[发明专利]异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于爆炸焊接技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明采用如下技术方案：

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。

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。

进一步地，管间间隙7促进将内管6插入外管8内的位置。