Соединение трубчатых деталей импульсным давлением расширяющегося плазменного канала электрического разряда

• Автор: Чеботнягин, Леонид Михайлович
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск, Иркутск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
1. Источники импульсного давления для скоростного деформирования материалов
1.1 Феноменология генерирования импульсных волн давления
1.2 Основы технологических применений скоростного деформирования материалов
1.2.1 Сварка и штамповка взрывом
1.2.2 Магнито-импульсное деформирование металлов
1.2.3 Электроразрядные штамповка и сварка деталей
1.3 Требования к параметрам разрядного контура и деформируемому материалу
1.4 Постановка цели и задач исследований
2. Электровзрыв в воде, инициируемый электрическим взрывом проводника, как источник волн давления для скоростного деформирования металлов
2.1 Переходные процессы в разрядном контуре импульсного генератора
2.2 Связь параметров разрядного контура с параметрами волны давления
2.3 Экспериментальная установка для исследований скоростного деформирования
2.4 Регистрация деформирования металлических труб высокоскоростной камерой
3. Исследование скоростного деформирования и соударения трубчатых деталей
3.1 Экспериментальные исследования деформирования труб волнами давления импульсного разряда в воде
3.2 Моделирование скоростного деформирования трубчатых

деталей без учета влияния свободной поверхности торцевой части картриджа
3.3 Моделирование деформирования трубчатых деталей с учетом влияния истечения плазмы и воды из торца картриджа
3.4 Выводы к разделу 3
4. Технологическое применение электровзрывной сварки
4.1 Оптимизация конструкции электровзрывного картриджа
4.2 Влияние угла соударения и скорости линии контакта на качество сварки трубчатых деталей
4.3 Практические рекомендации по конструкционнотехнологическому регулированию параметров соединения
Заключение
Список литературы
Приложение № 1
Приложение №2
Приложение №3
Приложение №4
Приложение №5
Приложение №6
Приложение №7

Введение
Актуальность. В энергетической, атомной, нефтехимической и других отраслях промышленности широко используются теплообменные аппараты. Надёжность и долговечность их работы при высоких температурах и давлениях, в агрессивных средах и колебательных нагрузках, определяется качеством соединения труба - трубная решетка. Соединение должно обладать высокой прочностью, герметичностью и коррозионной стойкостью. Развальцовка, традиционная сварка и пайка обеспечивают надежность работы соединения, однако очень затратны и нетехнологичны при монтаже или ремонте аппаратов. Все нагрузки, которые воспринимает труба при температурном расширении и вибрациях, передаются на соединение, что вызывает его разрушение и выход из строя оборудования. Поэтому актуально совершенствование технологии получения соединения труба - трубная решетка. С 50-70-х годов получили развития технологии, основанные на применении импульсных источников давления (детонация взрывчатых веществ (ВВ), импульсные магнитные поля, расширяющийся плазменный канал электрического разряда). Такие источники позволяют деформировать детали с скоростями 10-1000 м/с, а при их соединении сварку.
Динамика волн импульсного давления в средах, положенная в основу их технологического применения, исследовалась Л.И. Седовым, Л.Д. Ландау, Е.М. Лившицем, В.Е. Накоряковым, В.Е. Фортовым и др.. Исследования сотрудников Института гидродинамики СО РАН, институтов Министерства обороны РФ и др. учреждений A.A. Дерибаса, И.Д. Захаренко, В.М. Кудинова и др. легли в основу технологий штамповки и сварки взрывом детонацией взрывчатых веществ (ВВ). Однако, технология на основе детонации ВВ требует обеспечения особых мер безопсаности. Импульсное магнитное поле ограничено в применении конструкцией и механической прочностью индуктора, и требует дополнительных исследований.

Одним из первых направлений применения импульсного электрического разряда как источника импульсного давления стали дробление и разрушение горных пород, а также разрушения материалов, например очистные операции всех видов и выбивка стержней из отливок, детально описанных в [47-49].
Технология обработки металлов импульсным давлением, где его источником является электрический разряд, применяется при вытяжке из плоских заготовок куполообразных и крупногабаритных деталей, формовке деталей, штамповке, вальцовке, сварке и т.д. Это определено её преимуществами, которые связанны с регулированием энергетических параметров, возможностью многоимпульсного воздействия на деталь, сокращением числа операций, обеспечением деформирования детали со скоростями от нескольких м/с до 800 м/с, улучшением свойств материалов, например, к повышению пределов прочности и текучести [23].
Для развальцовки труб теплообменных аппаратов получил развитие электроразрядный метод, основанный на применении в качестве источника давления жидкости при расширении парогазовой полости на завершающей стадии развития импульсного электрического разряда при миллисекундных длительностях. Для генерирования давления используется специальная электродная система со случайным расположением траектории канала, для обеспечения эффективности метода импульсы подаются многократно. Количество импульсов определяется экспериментально и зависит от количества запасаемой энергии и необходимой величины деформации трубы для её развальцовки. Например, для деформирования латунной трубы марки Л-70 (диаметром 19 мм и толщиной стенки 1 мм) до диаметра равного 21 мм при энергии 540 Дж потребовалось 10 импульсов, а при энергии 1620 Дж - 4 импульса. Максимальная скорость деформирования латунной трубы толщиной стенки 1 мм и внутренним диаметром 19 мм при этом достигала 100 м/с, а давления (2-4)-108 Па. Однако основное деформирование осуществляется на скорости до 1-5 м/с [50-52].