專利名稱：核電設(shè)備復(fù)合管件的爆炸焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核電設(shè)備復(fù)合管件的爆炸悍接工藝。
背景技術(shù)：
核電設(shè)備需要一種爆炸焊接管件，管件由合金鋼管與工業(yè)純鋁管復(fù)合而成。如圖1所示，合金鋼管為外管1，在爆炸焊接中稱為基管，其外徑變化范圍為15 60mm;工業(yè)純鋁管為內(nèi)管2，稱為復(fù)管，其爆炸復(fù)合的壁厚變化范圍為0.5 2.0mm。對該管爆炸焊接質(zhì)量的基本要求是焊合率為100%;結(jié)合界面為細(xì)微波狀；內(nèi)管的塑性變形須合理控制。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對核電設(shè)備需要的復(fù)合管件爆炸焊接質(zhì)量要求，提供一種核電設(shè)備復(fù)合管件的爆炸焊接工藝，以確保復(fù)合管件的焊合率為100%、結(jié)合界面為微細(xì)波狀并能合理控制復(fù)管塑性變形。
技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
,核電設(shè)備復(fù)合管件的爆炸焊接工藝(1)裝藥組配方案
以粉狀乳化炸藥為基，摻入粉狀珍珠鹽，通過充分?jǐn)嚢杌靹颍渲瞥傻捅僬ㄋ帲渲腥榛ㄋ幣c珍珠鹽的質(zhì)量比為3 5:1，珍珠鹽顆粒控制在100~200目之間。
為了降低爆破對環(huán)境的不利影響，目前民用爆破工程所采用炸藥的發(fā)展趨勢
是要求炸藥中不含TNT，以消除TNT炸藥爆炸后所產(chǎn)生的污染。因此，本發(fā)明所提供的炸藥配制方案中優(yōu)選不含TNT的粉狀乳化炸藥，這樣符合民爆炸藥的發(fā)展趨勢，有利于環(huán)境保護(hù)。
采用低爆速炸藥的目的是確保爆炸復(fù)合管件的結(jié)合界面為微細(xì)波狀結(jié)合，以便盡可能地減少結(jié)合界面上的微觀缺陷，同時提高復(fù)合層厚度的均勻性。
因為結(jié)合界面波的大小與基、復(fù)管之間的碰撞速度直接相關(guān)，而碰撞速度的大小又與炸藥的爆速密切相關(guān)。炸藥爆速大，復(fù)管對基管的碰撞速度就大，從而
使得結(jié)合界面波也會增大，造成結(jié)合界面塑性變形區(qū)內(nèi)易產(chǎn)生空洞、微裂紋以及復(fù)合層厚度差異較大等。
用于降低爆速的主要添加劑為珍珠鹽，優(yōu)選粉狀珍珠鹽，炸藥爆速隨珍珠鹽添加量的增大而減小。配制的炸藥爆速控制在1800 2500m/s范圍內(nèi)。添加的珍珠鹽顆?？刂圃?00 200目之間，其量主要根據(jù)復(fù)管的壁厚來確定，復(fù)管壁厚為
30.5 2.0mm時，乳化炸藥與珍珠鹽的質(zhì)量比為3~5:1。當(dāng)復(fù)管壁厚小時，對應(yīng)的炸藥爆速相應(yīng)也低。
(2) 確定基管和復(fù)管徑向間隙的經(jīng)驗公式在復(fù)合管件的爆炸焊接中，為了保證內(nèi)、外管之間的斜碰撞這一爆炸焊接的
必要條件，二管之間在半徑方向必須保持適當(dāng)?shù)拈g隙s。
① 當(dāng)復(fù)管壁厚一定時，s隨著復(fù)管直徑的增大而增大。為確保復(fù)合管件的可靠焊接，復(fù)管必須發(fā)生塑性變形；但是，為了減少復(fù)管
以及復(fù)合管件結(jié)合界面上因復(fù)管變形所產(chǎn)生的微觀缺陷，復(fù)管的塑性變形必須合理控制，即應(yīng)追求盡可能小的復(fù)管徑向塑性應(yīng)變。
當(dāng)復(fù) 管壁厚一定時，若設(shè)r為復(fù)管的外圓半徑，Ar為復(fù)管外圓半徑的伸長量，即間隙s，則復(fù)管的徑向應(yīng)變s-丄，艮P:
s = ￡-r (mm)
當(dāng)r的變化范圍為5~25mm時，f的最佳變化范圍為0.05-0.1;半徑較小時，f取較大值，半徑較大時，e取較小值。顯然，當(dāng)e—定時，s隨著復(fù)管的直徑增大而增大。
② s隨著復(fù)管壁厚的增大而增大。
如圖2所示，當(dāng)復(fù)管壁厚增大時，由于復(fù)管的徑向塑性變形、母線的彎折變形以及驅(qū)動復(fù)管高速撞擊基管所需的力均應(yīng)增加，因而，當(dāng)炸藥成分一定時，爆炸復(fù)合所需的炸藥用量也要增加。炸藥用量的增加又使得炸藥的爆速Fd增大。因基、復(fù)管的母線相互平行，碰撞點移動速度Fc即為炸藥爆速Fd，因此，當(dāng)Fc增大時，為確保復(fù)管沿軸向方向的彎折變形不變，即復(fù)管與基管的碰撞彎折角S不變，則s也需相應(yīng)增大。
綜合考慮上述復(fù)管直徑及其壁厚二個因素與s之間的關(guān)系，得到
s-A:f-r (mm)，
這里/t為壁厚修正系數(shù)。經(jīng)反復(fù)試驗得到，當(dāng)復(fù)管壁厚在0.5 2.0mm范圍內(nèi)變化時，A的取值變化范圍為0.7-0.9，且隨復(fù)管壁厚增大，相應(yīng)地，A在此范圍內(nèi)取較大值。
(3) 抑制基管與模具之間孔隙對焊接質(zhì)量消極影響的方法為了嚴(yán)格限制基管的變形，基管的外壁需要與模具的內(nèi)壁緊密貼合。模具通
常采用與基管材料相同或相近的合金鋼制作。當(dāng)基管的外壁與模具的內(nèi)壁緊密貼合時，由于兩表面的硬度相同或相近，表面的不平度和粗糙度勢必導(dǎo)致各種孔隙在貼合區(qū)形成。由于孔隙中的空氣密度遠(yuǎn)低于鋼鐵的密度，爆炸焊接復(fù)管撞擊基
4管時，在基管中形成的應(yīng)力波會在孔隙中產(chǎn)生反射波，該反射波會對剛焊合的界 面造成不同程度的危害，因此需加以抑制，而抑制的關(guān)鍵是盡可能減少基管與模 具之間的孔隙。采取的主要方法是
① 基管外表面粗糙度低于模具內(nèi)表面粗糙度，兩者之間的差別控制在兩個 級別之內(nèi)；
② 在基管外壁模具內(nèi)壁之間加入一層紫銅片，其厚度為l.O土O.lmm。 有益效果本發(fā)明的工藝中，所采用的炸藥符合民爆炸藥的發(fā)展趨勢，適應(yīng)
了環(huán)境保護(hù)的要求；炸藥配制方法簡便，且爆速變化范圍大，適應(yīng)了不同壁厚管 件的爆炸焊接需要；基、復(fù)管之間間隙的確定方法基本實現(xiàn)了定量化，有利于消 除盲目性；爆炸復(fù)合管件的焊合率達(dá)到100%，其結(jié)合界面為質(zhì)量優(yōu)良的微細(xì)波 狀，復(fù)管的塑性變形得到合理控制。


圖1是復(fù)合管件結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為基管，2為復(fù)管。 圖2是確定經(jīng)驗公式模擬圖，其中Fc為碰撞點移動速度，e為復(fù)管與基管
的碰撞彎折角，s為復(fù)管與基管之間間隙。
具體實施方式
實施例1:
基管的材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼，其內(nèi)徑為13mm，壁厚為2mm，長為 1550mm;復(fù)管的材料為工業(yè)純鋁，其內(nèi)徑為10mm，壁厚為lmm，長為1600mm。 根據(jù)基、復(fù)管外徑尺寸，并依據(jù)e和A的取值原則，e取O.l， A取0.8，由此依 據(jù)公式s-;trr得基管與復(fù)管之間的間隙為0.5mm。
裝填于復(fù)管中的炸藥由乳化炸藥與120目的粉狀珍珠鹽混合而成，其質(zhì)量比 為3:1，爆速為2100m/s。
復(fù)合管件爆炸復(fù)合后經(jīng)檢驗，除鋁復(fù)管在兩端處各有約7mm的不焊合區(qū)外， 其余部分的焊合率為100%，復(fù)合管件界面均為微細(xì)波狀結(jié)合。
實施例2:
基管材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼，其內(nèi)徑為20mm,壁厚為2mm，長為 1550mm;復(fù)管材料為工業(yè)純鋁，其內(nèi)徑為15mm，壁厚為1.5mm，長為1600mm; 根據(jù)基、復(fù)管外徑尺寸，并依據(jù)e和A的取值原則，s取0.09， A:取0.85,由此 依據(jù)公式5 = ^^得基管與復(fù)管之間的間隙為0.7mm。
裝填于復(fù)管中的炸藥由乳化炸藥與100目的粉狀珍珠鹽混合而成，其質(zhì)量比 為4:1，爆速為2300m/s，
復(fù)合管件爆炸復(fù)合后經(jīng)檢驗，除鋁復(fù)管在兩端處各有約8mm的不焊合區(qū)外，
5其余部分的焊合率為100%，復(fù)合管件界面均為微細(xì)波狀結(jié)合。
實施例3:
基管材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼，其內(nèi)徑為23mm，壁厚為2mm，長為 1550mm;復(fù)管材料為工業(yè)純鋁，其內(nèi)徑為18mm，壁厚為L5mm,長為1600mm; 根據(jù)基、復(fù)管外徑尺寸，并依據(jù)e和A的取值原則，e取0.085， A:取0.88，由 此依據(jù)公式s = feT得基管與復(fù)管之間的間隙0.8mm。
裝填于復(fù)管中的炸藥由乳化炸藥與200目的粉狀珍珠鹽混合而成，其質(zhì)量比 為5:1，爆速為2500m/s，
復(fù)合管件爆炸復(fù)合后經(jīng)檢驗，除鋁復(fù)管在兩端處各有約10mm的不焊合區(qū) 外，其余部分的焊合率為100%，復(fù)合管件界面均為微細(xì)波狀結(jié)合。
權(quán)利要求
1、一種核電裝備復(fù)合管件的爆炸焊接工藝，其特征在于該爆炸焊接工藝包括(1)裝藥組配方案以粉狀乳化炸藥為基，摻入粉狀珍珠鹽，通過充分?jǐn)嚢杌靹颍渲瞥傻捅僬ㄋ?；其中珍珠鹽顆粒控制在100～200目之間，乳化炸藥與珍珠鹽的質(zhì)量比為3～5∶1；(2)確定復(fù)管與基管徑向間隙的經(jīng)驗公式①當(dāng)復(fù)管壁厚一定時，確定復(fù)管與基管徑向間隙的經(jīng)驗公式為s＝ε·r(mm)式中s為復(fù)管與基管之間的徑向間隙；r為復(fù)管的外圓半徑，變化范圍為5～25mm；ε為復(fù)管的徑向應(yīng)變，變化范圍為0.05～0.1；②當(dāng)復(fù)管壁厚增大時，確定復(fù)管與基管徑向間隙的經(jīng)驗公式為s＝kε·r(mm)式中k為壁厚修正系數(shù)，當(dāng)復(fù)管壁厚在0.5～2.0mm范圍內(nèi)變化時，k的取值范圍為0.7～0.9；(3)抑制基管與模具之間孔隙對焊接質(zhì)量消極影響的方法①基管外表面粗糙度低于模具內(nèi)表面粗糙度，兩者之間的差別控制在兩個級別之內(nèi)；②在基管外壁與模具內(nèi)壁之間加入一層紫銅片，其厚度為1.0±0.1mm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電裝備復(fù)合管件的爆炸焊接工藝，其特征在于所述 的低爆速炸藥的爆速在1800~2500m/s范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種核電裝備復(fù)合管件的爆炸焊接工藝，該爆炸焊接工藝包括(1)裝藥組配方案以粉狀乳化炸藥為基，摻入一定量的粉狀珍珠鹽，通過充分?jǐn)嚢杈鶆?，配制成低爆速炸藥；其中珍珠鹽顆?？刂圃?00～200目之間，乳化炸藥與珍珠鹽的配比為3～5∶1；(2)確定復(fù)管與基管徑向間隙的經(jīng)驗公式為s＝ε·r或s＝kε·r；(3)抑制基管與模具之間孔隙對焊接質(zhì)量影響的方法基管外表面粗糙度低于模具內(nèi)表面粗糙度，使其差別控制在兩個級別之內(nèi)；在基管外壁模具內(nèi)壁之間加入一層紫銅片，其厚度為1.0±0.1mm。該工藝爆炸復(fù)合管件的焊合率達(dá)到100％，其結(jié)合界面為質(zhì)量優(yōu)良的微細(xì)波狀，復(fù)管的塑性變形得到合理控制。
文檔編號B23K20/08GK101474717SQ200910025068
公開日2009年7月8日 申請日期2009年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者影 劉, 斌 劉, 鵬 劉, 周春華, 戴汝迅, 王耀華, 金廣謙, 明 陸, 顧月兵, 源 龍 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院