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爆炸胀形在热交换管板胀管中的应用研究点击：1804 日期：[ 2014-04-26 21:53:41 ] |
| 爆炸胀形在热交换管板胀管中的应用研究 王传利1, 2,段卫东1,张春丽3 (1.武汉科技大学理学院,武汉430081; 2.中冶天工上海十三冶建设有限公司,上海201900; 3.中原工学院土木建筑工程系,郑州450007) 摘要：假设热交换管为薄壁圆筒,通过理论分析,计算了热交换管板爆炸胀形所需炸药量。并选择导爆索作为实验用药,对热交换管板爆炸胀形工艺进行了实验研究。研究结果表明,在不采用任何措施的情况下,仅靠炸药的爆炸作用,经过多次爆炸,也很难实现热交换管与管板的牢固结合。但经过在管板内壁刻槽,仅需要2次爆炸胀形后,热交换管即可与管板达到紧密结合。 关键词：爆炸胀形;导爆索;热交换管板;水压试验 中图分类号：TD235. 3 文献标识码：A 文章编号：1001-487X(2010)03-0077-04 0 引言 爆炸胀形是利用炸药为能源的一种高速、高压加工方法。利用爆炸产生的能量,作用在形状简单金属构件上,使金属构件在有模或无模条件下,形成设计形状[1-2]。热交换管在使用一段时间后会产生腐蚀、泄露,需要及时更换。如果采用机械加工的方法更换热交换管,必须停工、停产将交热管板整体取下,在专用设备上更换热交换管,既影响生产,成本又高。采用爆炸胀形的方法,无须整体取下管板,只要将腐蚀、泄露的交换管取下,将需要更换的管子安好,在一定的位置,装入适量的炸药起爆后,就可以将热交换管与管板紧密联结起来。 1 工程概况 河南省红光纺织机械厂,在生产过程中,经常遇到热交换管的腐蚀、泄露情况,为降低生产成本、提高工作效率的需要,提出与我们进行爆炸法更换、维修热交换管的可行性研究。该厂使用中的热交换管板、热交换管形状如图1所示。 2 爆炸胀管用药量计算 爆炸作用下热交换管的受力情况如图2所示。 要想使热交管与管板紧密结合,炸药爆炸后作用在管子中的直径截面上的应力必须大于管子材料的动态屈服强度极限σdyns,即 式(3)适用于标准TNT装药,对于非TNT装药,药换算成TNT当量。 爆炸波为冲击波,当空气中传播的爆炸波,运动到热交换管壁后,要在热交换管壁处产生反射,实际上爆炸波到达热交换管后,热交换管承受的是反射波后的冲击压力。将爆炸波近似当作应力波处理,反射冲击波后的应力PΦtr为[5] 可求得爆炸胀管用药量W:W≥0. 001 kg=1 g。即在使用TNT装药的条件下,要是热交换管与热交换管板紧密结合,爆炸胀管用药量需要大于1 g。 3 热交换管爆炸胀管实验研究 3.1 爆炸胀管炸药种类的确定 从前面计算可知,爆炸胀管用药量很小,只需1~2 g炸药,选用2#岩石炸药或乳化炸药显然不合适。利用式(4)计算出的是针对TNT的药量,但民用纯TNT类爆破器材很少。考虑到使用、加工方便,本实验直接使用雷管的装药,即RDX装药。理论上: W =WRDXQRDX/QTNT(8) 式中:W为TNT当量;WRDX为实际RDX用药量;QRDX为RDX爆热;QTNT为TNT爆热。 由前面的计算知W= 1 g;查表知: QRDX=5 363 200 J/kg;QTNT=4 231 900 J/kg。将之代入式(8),可求得 WRDX=0.79 g 3.2 直接爆炸胀管 直接爆炸胀管,即爆炸胀管时不对管和管板作任何加工处理。 3. 2. 1 使用1发雷管进行爆炸胀管 民用8号雷管内装RDX=0.7 g,起爆药约0.3 g,与计算的爆炸胀管下限相当,因此实验中首先用1发雷管进行爆炸胀管。结果发现,用1发雷管进行1次、2次甚至3次重复爆炸胀管都不能热交换管与管板紧密结合。1发雷管胀管后用手可以使管子转动,在1个大气压下进行水密实验发现,热交换管与管板之间气密、水密性都较差,渗漏严重。此时管板两端处不受管板约束的热交换管部分鼓胀不大。 3. 2. 2 使用1发雷管加导爆索爆炸胀管 鉴于1发雷进行爆炸胀管不能实现热交换管与管板的紧密结合,考虑增加炸药量,又分别用1. 5 g、2. 0 g, 3. 0 g炸药进行了爆炸胀管实验。实际操作时,如图3所示,将导爆索裁成3 cm左右1段,捆绑在雷管周围,安放在热交换管中轴线上。 实验结果表明,用1. 5 g、2. 0 g炸药进行爆炸胀管时,进行2次爆炸胀管后,在管板两端处不受管板约束的热交换管部分发生明显鼓胀,但管与管板之间的结合的水密性仍然不能满足使用要求,在1个大气压下进行水密实验,仍然发现有泄漏现象。 用3.0 g炸药进行爆炸胀管时,在管板两端处不受管板约束的热交换管部分发生显著鼓胀,在进行第2次胀管时,有交换管产生破裂,说明用药量过大。 3.3 在管板孔内刻槽后爆炸胀管 从直接爆炸胀管的实验结果看,爆炸胀管效果不理想。我们认为,主要原因在于,虽然爆炸作用下,作用在热交换管直径截面上的应力大于其动态屈服极限,但由于热交换管与管板孔径相差不大,热交换管在膨胀1个很小的半径后,即贴靠在管板上,受管板约束,实际上热交换管不能充分膨胀到塑性状态。因此,在爆轰产物压力下降后,热交换管即发生回弹,使热交换管与管板产生一定的间隙。 为了确保爆炸胀管后热交换管与管板之间的气密、水密性,如图4所示,我们在管板孔壁上刻出2个宽2mm,深1mm,倒角45°的刻槽,管板上刻槽,为刻槽处的热交换管提供了充足的塑性膨胀间隙,爆炸作用下,刻槽处的热交换管流入刻槽内,产生像塑性变形,在爆轰产物飞散、压力下降后,也不会发生弹性回弹,使刻槽处热交换管与管板可实现紧密结合。 实验证明,刻槽条件下,用2 g黑索金重复进行2次爆炸胀管,胀管后,在实验压力1. 06MPa时,保压0. 5 h无渗漏,完全达到了热交换管的使用要求。 4 结论 1)热交换管的爆炸胀管工艺简单,速度快,成本低,在生产车间即可更新热交换管,对生产影响小,是一项值得大力推广的爆炸加工技术。 2)影响爆炸胀管用药量的因素很多,爆炸胀管药量的可变范围较大。从动态屈服极限考虑计算出的理论药量作为参考很有价值,但最终实际爆炸焊接胀管的药量还要通过实验确定。 3)热交管板爆炸胀管中,在管板孔内刻槽是保证胀管质量的重要措施。 参考文献 [1] 郑哲敏,杨振声.爆炸加工[M].北京:国防工业出版社, 1981. [2] 卜令涛,朱顺官.爆炸成形技术在零件加工中的应用[J].爆破器材, 1999, 26(5): 22-24. [3] 陈传尧.工程力学[M].北京:高等教育出版社, 2005. [4] 马晓青,韩 峰.高速碰撞动力学[M].北京:国防工业出版社, 1998. [5] J亨利奇,著.爆炸动力学及其应用[M].熊建国,译.北京:科学出版社, 1987. |
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