CC BY
13
([email protected]) Andrey Alexandrovich Churbakov, student Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "OrelState University'namedafterI.S. Turgenev, Orel, Russia (e-mail - [email protected])
THE RATIONALE OF THE APPLICATION OF MINI TECHNICS CONSTRUCTION AND CONTENT OF INTRACQUARTAL PASSAGE AND YARD TERRITORIES
Abstract. The article provides calculation and analysis of operational characteristics of mini technics, allowing to perform a range of construction and operational measures to ensure high levels of safety and comfort of the urban environment. The rationale of ranking of municipal and road cars on size of the basic parameter is carried out.
Keywords: exploitations metrics, mini technics, communal cars, yard territory, engine power.
УДК 621.791.13
МЕТОДИКА ПАРАМЕТРОВ СКОРОСТНОГО СОУДАРЕНИЯ И СВАРКИ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБА - ТРУБНАЯ РЕШЕТКА Бондаренко Антон Игоревич, магистрант
(e-mail: [email protected]) Гречнева Мария Васильевна, к.т.н., доцент, (e-mail: [email protected]) Иркутский национальный исследовательский технический университет,
г.Иркутск, Россия
Разработана методика исследования деформирования металлических труб импульсным давлением электрического взрыва проводника для оценки параметров скоростного соударения и сварки. Методика основана на скоростной фоторегистрации. Представлено сравнение деформации трубы из сплава АД1 и трубы из сплава Л70.
Ключевые слова: Электрический взрыв проводника, скоростное деформирование, параметры сварки.
Введение
Крепление труб в трубных решётках теплообменных аппаратов с помощью сварки взрывом, например, расширяющегося плазменного канала, инициированного электрическим взрывом проводника [1], является удачным решением сложной технологической операции.
Механизм соединения трубчатых деталей этим способом заключается в высокоскоростном соударении поверхностей при деформировании (со скоростями более 100 м/с) стенки одной из деталей импульсным давлением расширяющегося плазменного канала, инициированного электрическим взрывом проводника (ЭВП), с другой. ЭВП происходит при протекании по проводнику, расположенному в конденсированной среде, импульса тока амплитудой до 100 кА за несколько десятков мкс [2]. За
одну операцию удается получить развальцовку и соединение трубы с трубной решёткой [1].
Для получения сварного соединения путём скоростного соударения, параметры соударения (угол соударения - у, скорость метания - Ум и скорость точки контакта - должны находится в области значений, обеспечивающих сварку [3]. Схема сварки приведена на рис.1. Область сварки показана на рис.2.
При скоростном деформировании трубчатой детали импульсным
давлением расширяющегося плазменного канала деформируемый участок
имеет бочкообразную форму из-за влияния свободных поверхностей
торцевых частей электровзрывного картриджа. Из-за этого параметры
соударения непостоянны на длине контакта (линия или площадь
соударения поверхностей), изменяются в широких пределах, а ряде
случаев выходят за пределы значений, при которых имеет место сварка.
5
Рисунок 1 - Схема сварки взрывом [3]: 1 - неподвижная деталь (основание); 2 - заряд взрывчатого вещества; 3 - метаемая деталь; 4
поверхность
Рисунок 2 - Область сварки
Целью данной работы является разработка методики оценки параметров сварки взрывом металлических труб, а также определение размеров линии соединения, на котором имеется зона сварки.
Для оценки размеров зон сварки на линии соединения использовано сопоставление расчётных параметров соударения трубчатых деталей с
параметрами, значения которых находятся в области, обеспечивающей сварку. В данной работе под областью сварки понимается сочетание параметров угла соударения у и скорости точки контакта (рис. 2). Под линией соединения понимается участок, на котором происходит соударение внешней поверхности деформируемой трубы и внутренней поверхности отверстия трубной решетки. Под зоной сварки понимается участок линии соединения, в котором образуется сварка по твердофазному механизму за счёт совместной упругопластической деформации приконтактных объёмов свариваемых материалов [4].
Эксперимент
Для определения параметров сварки разработана методика исследования, основанная на применении скоростной фоторегистрации (СФР) в режиме лупы времени процесса раздачи трубы [5,6]. Схема экспериментальной установки представлена на рис.3.
Рисунок 3 - Схема испытания при исследовании скоростного деформирования труб с помощью СФР: К - коммутатор; С - ёмкость батареи; СФР - скоростной фоторегистратор
Последовательность эксперимента следующая. Батарея высоковольтных конденсаторов, заряженная от источника постоянного напряжения, разряжается на проводник электровзрывного картриджа, помещённого в передающую среду. При срабатывании коммутатора протекает импульсный ток в виде затухающей синусоиды с периодом колебаний порядка 40 мкс и амплитудой до 100 кА. В результате происходит взрыв проводника и картриджа, формируется волна импульсного давления, которая вызывает деформацию металлической трубы с высокой скоростью.
Картридж (рис.4) выполнен согласно ГОСТ [1] и представляет собой полый тонкостенный полиэтиленовый цилиндр, акустическая жёсткость материала которого сопоставима с водой. Со стороны торца с заземленным вводом имеется герметизирующая полиэтиленовая пробка. Со стороны высоковольтного ввода полиэтиленовая пробка выполняется в виде бурта. В качестве проводника применяется алюминиевая проволока диаметром 0,6-0,8 мм в форме спирали. Такая конструкция картриджа обеспечивает скорости деформирования труб из сплавов алюминия и латуни выше 100 м/с [5-9].
высоковольтный ввод
полиэтиленовая стенка картриджа заземляемый ввод
Рисунок 4 - Эскиз электровзрывного картриджа
Для оценки параметров использовалась скоростная съёмка. В качестве образцов использовались трубы из сплавов АД1 и Л70, Л63. Съёмка скоростного деформирования труб из алюминиевого сплава АД1 диаметром 28 мм и толщиной стенки 4 мм (28x4 мм) и латуни Л70, Л63 диаметром 25x2,5 мм осуществлялась оптико-механической камерой СФР-2М в режиме теневой покадровой съемки со скоростью 1,75-106 кадров в секунду. Схема съёмки представлена на рис.3. Кадры скоростного деформирования, полученные в результате эксперимента, представлены на рис.5.
а б
Рисунок 5 - Кадры скоростного деформирования: а - латунной трубы Л70 025x2,5 мм, б - алюминиевой трубы АД1 028x4 мм
Результаты
Анализ зависимостей (рис. 6 и 7) показал, что деформирование происходит дискретно с уменьшающейся скоростью по направлению к свободным поверхностям электровзрывного картриджа. Особенно это проявляется на торце трубы вблизи полиэтиленовой пробки картриджа в сечениях Аг1 - Аг3.
а б
Рисунок 6 - Кинетика деформации труб. Вверху - кадры скоростной съёмки с сечениями по длине трубы Дг2, Дг4, Дг6, Дг8. Внизу - деформация
труб: а) - из сплава АД1; б) - из сплава Л70
а б
Рисунок 7 - Кинетика деформации труб. Вверху - кадры скоростной съёмки с сечениями по длине трубы Дг1, Дг3, Дг5, Дг7. Внизу - деформация труб: а - из сплава АД 1; б - из сплава Л70
Бочкообразный профиль деформирования и меньшая величина деформации стенки трубы у торцов электровзрывного картриджа объясняется снижением давления на его стенку волнами давлений, отраженными от свободных торцевых частей картриджа.
Ускорение и скорость деформирования находятся в прямой зависимости от превышения амплитуды волны давления над пределом текучести сплавов и в обратной зависимости от их плотности. Сопоставление кинетики деформации алюминиевых и латунных труб (рис. 6, 7) показывает, что начало деформирования латуни запаздывает по сравнению с началом деформирования алюминиевого сплава. Скорее всего, это связано с тем, что латунь Л70 обладает более чем в 3 раза большей плотностью и более чем в 1,5 раза большим пределом текучести по сравнению со сплавом алюминия АД1.
По смещению торцевой части картриджа скорость фронта волны давления в воде составила -1000 м/с. Аналогичным образом из рис. 6, 7 оценены скорости деформирования труб. Скорость деформирования труб в сечениях Дг в интервале от 0 до 10 - 15 мкс не превышает 100 м/с. Затем она растёт и достигает 400 - 500 м/с, особенно в центральных сечениях Дг5 (рис. 6, 7). В крайних сечениях (например, Дг1) скорость существенно ниже
вследствие влияния свободных поверхностей картриджа и составляет около 100 - 200 м/с с явно выраженной дискретностью.
Выводы
С помощью скоростной теневой фоторегистрации деформирования труб сварки взрывом экспериментально исследована кинетика деформирования металлических труб.
Обнаружена дискретность характера деформирования труб, обусловленная многократными отражениями и преломлениями акустических волн давления от расширяющегося плазменного канала в цилиндрической симметрии. Неравномерность деформирования по сечениям Ari трубы и увеличение дискретности к ее краям обусловлены влиянием импульсных волн давления, отраженных от торцов электровзрывного картриджа. Установлено, что задержка деформирования разных сплавов зависит от предела их текучести и плотности.
Предложенная методика оценки параметров соударения позволяет с вероятностью более 60% определять зоны сварки, а регулируя режим импульсного генератора и изменяя конструкцию электровзрывного картриджа — управлять параметрами соударения и обеспечивать высокое качество сварки.
Список литературы
1. ГОСТ 23691-79 - ГОСТ 23693-79. Соединение труб с трубными решетками и коллекторами теплообменных аппаратов. Запрессовка труб с применением источников импульсного давления. М: Изд-во Стандартов, 1986. 65 с.
2. Бурцев В. А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.
3. Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск: Наука, 1980. 221 с.
4. Кузьмин С.В., Лысак В.И., Рыбин В.В., Пеев А.П. Особенности пластической деформации металла околошовной зоны при сварке взрывом разнородных металлов // Известия ВолгГТУ. 2010. Т.4. №5(65). С. 4 -11.
5. Колмаков В.П., Гречнева М.В., Потапов В.В., Чеботнягин Л.М. Повышение качества соединения труба - решетка при сварке энергией электрического взрыва проводника // Сварочное производство. 2014. №8. С. 17 - 23.
6. Kolmakov V.P., Grechneva M.V., Potapov V.V., Chebotnyagin L.M. Improving the quality of the tube-tube plate welded joint in welding with the energy of electrical explosion of a conductor. Welding International, V. 29, Issue 8, 2015, p. 633-638.
7. Дмитриев В. Г. Определение параметров соударения при сварке труб с трубными решетками электрическим взрывом проводника / В.Г. Дмитриев, В. Т. Платоненко, В.П. Колмаков, В.М. Кудинов // Автоматическая сварка. -1981. - №9. - С. 33-35.
8. Chebotniagin L., Potapov V. High-speed deformation of a metal pipe by electric explosion of wires // Известия ВУЗов. Физика. - 2012. - Т. 55. - №10-3. - С. 47-49.
9. Kolmakov V.P., Grechneva M.V., Potapov V.V., Chebotnyagin L.M. Improving the quality of the tube-tube plate welded joint in welding with the energy of electrical explosion of a conductor. Welding International, V. 29, Issue 8, 2015, p. 633-638.
