Сварка взрывом. - М.: Машиностроение - 1, 2005. - 544 с., ил.).

Известен способ изготовления плоских биметаллических листов путем сварки взрывом, при котором в результате разгоняющего действия продуктов детонации взрывчатого вещества на плакирующий лист и его соударение с плакируемым листом металл в зоне контакта интенсивно деформируется. При этой плоскопараллельной схеме изготовления биметалла взрывом обеспечивается физический контакт, активация поверхностей и формирование соединения плакирующего и плакируемого листов (патент РФ 2056987, кл. B23K 20/08, Опубл. в БИ №9 от 27.03.96 г. - аналог).

Известен также способ изготовления сваркой взрывом деталей с внутренними полостями, при котором в плакируемом листе выполняют продольные полости прямоугольного сечения, полости заполняют на часть их высоты материалом менее прочным, чем материал плакируемого листа, после чего плакирующий лист сваривается взрывом с плакируемым. После сварки наполнитель удаляют из полостей (а.с. №391794, МПК B23K 20/08, опубл. 07.10.1980 г. в БИ №37 - прототип). При этом основной упор в прототипе делается на механическом защемлении ребер плакируемого листа с плакирующим листом, что, по мнению авторов, приводит к усилению сварного соединения.

Мощное неравномерное силовое воздействие продуктов детонации взрывчатых веществ на свариваемые плакирующий и плакируемый листы приводит к деформации полученного биметаллического листа. При сварке (по прототипу) по параллельной схеме плоских листов это проявляется в их существенном остаточном прогибе f. Кроме того, в околошовной зоне в процессе сварки взрывом по известному способу активно формируется микроскопическая газовая неоднородность за счет сорбции газов и газообразующих примесей углерода свариваемыми поверхностями. Повышенная активность формирования микроскопической газовой неоднородности связана со спецификой расположения продольных полостей в плакируемом листе. Сорбированные газы захлопываются при соударении пластин и увлекаются дислокациями вглубь металла. Поэтому на границе раздела фиксируется повышенное содержание газов и газообразующих примесей. Повышенная газонасыщенность околошовной зоны отрицательным образом сказывается на качестве биметалла, используемого для изделий в химическом машиностроении, которые испытывают в процессе эксплуатации существенное коррозионное воздействие.

К недостатку прототипа следует отнести тот факт, что при изготовлении длинномерных биметаллических листов неравномерное действие деформирующего импульса ударной волны в концевых частях свариваемых заготовок приводит к неравномерному относительному утонению, к росту параметров образующихся волн (амплитуды 2а и длины волны λ) на границе соединения плакирующего и плакируемого листов, а так же к росту расплавов - оплавленного металла в приконтактной зоне из-за чрезмерно высокого энерговыделения. А это в конечном итоге приводит к снижению качества изделий из полученного биметалла по известному способу, снижению прочности соединения слоев.

К недостатку прототипа также следует отнести снижение деформирующего импульса на периферийные участки контактных поверхностей из-за бокового разлета продуктов детонации взрывчатого вещества. А это в свою очередь приводит к краевым непроварам, что также приводит к снижению качества изделий из полученного биметалла по известному способу, снижению прочности и сплошности соединения слоев.

В химическом машиностроении при изготовлении из биметалла трубных решеток (досок) плакирующий слой должен обеспечивать защиту основного слоя от среды, в которой (без плакировки) основной металл нестоек. При нарушении плакирующего слоя в нефтехимическом оборудовании возможно интенсивное развитие коррозии металла основного слоя, приводящее к нарушению условий его безопасной эксплуатации.

Особо следует отметить, что при реализации предложенной схемы по прототипу в процессе сварки взрывом в застойной зоне внутренней полости плакируемого листа активно формируется микроскопическая газовая неоднородность за счет сорбции газов и газообразующих примесей углерода свариваемыми поверхностями в застойной зоне.

Особо опасной для биметаллов, используемых в химическом машиностроении, является водородная коррозия. Причиной водородной коррозии является диффузия водорода в сталь (и другие материалы), происходящая при относительно высоких температурах (до 500°С) и давлении (5÷10 МПа) в процессе продолжительной эксплуатации биметалла в водородосодержащих средах. Это явление усугубляется повышенной газовой неоднородностью (наличие зон с повышенным содержанием кислорода, газообразующих примесей, например углерода и др.), сформированной в процессе сварки взрывом в околошовной зоне.

Водородная коррозия углеродистых сталей, проявляющаяся при высоких температурах и давлениях, протекает по уравнению

H₂O+Fe=FeO+H₂;

Fe₃С+2Н₂=3Fe+СН₄.

Проникающий в металл водород взаимодействует с цементитом стали, образуя газообразное соединение (СН₄ - метан). Метан в стали не растворяется и вызывает внутренние напряжения, из-за которых необходимо снижать рабочие параметры (давление и температуру) эксплуатации оборудования, что отрицательно сказывается на производительности работы нефтехимической аппаратуры, изготовленной из биметалла. Биметалл при этом расслаивается, а высокопрочные стали при незначительных напряжениях подвергаются хрупкому разрушению.

Водород разрушает также плакирующий слой, выполненный из латуни (и др. медных сплавов). Водородная коррозия в этом случае протекает по уравнению

Cu₂O+Н₂=H₂O+2Cu.

Эффект водородной коррозии усиливается в случае повышенного содержания кислорода в меди и медных сплавах. Оксид меди образует отдельную фазу в металле, а проникающий в металл водород, химически взаимодействуя с ним, восстанавливает его. Пары образующейся при этом воды создают существенное давление и ослабляют связи между отдельными зернами металла, что приводит к возникновению трещин и в целом к ухудшению эксплуатационных свойств биметалла «сталь + медные сплавы».

Одной из возможных причин недостаточно высокой прочности соединения плакирующего и плакируемого листов биметалла, полученного известным способом сварки взрывом, является повышенный остаточный прогиб f биметаллического листа и неоднородность параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения биметаллического листа.

Следует отметить, что газовая неоднородность (особенно насыщенность приконтактной зоны кислородом и газообразующим элементом углеродом) также отрицательным образом сказывается на прочности соединения слоев и на качестве биметалла в целом. Однако это отрицательное воздействие будет сказываться не сразу, а через определенный период времени (в процессе эксплуатации оборудования в водородосодержащих средах при температуре до 500°С, и давлении до 10 МПа), необходимый и достаточный для проявления эффекта водородной коррозии. В этом случае отрицательное воздействие газовой неоднородности будет очевидным и катастрофичным по своим последствиям.

Основным техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является снижение остаточного прогиба/биметаллического листа и стабилизация параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения, полученной сваркой взрывом.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления сваркой взрывом плоской биметаллической заготовки с внутренними полостями, включающем предварительное выполнение в плакируемом листе полостей и заполнение их наполнителем, размещение на плакирующем листе взрывчатого вещества и установку его над плакируемым листом, инициирование взрывчатого вещества, полости выполняют в плакируемом листе со стороны, противоположной поверхности соединения в виде глухих цилиндрических отверстий, ось которых перпендикулярна его поверхности, диаметром D_ВТ=0,6×D_OTP, глубиной (0,8÷0,9)×Н_OCH, где D_OTP - требуемый окончательный диаметр отверстий получаемой биметаллической заготовки, Н_OCH - толщина плакируемого листа, при этом используют наполнитель из более прочного материала, чем материал плакируемого листа, в виде цилиндрических вставок высотой, равной глубине глухих отверстий, и наружным диаметром, равным диаметру глухих отверстий, взрывчатое вещество располагают на плакирующем листе в виде зарядов, имеющих разную скорость детонации и разную толщину, обеспечивающих постоянство деформирующего импульса I_д в зоне соударения по всей соединяемой поверхности в процессе сварки взрывом, при этом соотношение значений деформирующих импульсов I_д/I_д ^кр выбирают в пределах от 1,0 до 1,76, где I_д ^кр - критическая величина деформирующего импульса, при которой затрачиваемая на деформацию приконтактных объемов металла энергия обеспечивает необходимую степень активации контактных поверхностей для формирования качественного соединения, а после сварки взрывом в биметаллической заготовке глухие отверстия рассверливают до диаметра D_OTP.

Так, размещая цилиндрические вставки (высотой равной (0,8÷0,9)×Н_OCH, наружным диаметром D_BT=0,6×D_OTP) из более прочного материала, чем материал плакируемого листа, в заранее просверленные глухие отверстия (внутренние полости диаметром D_BT) в плакируемом листе, обеспечивается жесткость конструкции (плакируемый лист + плакирующий лист) в процессе сварки взрывом (см. Фиг.3). Это в свою очередь существенно снижает остаточный прогиб f биметаллического листа и стабилизирует параметры волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения за счет увеличения момента сопротивления заготовки при изгибе, что в целом выравнивает распределение деформирующего импульса в зоне соударения по всей соединяемой поверхности. С учетом того, что внутренние полости выполняют в плакируемом листе со стороны противоположной поверхности соединения, то сама поверхность соединения формируется при физическом взаимодействии плоских сплошных поверхностей плакируемого и плакирующих листов. В том случае, если бы внутренние полости выполнялись со стороны поверхности соединения, то сама поверхность соединения формировалась бы при физическом взаимодействии плоской поверхности плакирующего листа и поверхности с отверстиями в плакируемом листе, что в ряде случаев усложняет процесс формирования качественного соединения. Цилиндрические вставки в данном случае выполняют своеобразную роль ребер жесткости. Затем, после сварки взрывом в биметаллической заготовке ранее выполненные глухие отверстия диаметром D_BT с размещенными вставками рассверливают до требуемых окончательных чистовых размеров для трубной доски D_OTP.

Цилиндрические вставки могут иметь вид как сплошных цилиндров, так и полых (в виде втулок) с различным профилем (цилиндрическим, многогранными и др.) внутренних отверстий для увеличения момента сопротивлении заготовки при изгибе. В предлагаемом способе сварки взрывом реализована схема использования цилиндрических вставок в виде сплошных цилиндров.

Располагая по краям плакирующего листа взрывчатое вещество с повышенной скоростью детонации (по сравнению со взрывчатым веществом, располагаемом по центру плакирующего листа) достигается повышение импульса давления на периферийных участках соединяемой поверхности, что в целом выравнивает распределение деформирующего импульса в зоне соударения по всей соединяемой поверхности и снижает отрицательный эффект краевого непровара.

Недостаток прототипа, связанный с неравномерным распределением деформирующего импульса ударной волны в концевых частях свариваемых листов, приводящий к неравномерному относительному утонению, устраняется следующим способом. На поверхности плакирующего листа в его концевых частях располагают взрывчатое вещество меньшей толщины (по сравнению с толщиной взрывчатого вещества, располагаемого по центру плакирующего листа), что в целом выравнивает распределение деформирующего импульса в зоне соударения по всей соединяемой поверхности и снижает отрицательные последствия концевого эффекта.

Таким образом, располагая перед сваркой взрывом в оптимально расположенных глухих отверстиях (полостях) плакируемого листа цилиндрические вставки из более прочного материала и оптимально располагая на поверхности плакирующего листа заряды взрывчатых веществ с разной скоростью детонации и с разной толщиной, достигается выравнивание деформирующего импульса в зоне соударения, что в свою очередь, приводит к снижению остаточного прогиба f биметаллического листа и стабилизации параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) по всей поверхности зоны соединения, полученной сваркой взрывом. Тем самым повышается качество изделий из полученного биметалла - увеличивается прочность и сплошность соединения плакирующего и плакируемого листов. Выбор оптимального направления детонации (см. Фиг.4), оптимальное расположение глухих отверстий (полостей) в плакируемом листе и размещение в них цилиндрических вставок из материала более прочного, чем материал плакируемого листа, а также оптимальное расположение взрывчатых веществ с разной скоростью детонации по поверхности плакирующего листа и оптимизация толщины заряда взрывчатого вещества с целью достижения выравнивания деформирующего импульса в зоне соударения достигается расчетным путем с использованием как специально разработанных компьютерных программ оценки напряженно-деформированного состояния в зоне соударения, так и с использованием готовых программных комплексов типа ANSYS или др.

Экспериментально установлена оптимальная глубина глухих отверстий в плакируемом листе (0,8÷0,9)×Н_ОСН. Она же - оптимальная высота цилиндрических вставок. Было установлено, что использование глухих отверстий глубиной менее 0,8×Н_ОСН (использование цилиндрических вставок высотой менее 0,8×Н_ОСН) не приводит к достижению технического результата (после размещения в эти отверстия цилиндрических вставок) - не достигается повышение жесткости конструкции в целом и как следствие получается биметаллическая заготовка с повышенными значениями остаточного прогиба f и нестабилизированными параметрами волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения. В этом случае остаточный прогиб f составит 0,8 мм на 1 метр длины, длина волны λ=0,25÷0,40 мм; амплитуда 2а=0,10÷0,15 мм, что отрицательно скажется на качестве соединения плакирующего и плакируемого листов (прочность соединения слоев снизится на 10-15%).

Изготовление глухих отверстий глубиной более 0,9×Н_ОСН (использование цилиндрических вставок высотой более 0,9×Н_ОСН) технически затруднено из-за сложности обеспечения тонкой перемычки толщиной менее (Н_ОСН - 0,9×Н_ОСН), которая (тонкая перемычка) в свою очередь деформируется при изготовлении глухих отверстий, что нарушает плоскостность плакируемого листа перед сваркой взрывом и в конечном итоге приводит к снижению качества биметаллического листа после сварки взрывом.

Экспериментально установлен также оптимальный диаметр глухих отверстий D_ВТ=0,6×D_ОТР (диаметр цилиндрических вставок D_ВТ=0,6×D_ОТР). Установлено, что использование глухих отверстий диаметром более 0,6×D_ОТР может привести к несоответствию межосевых расстояний в плакируемом листе до детонации и в биметаллической заготовке после сварки взрывом. И после сварки взрывом при рассверливании глухих отверстий до требуемых окончательных чистовых размеров для трубной доски D_ОТР будет выявлен брак по несоответствию расположения отверстий в готовой трубной доске. Использование глухих отверстий диаметром менее 0,6×D_ОТР (цилиндрических вставок диаметром менее 0,6×D_ОТР) не приводит к достижению технического результата - не достигается повышение жесткости конструкции в целом и как следствие получается биметаллическая заготовка с повышенными значениями остаточного прогиба f и нестабилизированными параметрами волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения. В этом случае при прочих равных условиях остаточный прогиб f составит 0,7 мм на 1 метр длины длина волны λ=0,24÷0,41 мм; амплитуда 2а=0,09÷0,16 мм, что отрицательно скажется на качестве соединения плакирующего и плакируемого листов (прочность соединения слоев снизится на 9-14%).

Сущность изобретения пояснена чертежами, где на фиг.3 показана схема выполнения полостей (глухих отверстий диаметром D_ВТ) в плакируемом листе и заполнение этих отверстий цилиндрическими вставками. На фиг.4 показан чертеж трубной доски с размещенными в 17-ти глухих отверстиях 17 цилиндрическими вставками из более прочного материала, чем материал плакируемого листа. На фиг.5 показана плоскопараллельная схема изготовления биметалла путем сварки взрывом, на фиг.6 показана уточненная (адаптированная) плоскопараллельная схема изготовления биметалла путем сварки взрывом, на фиг.7 показана схема отбора образцов для механических испытаний и для замера параметров волн в полученных сваркой взрывом соединениях, а на фиг.8 показана схема замера параметров образующихся в процессе сварки взрывом волн (амплитуды 2а и длины волны λ) в зоне соединения. На фиг.9 представлены топограммы распределения газообразующих примесей внедрения по толщине биметаллического листа.

Предлагаемый способ изготовления биметалла сваркой взрывом осуществляется в следующей последовательности (см. Фиг.5).

Предварительно подготавливают плакируемый лист (см. Фиг.3 и Фиг.4). В плакируемом листе со стороны, противоположной поверхности соединения, просверливают цилиндрические глухие отверстия (внутренние полости) глубиной (0,8÷0,9)×Н_ОСН и диаметром D_ВТ=0,6×D_ОТР (где D_ОТР - чистовой, окончательный диаметр отверстий в трубной доске). Глухие отверстия должны быть выполнены в строго отведенных местах согласно чертежа трубной доски (см. фиг.4). Количество глухих отверстий и их расположение оптимизируется с помощью специальной программы. Места расположения глухих отверстий (внутренних полостей) в трубной доске, размещение в этих отверстиях наполнителей в виде цилиндрических вставок и направление детонации показаны на Фиг.4. При этом цилиндрические вставки имеют высоту, равную глубине глухого отверстия (0,8÷0,9)×Н_ОСН, наружный диаметр, равный диаметру глухих отверстий D_ВТ=0,6×D_ОТР (где D_ОТР - окончательный, чистовой диаметр отверстий в трубной доске). При этом материал наполнителя (цилиндрической вставки) должен быть более прочным, чем материал плакируемого листа. На жесткое основание 1 (см. Фиг.5) устанавливают предварительно подготовленный плакируемый лист 2 и над ним с расчетным зазором h, обеспечиваемым фиксаторами 3, располагают плакирующий лист 4. По периметру метаемого плакирующего листа располагают деревянный контейнер 5, ограничивающий область размещения взрывчатого вещества. Так, вначале равномерно по поверхности плакирующего листа размещают заряд взрывчатого вещества 6 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 67/33%, скорость детонации = 2300 м/с) длиной L, шириной В, высотой Н₂. Отступив от дальнего края (см. фиг.5) - конца деревянного контейнера на величину L₃, на уже размещенный слой взрывчатого вещества 6 размещают взрывчатое вещество 7 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 67/33%, скорость детонации = 2300 м/с) длиной L-L₃, шириной В, обеспечивая общую высоту слоя H₁. Далее, отступив от дальнего края (см. фиг.5) - конца деревянного контейнера на величину L₃+L₂, на уже размещенный слой взрывчатого вещества 7 размещают симметрично относительно фронта детонации с левой и правой стороны деревянного контейнера (см. фиг.5) слой взрывчатого вещества 8 с другой скоростью детонации (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 75/25%, скорость детонации = 2500 м/с), длиной L-(L₃+L₂), шириной B₁, обеспечивая общую высоту Н для снижения эффекта бокового разлета взрывчатого вещества. На переднем (ближнем) крае (на уже размещенный слой взрывчатого вещества 7) размещают слой взрывчатого вещества 9 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 75/25%, скорость детонации = 2500 м/с) длиной L₁, шириной B-2×B₁, обеспечивая общую высоту Н. В середине переднего (ближнего) торца деревянного контейнера устанавливают электродетонатор 10, обеспечивая соответствующее направление фронта детонации. При этом на жестком основании 1 следует располагать предварительно подготовленный плакируемый лист 2 (см. Фиг.5 и Фиг.6) согласно оптимизированному направлению детонации (см. Фиг.4).

Для формирования плавных переходов (устранения резких перепадов толщин взрывчатых веществ и устранения неравномерного распределения деформирующих импульсов) взрывчатого вещества от одного слоя к другому (от одной высоты к другой, т.е. от Н до H₁ и до H₂) в предлагаемом способе реализована схема специальной подготовки поверхности взрывчатого вещества (см. фиг.6). Таким образом, из прямоугольных параллелепипедов (заполненных взрывчатым веществом) получаются призмы с треугольниками у основания. Призмы располагают горизонтально на одной из своих граней. Так для снижения отрицательного воздействия концевого эффекта (неравномерного действия деформирующего импульса ударной волны в концевых частях свариваемых заготовок) и обеспечения плавного перехода с толщины взрывчатого вещества H₁ до толщины Н₂ на дальнем крае формируют скос взрывчатого вещества по линии TW, образуя таким образом призму на дальнем крае (конце) заготовки. Аналогично сформирована призма OZGYSE из взрывчатого вещества с другой скоростью детонации (для плавного перехода взрывчатого вещества с толщины Н до H₁) с прямоугольными треугольниками у основания Δ OZG и Δ YSE. Призма OZGYSE лежит своей гранью OYEG на слое взрывчатого вещества 7 (с другой скоростью детонации) высотой H₁. Также сформированы и другие призмы с треугольниками у основания. Кроме того, для придания более плавного перехода от одного слоя взрывчатого вещества к другому (от Н до H₁) дополнительно симметрично (справа и слева) сформированы две одинаковые пирамиды (пирамиды состоят из того же взрывчатого вещества, что и призма OZGYSE) с прямоугольным треугольником у основания и тремя гранями, две из которых представлены в виде прямоугольных треугольников (см., например, пирамиду STEY с вершиной S, размещенную слева с основанием - прямоугольным треугольником Δ YTE, двумя гранями в виде прямоугольных треугольников Δ SYE и Δ YST и гранью в виде треугольника Δ STE, которая обеспечивает плавный переход толщины взрывчатого вещества с Н до H₁). Эти пирамиды (левая и правая) заполнены взрывчатым веществом 11 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 75/25%, скорость детонации = 2500 м/с). Сформировать призмы и пирамиды из взрывчатого вещества (поверхности взрывчатого вещества) можно различными способами при помощи шаблона или других устройств.

При этом метаемый плакирующий лист 4 имеет длину и ширину на (15÷20) его толщин больше, чем у неподвижного плакируемого листа 2, т.е. реализуется схема с незначительным нависанием плакирующего листа. При помощи установленного электродетонатора 10 инициируют сформированный комбинированный заряд взрывчатого вещества. За счет оптимального выбора направления детонации (см. Фиг.4), оптимального размещения цилиндрических вставок (наполнителя), выбора материала вставок (см. Фиг.4) и оптимального размещения взрывчатого вещества (с разной скоростью детонации и с разной толщиной) по поверхности метаемого листа получают плоский биметаллический лист с низким значением остаточного прогиба f и со стабилизированными параметрами волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) по всей поверхности зоны соединения в результате обеспечения постоянства деформирующего импульса в зоне соударения. Это, в конечном итоге, обеспечивает получение более качественного биметалла с повышенной прочностью соединения слоев с отсутствием несплошностей в зоне соединения. После сварки взрывом в биметаллической заготовке ранее выполненные глухие отверстия диаметром D_ВТ со вставленными в них цилиндрическими вставками рассверливают до требуемых чистовых размеров для трубной доски D_ОТР (см. фиг.4). Кроме этого до чистового размера высверливают оставшиеся отверстия в трубной доске согласно чертежа на изделие (см. фиг.4). Следует отметить, что оптимизация размещения взрывчатого вещества на поверхности плакирующего листа может быть реализована и другими методами. Оптимизация размещения цилиндрических вставок в глухих отверстиях и направления детонации также может быть реализована другими способами.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Предварительно подготавливают плакируемый лист (см. Фиг.3 и Фиг.4). В нем просверливают со стороны противоположной поверхности соединения 17 глухих отверстий глубиной 0,85×H_ОСН=85 мм, диаметром D_ВТ=0,6×D_ОТР=30,30 мм (где D_ОТР=50,50 мм - чистовой, окончательный диаметр отверстий в трубной доске - см. Фиг.4). Количество глухих отверстий и их расположение оптимизировано с помощью специальной программы. Места расположения глухих отверстий в трубной доске, размещение в этих отверстиях цилиндрических втулок и направление детонации показаны на чертеже трубной доски - Фиг.4. При этом цилиндрические вставки имеют высоту, равную глубине глухого отверстия, т.е. 85 мм, наружный диаметр, равный диаметру глухих отверстий D_ВТ=30,30 мм. Материал цилиндрической вставки - сталь 20Х13 по ГОСТ 5632-72 (σ_в=536 Н/мм²; σ_0,2=382 Н/мм²; δ₅=23%).

На жесткое основание устанавливают предварительно подготовленный плакируемый (с установленными цилиндрическими вставками) стальной лист марки Ст3сп (σ_в=490 Н/мм²; σ_0.2=266 Н/мм²; δ₅=32%) по ГОСТ 380-94 размерами 100×1000×1100 мм и параллельно ему метаемый плакирующий лист из стали марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72 размерами 10×1150×1250 мм с расчетным зазором h=3±0,1 мм. На метаемом плакирующем листе устанавливают деревянный контейнер L×B=1250×1150 мм общей высотой Н=30 мм, который заполняют взрывчатым веществом. Взрывчатое вещество должно плотно прилегать к поверхности плакирующего листа, т.к. прослойка воздуха между зарядом взрывчатого вещества и плакирующим листом может разрушить пластину. Для защиты плакирующего листа от воздействия продуктов детонации на его поверхность наносят легко разрушаемое покрытие из латекса. Сначала размещают заряд взрывчатого вещества 6 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 67/33%, скорость детонации = 2500 м/с) длиной L, шириной В, высотой Н₂=0,5×Н (наименьшая высота H₂ слоя взрывчатого вещества в дальнем конце деревянного контейнера способствует устранению концевого эффекта). Далее, отступив от дальнего края (см. фиг.5) деревянного контейнера на величину L₃=0,15×L, на уже размещенный слой взрывчатого вещества 6 размещают взрывчатое вещество 7 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 67/33%, скорость детонации = 2500 м/с) длиной L-L₃, шириной В, обеспечивая общую высоту слоя H₁=0,75×H. Далее, отступив от дальнего края (см. фиг.5) деревянного контейнера на величину L₃+L₂ (при этом L₂=0,15×L), на уже размещенный слой взрывчатого вещества 7 размещают симметрично относительно фронта детонации с левой и правой стороны деревянного контейнера (см. фиг.5) слой взрывчатого вещества 8 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 75/25%, скорость детонации = 2500 м/с) длиной L-(L₃+L₂), шириной B₁=0,10×B, обеспечивая общую высоту Н. На переднем (ближнем) крае деревянного контейнера на уже размещенный слой взрывчатого вещества 7 размещают слой взрывчатого вещества 9 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 75/25%, скорость детонации = 2500 м/с) длиной L₁=0,15×L, шириной B-2×B₁, обеспечивая общую высоту Н. Максимальная толщина взрывчатого вещества Н по периферии деревянного контейнера специально реализована для снижения эффекта бокового разлета взрывчатого вещества и устранения краевого непровара. В середине переднего (ближнего) торца деревянного контейнера устанавливают электродетонатор 10, обеспечивая соответствующее направление фронта детонации. При этом на жестком основании 1 следует располагать предварительно подготовленный (с установленными цилиндрическими вставками) плакируемый лист 2 (см. Фиг.5 и Фиг.6) строго сориентированным согласно оптимизированному направлению детонации (см. Фиг.4).

Для формирования плавных переходов (устранения резких перепадов толщин взрывчатых веществ) взрывчатого вещества от одного слоя к другому (от одной высоты к другой, т.е. от Н до H₁ и до Н₂) в предлагаемом способе реализована специальная схема подготовки взрывчатого вещества (см. фиг.6). Таким образом, из прямоугольных параллелепипедов (заполненных взрывчатым веществом) получаются призмы с треугольниками у основания. Так сформирована, например призма OZGYSE с прямоугольными треугольниками у основания Δ OZG и Δ YSE. Аналогичным образом сформированы и другие призмы с треугольниками у основания. Кроме того, для придания более плавного перехода от одного слоя взрывчатого вещества к другому, дополнительно симметрично (справа и слева) сформированы две одинаковые пирамиды с треугольниками у основания, две грани которой представлены в виде прямоугольных треугольников (см., например, пирамиду STEY с основанием Δ YTE, размещенную слева и две ее грани в виде прямоугольных треугольников Δ SYE и Δ YST, у которых стороны YT=L₂, YE=B₁, YS=H-H₁). Эти пирамиды (см. фиг.6) выполнены из взрывчатого вещества 11 (смесь аммонита с кварцевым песком в соотношении 75/25%, скорость детонации = 2500 м/с).

В нашем случае была реализована симметричная относительно фронта детонации схема размещения взрывчатых веществ.

После размещения взрывчатого вещества (см. Фиг.6 - поз.6, 7, 8, 9 и 11) в отведенные для них места и ориентации плакируемого слоя по фронту детонации (с установленными цилиндрическими вставками - см. Фиг.4) сварку взрывом производили при режимах, которые позволили обеспечить постоянство деформирующего импульса I_Д в зоне соударения по всей поверхности плакируемого листа при минимальном остаточном прогибе биметаллического листа и максимальной стабилизации параметров волнового профиля сварного шва (амплитуды 2а и длины волны λ) вдоль фронта детонации по всей поверхности зоны соединения, полученной сваркой взрывом. Оптимальное расположение глухих отверстий в плакируемом листе, выбор материала цилиндрических вставок, размещенных в заранее подготовленных глухих отверстиях, оптимальное расположение взрывчатого вещества с разной скоростью детонации по поверхности плакирующего листа и оптимизация толщины заряда взрывчатого вещества (определение величин B₁, L₁, L₂, L₃, Н, H₁ и Н₂) с целью достижения выравнивания деформирующего импульса I_Д в зоне соударения, было достигнуто расчетным путем с использованием специально разработанной компьютерной программы. После сварки взрывом в биметаллической заготовке ранее выполненные 17 глухих отверстий диаметром D_ВТ=30,30 мм со вставленными в них цилиндрическими вставками рассверливают до требуемых чистовых размеров для трубной доски D_ОТР=50,50 мм. Кроме этого до чистового размера высверливают оставшиеся в трубной доске отверстия в количестве 64 шт.(81-17=64), проводят окончательную механическую обработку биметаллического листа вплоть до получения готового изделия - трубной доски - согласно чертежа (см. Фи