Створення технологічних процесів прецизійного зварювання вибухом елементів металоконструкцій

Решта типів полів можуть зустрічатися лише у вузькій області поблизу внутрішньої поверхні труби. Основним параметром, який визначає величину і глибину наведення ЗН у стінці труби, є відношення її зовнішнього радіусу до внутрішнього , оскільки воно визначає відношення амплітуд коливань на зовнішній і внутрішній поверхнях труби. Встановлено, що при 2,5 в області глибиною 4...6 мм від внутрішньої поверхні труби діють стискуючі напруження, які досягають величин 400...500 МПа у основном металі труби й відповідної границі текучості шару плакування (рис. 7). При 2,5, виникає поле ЗН того ж типу, але зі значно меншими значеннями ЗН, причому останні прямують до нуля по мірі . Таким чином, при забезпеченні спів-відношення 2,5 в стінці труби, поблизу її плакованої поверхні, виникають ЗН стиснення, що сприяє поліпшенню службових характеристик плакованої труби при наступній експлуатації.

Для здійснення внутрішнього протяжного плакування вибухом труб розроблені і перевірені на натурних стендах три технологічні варіанти. Перший варіант - ініціювання заряду ВР з його середини (що у 2 рази скорочує “дистанцію” детонації заряду), механічна вибірка матеріалу у місці ініціювання (непривару) і наступне локальне плакування труби у місці вибірки внакид. Другий варіант послідовне локальне плакування труби окремими короткими ділянками із забезпеченням перекриття кінців ділянок внакид, чим досягається “нарощування” потрібної довжини плакування. І, нарешті, третій варіант вміщення плакованої труби у міцний або масивний (інерційний) бандаж і виконання одночасного плакування на потрібну довжину труби.

Вибір того чи іншого варіанту визначається вимогами і умовами конкретно вирішуваної технологічної задачі, однак перевага віддається варіанту бандажування труби. Виконані розрахунки і аналіз оптимальних умов НДС системи “труба-бандаж” показали, що зазор між трубою і бандажем не повинен перевищувати 0,2…0,3 мм. Розроблені конструкції багатосекційних бандажів кільцевого типу, призначених для внутрішнього протяжного плакування вибухом труб з каналом 125 мм, натурні випробування яких дали позитивні результати.

П'ятий розділ присвячений дослідженню основних закономірностей процесу ЗУХ плоских товстолистових, у тому числі багатоелементних металоконструкцій, аналізові особливостей режиму формування з'єднання і його оптимізації, а також дослідження засобів захисту від побічної дії вибуху для проведення вибухозварювальних робіт у цехових умовах.

Суть розробленого способу і особливості процесу ЗУХ такі (рис. 8, а), що у зварюваних листах 1 попередньо роблять наскрізний отвір, листи встановлюють з початковим зазором , а в канал, утворений отвором, поміщають циліндричний заряд ВР 2. При його вибухові у металі листів збуджується ударна хвиля стиснення з фронтом 3, який примикає до фронту детонаційної хвилі 4. За фронтом 3 канал зазнає інтенсивного розширення (роздачі) 5, і поверхні, що зварюються, у зазорі зближуються і стикаються з високою швидкістю, яка в деякій області поблизу каналу виявляється достатньою для утворення звареного з'єднання (рис. 8, б). Для забезпечення надійності ЗУХ використовується кондуктор (жорсткі накладки) з отвором під заряд (на рис. 8, а він не показаний), що забезпечує складання листів і захист з'єднання, яке формується, від дії хвиль розвантаження.

В результаті проведених експериментальних досліджень визначені початкові параметри процесу ЗУХ і вивчено їх вплив на площу і міцність отриманого з'єднання на зразках алюмінієвих і мідних шин у поєднаннях товщин: 10+10, 25+25, 35+35 і 60+60 мм. В якості ВР були вибрані трубчаті (мідь або алюміній) подовжені заряди (ПЗ) гексогена діаметром = 10…14 мм, виготовлені методом протяжки по розробленій технології. Швидкість детонації ПЗ при досягнутій максимальній густині гексогена 1,65 г/см³ складає близько D = 8000 м/с. Встановлено, що при фіксованому найбільш істотний вплив на величини і справляє і установочний зазор між оболонкою заряду і стінкою отвору в шинах (см. рис. 8, а). Оптимальними початковими параметрами процесу ЗУХ є: = 12 мм, h₀ = 0,8…1,2 мм і 0. При цих параметрах діаметр отвору в шинах після вибуху збільшується приблизно у 3 рази, міцне з'єднання спостерігається у кільці (рис. 8, б), площа якого знаходиться у прямій пропорційній залежності від товщини шин, що зварюються. Так, при ЗУХ шин перерізом 10010 мм зарядом = 12 мм величина 6 см² і для забезпечення заданої (10 см²) необхідне використання по меншій мірі двох ПЗ, що розташовуються на відстані не меншій . При меншій відстані відбувається їх взаємний вплив і знижується сумарна .

Для підвищення ефективності процесу ЗУХ і мінімізації кількості ПЗ, необхідної для забезпечення заданої , запропоновано розташовувати між накладками контейнера і/або шинами, що зварюються, технологічні (потовщуючі шини) вставки. У ході проведених досліджень з використанням вставок із різних матеріалів різної густини (вініпласт, алюміній, мідь, свинець та ін.) встановлено, що підвищення їх густини у 8 разів сприяє збільшенню майже у 3 рази при збереженні діаметру і довжини ПЗ. В результаті використання ВР високої густини з і здійснення процесу ЗУХ у частково замкнутому об'ємі зварюваних шин досягнута величина 0,3 г/см² для вставок із алюмінію і 0,1 г/см² для вставок зі свинцю, що відповідно приблизно в 10 і 30 разів нижче, ніж у випадку з'єднання шин у звичайному для ЗВ режимі метання однієї шини на іншу.

Слід відмітити, що застосування при ЗУХ вставок, оптимально підібраних по товщині й густині, відкриває можливість одночасного зварювання необмежених по товщині і кількості елементів металоконструкцій з використанням одного або кількох мініатюрних по масі зарядів ВР, у тому числі стандартних електродетонаторів з масою ВР всього лише близько 1,5 г.

Металографічними дослідженнями виявлено, що утворення з'єднання при ЗУХ починається практично від поверхні каналу і на ділянці приблизно 15…20 % його початку протікає в особливому високошвидкісному режимі з формуванням аномальної структури НШЗ, яка характеризується наявністю завихорень і пустот (рис. 9, а). Решта (основна частина) з'єднання формується у звичайному режимі хвилеутворення з амплітудою хвиль, що поступово зменшується і в кінці процесу стає порівнянною з висотою нерівностей на поверхнях, що зварюються. Тому площа зони з'єднання може бути додатково збільшена приблизно на 10 % завдяки механічній підготовці (шліфуванню) поверхонь, яки підлягають зварюванню.

Для пояснення механізму особливого режиму формування з'єднання з аномальною структурою НШЗ, представленої на рис. 9, а, і дослідження можливості її поліпшення у роботі проведені теоретичні дослідження з оцінкою хвильових і масових швидкостей процесу ЗУХ. Запропоноване пояснення грунтується на уявленнях про виникнення швидких обертальних рухів у приповерхневих шарах металу поблизу лінії контакту і про порушення сталості течії металу в цій області. Показано, що у цьому режимі з'єднання формується з коротких “виплесків” кумулятивних струменів, які зароджуються на поверхнях, що зварюються, попереду точки їх контакту, розвертаються на кут близько 120 (див. рис. 9, а) і приварюються до відповідної протилежної поверхні. Такий режим обумовлений надмірно високою швидкістю руху точки контакту на початковій фазі процесу, близькою до швидкості звуку в металі, при цьому величина монотонно спадає по мірі поширення процесу за законом, який приблизно можна представити у вигляді (рис. 10)

, (9)

де U - швидкість фронту ударної хвилі; W - швидкість руху точки виходу ударної хвилі на поверхню зазору; - параметр, величина якого того ж порядку, що й радіус ПЗ; w - швидкість зближення кожної поверхні, що зварюються.

Викладені уявлення дозволили запропонувати просте і ефективне вирішення щодо оптимізації процесу ЗУХ. Воно полягає в тому, що для зменшення довжини ділянки, на якій залишається близькою до звукової, необхідно виготовляти ПЗ у захисній алюмінієвій оболонці, причому з товщиною стінки (рис. 10), яка є не меншою початкового зазору . При виконанні цієї умови значні завихрення й пустоти на початковій ділянці з'єднання вже не формуються (рис. 9, б). Результати механічних і комплексних електричних випробувань з'єднань шин, зварених при , показали, що їх міцність на відривання, конструкційна міцність на розтягування і електричний опір не нижче значень для монолітної шини ( 80 МПа, 73 МПа, 5,3 мкОм).

Необхідно відмітити, що в силу особливостей ЗУХ шини, що зварюються, є ніби автономною вибуховою камерою, однак вихідні отвори у шинах залишаються незахищеними (відкритими), що призводить при вибухові до утворення в оточуючому середовищі ударних хвиль. Проведені в роботі експериментальні дослідження за розробленою методикою еволюції повітряних ударних хвиль дозволили розробити, а потім випробувати портативні камери з перфорованими торцями, які розташовуються з обох боків контейнера з шинами і забезпечують істотне гасіння ударних хвиль. Показано, що при їх використанні рівень шуму, наприклад, при вибухові ПЗ масою близько 20 г, що забезпечує з'єднання шести пар шин по площі 60 см², на відстані 7 м складає не більше 120 дБ, що узгоджується з існуючими нормами безпеки і дозволяє проводити роботи по ЗУХ безпосередньо в цехових умовах.

У шостому розділі наведені створені на основі наукових досліджень і інженерно-технічних вирішень технологічні процеси ПЗВ і результати їх застосування при виробництві й ремонті елементів металоконструкцій різних типів і призначення у промислових умовах.

За замовленнями заводу “Прогрес” (Росія) і компанії “Aerospatiale” (Франція) розроблена унікальна технологія ПЗВ для виконання ремонту оболонкових вузлів і агрегатів УРКТС “Енергія-Буран” і “Ariane-5”. Для практичної реалізації технології відпрацьовані методи атестації режимів ПЗВ і неруйнівного контролю якості ремонтних з'єднань, серед них - оригінальний метод, що грунтується на використанні акустичного мікроскопа, який вперше дозволив візуалізувати поверхню межі з'єднання. Технологія ПЗВ отримала “допуск” на ремонт у цехових умовах ряду штатних оболонкових виробів ракетоносія “Енергія”. Виконані за допомогою ПЗВ ремонтні роботи дозволили, зокрема, відновити цілісність і несучу здатність днища готового паливного бака і забезпечити своєчасний і успішний перший пуск УРКТС “Енергія-Буран” 15 листопада 1988 р. (рис. 11, а, б). Підтверджена можливість застосування розробленої технології для ремонту паливних баків ракетно-космічної системи “Ariane-5”.

За замовленням КП ХКБМ ім. О.О. Морозова і разом з ВАТ “СМНВО ім. М.В. Фрунзе” (Україна) розроблена не менш унікальна технологія ПЗВ для внутрішнього протяжного (до 2 м) плакування каналу артилерійських стволів типу КБА3 покриттям з хастелоя “С” (рис. 11, в). Наведені результати відпрацювання і перевірки технології ПЗВ на стенді і при плакуванні каналів штатних стволів типу КБА3 калібру 125 мм, два з яких пройшли повномасштабні випробування пострілами з танку Т-84 (рис. 11, г). Як показали випробування, на стадії приблизно перших 50-ти пострілів зношення каналу не спостерігається, що свідчить про ефективність наведення внаслідок плакування вибухом ЗН стиснення у стінці ствола. У цілому, результати випробувань підтвердили надійність з'єднання покриття з хастелоя “С” з каналом стволів і можливість зниження їх зносу більш ніж у 2 рази порівняно з неплакованими стволами, що технічно вирішує проблему підвищення їх живучості на рівні сучасних світових показників.

За замовленням тресту “Електромонтаж-1” (Україна) виконані роботи по ЗУХ монтажних стиків промислової ділянки магістрального шинопроводу типу ШЗМ-16 на територіях заготівельної ділянки КСУ-421 (смт. Коцюбинське) і світлотехнічного заводу (м. Бровари, Київська область). Всього зварено 29 стиків, які складаються з шести пар алюмінієвих шин перерізом 10010 мм (рис. 11, д), або 174 з'єднання шин. ЗУХ здійснювалась із використанням 5-ти комплектів технологічної оснастки і портативних вибухових камер перфорованого типу (рис. 11, е). Крім того, розроблені і успішно випробувані технології ЗУХ стиків з відпайками із забезпеченням одночасного зварювання 18-ти контактних елементів перерізом 10010 і 1002 мм, а також вузлів потужних алюмінієвих шин перерізом 43060 мм, що підводять струм для електролізерів алюмінію (КРАЗ, м. Красноярськ, Росія). ЗУХ шин виконували безпосередньо в цехових умовах вказаних підприємств.

За замовленням і разом з ВАТ “СМНВО ім. М.В. Фрунзе” розроблена комбінована технологія ПЗВ і ЕПЗ біметалічних анодотримачів нового покоління для електролізерів алюмінію. Розроблена технологія відрізняється від відомих аналогів застосуванням біметалічних перехідників “нержавіюча сталь алюміній” (рис. 11, ж), що на відміну від перехідників “вуглецева cталь алюміній” збільшує температурний поріг утворення інтерметалідів приблизно на 100 C. Крім того, технологія забезпечує повний провар у стиках “алюмінієва штангаперехідниксталевий кронштейн” за рахунок використання ЕПЗ. Все це дозволило підвищити якість контактних з'єднань анодотримачів і їх надійність при експлуатації. Всього за розробленою комбінованою технологією ПЗВ і ЕПЗ виготовлено більше 1000 шт. біметалічних перехідників і відповідно більш 1000 шт. анодотримачів, призначених на експорт (рис. 11, з).

В рамках цієї роботи розроблені технологічні процеси ПЗВ елементів металоконструкцій різного призначення, які за складністю розв'язуваних задач можуть бути також віднесені до об'єктів ПЗВ, а саме: трубчаті перехідники “Сu + Ti” змінного перерізу 50 / 20 мм (отримувані ПЗВ з одночасним штампуванням) для рефрижераторів (рис. 11, і); протяжні мішені-катоди “Cu + + Ag” для напилення скла (рис. 11, к); біметалічні анодні (рис. 11, л) і протяжні (рис. 11, м) струмопідводячі шини “Cu + Al”; катодні підвіски “нержавіюча сталь Cu” для електролізу катодної міді; плаковані захисним і зміцнюючим покриттям зварені шви елементів конструкцій з алюмінію та його сплавів. Замовниками перерахованих технологічних процесів і виробів ПЗВ виступили: компанія “Chowel” за участю KIMM (Республіка Корея), підприємство “Технолуч” ІЕЗ ім. Є.О. Патона, НВП “Фєролит” і компанія “Панком-Юн” (Україна), компанія “Chemtech” (Іран) і “Airbus Industrie” (Франція Англія).

Таким чином, всі представлені вище технологічні процеси ПЗВ елементів металоконструкцій пройшли натурні випробування і знайшли широке промислове застосування на підприємствах аерокосмічного комплексу, загального машинобудування, енергетики, кольорової металургії в Україні, країнах СНД і за кордоном, що підтверджено відповідними актами впровадження.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень і технічних розробок, представлених в дисертації, складає вирішення важливої науково-технічної проблеми створення наукових основ і промислових технологічних процесів ПЗВ елементів металоконструкцій із одно- і різнорідних металів, у тому числі з різко відмінними фізико-механічними властивостями, які забезпечують задані геометричні характеристики і потрібні службові властивості зварних з'єднань і конструкцій у цілому. Вирішення цієї проблеми дозволило розширити технологічні можливості сучасного виробництва й ремонту зварних металоконструкцій для різних галузей техніки. Основні результати і висновки роботи полягають у наступному:

1. З використанням аналогії умов пластичного деформування металів у процесах їх ЗВ і високошвидкісного удару (співударяння), а також за допомогою розробленого методу “раптової зупинки” процесу ЗВ показано, що при виводі критерію виникнення в зоні формування з'єднання спільних для пари металів, що зварюються, пластичних деформацій слід враховувати фактори їх динамічного зміцнення і інерційного опору деформуванню в цій зоні. Запропонований критерій дозволяє пояснити і передбачити вплив відмінностей у твердості і густині різнорідних металів на режим формування і якість отримуваних при ЗВ з'єднань.

2. На основі аналізу результатів проведених експериментальних досліджень встановлено, що вирішальний вплив на положення НМ області ЗВ обумовлює відношення висоти нерівностей і товщини оксидної плівки на поверхні зварюваних металів до характерної глибини зони струмене- і/або хвилеутворення. Сформульовані рекомендації з раціональної підготовки поверхні при вирішенні задач ПЗВ, згідно з якими глибина цієї зони повинна бути, по крайній мірі, не меншою середньої висоти нерівностей поверхні і товщини оксидної плівки. Показано, що при порівнянності останніх із глибиною вказаної зони теоретично граничний кут співударяння для металів, на поверхні яких вони відсутні, визначається як 0,7 реально необхідного для утворення міцного зварного з'єднання.

3. Металографічними дослідженнями за розробленими методиками виявлені механізми, за якими протікає процес пластичної деформації у зоні формування з'єднання при ЗВ алюмінієвих сплавів. Показано, що якщо у гомогенних за фазовим складом сплавах пластична деформація здійснюється переважно за механізмом утворення розвинутих смуг зсуву, то у сплавах, які містять зміцнюючі фази, поширення смуг зсуву утруднено необхідністю їх переорієнтації при зіткненнях зі зміцнюючими фазами. Для поліпшення здатності до зварювання і зниження критичної швидкості співударяння при ЗВ таких сплавів рекомендується видаляти указані фази із поверхонь, що зварюються, на глибину до декількох десятків мікрометрів шляхом їхньої попередньої хімічної обробки.

4. Для зниження деформації полотна тонкостінної оболонки при її локальному плакуванні вибухом доцільно використовувати тонколистову ВР з . В той же час при такому режимі метання відбувається руйнування пластини, яку метають, у вигляді внутрішнього відколу ще до її співударяння з основним металом оболонки. Встановлено, що наступне співударяння поверхонь відколу викликає їх пластичну деформацію з утворенням зони із розшаруванням або “другої” межі зварювання. Однак, для реалізації останньої потрібне збільшення швидкості співударяння. Запропоновано спосіб, який дозволяє повністю усунути розшарування пластини, яку метають, без збільшення її швидкості співудар-яння. Спосіб грунтується на використанні двошарової пластини, яка складається тієї, що безпосередньо приварюється, і “протекторної” (“противідкольної”).

5. Розроблений ряд способів ПЗВ, які забезпечують дозування імпульсного навантаження і стабільність параметрів зварювання при локальному плакуванні криволінійної тонкостінної оболонки. Встановлено, що динамічний НДС оболонки у процесі плакування має переважно вигинний характер і локалізований у деякій околиці зони плакування. Затиснення оболонки в межах області локалізації деформацій згинання за допомогою жорсткої опори і притисного елементу дозволяє подавити їх розвиток і, завдяки цьому, зменшити приблизно у 2 рази залишковий прогин полотна оболонки після плакування. Створені оригінальні конструкції і технологія виготовлення рельєфних опор, а також пристрій (в том числі у підвісному варіанті) для компенсації пружно-пластичних деформацій оболонки.

6. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено, що при внутрішньому плакуванні вибухом протяжних труб існує критична довжина плакування, при перевищенні якої може розвиватися надмірна деформація або відбуватися руйнування плакованого виробу. Показано, що фактором, який визначає обмеження довжини плакування, є короткочасний перехід стінки труби у пластичний стан, і розширення каналу під дією продуктів детонації, які накопичуються у трубі по мірі поширення процесу плакування. Розроблені і випробувані конструкції бандажів, які дозволяють збільшити критичну довжину однократного внутрішнього плакування, а також запропоновані технологічні схеми протяжного плакування труб вибухом.

7. За допомогою аналітичних методів, комп'ютерного моделювання і експериментальних вимірювань показано, що у стінці труб після їх внутрішнього плакування вибухом, яке супроводжується пластичною деформацією (роздачею) каналу, виникають ЗН. Основним параметром, що визначає величину і глибину їх наведення є відношення зовнішнього радіусу труби до внутрішнього, оскільки ця величина визначає відношення амплітуд коливань на зовнішній і внутрішній поверхнях труби. Встановлено, що якщо значення цього відношення більше 2,5, то у стінці труби, поблизу її плакованої поверхні, виникають ЗН стиснення, які сприяють поліпшенню службових характеристик плакованої труби при наступній експлуатації.

8. Розроблені принципово новий спосіб ЗУХ і різні варіанти його практичної реалізації при з'єднанні плоских товстолистових, у тому числі, багатоелементних, металоконструкцій, визначені початкові параметри і досліджені основні закономірності процесу. Встановлено, зокрема, що при використанні вставок, які потовщують елементи, що зварюються, найбільш істотний вплив на площу з'єднання справляє густина матеріалу вставок. Так, зі збільшенням останньої у 8 разів площа з'єднання зростає майже в 3 рази при збереженні діаметру і довжини заряду ВР. Головними перевагами ЗУХ є виключно низька питома витрата ВР, яка виявляється більш чим, ніж на порядок нижчою, ніж при звичайному ЗВ, і можливість одночасного зварювання необмежених за товщиною і кількістю елементів.

9. Дано пояснення механізму особливого режиму формування з'єднання при ЗУХ з аномальною структурою НШЗ, яке грунтується на уявленні про те, що при достатньо великому відношенні інерційних сил у зоні формування з'єднання до опору металу деформуванню замість звичайних для ЗВ “бугрів деформації” попереду точки контакту виникають короткі “виплески” кумулятивних струменів. Показано, що такий режим обумовлений високою швидкістю руху точки контакту, близькою до швидкості звуку у металі, і є причиною утворення значних завихорень і пустот на межі хвилеподібного з'єднання. Для їх усунення або зменшення запропоновано вміщувати заряд ВР у металічну оболонку, причому товщина її стінки повинна бути не меншою величини зварювального зазору між елементами.

Розроблена оригінальна конструкція системи захисту від побічної дії вибуху при ЗУХ з використанням портативних камер перфорованого типу, які дозволяють проводити вибухозварювальні роботи безпосередньо в цехових умовах підприємств, які будуються або діючих.

10. Результати виконаних у цій роботі наукових досліджень і розроблені інженерно-технічні рішення покладені в основу створення і широкого промислового застосування різних технологічних процесів ПЗВ на підприємствах аерокосмічного комплексу, загального машинобудування, енергетики, кольорової металургії як в Україні, так і в країнах СНД і за кордоном. Сумарний економічний ефект тільки від застосування технології ПЗВ при ремонті різних вузлів і агрегатів паливних баків УРКТС “Енергія-Буран” склав більш 3,6 млн. крб. (у цінах 1988 р.).

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ющак П.Т., Зотов М.И., Добрушин Л.Д. Оценка с помощью акустических методов контроля типа дефектов в соединении алюминия при сварке взрывом // Автомат. сварка. 1985. № 4. С. 69-70.

2. Влияние шероховатости контактных поверхностей на качество соединения алюминия при сварке взрывом / М.И. Зотов, Л.Д. Добрушин, А.В. Лозовская, И.Е. Склабинская, А.И. Труш // Свароч. пр-во. - 1985. № 9. - С. 6-7.

3. Петушков В.Г., Зотов М.И., Добрушин Л.Д. Особенности пластического течения алюминия при сварке взрывом // Автомат. сварка. - 1987. № 6. - С. 12-13, 22.

4. Петушков В.Г., Волгин Л.А., Добрушин Л.Д. Опыт применения энергии взрыва в сварочной технике // Свароч. пр-во. - 1994. № 4. - С. 33-37.

5. Добрушин Л.Д., Фадеенко Ю.И., Петушков В.Г. Особый режим формирования соединения при сварке металлов ударной волной // Автомат. сварка. - 2002. № 2. - С. 28-32.

6. Маркашова Л.И., Добрушин Л.Д., Арсенюк В.В. Улучшение свариваемости при плакировании взрывом высокопрочных алюминиевых сплавов // Автомат. сварка. - 2002. № 12. С. 14-18.

7. Добрушин Л.Д. Прецизионная сварка взрывом конструкций // Автомат. сварка. - 2003. - № 4. - С. 31-34.

8. Оценка максимально допустимой величины остаточных деформаций стенки газопровода при его локальном плакировании взрывом / Л.Д. Добрушин, А.Е. Аснис, М.И. Зотов, Р.В. Козак // Сварка и резка взрывом: Сб. науч. тр. - Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1981. С. 35-41.

9. Ремонт тонкостенных оболочечных металлоконструкций из алюминиевого сплава 1201 АТ с использованием прецизионной сварки взрывом / Л.Д. Добрушин, С.А. Волошко, Е.Д. Пекарь, Г.Л. Зубриенко, В.М. Петрованов // Сварка, резка и обработка сварных соединений взрывом: Сб. науч. тр. - Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1987. С. 54-59.

10. Сварка ударной волной стыков алюминиевых магистральных шинопроводов типа ШЗМ-16 / Л.Д. Добрушин, И.Г. Яковенко, Е.Д. Пекарь, С.А. Волошко, В.Л. Селиванов // Применение энергии взрыва в сварочной технике: Сб. науч. тр. - Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1989. С. 45-50.

11. Петушков В.Г., Добрушин Л.Д. Некоторые новые представления о сварке взрывом // Проблемы сварки и специальной электрометаллургии: Сб. науч. тр. - Киев: Наук. думка, 1990. С. 123-128.

12. Добрушин Л.Д., Маркашова Л.И. Особенности формирования структуры зоны соединения при сварке взрывом алюминия с его сплавом типа 1201 // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: Межвуз. сб. науч. тр. - Волгоград: ВолгГТУ, 2002. C. 86-95.

13. Илларионов С.Ю., Добрушин Л.Д., Фадеенко Ю.И. Исследование эффективности локального плакирования взрывом сварных швов алюминиевых сплавов с целью повышения их прочности и коррозионной стойкости // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: Межвуз. сб. науч. тр. - Волгоград: ВолгГТУ, 2002. С. 111-116.

14. А.с. 862475 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ локального плакирования металлической поверхности / В.М. Кудинов, Л.Д. Добрушин, Ю.П. Буштедт, В.П. Максимов, Р.В. Козак. - Не публ.

15. А.с. 875741 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ сварки взрывом металлических листов / Ю.П. Буштедт, Л.Д. Добрушин, В.А. Котов, В.М. Кудинов, Г.И. Погорецкий, В.А. Тамаркин, В.С. Соляных, М.Г. Севрюк, В.П. Киселев, Н.Т. Шляхта. - Не публ.

16. А.с. 999375 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ локального плакирования взрывом металлической поверхности / В.М. Кудинов, Л.Д. Добрушин, В.А. Котов, Ю.П. Буштедт, Л.А. Волгин. - Не публ.

17. А.с. 1216899 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ плакирования металлических поверхностей / В.М. Кудинов, В.Г. Петушков, М.И. Зотов, Л.Д. Добрушин, И.В. Довбищенко, В.М. Брусинцова, О.А. Деняченко. - Не публ.

18. А.с. 1272595 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ локального плакирования металлической поверхности сваркой взрывом / В.М. Кудинов, В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, С.А. Волошко, Р.В. Козак. - Не публ.

19. А.с. 1450238 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ взрывного плакирования / В.М. Петрованов, Г.Л. Зубриенко, О.П. Попов, О.Е. Островский, В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, С.А. Волошко, Е.Д. Пекарь. - Не публ.

20. А.с. 1519028 СССР, МКИ В 23 К 20/08. Способ сварки взрывом / В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, С.А. Волошко, Л.А. Волгин, Ю.П. Буштедт, П.В. Литвиненко. - Не публ.

21. А.с. 1564871 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ локального взрывного плакирования металлической поверхности тонкостенной оболочки / В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, С.А. Волошко, Е.Д. Пекарь, Ю.Т. Кравцов, В.И. Горшенин, Г.Л. Зубриенко, В.Л. Береславский. - Не публ.

22. А.с. 1571890 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ локального взрывного плакирования / В.Г. Петушков, М.И. Зотов, Л.Д Добрушин, Г.Л. Зубриенко. - Не публ.

23. А.с. 1624835 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ сварки взрывом / В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, С.А. Волошко, Е.Д. Пекарь, И.Г. Яковенко, В.Г. Олексюк, Л.А. Волгин, В.Л. Селиванов. - Не публ.

24. А.с. 1660309 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ сварки взрывом / В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, С.А. Волошко, Е.Д. Пекарь, И.Г. Яковенко, В.Г. Олексюк. - Не публ.

25. А.с. 1732574 СССР, МПК В 23 К 20/08. Способ локального взрывного плакирования / В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, Е.Д. Пекарь, С.А. Волошко. - Не публ.

26. Использование сварки взрывом для локального плакирования сварных швов с целью повышения их коррозионной стойкости / В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, М.И. Зотов, И.В. Довбищенко // VII Междунар. симп. “Использование энергии взрыва для производства металлических материалов с новыми свойствами”, г. Пардубице, ЧССР, 25-27 окт. 1988 г.: Сб. тр. Пардубице, ЧССР, 1988. С. 207-216.

27. Особенности пластической деформации алюминия при сварке взрывом / В. Г. Петушков, М.И. Зотов, Л.Д. Добрушин, Л.И. Маркашова // Medunarodno savetovanje “Specijaini postupci zavarivanja”, Sarajevo, April 30-31, 1989: Zbornik radova. Sarajevo: Drustvo tehniki zavarivanja, 1989. P. 61-68.

28. Пекарь Е.Д., Добрушин Л.Д. Особый вид пластической деформации в метаемой пластине при сварке взрывом // X Intern. сonf. “High energy rate fabrication”, Ljubljana, Yugoslavia, Sept. 18-22, 1989: Proc. - Ljubljana, 1989. P. 630-636.

29. Волошко С.А., Добрушин Л.Д. Исследование влияния параметров образующихся при сварке взрывом волн на границе соединения на его прочностные характеристики // X Intern. сonf. “High energy rate fabrication”, Ljubljana, Yugoslavia, Sept. 18-22, 1989: Proc. - Ljubljana, 1989. P. 630-636.

30. Petushkov V.G., Dobrushin L.D. New theoretical concepts and technological developments in the field of explosion welding of metals // Intern. conf. “Joining/Welding 2000”, Hague, The Netherlands, July 1-2, 1991: Proc. - Oxford, Pergamon Press, 1991. - P. 127-138.

31. Kozin A.N., Dobrushin L.D. Acoustic microscopy studies of the explosion welding fusion zone // 7th European conf. on NON-destructive Testing, Copenhagen, May 26-29, 1998: Proc. V. 1. Copenhagen, 1998. P. 295.

32. Добрушин Л.Д., Бугаец В.П. Получение трубчатых переходников “медь-титан” переменного сечения методом прецизионной сварки взрывом с одновременной штамповкой // Междунар. конф. “Слоистые композиционные материалы-98”, г. Волгоград, сент. 1998 г.: Сб. тр. Волгоград: ВолгГТУ, 1998. С. 229-230.

33. Добрушин Л.Д. К вопросу о механизме прецизионной сварки ударной волной на ограниченной поверхности металлоконструкций // Междунар. конф. “Слоистые композиционные материалы-98”, г. Волгоград, сент. 1998 г.: Сб. тр. Волгоград: ВолгГТУ, 1998. С. 248-251.

34. Dobrushin L.D., Molodykh S.I. Technologies for precision explosion welding and forming - experience of commercial application // Symp. “Exploiting solid state joining”, Great Abington, Cambridge, UK, Sept. 13-14, 1999: Handbook. Cambridge: TWI, 1999. - P. 39-44.

35. Dobrushin L.D., Kalashnikov E.A. Technologies for explosion welding of electrical conductors using miniature explosive charges // Symp. “Exploiting solid state joining”, Great Abington, Cambridge, UK, Sept. 13-14, 1999: Handbook. Cambridge: TWI, 1999. - P. 45-49.

36. Соединение металлов в режимах сварки взрывом с использованием баллистической установки / В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, Е.Д. Пекарь, Г.В. Степанов, В.И. Зубов // VII Всесоюз. совещ. по сварке и резке взрывом, г. Киев, 29-30 сент. 1987 г.: Сб. тез. докл. - Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1987. - С. 47-48.

37. Прочность труб магистральных газопроводов при присоединении отводов с использованием сварки взрывом без остановки транспорта газа / Л.Д. Добрушин, А.В. Колодяжный, В.В. Клёнышев, В.И. Севрюков // VII Всесоюз. совещ. по сварке и резке взрывом, г. Киев, 29-30 сент. 1987 г.: Сб. тез. докл. - Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1987. - С. 71-72.

38. Прецизионная сварка взрывом в промышленности. / Л.Д. Добрушин, М.И. Зотов, С.А. Волошко, Е.Д. Пекарь, И.Г. Яковенко // Междунар. конф. молодых ученых в области сварки и смежных технологий, г. Киев, 16-20 мая 1989 г.: Тез. докл. - Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1989. С. 99-100.

39. Некоторые новые закономерности процесса сварки взрывом “ударной волной” / В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин, И.Г. Яковенко, М.И. Зотов // VIII Всесоюз. конф. “Сварка, резка и обработка материалов взрывом”, г. Минск, 25-27 сент. 1990 г.: Тез. докл. - Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1990. - С. 48.

40. Влияние предварительной химической очистки поверхности на образование соединений при сварке взрывом алюминиевого сплава 1201 / В.Г. Петушков, М.И. Зотов, Л.Д. Добрушин, Л.И. Маркашова, Е.И. Титова // VIII Всесоюз. конф. “Сварка, резка и обработка материалов взрывом”, г. Минск, 25-27 сент. 1990 г.: Тез. докл. - Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1990. - С. 74.

41. Опыт применения локальной сварки взрывом для ремонта тонкостенных оболочечных металлоконструкций из сплава 1201 / В.Л. Береславский, Г.Л. Зубриенко, В.М. Петрованов, А.Е. Эйдельштейн, В.Г. Петушков, Л.Д. Добрушин // IV Всесоюз. конф. по сварке цветных металлов, г. Мариуполь, 4-7 сент. 1990 г.: Тез. докл. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1990. С. 44-45.

42. Petushkov V., Dobrushin L., Voloshko S. Precision explosion welding in the technology of local plating the thin-walled shell metal structures // 2nd Intern. conf. “Welding in space and the construction of space vehicles by welding”, Kiev, May 16-19, 1994: Abstracts. - Kiev: PWI, 1994. - P. 43-44.

43. Добрушин Л.Д. Прецизионная сварка взрывом в технологических процессах ремонта и технического обслуживания металлоконструкций ответственного назначения // Междунар. конф. “Сварка и родственные технологии - в ХХI век”, г. Киев, ноябрь 1998 г.: Тез. докл. - Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1988. - С. 38-39.

44. Добрушин Л.Д., Фадеенко Ю.И. Особенности механизма волнообразования при сварке металлов ударной волной // Междунар. науч. конф. “Слоистые композиционные материалы - 2001”, г. Волгоград, 24-28 сент. 2001 г.: Сб. тез. докл. Волгоград: ВолгГТУ, 2001. С. 286-288.

45. Применение сварки взрывом при создании и ремонте ракетно-космических систем / В.Г. Ситало, Ю.П. Бунчук, Л.Д. Добрушин, В.П. Бугаец // Междунар. науч. конф. “Слоистые композиционные материалы - 2001”, г. Волгоград, 24-28 сент. 2001 г.: Сб. тез. докл. Волгоград: ВолгГТУ, 2001. С. 288-289.

АННОТАЦІЯ

Добрушін Л.Д. Створення технологічних процесів прецизійного зварювання вибухом елементів металоконструкцій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.06 - Зварювання та споріднені технології. - Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, м. Київ, 2003 р.

Дисертація присвячена науковому обґрунтуванню і розробці промислових технологічних процесів прецизійного зварювання вибухом елементів металоконструкцій із забезпеченням заданих геометричних характеристик і потрібних службових властивостей зварних з'єднань і конструкцій у цілому. Проведені детальні теоретичні і експериментальні дослідження з оптимізації умов утворення з'єднання металів поблизу нижньої межі області зварювання вибухом. Вивчені особливості процесів плакування вибухом і пружно-пластичного деформування тонкостінних оболонкових і трубчатих протяжних, а також зварювання ударною хвилею товстолистових, у тому числі багатоелементних, металоконструкцій. Запропоновані й апробовані оригінальні способи плакування і зварювання вибухом, а також опорні пристрої, які забезпечують задані і/або допустимі залишкові деформації конструкцій і їх елементів. Створений комплекс технологічних процесів прецизійного зварювання вибухом, які знайшли широке промислове застосування на різних підприємствах в Україні, країнах СНД і за кордоном.

Ключові слова: прецизійне зварювання вибухом, елементи конструкцій, деформації, опорні пристрої, технологічні процеси.

АННОТАЦИЯ

Добрушин Л.Д. Создание технологических процессов прецизионной сварки взрывом элементов металлоконструкций. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.06 - Сварка и родственные технологии. - Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, г. Киев, 2003 г.

Диссертация посвящена научному обоснованию и созданию промышленных технологических процессов прецизионной сварки взрывом элементов металлоконструкций с обеспечением заданных геометрических характеристик и требуемых служебных свойств сварных соединений и конструкций в целом. Проведены детальные теоретические и экспериментальные исследования по оптимизации условий образования соединения металлов вблизи нижней границы области сварки взрывом. Изучены особенности процессов плакирования взрывом и упругопластического деформирования тонкостенных оболочковых и трубчатых длинномерных, а также сварки ударной волной толстолистовых, в том числе многоэлементных, металлоконструкций. Предложены и апробированы оригинальные способы сварки и плакирования взрывом, а также опорные устройства, обеспечивающие заданные и/или допустимые остаточные деформации конструкций и их элементов. Создан комплекс технологических процессов прецизионной сварки взрывом, которые нашли широкое применение на различных предприятиях в Украине, странах СНГ и за рубежом.

Ключевые слова: прецизионная сварка взрывом, элементы конструкций, деформации, опорные устройства, технологические процессы.

SUMMARY

Dobrushin L.D. Development of Technological Processes for Precision Explosion Welding of Metal Structural Components. - Manuscript.

Thesis for a Doctor of Technical Sciences degree on speciality 05.03.06 - Welding and Related Technologies. - E.O. Paton Electric Welding Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2003.

The thesis is dedicated to a scientific substantiation and development of technological processes for precision explosion welding (PEW) of metal structural components to ensure the specified geometric characteristics and required service properties of welded joints in components and structures as a whole.

Detailed theoretical and experimental studies were conducted to optimise conditions of formation of a joint on metals near the lower boundary of the EW region, i.e. the boundary that corresponds to minimum collision velocities. It is shown that to derive criterion of formation of plastic strains within the zone of a welded joint common for the pair of metals joined, one should take into account the factors of their dynamic hardening and inertia resistance to deformation. The decisive effect on position of the lower boundary of the EW region was found to be exerted by the ratio of the height of irregularities and thickness of the oxide film on the surface of metals welded to the characteristic depth of the jet or wave formation zone. As established, this ratio should be no more than one. The mechanisms by which the process of plastic deformation occurs in the zone of formation of welded joints in EW of aluminium or its alloys containing hardening phases were revealed. It is shown that weldability can be improved and the critical collision velocity can be decreased through removing the hardening phases from the surfaces welded by chemical treatment.

Investigations were conducted and several PEW methods were developed to ensure a portioned pulse loading and stability of the welding process parameters on a specified area of the clad curvilinear surface of a shell in order to solve problems associated with repair of thin-walled shell structures employed in aircraft and space engineering. The value of specific consumption of an explosive achieved as a result of application of the developed PEW methods is about 0.3 g/cm2, which is approximately by an order of magnitude lower than in the case of conventional methods of EW conducted under conventional conditions. Ingenious designs and technology were developed to make projection supports. Also a device (including of a flexibly mounted modification) was built to compensate for elasto-plastic strains and provide a permissible value of residual strains in a shell panel being repaired by the local explosion cladding method.

Theoretical and experimental studies were conducted to handle the problems associated with inside long-length explosion cladding of tubular structures. These studies show that the factor determining limitation of the length of cladding is a short-time transition of the tube wall into the plastic state, as well as expansion of the tube bore under the effect of detonation products as the cladding process propagates. In this case, cladding accompanied by plastic expansion of the bore induces residual compressive stresses in the tube wall, leading to improvement of performance of the clad tube during subsequent operation. Designs of sleeves were developed and tested, allowing a critical length of single cladding to be increased. Proper technological schemes for long-length explosion cladding of tubes are suggested.

The fundamentally new method for shock-wave welding (SWW) and different variants for its practical application were developed to solve the problems related to joining thick-plate structures, including multi-element ones. Input parameters of the process were identified and its main principles were studied. Explanation of the mechanism of a special mode of formation of the SWW joint with an abnormal structure of the near-weld zone characterised by the presence of substantial vortices and cavities is given. It is shown that this mode is attributable to a high velocity of the contact point, close to the velocity of sound in metal, and its decrease provides formation of a joint free from the above defects. The main advantages of SWW include a very low consumption of an explosive (about 0.3 g/cm² like that mentioned above) and the possibility of simultaneous joining of components unlimited in length and quantity. Ingenious portable chambers were designed for protection from a side effect of explosion and performance of SWW directly under the shop conditions.

Results of the research conducted and engineering solutions developed were used as the basis for the development and wide commercial application of different technological processes of PEW at enterprises of space engineering, general machine building, power generation and non-ferrous metallurgy in Ukraine, other CIS countries and abroad. The total cost effectiveness of the application of the PEW technology alone for repair of different units and assemblies of fuel tanks of the “Energiya-Buran” Universal Rocket-Space Transportation System amounted to more than 3.6 Million roubles (in prices of 1988).

Key words: precision explosion welding, structural components, strains, supporting devices, technological processes.

Підп. до друку 31.10.2003. Формат 6084/16. Пап. офс. № 1. Офс. друк.

Ум. друк. арк. 1,9. Ум. фарбо-відб. 1,38. Тираж 100 прим. Зам. № I 3264

ПОД ІЕЗ им. Є.О. Патона, 03680, Київ-150, МСП, вул. Горького, 69

Размещено на Allbest.ru