專利名稱：回轉(zhuǎn)薄壁殼的爆炸連接焊方法
回轉(zhuǎn)薄壁殼的爆炸連接焊方法是關(guān)于兩回轉(zhuǎn)薄壁殼爆炸焊接連接技術(shù)的發(fā)明。
爆炸焊接是本世紀(jì)50年代出現(xiàn)的特種焊接技術(shù)，與一般焊接方法相比，具有操作簡便、焊接速度快、成本低、可焊接異種金屬的特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛地用以制造各種雙金屬復(fù)合板、復(fù)合管、雙金屬過渡接頭，以及用于各種化工反應(yīng)器、熱交換器中特殊部件的焊接，如熱交換器管與管板的焊接。爆炸焊接技術(shù)也被用于石油管線、化工管道等大口徑回轉(zhuǎn)殼的連接焊。用爆炸焊連接這類回轉(zhuǎn)殼一般都采用搭接焊方法，沿軸向兩殼之間的搭接段并不長，只要求爆炸焊接段能與殼體的本體一樣承受將來的工作靜載即可，如承受殼體內(nèi)的氣液靜壓，軸向拉伸等，顯然只要爆炸焊接段的長度比殼體厚度大就能滿足工作條件。但由于爆炸焊接的技術(shù)特點(diǎn)所決定，如沿軸向布藥很短，就須在周向同步起爆整個(gè)焊接裝藥，以使炸藥中產(chǎn)生沿軸向傳播的爆轟波，這樣才能使周向的爆炸焊接參數(shù)保持一致；比此更進(jìn)一步的方法是在周向上采用多點(diǎn)同步起爆，這需要布點(diǎn)密度與軸向藥長相當(dāng)，以使焊接裝藥中盡快地形成環(huán)形焊轟波。第一種方法需使用線形波發(fā)生器，第二種方法則需使用多個(gè)同步雷管或?qū)П髌鸨W(wǎng)絡(luò)才能完成。線形波發(fā)生器是精確制造的特殊成形炸藥，對這種回轉(zhuǎn)體，尤其在大口徑回轉(zhuǎn)殼的爆炸焊接中，線形波發(fā)生器的裝藥量往往接近或大于焊接主裝藥包的炸藥量，這不但浪費(fèi)了大量的高級炸藥，增加了爆炸焊接成本；而且由于焊接的總炸藥量增加，也使爆炸的破壞作用增強(qiáng)，在許多有炸藥量限制的場合，失去了應(yīng)用的可能性。采用多點(diǎn)同步起爆雖然可使總藥量有所下降，但又使爆炸焊接的可靠性下降，一旦個(gè)別點(diǎn)起爆失效，或同步性不良都可能造成焊接失敗。
本發(fā)明的目的是，設(shè)計(jì)一種單點(diǎn)起爆的焊接方法，它不但實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)殼的整周焊接，而且減少爆炸焊接的總裝藥量，降低焊接成本，減輕爆炸的破壞作用，簡化爆炸焊接的布藥工藝，提高焊接的可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，在環(huán)形爆炸焊接主裝藥包的起爆端面上敷設(shè)高爆速炸藥，利用兩種炸藥的爆速差調(diào)整爆轟波對撞點(diǎn)的波形，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)起爆焊接回轉(zhuǎn)殼的整周。
上述環(huán)形爆炸焊接主裝藥包的起爆端面上敷設(shè)的高爆速炸藥是閉合的整環(huán)，在環(huán)上任意一點(diǎn)單點(diǎn)起爆。
上述環(huán)形爆炸焊接主裝藥包的起爆端面上敷設(shè)的高爆速炸藥是長度大于等于主裝藥包的軸向長度2倍的藥條，藥條的中點(diǎn)放置在起爆點(diǎn)對面的爆轟波碰撞點(diǎn)處。
上述使用的高爆速炸藥的爆速大于等于焊接主裝藥爆速的1.2倍。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是，在實(shí)際工作中，如采用均質(zhì)布藥，單點(diǎn)起爆，回轉(zhuǎn)體整周的爆炸焊接參數(shù)只有兩個(gè)部位與周向的大部分區(qū)域不同，一是起爆點(diǎn)附近，二是起爆點(diǎn)對面爆轟波對撞點(diǎn)附近。起爆點(diǎn)附近相對容易滿足焊接參數(shù)要求，通過調(diào)節(jié)預(yù)支角α等參數(shù)可較容易地使起爆點(diǎn)附近滿足焊接條件。因此，要使用單點(diǎn)起爆進(jìn)行整周焊接，主要應(yīng)解決爆轟波對撞點(diǎn)的焊接問題。發(fā)明中采用預(yù)支角的爆炸焊接布置(參見附圖)，在主裝炸藥的起爆端面上布置高爆速炸藥環(huán)，或在爆轟波對撞點(diǎn)附近布置高爆速炸藥條，以高爆速炸藥與主裝藥的爆速差，改變對撞爆轟波波形，使對撞點(diǎn)的爆轟波從正碰撞變?yōu)樾迸鲎?。高爆速藥的爆速與主裝藥的爆速相差越大，主裝藥中對撞的爆轟波傾角越大；如果高爆速炸藥的爆速趨于無限大，在爆轟波對撞點(diǎn)主裝藥中的對碰波將呈180°夾角，這實(shí)際上就形成了端面同步起爆。但真實(shí)的炸藥爆速不可能達(dá)到無限大，這樣對撞爆轟波形必呈一定夾角，其半夾角可由主裝藥爆速D0與高爆速藥的爆速D1計(jì)算出cos＝D0/D1(1)對撞點(diǎn)爆轟波的對撞閉合速度Dc為Dc=D0/sinφ=D1D12-D02D0-----(2)]]>如果知道預(yù)支角α和基復(fù)板(復(fù)板為回轉(zhuǎn)殼(一)、基板為回轉(zhuǎn)殼(二))的彎折角θ，就可以利用爆炸焊接理論公式求出爆轟波碰撞點(diǎn)下的基復(fù)板碰撞點(diǎn)移動速度Vc，根據(jù)爆炸焊接理論只要Vc速度落入可焊窗口內(nèi)(小于材料聲速)，就可以產(chǎn)生焊接，故而需計(jì)算出爆轟波對撞點(diǎn)之下的Vc和基復(fù)板碰撞角β為
其中θ彎折角可用不考慮爆轟波碰撞增壓的普通滑移爆轟時(shí)的基復(fù)板彎折角近似代替計(jì)算。
起爆點(diǎn)處的爆接參數(shù)也可用式(3)來計(jì)算，計(jì)算時(shí)需將式(3)中的Dc用主裝藥爆速D0來替換。殼體周向其它部位的爆炸焊參數(shù)可用下式計(jì)算tg4ψ＝tgα·sincosγ＝cosθcosψ-sinθsinψsinVc＝D0sinθ/sinγ (4)注ψ、γ為在公式推導(dǎo)過程中的過渡角。
在這種爆炸焊接設(shè)計(jì)中，原則上兩種炸藥的爆速相差越大越好，爆轟波對撞夾角越大，其下基復(fù)板間的焊接參數(shù)越接近于整個(gè)周向的焊接參數(shù)。但一般高級炸藥的爆速最高只有7000～8000m/s，而焊接主裝藥的爆速一般在2000～5000m/s之間，所以兩藥的爆速差是有限的，有時(shí)必須在較小爆速差下選擇炸藥，這時(shí)應(yīng)注意使爆轟波碰撞半角不小于30°，也就是兩藥爆速比不小于
附圖是根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的內(nèi)爆與外爆焊接方案。其中附

圖1為在外爆時(shí)采用整體高爆速炸藥環(huán)的方案圖附圖2為在外爆時(shí)在爆轟波對撞點(diǎn)上布置高爆速藥條的方案圖附圖3為在內(nèi)爆時(shí)采用整體高爆速炸藥環(huán)的方案圖附圖4為在內(nèi)爆時(shí)爆轟波對撞點(diǎn)上布置高爆速藥條的方案圖在圖附1中，(1)為回轉(zhuǎn)殼(一)(即復(fù)板)，(2)為回轉(zhuǎn)殼(二)(即基板)，(3)為主裝藥包，(4)為芯棒，(5)為高爆速炸藥環(huán)，(6)為起爆雷管。α為預(yù)支角，(9)為爆轟波對撞處。
在附圖2中的標(biāo)號(7)為高爆速炸藥條。
在附圖3中和附圖4中，標(biāo)號(8)為動量吸收環(huán)。
上述的附圖1和3是采用整體的高爆速炸藥環(huán)來調(diào)整爆轟波形，附圖2和4是在爆轟波對撞點(diǎn)上布置高爆速藥條，利用局部爆速差來調(diào)整爆轟波的對撞波形。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明，特舉實(shí)施例如下實(shí)例1將壁厚為3mm的低碳鋼錐殼與直徑
時(shí)的J55石油套管進(jìn)行搭接密封，采用如附圖1的外爆焊接形式。在3mm碳鋼殼上布置8mm厚的黑索近(RDX)粉作為焊接主裝炸藥，炸藥高度為50mm。RDX粉的密度ρ＝0.9g/cm3，爆速D0約為5400m/s，經(jīng)計(jì)算得質(zhì)量比為R＝0.31，最終彎折角θ＝5.5°，復(fù)板飛行速度Vp＝518m/s。采用導(dǎo)爆索環(huán)作為高爆速炸藥起爆環(huán)，其爆速D1＝6900m/s，應(yīng)用式(1)(2)可得＝38.5°，Dc＝8674m/s。3mm錐殼與石油套管間的預(yù)支角為1∶5斜度，α＝11.3°，由公式(3)可求出，爆轟波對撞點(diǎn)下的焊接參數(shù)為Vp＝518m/s，Vc＝2877m/s，起爆點(diǎn)處的爆炸焊接參數(shù)為Vp＝518m/s，Vc＝1791m/s，用公式(4)可求出周向其它部位的焊接參數(shù)為Vp＝518m/s，Vc＝2628m/s，上述參數(shù)均在碳鋼的可焊窗口內(nèi)，實(shí)施爆炸焊接后，整個(gè)周向都產(chǎn)生良好焊接，焊接高度平均為40mm左右。
實(shí)例2采用如附圖2所示的爆炸焊接布置，采用導(dǎo)爆索作為高爆速藥條為半環(huán)，中點(diǎn)布置在起爆點(diǎn)的對面，其它焊接參數(shù)與實(shí)例1相同。計(jì)算得爆炸焊接參數(shù)如下對撞點(diǎn)處Vp＝518m/s，Vc＝2877m/s，起爆點(diǎn)處Vp＝518m/s，Vc＝1791m/s，布導(dǎo)爆索段Vp＝518m/s，Vc＝2628m/s，末布導(dǎo)爆索段由公式(4)，設(shè)＝90°，計(jì)算焊接參數(shù)為Vp＝518m/s，Vc＝2374m/s，實(shí)驗(yàn)爆炸焊接后，整個(gè)周向焊接良好，平均焊接高度約為40mm。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)爆炸焊接可見，起爆點(diǎn)處、及與起爆點(diǎn)相對的爆轟波碰撞點(diǎn)處的焊接形式與殼體周向的其他部位不同，起爆點(diǎn)與爆轟波碰撞點(diǎn)處的基復(fù)板碰撞焊接是沿軸向的，爆炸焊接波紋走向是沿軸向形成的；而殼體其他部位的焊接閉合面是不垂直于軸向的斜碰撞焊接，焊接波紋的走向是與軸向成傾斜角的。
本發(fā)明的效果是以單點(diǎn)起爆實(shí)現(xiàn)整周焊接，安全可靠。具體是(1)減少了爆炸焊接的總裝藥量，大大降低了焊接成本；(2)由于焊接裝藥量減少了許多，從而減輕了爆炸的破壞作用，使這一技術(shù)可用于許多有藥量限制的場合；(3)簡化了爆炸焊接的布藥工藝，可突出地反映爆炸焊接操作簡便、焊接速度快的特點(diǎn)；(4)與多點(diǎn)同步起爆相比，焊接的可靠性有較大幅度的提高，從而達(dá)到了更加實(shí)用的目的；(5)由所采用的設(shè)計(jì)思想決定，本發(fā)明不僅適用于園管的焊接，也適用于許多回轉(zhuǎn)殼體的對接，如橢圓形、扁環(huán)形等。
權(quán)利要求
1.回轉(zhuǎn)薄壁殼的爆炸連接焊方法，其特征在于在環(huán)形爆炸焊接主裝藥包的起爆端面上敷設(shè)高爆速炸藥，利用兩種炸藥的爆速差調(diào)整爆轟波對撞點(diǎn)的波形，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)起爆焊接回轉(zhuǎn)殼的整周。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)薄壁殼的爆炸連接焊方法，其特征在于，上述環(huán)形爆炸焊接主裝藥包的起爆端面上敷設(shè)的高爆速炸藥是閉合的整環(huán)，在環(huán)上任意一點(diǎn)單點(diǎn)起爆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)薄壁殼的爆炸連接焊方法，其特征在于，爆炸焊接環(huán)形主裝藥包的起爆端面上敷設(shè)的高爆速炸藥，是長度大于等于主裝藥包軸向長度2倍的藥條，藥條的中點(diǎn)放置在起爆點(diǎn)對面的爆轟波碰撞點(diǎn)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的回轉(zhuǎn)薄壁殼的爆炸連接焊方法，其特征在于所使用的高爆速炸藥的爆速大于等于焊接主裝藥爆速的1.2倍。
全文摘要
一種爆炸焊接連接薄壁回轉(zhuǎn)殼的技術(shù),其特點(diǎn)是在焊接主裝藥包的起爆端面上布置高爆速炸藥條、環(huán),利用爆速差來調(diào)整爆轟波形和爆炸焊接參數(shù),以單點(diǎn)起爆實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)殼的整周焊接。其優(yōu)點(diǎn)是單點(diǎn)起爆提高了爆炸焊接的可靠性,同時(shí)節(jié)省了炸藥用量,降低了焊接成本與爆炸破壞作用,簡化了焊接布藥工藝,使操作更簡便,焊接速度更快,便于野外現(xiàn)場施焊。
文檔編號B23K20/08GK1193562SQ9810728
公開日1998年9月23日 申請日期1998年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月7日
發(fā)明者李曉杰, 奚進(jìn)一, 董守華, 楊文彬, 孫明 申請人:大連理工大學(xué)