5. Физические основы резки металлов взрывом
Применение ВВ для резки металла известно давно, но использовалось в основном в военном деле для разрушения объектов. Поэтому качеству реза уделялось мало внимания. С этих позиций в резке выделялось три вида: а) резка контактными зарядами, б) резка волнами напряжений, возбуждаемых взрывом, в) резка профилированными зарядами (1, с. 322). Последний вид резки и стал использоваться в промышленности. В его основу положен принцип кумулятивного эффекта, упомянутого вкратце при разборе энергетического баланса сварки взрывом и заключающегося в выносе части металла с большой скоростью вперед по ходу детонационного процесса (12, с. 367), При сварке взрывом выносимый металл представляет собой облако распыленных частиц, действие которых на преграды незначительно. Для осуществления резки применяют более мощные ВВ, создающие монолитную струю с плотностью, равной плотности металла, вследствие чего в месте соударения с преградой развивается давление, разрушающее металл преграды.
Принципиальнее схемы кумулятивных зарядов, используемых для резки, представлены на рисунке 22 (1, с. 330). Цилиндрическая оболочка (рис. 22а) при подрыве заряда выворачивается внутрь, и практически весь материал облицовки превращается в струю (1, с. 158).
Масса переходящего в струю металла при конической облицовке составляет 3 — 15% массы оболочки, однако скорость ее движения значительно выше, чем у цилиндрической, так что энергии обоих струй одинаковы (1). Несмотря на это, первый тип оболочек используется значительно реже второго, так как большая масса струи приводит к образованию широкого и некачественного реза, а малая скорость движения — к его меньшей глубине.
Масса кумулятивной струи и скорость ее движения при конической облицовке определяются закономерностями соударения двух струй идеальной жидкости (12, с. 387):
где φ — половина угла соударения струй, определяемого по формуле (1), Vк — скорость контакта, аналогичная таковой в сварке взрывом (см. завис. 2), m0 — масса набегающей струи (масса облицовочного слоя).
Для получения реза большой протяженности используют удлиненные профилированные заряды, помещенные в металлическую оболочку с уже заранее заготовленным профилем кумулятивной выемки (1, с. 327). Инициирование таких зарядов осуществляется с одного из концов. По мере распространения детонации вдоль заряда кумулятивная струя образуется также последовательно по участкам заготовки и режет металл по центральной линии заряда.
Скорость схлопывания металлической облицовки, от которой зависит угол поворота сжимаемой части облицовки 2φ и, в конечном итоге, масса переходящего в струю металла определяется соотношением масс ВВ и облицовки. При этом следует учитывать, что часть продуктов взрыва разлетается в стороны и не принимает участия в разгоне металла облицовки, поэтому в расчетах следует использовать понятие «активной» массы ВВ (рис. 22в) (12, с. 377).
Схема исходного положения для резки металлов представлена на рисунке 23а. После инициирования заряда облицовка схлопывается, образуя кумулятивную струю, головная часть которой перемещается со скоростью 2VК (рис. 236). Хвостовая часть струи перемещается со скоростью, близкой к скорости движения основной части металла (песта), вследствие чего длина струи в процессе ее движения увеличивается. Максимальное увеличение длины струи достигает 3, после чего струя начинает рваться на части (12, с. 414).Увеличение длины струи является полезным явлением, так как глубина реза пропорциональна ее длине (12, с. 402):
где индексами «с» и «п» обозначены, соответственно, плотности струи и разрезаемого металла (преграды). Здесь введено понятие 1эф — эффективной длины струи, так как режет металл та часть струи, у которой скорость движения больше некоторой критической, определяемой прочностью преграды (12, с. 407). Прочность преграды влияет также на глубину реза — внедрение струи прекращается, как только ее скорость понизится до того же критического значения (12, с. 413). Однако использовать прочностные характеристики для расчетов режима реза практически невозможно из-за отсутствия надежных рекомендаций по величине прочности металлов в условиях реза. Это затруднение можно обойти и пользоваться приведенными формулами, если скорость внедрения Vр больше 4 км/с (12, с. 402).
Для максимального использования возможностей струи заряд располагают от преграды на расстоянии, равном удвоенной длине облицовки или двум третям глубины предполагаемого реза (1, с. 329).
ЛИТЕРАТУРА
Райнхарт Дж. С., Пирсон Дж. Взрывная обработка металлов. — М.: Мир, 1966. — 390с.
Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом. — Новосибирск: Наука, 1972 — 182с.
3 Пихтовников Р. В., Завьялова В. И. Штамповка листового металла взрывом. — М.: Машиностроение, 1964. — 175с,
Седых В. С., Дерибас А. А., Биченков Е. И., Гришин Ю. А. Сварка взрывом. — Сварочное производство, 1962, № 5, с. 3—6.
Сварка в машиностроении (справочник). Т. 1. — М.: Машиностроение, 1978, с. 362—375.
Красулин Ю. Л. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе. — М: Наука, 1971. — 117 с.
Мак Лин Д. Механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1965. —431с.
Соннов А. П., Седых В. С. Количественная оценка оплавления металлов при сварке взрывом. — В кн.: Сварка взрывом и свойства сварных соединений. Труды / Волгоградский политехнический институт. Вып. 2.—Волгоград. 1975, с. 39—46.
9. Станюкович К. П., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высоко температурных гидродинамических явлений. — М.: Наука, 1975. — 686с.
Кудинов В. М., Коротеев А. Я. Сварка взрывом в металлургии —М.: Металлургия, 1978.—165с.
Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Изд. 2 Новосибирск: Наука, 1980.—221с.
Баум Ф. А., Орленко Л. П., Станюкович К. П. и др. Физика взрыва. Изд. 2-е.—М.: Наука, 1975.—705с.
Александров Е. В., Соколинский В. Б. Прикладная теория и расчеты ударных систем.— М.: Наука, 1969.— 199с.
Соwап G. R., Holtzman А. Н. Flow configurations in colling plates: explosive bonding. - J. Appl. Phys., 1963, v. 34, No 4, pt. 1, p. 928-939.
Седых В. С., Соннов А. П. Расчет энергетического баланса сварки взрывом.— Физика и химия обработки материалов, 1970, № 2, с. 6—13.
Bergman O., Соwап G. R., Holtzman А. Н. Experimental evidente of jet formation during explosive cladding. – Trans. Metallurg. Soc. ALME? 1966, No 6, v. 236.
Лысак В. И., Седых В. С., Трыков Ю. П. Влияние массы свариваемых взрывом элементов на структуру и свойства получаемых соединений.— Сварочное производство, 1981, № 6, с. 15—17.
Павлов А. И., Пашков П. О., Седых В. С. Об условии прочного соединения металлических пластин при высокоскоростном соударении.—В кн.: Материалы научной конференции, т. 1. Волгоград. 1965, с. 327—330.
Павлов А. И., Седых В. С. Снижение прочности в зависимости от степени разрушения поверхности соединений при сварке взрывом. В кн.: Материалы научной конференции, т. 1. Волгоград, 1965, с. 331—334.
20.. Дерибас А. А., Захаренко И. Д. О поверхностных эффектах при косых соударениях металлических пластин. — Физика горения и взрыва. 1974, т. 10, с. 409—421.
Плакирование стали взрывом /Под редакцией А. С. Гельмана.—М.: Машиностроение. 1978.— 190с.
Захаренко И. Д. Определяющие процессы при сварке взрывом.—Физика горения и взрыва. 1979, т. 15, № 3.
Седых В. С., Соннов А. П. Расчет условий оплавления и количества оплавленного металла при сварке взрывом.— В кн.: Сварка взрывом и свойства сварных соединений. Труды/Волгоградский политехнический институт. Вып. 1. Волгоград. 1974, с. 25—34.
24. Бусалаев И. Д., Глазков Н. И., Лозовская В. Ф. и др. Исследование процесса волнообразования при сварке взрывом.— В кн.: Технология производства сварных и паянных конструкций. Труды/Куйбышевский авиационный институт. Куйбышев—Тольятти, 1980, с. 66—75.
Краснокутская И. П., Кривенцов А. Н., Седых В. С., Соннов А. П. О механике пластической деформации при сварке взрывом.— Физика и химия обработки материалов, 1969, № 6.
Стефанович Р. В. Пластическая деформация металлов и ее связь с критическими режимами при сварке взрывом.— В кн.: Порошковая металлургия. Вып. 2. Минск: Вышейшая школа. 1978, с. 51—56.
Седых В. С., Трыков Ю. П. Влияние твердости поверхностного слоя основы на схватывание металлических пластин при соударении. — В кн.: Материалы научной конференции. Труды/Волгоградский политехнический институт, т. 1. Волгоград, 1965, с. 339—342.
Сахновская Е. Б. Некоторые закономерности сварки взрывом алюминиевых сплавов с аустенитной сталью.— В кн.: Технология машиностроения. Труды/Волгоградский политехнический институт, Волгоград. 1971, с. 19—26.
Wittman R. H. The influence of collision parameters on the strength and microstructure of the explosion welded aluminum olloy. – In: Explosive working of metals (Proceedings of 2 International Sipposium. Marianske Lasne, 1973). Praha, 1974, p. 153-168.
Седых В. С., Смелянский В. Я., Соннов А. П. Влияние исходной прочности материалов на характеристики зоны соединения при сварке взрывом.— Физика и химия обработки материалов, 1982, №4, с. 117—119.
31. Свойства элементов (справочник), ч. 1.— М.: Металлургия, 1976, 600с.
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.— М.: Наука, 1974.— 831с.
Фридман Я. Б. Механические свойства металлов.— М.: Машиностроение, т. 2. 1974.— 368с.
Ерохин А. В., Кусков Ю. Н., Сахновская Е. Б. и др. Свойства сварных соединений магниевого сплава МА2-1 с алюминием АД1 и сплавом АМг5М.— В кн.: Технология машиностроения. Труды/Волгоградский политехнический институт. Волгоград. 1970, с. 113—117.
Справочник по машиностроительным материалам. — М.: Машиностроение, 1958, т, 2.
Соннов А. П., Трыков Ю. П. К. расчету параметров сварки взрывом многослойных соединений. — Физика и химия обработки материалов. 1973, № 4, с. 128—133.
Атрощенко Э. С., Лозовская В. Ф., Седых В. С. и др. О связи кинетической энергии соударения пластин с прочностью сварных соединений между металлами, образующими интерметаллидные фазы. В кн.: Технология машиностроения. Труды/Волгоградский политехнический институт. Волгоград, 1970, с. 93—96.
Деформация металлов взрывом.— М.: Металлургия, 1975.— 415с.
Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка в вакууме. — М.: Машиностроение, 1968,— 330с.
Баранов И. Б. Холодная сварка пластичных металлов.— Ленинград: Машиностроение, 1969.— 207с.
Сахацкий Г. П. Технология сварки металлов в холодном состоянии. Киев: Наукова думка, 1979,— 295с.
Седых В. С., Трыков Ю. П. Влияние геометрии поверхности Основы на процесс волнообразования при соударении двух пластин.— В кн.: Материалы научной конференции. Труды/Волгоградский политехнический институт, т. 1.— Волгоград, с. 335—338.
43. Грихилес С. Я. Полирование, травление и обезжиривание металлов.— Л.: Машиностроение, 1971.— 126с.
Лысак В. И. и др. Об оценке факторов, определяющих надежность процесса сварки взрывом. — Сварочное производство, 1979, № 3, с. 7-9.
Единые правила безопасности при взрывных работах.— М.: Недра, 1976.—239с.
Баранов А. Г., Войнов Б. А. и др. Некоторые особенности формирования зоны соединения крупногабаритных стальных заготовок с толстой плакировкой.— В кн.: Металловедение и прочность материалов. Труды/Волгоградский политехнический институт. Вып. 7.— Волгоград, 1975, с. 224—226.
Английский патент № 1303522, 1973.
Richter U., Roth I. F. – Die Naturwissenschaften, 1970, 57 jahrgang, Heft 10, S. 487-493.
Тюрин Е. Н., Глакума С. Ф., и др. Свойства и способ получения биметалла медь—сталь.— В кн.: Технология машиностроения. Труды /Волгоградский политехнический институт.— Волгоград, 1970, с. 150—152.
Белоусов В. П., Седых В. С., Трыков Ю. П. Механические свойства титано-стальных соединений (с промежуточными слоями), сваренных взрывом.— Сварочное производство, 1971, № 9, с.19.
Атрощенко В. С, Котов В. А. и др. Влияние армирования непрерывными стальными волокнами на прочность алюминия и его сплавов.— В кн.: Технология машиностроения. Труды/Волгоградский политехнический институт.— Волгоград, 1970, с. 126—130.
Котов В. А., Седых В. С. О механизме образования соединения стальных волокон с матрицей из алюминиевых сплавов при получении ВКМ сваркой взрывом.— В кн.: Сварка взрывом и свойства сварных соединений. Труды/Волгоградский политехнический институт. Вып. 2.— Волгоград, 1975, с. 46—60.
Матусевич А. С. Композиционные материалы на металлической основе.— Минск: Наука и техника, 1978.— 215с.
Котов В. А., Кривенцов А. Н., Седых В. С. К вопросу рационального конструирования композиционных материалов металл — непрерывные волокна.— В кн.: Технология машиностроения. Труды/Волгоградский политехнический институт.— Волгоград, 1970. с.121.
Биметаллические трубы.— М.: Металлургия, 1974.— 224с.
Котов В. А. Расчет скорости движения трубных оболочек, метаемых наружным кольцевым зарядом ВВ.— В кн.: Сварка взрывом и свойства сварных соединений. Труды/Волгоградский политехнический институт. Вып. 2.—Волгоград, 1975, с. 61—67.
Иванов А. Г., Синицин В. А., Новиков С. А. Поведение оболочек при действии кратковременных импульсивных нагрузок.— Прикладная математика и теоретическая физика, 1968, № 6, с.94.
Демчук А. Ф. Металлические взрывные камеры. Автореферат кандидатской диссертации.— Новосибирск, 1971.— 15с.
Содержание