Файл: Биметаллические трубы..pdf

рабочем уйасткб Датчика индуктируется электродвижущая сила (э. д. с.). Вертикальные (подводящие) проводники при перемещении оболочки остаются параллельными, обеспечивая взаимную компен­ сацию индуктируемых в них э. д. с. и не влияют на сигнал, возни­ кающий на рабочем участке датчика. Получаемый сигнал после уси­ ления подается на горизонтальные пластины импульсного осцил­ лографа (рис. 101). На вертикальные пластины подается напряжение

развертки. Таким образом, на экране осциллографа воспроизво­ дится зависимость скорости радиального перемещения оболочки от времени. При работе на линейном участке амплитудной харак­ теристики отклонение луча пропорционально подаваемому на уси­ литель сигналу.

8 (І) = H 0IU (і), г (t) = КуК0Кфе (/),

г (t) = К0КуКфН0іи (t) = KuU (0,

I — длина рабочей части датчика;

г— отклонение луча на экране;

Ку — коэффициент усиления сигнала; К0 — чувствительность осциллографа;

Кф — коэффициент фотоувеличения, равный отношению от­ клонения луча на фотографии к отклонению луча на экране осциллографа;

U — скорость перемещения;

Ки — коэффициент скорости перемещения;

Ф— магнитная индукция.

199

Напряженность поля #„ в зазоре численно равна магнитной ин­ дукции, зависит от конструкции установки и величины тока, про­ ходящего через обмотку электромагнита

/— длина железного сердечника;

р— магнитная проницаемость сердечника, зависящая от сорта

железа и от величины тока; /„ — воздушный зазор.

Для точного определения коэффициента Ки без знания всех параметров, от которых он зависит, применяли следующую методику. На строго фиксируемом расстоянии под участком трубы, на котором помещен датчик, устанавливали ограничитель перемещения трубы в виде микрометрического винта. Момент удара трубы об ограни­ читель фиксировался на осциллограмме резким уменьшением от­ клонения луча, соответствующим быстрому снижению скорости пере­ мещения оболочки. Таким образом, расчет коэффициента Ки сво­ дился к измерениям на осциллограмме и знанию величины зазора А

имоментом резкого замедления скорости (/ =

,= /о);

K t — временный коэффициент, равный

1р

Окончательно для определения Ки получаем

кF

Скорость перемещения стенки определяли в трубах длиной 100 мм из различных металлов. Нагружение осуществляли путем подрыва линейно-удлиненного цилиндрического заряда в. в., соосно разме­ щенного в канале трубы. Трубы деформировали по схеме: односто­ роннее возбуждение заряда в. в. при открытом осевом истечении газа.

На рис. 102 приведены характерные осциллограммы скоростей перемещения стенки трубы при деформации взрывом. Начальное

200

резкое возрастание скорости соответствует моменту воздействия на­ чала импульса и малых деформаций трубы. Внешнее давление, дей­ ствующее на стенки трубы, значительно превышает давление, ко­ торое необходимо для преодоления сопротивления металла пласти­ ческой деформации. Поэтому на первом этапе металл получает вы­ сокую скорость деформирования, достигающую сотни метров в се­ кунду. Эта скорость соответствует начальной стадии деформирова­ ния, вследствие чего первый этап сопровождается развитием высоких ускорений. В дальнейшем, по мере увеличения деформации возрастает

Это явление наблюдается вплоть до момента достижения металлом трубы предела прочности. Развивающиеся при сверхскоростном де­ формировании большие скорости и ускорения частиц металла при­ водят к тому, что существенную роль в процессе начинают приобре­ тать инерционные силы. В металле возникают дополнительные на­ пряжения, которые по величине сравнимы с напряжениями, воз­ никающими при пластической деформации. Таким образом, характер изменения скорости во времени существенно зависит от размеров труб и прочностных свойств деформируемых материалов.

Разность кинетических энергий, соответствующая моменту до­ стижения максимальной скорости трубы с ослабленным сечением и без ослабления сечения определяет, примерно, энергию деформа­ ции, что (по порядку величины) совпадает с энергией при статиче­ ской деформации труб.

Установлено, что скорости радиального перемещения стенки тру­ бы, зафиксированные осциллографированием в магнитном поле и высокоскоростной съемкой, близки по значениям. Указанными сред­ ствами исследованы закономерности деформации труб взрывом при разных схемах ударного нагружения и определены режимы движения стенки трубы при установившемся процессе производства биметал­ лических труб взрывом.

201

ПОСЛОЙНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

Знать закономерности совместной пластической деформации слоев необходимо для разработки оптимальных технологических схем производства и определения оптимальных размеров труб перед их сочленением.

Характер деформации слоев зависит от многих факторов, основ­ ными из которых являются: способ и параметры деформирования, состояние границы контакта слоев, соотношение пластических и физико-химических свойств металлов слоев, соотношения размеров слоев и их взаимного расположения.

Для расчета размеров заготовки используется предположение о пропорциональности деформации сечений слоев и сохранении постоянным коэффициента плакирования я. Показано, что закон пропорциональности истечения слоев с достаточной для практики точностью удовлетворяется почти во всех случаях, когда перед деформацией между слоями заготовки имеется связь, не нарушаю­ щаяся в процессе последующей переработки, т. е. при наличии сварки слоев (в передельных биметаллических трубах и заготовках) или натяга между контактными поверхностями, значительно повышаю­ щего межслойное трение в двухслойных заготовках.

Однако встречаются случаи, при которых пропорциональность деформации не соблюдается, при этом биметаллические трубы дан­ ного сочетания металлов не могут быть изготовлены. Примером последнего может служить изготовление труб с тонким наружным плакирующим слоем при большой разности в пластических свой­ ствах плакирующего и основного металлов.

Ниже приведены результаты исследования послойных деформаций при производстве труб из двухслойных и биметаллических заго­ товок.

Послойные деформации при прессовании и горячей прокатке

Прессование биметаллических труб, как правило, осуществляется из цилиндрического контейнера через коническую матрицу, что обеспечивает более равномерное истечение слоев заготовки. При этом размеры заготовок, прессованных труб и технологического инстру­ мента — контейнера, матрицы и оправки — известны. Известной является и степень деформации.

При истечении из очага деформации слои взаимно влияют друг на друга. При этом, как показали исследования, в зависимости от соотношения истинных пределов текучести металлов, межслойного и внешнего трения, толщин слоев и их расположения, а также пара­ метров очага деформации возможен различный характер истечения металлов: коэффициенты вытяжки обоих слоев равны; коэффициент вытяжки наружного слоя меньше коэффициента вытяжки внутрен­ него слоя; коэффициент вытяжки наружного слоя больше вытяжки внутреннего слоя.

202

Оптимальным является первый случай, который обеспечивает пропорциональную деформацию слоев. Он наблюдается чаще всего. Второй и третий приводят к неравномерному истечению слоев и даже к разрушению одного из них.

Некоторые из вышеприведенных факторов не могут быть произ­ вольно изменены. К ним, например, могут быть отнесены пределы текучести, расположение слоев и их толщина, степень деформации для выбранных размеров двухслойной заготовки и прессованной трубы, а также параметры очага деформации.

Большое влияние на характер деформации слоев оказывают межслойное и внешнее трения, которые можно регулировать. Чем больше коэффициент межслойного трения и чем меньше коэффи­ циент внешнего трения, тем более равномерная деформация слоев, а соответственно и скорости их истечения. В этом случае возможно допустить большее соотношение истинных пределов текучести, не опасаясь разрушения металлов при пластической деформации.

Оптимальным является случай, когда межслойный коэффициент трения равен единице. Для этого необходимо обеспечить сварку слоев до деформации.

Известно, что в ряде случаев сварка слоев происходит уже в про­ цессе нагрева двухслойной заготовки. Это иногда наблюдается при изготовлении'заготовок с натягом и при ав > а н, а также при повы­ шенном химическом сродстве металлов слоев: металлы слоев взаимно диффундируют уже в процессе нагрева. Это может быть и в случае, если линейный коэффициент расширения внутреннего слоя меньше наружного. Для этого необходимо осуществлять нагрев двухслой­ ной заготовки индуктором, введенным внутрь нее, с большим (до 200—300° С) перепадом температур по сечению заготовки.

Независимо от коэффициента межслойного трения при одина­ ковых или близких истинных пределах текучести и малом внешнем трении будет происходить равномерное истечение слоев. Однако и в этом случае схватывание металлов при нагреве способствует рав­ номерной деформации и повышению прочности сварки слоев.

При прессовании через коническую матрицу подавляющего большинства применяемых в практике биметаллических труб имеет место пропорциональная деформация обоих слоев двухслойной за­ готовки, а граница слоев в очаге деформации близка к прямолиней­ ной.

Теоретическая зависимость распределения деформаций между слоями от,различных параметров процесса представлена в работе [68]. Если коэффициент плакирования остается постоянным в очаге деформации, то радиус раздельной контактной поверхности в биме­ таллической трубе $ р2 (см. рис. 71) определяется однозначно из выражения

Я Р2п = Y n { R t - R \) + Ri

Радиус контактной поверхности R p2 назван в данном случае раздельным радиусом, соответствующим пропорциональной по­ слойной деформации, и обозначен через Rp2n- При этом Rp2 — £?р2п,

203