异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置。所述装置由外到内依次同心设置有：可选地外约束炸药，外模具，可选地外约束层，外管，管间间隙，内管，可选地保护管，传压介质，装药管，爆炸焊接炸药和雷管；在外管与内管之间的管间间隙中，通过支撑和密封结构固定在管间间隙的两端，使间隙保持均匀且密封；其中，将外部基体结构包括外模具、外约束层和外管；内部覆层结构包括内管和保护管；爆炸焊接药包包括装药管和爆炸焊接炸药。本发明专利技术的方法和装置可以抑制爆炸焊接管的畸变，有利于提高复合管的平直度，降低了外管与外模具之间的碰撞损伤，提高了焊接参数可调控的范围，大大降低了裂纹产生的风险，准确限定了各结构间的间隙距离。了各结构间的间隙距离。了各结构间的间隙距离。

【技术实现步骤摘要】
异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置


[0001]本专利技术属于爆炸焊接
，具体涉及异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置。

技术介绍

[0002]近年来，复合管在石油、航空、军工、核工业等领域发展迅猛。随着石油资源的大量消耗和大型常规油气田的消耗，油气田正朝着恶劣的环境条件。常规能源正在被核能取代，这些环境通常伴随着高腐蚀性。此外，核能的利用使核废料的长期管理成为重要的研究课题。目前核废料的一种解决方案是将乏核燃料埋入地下深处储存。反应堆燃料束包装在使用过的燃料容器和铜/碳钢复合结构制成结构容器，然后放置在地下岩层中。几毫米的铜层可以使燃料容器完好无损100万年。
[0003]许多以冷喷涂和热喷涂为基础的涂层技术通常不能提供足够的腐蚀和磨损保护，并且很难在长管的内表面产生涂层。许多具有优良耐腐蚀性的金属材料被使用，但它们成本高，不适合大量使用。研究表明，使用复合管是有效的方法，相对安全、经济、可靠，解决了严重腐蚀条件下耐腐蚀性和强度的合理匹配。
[0004]复合管由外层的高强度廉价材料和内层相对较薄的耐腐蚀材料组合而成，其成本相对于使用单一的昂贵材料可显着降低。复合管分为机械压实管和冶金复合管。机械结合成本较低，应用范围更广，但相对于冶金结合强度较低，机械结合接缝是腐蚀的薄弱部位。由于基管与内管物理性能差异较大，采用多种涂层技术制备的部分涂层与钢基体的附着力较差，焊后易出现开裂、耐腐蚀性差等问题。而且，传统的爆炸焊接工艺容易造成复合管严重变形甚至断裂。
[0005]因此，本方法提出了一种水下管道爆炸焊接工艺，该工艺是根据现有水下板材爆炸焊接的经验，对该工艺进行改进。在此过程中，水作为压力传递介质，使爆炸作用于金属管的激波更加均匀，同时其优点包括不会因爆炸热而烧蚀金属，水抑制复合管的变形，高界面焊接强度高，管水下爆炸焊接成本低。此外，爆炸焊接中的焊接接头是在固态下产生的，具有高应变率碰撞和沿重叠金属材料界面的塑性变形。本方法采用异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置可成功制备具有金属光泽和无损表面的爆炸复合管。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置。优选的实施方案包括通过传压介质、约束管、外约束层合外模具的高阻抗自约束作用实现内管与外管的冶金结合。玻璃微球敏化的乳化炸药作为基础来配制低爆速的炸药。理想地，将玻璃微球含量配制为使得在焊接过程中低爆速炸药的爆速保持在约1600m/s至约2800m/s的范围内并且乳化炸药与玻璃微球的比率按质量计在约3：1至约10：1之间。
[0007]本专利技术采用如下技术方案：
[0008]异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接装置，所述装置由外到内依次同心设
置有：可选地外约束炸药11，外模具10，可选地外约束层9，外管8，管间间隙7，内管6，可选地保护管5，传压介质4，装药管3，爆炸焊接炸药2和雷管1；在外管8与内管6之间的管间间隙7中，支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端，使间隙保持均匀且密封。
[0009]进一步地，外部基体结构包括外模具10、外约束层9和外管8；内部覆层结构包括内管6和保护管5；爆炸焊接药包包括装药管3和爆炸焊接炸药2。
[0010]进一步地，管间间隙7促进将内管6插入外管8内的位置。
[0011]进一步地，根据公式SOD＝K
SOD1
εr来确定内管与外管之间的管间间隙7，其中：SOD表示内管与基管之间的直径间隙(单位为m)；ε表示内管的断裂应变(无单位数值)；r表示内管的平均半径(单位为m)，K
SOD1
为经验系数(无单位数值)，K
SOD1
在0.1至0.7之间(无单位数值)。可选地，管间间隙SOD＝K
SOD2
*(R5
‑
R3)，其中K
SOD2
(无单位数值)在约0.5至约1.5之间。R3为保护管内半径(单位为m)。R5为内管外半径(单位为m)。
[0012]进一步地，传压介质4为水、工业油或饱或吸水树脂。
[0013]进一步地，所述保护管5，与内管6通过粘接材料整个表面粘接固定在一起。
[0014]进一步地，外约束层9为带有粘接材料的金属带或纤维带或水；通过外约束层9的强度抑制外管8的变形。
[0015]进一步地，所述外约束炸药11，这结构作为补充的外部约束，避免外管8在爆炸焊接中过渡膨胀而破裂。所述的爆炸焊接炸药为乳化炸药基质与中空玻璃微球混合物；优选地，所述中空玻璃微球的尺寸为40
‑
100μm，乳化炸药基质与中空玻璃微球的质量比例为3∶1至10∶1。
[0016]进一步地，外管8的外径在10至200mm的范围内。内管6在2至150mm范围内的外径，以及在0.1mm至10mm范围内的壁厚。
[0017]进一步地，所需的管内覆层大于0.5mm时，通过在保护5与内管6之间填充粘接剂组成内部覆层结构，在管内覆层厚度大于1mm时，保护管5省略；在管内覆层厚度小于0.5mm时保护管5厚度在0.5mm
‑
5mm。
[0018]进一步地，外管8的外壁需要紧密配合外模具10的内壁。
[0019]进一步地，内管6的壁厚大于复合管内层的厚度T
coating
，复合管内层的厚度T
coating
＝复合管界面处的半径R
CI
‑
复合管内层的内半径R
C1
，外管8的壁厚大于复合管外层的厚度Tmatrix，复合管外层的厚度Tmatrix＝复合管外层的外半径R
C2
‑
复合管界面处的半径R
CI
。
[0020]本专利技术还提供一种异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法，使用如上任一项所述的装置，外部基体结构包括外模具10、外约束层9和外管8；内部覆层结构包括内管6和保护管5；爆炸焊接药包包括装药管3和爆炸焊接炸药2，所述方法包括以下步骤：将外部基体结构，内部覆层结构，爆炸焊接药包同心地由外到内装配，并放入爆炸场地中；在外部基体结构的外管8与内部覆层结构的内管6之间的管间间隙7中，通过支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端使间隙保持均匀且密封；当复合管的长度大于1m时，应先将管间间隙7通过真空泵抽出空气，然后使用支撑和密封结构12进行密封；支撑和密封结构12使用与间隙尺寸匹配的环状金属或塑料并在其上均匀布置密封胶；然后，在爆炸焊接药包的装药管3与内部覆层结构的保护管5之间填满传压介质4；所述传压介质4为水、工业油或饱和的吸水树脂；然后在爆炸焊接药包的爆炸焊接炸药2一端插入雷管1；将外约束炸药11置于已经组装好的装置的外侧，并连入环形起爆设备，环形起爆设备与雷管1的起爆同步；引爆炸药，完
成爆炸焊接，获得金属复合管。
[0021]现在将参考附图，在附图中，将对附图中所示实施例的各个元件进行数字标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接装置，其特征在于，所述装置由外到内依次同心设置有：可选地外约束炸药(11)，外模具(10)，可选地外约束层(9)，外管(8)，管间间隙(7)，内管(6)，可选地保护管(5)，传压介质(4)，装药管(3)，爆炸焊接炸药(2)和雷管(1)；在外管(8)与内管(6)之间的管间间隙(7)中，支撑和密封结构(12)固定在管间间隙(7)的两端，使间隙保持均匀且密封。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：管间间隙(7)促进将内管(6)插入外管(8)内的位置；优选地，根据公式SOD＝K
SOD1
εr来确定内管与外管之间的管间间隙(7)，其中：SOD表示内管与外管之间的直径间隙，单位为m；ε表示内管的断裂应变，无单位数值；r表示内管的平均半径，单位为m；K
SOD1
为经验系数，无单位数值，K
SOD1
在0.1至0.7之间。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：传压介质(4)为水、工业油或饱和吸水树脂；优选地，外部基体结构包括外模具(10)、外约束层(9)和外管(8)，内部覆层结构包括内管(6)和保护管(5)，爆炸焊接药包包括装药管(3)和爆炸焊接炸药(2)。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述保护管(5)，与内管(6)通过粘接材料整个表面粘接固定在一起。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：外约束层(9)为带有粘接材料的金属带或纤维带或水；通过外约束层(9)的强度抑制外管(8)的变形。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述外约束炸药(11)，这结构作为补充的外部约束，避免外管(8)在爆炸焊接中膨胀而破裂；所述的爆炸焊接炸药为乳化炸药基质与中空玻璃微球混合物；优选地，所述中空玻璃微球的尺寸为40
‑
100μm，乳化炸药基质与中空玻璃微球的质量比例为3∶1至10∶1。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：外管(8)的外径在10至200mm的范围内；内管(6)在2至150mm范围内的外径，以及在0.1mm至10mm范围内的壁厚。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵阳，王文宇，任智强，梁莉，徐钧，童伟，滕涛，王晓明，韩国峰，马宏昊，沈兆武，田启超，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：