双金属复合管水压爆炸焊接研究

发布时间：2020-03-19 03:43

【摘要】：薄壁、脆性、不易变形等特殊材料的双金属管复合管,因使用寿命长、成本低等特点被广泛应用到民用和工业领域。复合管的内衬管通常选用耐腐蚀、热膨胀率低等薄壁材料,外管选用耐冲击、耐压等不易变形材料。传统爆炸焊接工艺技术简单,是制备复合管的首选方法,但在焊接过程中易使复合管产生裂纹损伤等现象,水压爆炸焊接则可以避免复合管大变形从而提高焊接质量,同时可以提高操作的安全性。本文先从理论方面对双金属复合管水压爆炸焊接进行分析,然后根据爆炸焊接“窗口”和理论经验公式确立双金属复合管水压爆炸焊接参数,再运用软件ANSYS/LS-DYNA对其建立模型,研究和分析双金属复合管水压爆炸焊接的焊接效果和影响因素。所得的主要结论如下:(1)通过对小内径薄壁双金属复合管水压爆炸焊接模拟得到:基复管结合界面处的最大碰撞速度约为452m/s,压力约为9GPa,均满足爆炸焊接的下限要求,可以实现焊接;通过对大内径厚壁双金属复合管水压爆炸焊接模拟得到:基复管结合界面处的最大碰撞速度约为352m/s,压力约为6.8GPa,达到爆炸焊接所需的下限要求,同时复管的径向位移大于复管与基管之间的初始间距,说明基复管能够实现焊接。在模拟过程中复合管未出现断裂破损等现象,水层有效地保护了双金属管的完整性。(2)研究炸药量、水层的厚度和基复管之间的间隙这三个工艺参数对双金属复合管水压爆炸焊接的影响。结果表明:在其他条件相同的情况下,复管的最大飞行速度和压力随着水层厚度的增加而随之减小,但有效焊接时间随之增加,水层厚度应设置在1.0~2.0cm之间;复管的最大飞行速度和碰撞压力随着间隙的增加也随之增大,但间隙在0.01cm时不满足最小焊接速度和压力值,间隙在0.07cm以上时会导致复管加速距离增加从而导致复管越来越薄而产生拉断等现象,间隙大小应设置在0.03~0.05cm之间;复管的最大飞行速度和压力随着炸药直径的增加而随之增加,炸药直径应设置在0.4~0.6cm之间。(3)改变炸药起爆点和增加模型尺寸来研究边界效应的控制方法。结果表明:炸药在中部中心处起爆时,基复管结合界面上的速度和压力值均满足焊接下限要求,同时复管的径向位移大于复管与基管之间的初始间距,而且边界处没有出现反弹分层现象,可以有效控制边界效应;同样增加复管、炸药的尺寸也可以有效控制边界效应,提高双金属复合管的焊接复合率。
【图文】：

示意图,爆炸过程,炸药,爆轰波

药在水中爆炸一般可以分为三个主要过程，如图 2.1（a）~（d）所示：首先炸形成爆轰波，再次是水中冲击波的形成和传播，，最后气泡的脉动和上浮[33,34]。（a）初始时刻（b）形成爆轰波

模型图,一维,模型,炸药

稳定阶段时爆轰波的速度称为炸药的爆炸速度。实大爆轰速度，由于爆炸物的组成成分和制造工艺条同的加速区的长度[58]。但是一般来说传统的爆炸焊焊接，爆速低的炸药为爆炸焊接过程中发生多种物爆炸焊接中要选用防水性好的炸药。炸药的选择是素，在生产过程中，通过调整炸药爆速和调整基复复管（板）间的碰撞速度 Vp 来提高焊接质量。有关复板速度 Vp的经典公式：R.W.Gurnrg）公式：1943 年格尼（R.W.Gurnrg）根驱动的复板在瞬间获得最大速度 Vp的条件下，建所示，炸药厚度和密度分别用0 和0 表示，E0侧为不可压缩物质，其厚度和密度分别用δ1、ρ1和
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG456.6

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