Безопасность работ. технология и безопасность взрывных работ конференц (1). Материалы научнотехнических семинаров, 2012 г. Технология
 Скачать 3.08 Mb.
|
|
Выводы 1. ФКП Бийский олеумный завод было разработано техническое условие на вещество взрывчатое промышленное патронированное Эмиграны ПТУ. Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору Российской Федерации выдала разрешение № ВМ-0183 от 13.10.2010 на применение взрывчатых материалов – эмульсионное взрывчатое вещество эмигран П марки 25 в патронах диаметром 90, 120, 160 и 180 мм, которое предназначено для применения наземной поверхности в сухих и обводненных скважинах. Эмиграны успешно применяются при проведении взрывных работ от Новосибирской области до Хабаровского края. Объем продаж ФКП Бийский олеумный завод эмигранов П, содержащих частицы аммиачной селитры не более 0,7 мм, за январь – август 2012 года увеличился на 9 % по сравнению с этим же периодом 2011 года Литература Переведенцев П.П.Создание и производство новых взрывчатых материалов ФКП Бийский олеумный завод / П.П. Переведенцев и др. // Технология и безопасность взрывных работ материалы научно-технической конференции Развитие ресурсосберегающих технологий во взрывном деле, прошедшей в рамках IV Уральского горнопромышленного форума 12–14 октября 2011 г. – Екатеринбург ИГД УрО РАН, 2012. – С. 91–95. 2. Свидетельство на полезную модель RU 21934 от 28.02.2001. 3. Свидетельство на полезную модель RU 26323 от 08.05.2002. 4. ГОСТ 2-85. Селитра аммиачная. Технические условия. Патент на полезную модель RU № 92468 от 09.10.2009. УДК ВЫБОР И ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗРЫВЧАТЫХ СОСТАВОВ ДЛЯ СВАРКИ ВЗРЫВОМ ЛИСТОВЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК Н.Г. Багаветдинов, СИ. Карачинский, Е.А. Потеряева, О.А. Тимофеев, И.Р. Шакиров Взрывная сварка металлов впервые была осуществлена в СССР в 1961 году в Институте гидродинамики Сибирского отделения Академии наук под руководством академика МА. Лавреньтева ив короткое время развилась в самостоятельное научное направление, дав толчок соответствующему развитию промышленности. В настоящее время сваркой взрывом (СВ) получают практически любые сочетания разнородных металлов и сплавов, обладающих уникальным сочетанием характеристик прочности, пластичности, химической и коррозионной стойкости, электропроводности и т. п. Этот метод широко используется для изготовления токоподводов электролизных матриц, трубных досок теплообменников, реторт и плазменных печей для получения титановой губки и выплавки титана, лопаток гидротурбин, камер сгорания ракетных двигателей, корпусов химических и ядерных реакторов и других высокотехнологичных изделий различных отраслей машиностроения [1, 2]. Номенклатура взрывчатых составов (ВС), применяемых в мировой практике для СВ, представлена значительным количеством рецептур сыпучих, эластичных, пластичных, волокнистых, ячеистых ВС, имеющих различные характеристики, зависящие как от типа и размеров свариваемых заготовок, таки от возможностей и предпочтений конкретных исполнителей. Так, если для плакирования металлов и полимеров фольгой необходимы ВС со скоростью детонации до 7500 мс и критической толщиной до 1 мм [3, 4], то для сварки крупногабаритных заготовок с толщиной плакирующего слоя до десятков миллиметров требуются низкоскоростные (<3000 мс) ВС, стабильно детонирующие в толщинах от 10 до 120 мм [1, 5, 6]. Общими требованиями к ВС для СВ являются безопасность и технологичность приготовления, хранения и применения, минимальная токсичность и стоимость. В отечественной промышленности для СВ наибольшее распространение получили аммиачно-селитренные ВВ, исследованиям свойств которых посвящены многочисленные опубликованные работы, В РФЯЦ-ВНИИТФ в процессе освоения технологии СВ с целью выбора ВС, оптимальных для использования в условиях института, были проведены исследования технологических и детонационных характеристики показателей безопасности как известных, таки вновь синтезированных рецептур пластичных (ПВС), пористых (ПОВС) и сыпучих (СВС) составов на основе бризантных ВВ и различных горючих и инертных добавок (табл. 1). Для изготовления ПВС использовались тротил, гексоген, ТЭН, аммиачная селитра, древесная мука, формовочный песок и поли- изобутилен (ПИБ). ПИБ растворяли в хлороформе ив готовый раствор загружали соответствующие компоненты смеси. Масса перемешивалась до консистенции, при которой не происходило разделения компонентов. Далее смесь помещалась в специальные емкости и равномерно распределялась в виде листа толщиной 12 мм. После полного испарения растворителя получались образцы с плотностью от 0,9 до 1,3 г/см 3 Образцы ПОВС изготавливались путем пропитки поролона в емкости с насыщенным раствором ВВ в ацетоне различной концентрации. Для ускорения образования кристаллов образец после пропитки помещали в слабый раствор поливинилового спирта, после чего производилась его сушка при комнатной температуре. Количество ВВ в образце регулировалось концентрацией исходного раствора. Однако эта зависимость проявлялась до определенной концентрации, после которой рост содержания ВВ в образцах прекращался. После сушки получались кондиционные образцы плотностью г/см 3 Для изготовления СВС использовалась гранулированная и молотая аммиачная селитра, аммонит № 6ЖВ, дизтопливо и кварцевый песок, смешанные в различных пропорциях. Таблица Состав и детонационные характеристики исследованных ВС Ти п ВС Обозна чение ВС Содержание компонентов ВС, Скорость детонации, м/с Т ро тил Ге ксог ен ТЭН Аммиа чная селитра ПИБДрев есная мука Поролон Пе сок : ВВ (об ъемно е соотношение Неполная детонация ПВС2 – 25 – 70 Не детонирует ПВС3 5 20 – – 25 Не детонирует ПВС4 10 60 – – 20 10 – – 7567 ПВС5 10 – 50 – 20 20 – – 6780 ПВС6 30 – 25 – 25 Не детонирует ПВС7 – – 25 65 10 – – 1:2 2770 ПВС8 – – 25 75 Не регистрировалась ПВС925 70 Не регистрировалась ПВС1025 65 Не регистрировалась ПВС1125 63 12 – – – 2607 Пористые ПОВС1 – 59–65 – – – Ост ально е – Неполная детонация ПОВС2 – 31,5– 33,5 Не регистрировалась 21 – – 79 – – – 1:1,25 1195 СВС2 21 – – 79 – – – 1:2 1184–2959 СВС3 21 – – 79 – – – 1:3 2853 СВС4 21 – – 79 – – – 1:1 1333–1698 СВС5 21 – – 79 – – – 1:2,5 2382–2703 СВС6 – – – 75 (+5 % ДТ) – – – 25 2722–3125 СВС7 – – – 67 (+5 % ДТ) – – – 33 2450–2578 Детонационная способность полученных ВС оценивалась в зарядах толщиной от 12 до 60 мм, инициируемых ЭД типа ЭДВ-1 через промежуточный детонатор из высокобризантного ВВ массой от 0,5 до 1,5 г. Скорость детонации и характеристики безопасности детона- ционноспособных образцов определялись по стандартным методикам. Чувствительность к удару оценивалась частотой взрывов в приборчиках № 1 при использовании грузов массой 2 и 10 кг. Чувствительность к трению оценивалась по нижнему пределу взрываемости на приборе И. Температура вспышки определялась при задержке 30 с, а химическая стойкость испытуемых составов характеризовалась количеством выделившихся из них нитрит-ионов при нагревании в течение 8 часов при температуре С (табл. 2). Таблица Характеристики безопасности ВС Тип ВС Обозначение ВС Чувствительность к удару, Чувствительность к трению, кгс/см 2 Темпе- ратура вспышки, °С Химическая стойкость [NO 2 ], Груз 10 кг Груз 2 кг С песком Без песка Пластичные ПВС 10 76 – 3000 500 213 0,05 ПВС 11 68 – 3000 500 218 0,035 ТЭН 100 – 3000 250 214 – Сыпучие СВС 1 100 64 1200 – 275 0,0029 СВС 2 100 56 1100 – 280 0,0018 СВС 4 100 48 1300 – 275 0 СВС 6 92 – – 1900 252 – СВС 7 72 – – 1900 254 – № 6ЖВ 20 0 1300 3000 280 0,0029 АСЖВ пм 0 – 1400 3000 264 – Оценка тротилового эквивалента сыпучих ВС на основе аммиачной селитры, необходимого для расчета безопасных расстояний при СВ крупногабаритных заготовок, проводилась на основании энергетического закона подобия зарядов ВВ [8] путем сопоставления теплоты взрыва взрывчатой компоненты заряда Q ВК смесь аммиачной селитры с 5 % дизельного топлива) и теплоты взрыва тротила Q ТНТ , равной 1033 ккал/кг. Вклад 5 % дизельного топлива в теплоту взрыва взрывчатой компоненты оценивался по известным характеристикам игданита [8]: Q ВК = АС + Q 5%ДТ = 375 + 435 = 810 ккал/кг, (где Q 5%ДТ = 5/6(Q иг – АС) = 5/6(897 – 375) = 435 ккал/кг. (Определенный на основании этого тротиловый эквивалент взрывчатой компоненты ВС (аммиачной селитры с 5 % дизельного топлива) составил: ТЭ ВК = Q ВК /Q ТНТ = 810/1033 = 0,784. Тротиловый эквивалент ВС, состоящего из взрывчатой компоненты и песка, рассчитывался с учетом их массового соотношения по формуле ТЭ ВС = ТЭ ВК (1/(1 + М п /М ВК )), (которая для употребляемых на практике соответствующих объемных соотношений N = V ВК /V п при плотности песка 1600 кг/м 3 и селитры кг/м 3 , использовалась в виде ТЭ ВС = ТЭ ВК (N/(N + 2)), где М П и П – масса и объем песка М ВК и V ВК – масса и объем взрывчатой компоненты. Для ВС из аммиачной селитры с 5 % дизельного топлива и песка в объемном соотношении 2:1, использовавшегося для сварки заготовок площадью болеем, определенный таким образом ТЭ АС2/1 составил 0,392, а смеси из аммонита № 6ЖВ с песком в соотношении составил 0,6. Экспериментальная оценка тротилового эквивалента сыпучих ВС производилась на примере смеси из аммонита № 6ЖВ с песком в соотношении 3:1 сравнением интенсивности воздушной ударной волны (ВУВ), реализующейся в контрольном сечении опытного штрека (трубы диаметром 2,5 м) при подрыве в нем зарядов исследуемого и контрольного ВВ из сплава тротила с гексогеном ТГ4/6 (ТЭ ТГ4/6 = 1,148). Измерение скорости распространения фронта ВУВ в контролируемом сечении штрека производилось базовременным методом при помощи контактных датчиков, устанавливаемых на его стенке. Перепад давления на фронте ВУВ рассчитывался по измеренной в опытах скорости ее распространения согласно известной формуле [9]: 2 ф ф 2 ф 0 2 1 1 , 1 D P D С (где ρ 0 – плотность окружающей среды γ – показатель адиабаты воздуха ф – скорость фронта ВУВ; С – скорость звука ввоз- духе. Полученные в экспериментах зависимости давления на фронте ВУВ и соответствующие зависимости тротилового эквивалента от приведенной массы взрываемых в опытном штреке зарядов, изготовленных из смеси аммонита № 6ЖВ с песком в соотношении 3:1, и контрольного ВВ из сплава тротила с гексогеном ТГ 4/6 представлены на рис. 1, 2. Рис. 1. Экспериментальная зависимость давления на фронте ВУВ от приведенной массы зарядов, изготовленных из аммонита №6ЖВ, смеси аммонита № 6ЖВ с песком в соотношении 3:1 и продукта ТГ40/60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Перепад давления на фронте ВУ В , МПа Приведенная масса ВВ, кг/м 1/3 Аммонит № 6ЖВ ВС аммонит № 6ЖВ+песок соотношением Продукт ТГ40/60 Как видно из графиков, расчетные и экспериментальные оценки тротилового эквивалента ВС удовлетворительно согласуются друг с другом. Анализ детонационных характеристики параметров безопасности исследованных взрывчатых составов показал следующее пластичные ВС при толщине заряда 12 мм, содержащие до 55 % гексогена и тротила, недетонационноспособны, а содержащие свыше 60 % ВВ детонируют со скоростью от 6780 до 7604 мс, пропорциональной концентрации ВВ; – пластичные ВС, содержащие 60 % аммиачной селитры и 25 % гексогена, не детонируют, а содержащие 60 % аммиачной селитры и 25 % ТЭНа, детонируют независимо от наличия или отсутствия песка с близкой к оптимальной для сварки взрывом скоростью детонации мс пористые ВС, содержащие до 60 % тротила или гексогена, не- детонационноспособны; – пористые ВС, содержащие от 79 до 84 % ТЭНа или от 63 до 67 % смеси ТЭНа с гексогеном, детонируют со скоростью от 1000 до 2500 мс в зависимости от содержания в них ВВ, ноне обеспечивают требуемых для сварки пластин параметров соударения сыпучие ВС из аммонита № 6ЖВ с песком при соотношении компонентов от 1:1 дои из аммиачной селитры мелкого помола с песком и дизтопливом при соотношении от 2:1:0,05 допри высоте заряда более 12 мм устойчиво детонируют со скоростью от 1184 до 2959 мс и от 2450 до 3125 мс, соответственно, обеспе- Рис. 2. Экспериментальная зависимость тротилового эквивалента ВС на основе аммонита №6ЖВ (ТЭ 6ЖВ3/1 расч = 0,6) и продукта ТГ40/60 (ТЭ ТГ4/6 = 1,148), определенного по интенсивности ВУВ, реализующейся в УТ, от приведенной массы заряда ВВ Приведенная масса ВВ, кг/м 1/3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Тротиловый эквивалент 0 ВС аммонит № 6ЖВ+песок соотношением Продукт ТГ40/60 57 чивающей возможность, при соблюдении необходимых технологических параметров, получать качественное сварное соединение разнородных металлов уровни безопасности пластичных ВС на основе ТЭНа и сыпучих ВС на основе аммонита № 6ЖВ и аммиачной селитры не превышают уровней безопасности базовых ВВ, используемых для их изготовления. При этом введение песка во ВС увеличивает их чувствительность к удару вплоть до 100 %, что необходимо учитывать при проведении соответствующих технологических операций определенный по интенсивности ВУВ, имеющей скорость детонации мс, тротиловый эквивалент ВС из аммонита № 6ЖВ с песком составил ТЭ 6ЖВ3/1 =0,55...0,68, что удовлетворительно согласуется с результатами расчетной оценки тротилового эквивалента на основании закона подобия (ТЭ 6ЖВ3/1 = 0,6) и подтверждает достоверность расчетной оценки ТЭ АС2/1 = 0,392 для ВС из аммиачной селитры с 5 % дизельного топлива и песка в объемном соотношении 2:1, использовавшейся для сварки заготовок площадью более 15 мВ целом результаты исследований позволили обосновать возможность проведения работ по сварке взрывом на внутреннем полигоне РФЯЦ-ВНИИТФ и показали, что оптимальными по большинству характеристик для изготовления крупногабаритных заготовок в настоящее время являются широко используемые в отечественной практике сыпучие ВС на основе аммиачной селитры, изготавливаемые в условиях внутреннего полигона непосредственно перед применением (рис. 3, 4). Именно такие смеси были использованы для сварки взрывом более чем 15 различных биметаллических композиций площадью от 0,04 дом, в том числе заготовок из нержавеющей 08Х18Н10Т и марганцовистой ХМ сталей площадью пом, выполненной РФЯЦ-ВНИИТФ для различных предприятий Уральского региона Результаты определения тротилового эквивалента ВС были использованы для подтверждения возможности проведения работ и определения безопасных расстояний при подрыве на рабочем поле, оборудованном различными технологическими сооружениями, нагружающих зарядов массой до 1500 кг, необходимых для изготовления крупногабаритных заготовок. В качестве перспективных ВС, обеспечивающих возможность заблаговременного изготовления нагружающих зарядов в заводских условиях и с заводским качеством, можно рассматривать пластичные составы, имеющие, наряду с удовлетворительными детонационными характеристиками, существенные технологические преимущества перед сыпучими ВВ при их применении. Однако определяющим условием для их использования в конечном итоге, очевидно, будет являться их стоимость, зависящая от многих факторов не- технического характера. Рис. 4. Погрузка листов биметалла площадью 15,5 м из нержавеющей и марганцовистой сталей, изготовленных сваркой взрывом с помощью ВС на основе аммиачной селитры Рис. 3. Пластины из алюминия и меди, подготовленные к сварке взрывом с помощью ВС на основе аммиачной селитры Литература. Селиванов В.В. Взрывные технологии / В.В. Селиванов, И.Ф. Кобылкин, С.А. Новиков. – М МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 2. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом / А.А. Дерибас. – Новосибирск Наука, 1980. 3. Огородников В.А. Особенности процесса взрывного плакирования фольгами В.А. Огородников, А.А. Садовой // Физика горения и взрыва. – 1999. – Т. 35. – № 4. – С. 118–121. 4. Патент № 2384551 Российская Федерация. Смесевое взрывчатое вещество / Дреннов ОБ, Фомичёва Л.В. и др. от 20.03.2010. 5. Исследование характеристик аммиачной селитры и ее смесей с кварцевым песком применительно к сварке взрывом / Ю.П. Бесшапошников и др. // Физика горения и взрыва. – 1992. – Т. 28. – № 5. – С. 131–132. 6. Первухин Л.Б. Особенности взрывчатых веществ для промышленного производства биметаллов сваркой взрывом / Л.Б. Первухин, О.Л. Первухина // Взрывное дело. – №102/59. – М ЗАО МВК по взрывному делу при АГН, 2009. 7. В.Е. Кожевников Детонация аммиачной селитры и динамонов с инертными добавками и без них / В.Е. Кожевников // Физика горения и взрыва. – 1999. – Т. 35. – № 3. – С. 114–118. 8. Дубнов Л.В. Промышленные взрывчатые вещества / Л.В. Дубнов, НС. Баха- ревич, АИ. Романов. – е изд, перераб. и доп. – М Недра, 1988. – 358 с. Физика взрыва в 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. – е изд, перераб. – М ФИЗМАТЛИТ, 2002. 10. Сварка взрывом / С.П. Антипинский и др. // Технология и безопасность взрывных работ материалы научно-технических семинаров / ИГД УрО РАН ред. Берсенев Г.П. – Екатеринбург УрО РАН, 2011. – С. 256–261. УДК ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ СКОЛЬЗЯЩЕЙ ДЕТОНАЦИИ Ю.П. Бесшапошников, В.И. Чернухин, В.В. Пай При решении задач в области металлообработки взрывом сварки, упрочнения и компактирования при помощи скользящей детонационной волны – к числу главных вопросов относится проблема корректного определения динамических параметров метания. Одним из основных параметров является угол поворота метаемой пластины. В связи с этим важно знать метательную способность взрывчатых смесей, которая характеризуется величиной импульса, передаваемого телу продуктами взрыва. Главной особенностью большинства методов определения метательной способности взрывчатых веществ является то, что эту способность оценивают относительно некоторого эталона В данной работе приводится способ определения метательной способности ВВ в условиях скользящей детонации без использования эталона. Рассмотрим пластину, движущуюся за счет скользящей вдоль ее поверхности детонационной волны в слое ВВ (рис. 1). Пусть система отсчета в виде декартовых координат связана с детонационным фронтом. Ось |