книги из ГПНТБ / Биметаллические трубы

Наружном плакирующем слое и наклепанном внутреннем слое однМм

Если hx = 2 мм, то интенсивнее растут напряжения при толщине внутреннего слоя более 3,5 мм.

Для сравнения усилия и напряжения деформирования мономе­ таллических и двухслойных труб на графиках нанесены кривые их

п р и п р о т а л к и в а н и и ( к р и в ы е 1, 3, 5) и в о л о ч е н и и д в у х с л о й н ы х ( к р и в ы е 2, 4, 6) и м о н о м е т а л -

181

изменения в зависимости от состояния материала и величины об­ жатия. Усилия деформирования минимальны при волочении труб из менее прочного металла (низкоуглеродистая сталь) при п = 1 и возрастают по мере уменьшения п. Максимального значения уси-

лие и напряжение достигают при волочении монометаллической трубы из прочного металла, входящего в состав двухслойной трубы. Откло­

Для упрощения формулы проведем расчеты и анализ доли членов, входящих в ее состав (табл. 33).

182

18ч3

Усилия на участке редуцирования составляют 6—20%, даже когда 8р = 0,4 -ч- 0,45, т. е. длина участка редуцирования примерно равна длине участка совместной пластической деформации.

При увеличении обжатия по диаметру доля усилия на участке редуцирования уменьшается. Также невелика доля потерь на меж­ слойное трение (2—5%). Учитывая, что коэффициент трения между инструментом и трубой f = 0,1, волочение проводится в кольцах

Коэффициент (1,05— 1,2) учитывает усилие на участке редуциро­ вания, причем меньшие его значения соответствуют большим сум­ марным обжатиям по диаметру и меньшим толщинам наружного слоя. Коэффициент 0,8 учитывает усилие на преодоление сил трения и форму инструмента. Ошибка в расчетах по (54) не превышает

± 1 %. Следовательно, эту формулу можно применять для инженер­ ных расчетов. Однако при изменении параметров волочения числовые коэффициенты должны быть заменены коэффициентами, соответ­ ствующими новым условиям.

Чтобы определить влияние трения на контактной границе слоев, были проведены эксперименты, в которых условия трения меняли путем заливки масла или засыпки наждачного порошка. По резуль­ татам экспериментов можно сделать вывод, что общие закономер­ ности изменения усилия и напряжения сохраняются и в случае снижения сил трения на границе, а также при их повышении. Изме­ няется уровень абсолютных значений усилия и напряжений. При снижении коэффициента трения между слоями до 0,1 усилия про­ талкивания снижаются в 1,08— 1,15 раза по сравнению с усилиями при коэффициенте трения между слоями 0,3. Усилия волочения соответственно снижаются в 1,03— 1,12 раза. При повышении коэффи­ циента трения до 0,7—0,8 усилия проталкивания повышаются в 1,15— 1,30 раза, а усилия волочения в 1,15— 1,25 раза.

УСЛОВИЯ СВАРКИ ВЗРЫВОМ

Процессы соударения контактных поверхностей

Задача о начальном состоянии на границе двух соударяющихся тел может быть решена методом теории ударных волн. Решение сфор­ мулированной задачи представлено в рамках следующих допущений:

течение продуктов детонации в. в. имеет стационарный характер; разлет продуктов взрыва происходит по нормали к свободной

поверхности заряда; разлет продуктов детонации в. в. на расстояние порядка не­

скольких радиусов происходит по схеме мгновенной детонации. Процессы соударения различных металлов рассмотрены в рабо­

тах [64, 65]. Применение теории ударных волн для решения задач

184

Подобного типа, как показывают авторы, справедливо для соуда­ ряющихся тел, если эти тела не являются газообразными, а нахо­ дятся в твердом состоянии.

В случае плоскопараллельного удара при одномерном метании тела, когда соударяющиеся металлические пластины соприкасаются по всей площади, от контактной плоскости распространяется плоский фронт ударных волн, параллельный плоскости соуда­ рения.

При сварке взрывом высокие давления локализуются вблизи линии контакта, движущейся по свариваемым поверхностям. Ве­ личину давления вблизи линии контакта возможно оценить, ис­ пользовав одномерную схему соударения. Рассчитанная таким обра­ зом величина давления должна опре­

ный на рис. 92. Здесь AB — граница Р и с . 92. К а р т и н а т е ч е н и я п р и п л о с ­

ударная волна в материале нижней неподвижной среды. Область О и III — невозмущенный материал верхней и нижней сред, с плот­ ностями соответственно plt р2 и нулевыми скоростями и давлениями.

Обозначим скорость движения границы раздеда сред через и0. Газодинамическое соотношение будет иметь вид

и0 = и2 = V— «!•

Соответственно, давление на границе раздела сред

PK = Pl = Р 2'

Скорость за фронтом ударных волн, идущих от места встречи тел, определяется соотношениями для ударных волн:

Где Ри — начальное давление.

185

Очевидно, что при значительных скоростях удара (более 500 м/с) выраженйе для и 0 примет вид

м0 =

Сварка взрывом осуществляется путем соударения двух металлов. Скорости соударения, обеспечивающие режим сварки, достигают сотни метров в секунду. При таких скоростях удара соударяющиеся тела претерпевают фазы ударного сжатия материалов. Поэтому, воспользовавшись уравнениями адиабат материалов соударяемых тел, выражение (55) можно окончательно записать как

где А х и А 2 — постоянные размерности давления; п3 и п4 — безразмерные постоянные.

В случае соударения одинаковых материалов уравнение (56) принимает следующий вид:

Графически зависимость Рк = / (ѵ) представлена на рис. 93. Значения параметров А г, п3, и4 для разных материалов приводятся в работе [66]; их выбирали применительно к давлениям до 250 тыс. ат, так как такие давления возникают при сварке взрывом. Известно, что необходимым условием образования соединения металлов, не­ зависимо от вида сварки, является обеспечение прямого контакта свариваемых металлов, чему препятствуют окисные пленки и загряз­ нения. Поэтому любой процесс сварки предусматривает предвари­ тельное их удаление. Это связано с технологическими трудностями. В процессе высокоскоростного соударения окисные пленки и другие загрязнения на контактных поверхностях либо разрушаются при

186

взаимной деформации соударяемых материалов, либо уносятся из области соударения, как это происходит при кумуляции. Высокие давления, реализуемые в процессе соударения, способствуют сбли­

Положительная роль волнообразования в процессе соударения связана с образованием чисто механического соединения и с увели­ чением площади поверхности контакта. Кроме этого, в процессе волнообразования значительную роль приобретает температурный

187

фактор, что связано с большим локальным разогревом контактных зон, способствующим протеканию диффузионных процессов.

Исследования в области волнообразования и влияния начальных параметров выполнены в работе [67].

Параметры волн значительно меняются в зависимости от началь­ ных параметров соударения: безразмерной величины г3, равной

отношению массы в. в. к массе метаемого тела

Ро и рі — плотности в. в. и металла, 60 и б2 соответственно их тол­ щины), расстояния между пластинами б и скорости детона­ ции в. в.

Влияние начального угла осо (в случае ориентации соударяемых поверхностей под углом) равносильно изменению расстояния при

циальной составляющей скорости соударения и возникновением тангенциального разрыва между взаимодействующими металлами. Кроме чисто геометрических соотношений, определяющих волнооб­ разование при сварке взрывом, весьма существенно влияет на про­ цесс скорость детонации в. в.

Одним из основных параметров, определяющим процесс сварки взрывом, является скорость движения стенки трубы в момент соуда­ рения. От правильного выбора этого параметра зависит качество сварки металлов в процессе их соударения, так как развиваемое давление на границе раздела двух сред является функцией скорости соударения. Недостаточная скорость соударения не обеспечивает давлений, необходимых для сближения металлов на величину их межатомных расстояний. Чрезмерная скорость соударения приво­ дит к интенсивному оплавлению контактных поверхностей, нару­ шению структуры металлов в прилегающих зонах, что резко сни­ жает прочность сварки металлов.

188

Имеется интервал значений скорости соударения, обеспечивающий удовлетворительное качество сварки металлов энергией взрыва.

Для определения скорости движения металла в случае метания пластины продуктами в. в. существует ряд расчетных схем, резуль­ таты которых удовлетворительно согласуются с эксперименталь­ ными данными.

Приняв показатель адиабаты продуктов взрыва k = 3 и, пред­ полагая, что отраженная ударная волна — слабая волна адиабати­ ческого сжатия, получим выражение максимальной скорости полета пластины при одномерном метании:

В работе [67] оценено время разгона пластины t0, в течение которого последняя приобретает максимальную скорость

Это выражение справедливо для реально встречающихся при сварке взрывом значений. Из простых соотношений легко определить то расстояние, на котором пластина при одномерном метании наби­ рает максимальную скорость:

g _ vto

Таким образом, на скорость метания влияют следующие началь­ ные параметры: тип, плотность и скорость детонации в. в.; высота 6„ слоя в. в.; плотность рх и толщина бх метаемого тела. Уравнение адиабаты примет вид:

Приближенный расчет осесимметричных движений стенки трубы при деформации взрывом

Процесс метания плоского тела продуктами взрыва принципиально отличается от процесса перемещения стенки трубы продуктами дето­ нации. Это объясняется тем, что главными факторами, определяю­ щими распределение и длительность давления при взрывном на­ гружении, являются степень стеснения продуктов взрыва, количе­ ство в. в., конфигурация в. в. Форма кривой давление—время в не­ которой точке поверхности трубы сильно зависит от картины рас­ ширения продуктов взрыва, вследствие чего форма кривой может заметно меняться от точки к точке.

189

Предположим, что инициирование заряда осуществляется с одной стороны, и фронт детонации по заряду распространяется слева на­ право со скоростью D * (рис. 96). В то же время происходит исте­ чение продуктов детонации через левый конец трубы, и вдоль ци­ линдра начинает распространяться волна разгрузки. Возникнове­ ние волны разрежения обусловлено тем, что плотность среды, куда

В точке-встречи двух волн разгруз­

н а к а т ы в а н и я

ки действие давления будет наибо­ лее длительным.

Процесс деформации трубы по длине можно поставить в строгое соответствие с распределением давления во времени.

Решение подобной задачи может быть выполнено в рамках сле­ дующих допущений:

1.Энергией, идущей на деформацию трубы, можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией, приобретаемой трубой при разгоне; это справедливо в случае разгона трубы до скоростей не­ скольких сот метров в секунду.

2.Изменением давления в продуктах детонации за счет увели­ чения объема при деформации трубы можно пренебречь ввиду малых радиальных перемещений стенок трубы (порядка 2—2,5 мм).

Давление в первой волне разрежения

где X — текущее сечение трубы;

t — время прихода волны разгрузки в данное сечение.

В момент времени tx — HD* (I — длина трубы) в сечении х — I начинается истечение продуктов детонации у правого торца трубы. Возникает вторая волна разрежения. Движение этой волны опи­ сывается общим решением уравнений газодинамики:

где с — скорость звука;

190