ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ВЗРЫВОМ
EXPLOSIVE COMPOSITION FOR PROCESSING METALS BY EXPLOSION

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам (ВВ), предназначенным для обработки металлов взрывом, преимущественно для сварки, а также для взрывных работ при добыче камнеблоков.
Известно ВВ аммонит А-2 [1], представляющее собой механическую смесь гранулированной и кристаллической аммиачной селитры (АС) (93 масс.%) с раствором тротила (ТНТ) (1,4 масс.%) в дибутилфталате (5,6 масс.%).
Недостатками известного ВВ являются:
- сравнительно узкий интервал значений скорости детонации D=2,5-4,5 км/с с несколько повышенным значением скорости на нижнем уровне, при этом известно [2], что для сварки взрывом значения скорости детонации ВВ должны находиться в интервале 1,5-5,0 км/с и не превышать скорость звука в свариваемых металлах;
кр
- большая критическая толщина детонации h=35-55 мм;
кр
- наличие критической плотности ρ, выше которой аммонит А-2 теряет способность детонировать;
- присущие для большинства порошкообразных аммиачно-селитренных ВВ недостатки:
а) сложная технология подготовки плоских зарядов, заключающаяся в необходимости изготавливать деревянную или картонную форму, засыпать в форму ВВ и разравниванием формировать заряд с постоянными высотой, плотностью и распределением компонентов для обеспечения стабильности детонации, это труднодостижимо при изготовлении порошкообразных зарядов для обработки деталей сложной формы;
b) низкая физическая стабильность, определяемая факторами:
увлажнение, при увлажнении до ~1,5 масс.% и более снижается скорость детонации и ухудшается детонационная способность ВВ [3];
слеживание, приводящее к потере сыпучести ВВ [4] и невозможности формирования зарядов с постоянными требуемыми характеристиками;
расслаивание ВВ по компонентам, это происходит при влажности менее 0,8 масс.% и приводит к непрогнозируемым локальным колебаниям скорости детонации и, как следствие, ухудшению качества сварных соединений [3].
Известен ВВ аммонит AT [5], выбранный в качестве прототипа, содержащий тротил 3-8 масс.% и аммиачную селитру 93-97 масс.%.
Недостатками аммонита AT являются:
- сравнительно узкий интервал значений скорости детонации 1,5-3,8 км/с;
кр
- большая критическая толщина детонации h=10-40 мм;
кр
3
- наличие критической плотности ρ=1,4-1,5 г/см, выше которой аммонит AT теряет способность детонировать;
- другие недостатки, присущие для большинства порошкообразных аммиачно-селитренных ВВ, отмеченные выше для аммонита А-2.
Техническим результатом данного изобретения является создание взрывчатого состава для обработки металлов взрывом, преимущественно для сварки, а также для взрывных работ при добыче камнеблоков, не имеющего критической плотности, обладающего широким интервалом значений скорости детонации, малой критической толщиной детонации и физической стабильностью, пригодного для обработки деталей плоской и сложной конфигурации.
Результат достигается тем, что взрывчатый состав для обработки металлов взрывом включает в качестве структурно-механичесой основы баллиститную массу из коллоксилина, нитроглицерина и диметилдифенилмочевины (централита №2) в соотношении соответственно 58:40:2 масс.%, в качестве дополнительного пластификатора и энергетической добавки содержит диэтанолнитраминдинитрат (ДИНА) или динитротолуол, или их композицию и в качестве химического газообразователя азо-бис-изобутиронитрил (порофор ЧХЗ-57) при следующем содержании компонентов, масс.%:
- баллиститная масса из коллоксилина, нитроглицерина
и диметилдифенилмочевины
70,93-86,87;
- диэтанолнитраминдинитрат или
динитротолуол, или их композиция
12,96-28,54;
- азо-бис-изобутиронитрил
0,1-0,7
5
Введение во взрывчатый состав баллиститной массы из коллоксилина, нитроглицерина и централита №2 в соотношении соответственно 58:40:2 масс.% в количестве 70,93-86,87 масс.% формирует энергетическую и структурно-механическую основу состава, обуславливая высокие взрывчатые характеристики и физико-химическую стабильность зарядов. Физико-механические и теплофизические характеристики массы позволяют перерабатывать ее (вальцевать и формовать) по баллиститной технологии. Наибольшая ньютоновская вязкость баллиститной массы составляет 98×10 Па·с.
5
5
Введение в качестве дополнительного пластификатора ДИНА или динитротолуола, или их композиции в количестве 12,96-28,54 масс.% снижает наибольшую ньютоновскую вязкость состава до 11,5×10-0,05×10 Па·с, благодаря чему вспенивающие свойства порофора ЧХЗ-57, вводимого в состав в количестве 0,1-0,7 масс.%, реализуются более полно, что позволяет регулировать плотность, скорость детонации и критическую толщину состава в широких пределах.
Характеристики образцов взрывчатого состава и прототипа приведены в таблице.
Для лучшего понимания сущности изобретения приводится пример технологии получения 1000 г образца №3 взрывчатого состава (см. таблицу), содержащего баллиститную массу из коллоксилина, нитроглицерина и централита №2 в соотношении соответственно 58:40:2 масс.% в количестве 863,4 г, ДИНА в количестве 129,6 г и порофор ЧХЗ-57 в количестве 7 г.
Изготовление образца осуществлялось по штатной баллиститной технологии. В смеситель с лопастной мешалкой заливали воду и нагревали ее до температуры «варки» 55-60°С. Затем загружались компоненты баллиститной
Таблица - Рецептуры и характеристики взрывчатого состава для обработки металлов взрывом и прототипа
Показатели
Прототип[5]
Образцы взрывчатого состава для обработки металлов взрывом
1
2
3
4
5
Состав, масс.%:
- тротил;
3-7
-
-
-
-
-
- селитра аммиачная;
93-97
-
-
-
-
-
- баллиститная масса из коллоксилина, нитроглицерина и централита №2 в соотношении соответственно 58:40:2;
-
90,27-90,82
86,34-86,87
79,44-79,93
73,55-74,0
70,93-71,36
- ДИНА или динитротолуол или их композиция;
-
9,03-9,08
12,96-13,03
19,86-19,97
25,75-25,9
28,37-28,54
- порофор ЧХ3-57.
-
0,7-0,1
0,7-0,1
0,7-0,1
0,7-0,1
0,7-0,1
Взрывчатые и физико-механические характеристики:
Критическая толщина детонации h<sub>кр</sub>, мм
10-40
10-4,2
9,7-6,0
9,1-9,5
8,5-13,0
8,2-14,6
Скорость детонации D, км/с
1,5-3,8
3,0-7,80
2,76-7,72
2,36-5,14
1,96-2,43
1,75-1,05
Критическая плотность ρ<sub>кр</sub>, г/см<sup>3</sup>
1,4-1,5
-
-
-
-
-
Плотность заряда ρ<sub>з</sub>, г/см<sup>3</sup>
0,85-0,90
1,45-1,60
1,36-1,56
1,20-1,47
1,03-1,38
0,94-1,33
Наибольшая ньютоновская вязкость η, Па·с
-
26×10<sup>5</sup>
11,5×10<sup>5</sup>
2,4×10<sup>5</sup>
0,1×10<sup>5</sup>
0,05×10<sup>5</sup>
массы в следующей последовательности: коллоксилин в количестве 466,24 г, нитроглицерин в количестве 384,21 г в 6-7 приемов мелкими порциями и централит №2 в количестве 12,95 г. Перемешивание производилось в течение 20 минут. Затем в 5-6 приемов в смеситель дозировали навеску дополнительного пластификатора ДИНА в количестве 129,6 г и всю массу перемешивали в течение следующих 10 минут. В последнюю очередь вводился мелкодисперсный перекристаллизованный порофор ЧХ3-57 в количестве 7 г в составе водно-ацетоновой взвеси. Соотношение объема массы к воде составляло 1:8. После 10-минутного перемешивания содержимое смесителя охлаждали до комнатной температуры, воду от массы отжимали на воронке Бюхнера. С целью удаления остаточной влаги, усреднения состава и пластификации массу подвергали обработке на гладких вальцах при температуре 60-65°С.
Из вальцованной массы по гидропрессовой технологии получали ленту продавливанием массы через щелевые втулки с различной высотой щели при температуре 60-70°С. Ленту разрезали на отрезки различной ширины и длины. Затем отрезки образца помещали в формы и далее в термошкаф. В ходе термостатирования при 95°С образцы вспенивались. После охлаждения пористые пластины при необходимости подравнивались острым ножом.
Аналогичным образом изготавливаются образцы №1-2 и 4-5 взрывчатого состава.
5
3
з
кp
При содержании баллиститной массы из коллоксилина, нитроглицерина и централита №2 в соотношении соответственно 58:40:2 в количестве 90,27-90,82 масс.%, дополнительного пластификатора диэтанолнитраминдинитрата или динитротолуола, или их композиции в количестве 9,03-9,08 масс.%, а также газообразователя азо-бис-изобутиронитрила в количестве 0,1-0,7 масс.% (образец №1) физико-механические и взрывчатые характеристики состава имеют следующие значения: наибольшая ньютоновская вязкость η=26×10 Па·с, плотность ρ=1,45-1,6 г/см, критическая толщина детонации h=4,2-10 мм, скорость детонации D=3,0-7,8 км/с.
По сравнению с прототипом образец №1 имеет меньшее значение критической толщины и более широкий интервал значений скорости детонации, однако при этом нижнее значение интервала у образца №1 оказалось существенно выше (3,0 км/с), чем у прототипа (1,5 км/с), хотя известно [2], что для сварки взрывом значения скорости детонации ВВ должны находиться в интервале 1,5-5,0 км/с. Наличие у образца верхнего уровня скорости детонации порядка 7,8 км/с позволяет расширить область применения и использовать его также в процессах упрочнения металлов взрывом, для которых требуются ВВ, детонирующие со скоростью 7-8 км/с [5]. Существенным недостатком образца №1 является недостаточная эластичность, не позволяющая плотно без зазоров прилегать к обрабатываемой детали.
5
При содержании в составе пластификатора ДИНА или динитротолуола, или их композиции в количестве более 29 масс.%, порофора ЧХЗ-57 в количестве 0,1-0,7 масс.% и баллиститной массы из коллоксилина, нитроглицерина и централита №2 в соотношении соответственно 58:40:2 остальное наибольшая ньютоновская вязкость понижается до (0,01-0,02)×10 Па·с и состав трудно перерабатывается. При вальцевании и формировании масса прилипает к поверхностям технологического оборудования, форма вспененных образцов и их пористость после незначительных механических воздействий полностью не восстанавливаются, что отрицательно сказывается на стабильности физико-механических и взрывчатых характеристиках состава.
Лучшие характеристики имеют образцы №№2-5 состава, включающего баллиститную массу из коллоксилина, нитроглицерина и централита №2 в соотношении соответственно 58:40:2 в количестве 70,93-86,87 масс.%, пластификатора ДИНА или динитротолуола, или их композиции в количестве 12,96-28,54 масс.%, а также газообразователя порофора ЧХЗ-57 в количестве 0,1-0,7 масс.%.
з
кр
3
5
По сравнению с прототипом образцы №№2-5 имеют более высокие значения плотности (ρ=0,94-1,56 г/см), меньшие значения критической толщины (h=6,0-14,6 мм), более широкий интервал значений скорости детонации (D=1,05-7,72 км/с), не имеют критической плотности (детонируют во всем интервале плотностей заряда), физически стабильны. Значения наибольшей ньютоновской вязкости η=(0,05-11,5)×10 Па·с обуславливают достаточно высокую их эластичность и плотное прилегание к поверхностям обрабатываемых деталей плоской и сложной конфигурации.
При определении характеристик образцов взрывчатого состава для обработки металлов взрывом использовались следующие методики:
кр
критическая толщина детонации (h) определялась серией подрывов плоских зарядов различных толщин, ширина зарядов составляла не менее 5-ти толщин, длина - не менее 10-ти толщин заряда, критическая толщина детонации определялась как среднее арифметическое между толщиной, при которой наблюдалось затухание детонации, и ближайшей толщиной, при которой наблюдалась устойчивая детонация по всей длине заряда;
- скорость детонации определялась по ОСТ В 84-900-74;
з
- плотность зарядов (ρ) определялась по ГОСТ 14839.18-69;
-1
-1
- вязкость определяли вискозиметрическим методом с продавливанием материала состава через гладкие капилляры одинакового диаметра и различной длины, по графической зависимости вязкости η от скорости деформации Y, построенной в логарифмических координатах, определяли наибольшую ньютоновскую вязкость при скорости деформации, близкой к 0 с. Условия испытаний: масса навески испытуемого образца 30 г; температура испытания 90°C; скорость деформации 0-10 с.
При изготовлении взрывчатого состава для обработки металлов взрывом используются:
- коллоксилин марки Н по ГОСТ В 84-2440-90 или лаковый по ГОСТ 5936-73, или ТУ 7508403-138-93;
- нитроглицерин по ГОСТ В 84-2386-88;
- централит №2 (диметилдифенилмочевина) по ГОСТ 2154-77;
- динитротолуол по ОМТУ 280-55, ОСТ В 84-1461-77 или ТУ 7511903-600-92;
- ДИНА (диэтанолнитраминдинитрат) по ТУ 84520-318-81;
- порофор ЧХ3-57 (азо-бис-изобутиронитрил) по ТУ 113-03-365-82;
- ацетон ГОСТ 2768-84.
кр
кр
з
3
Преимуществами заявляемого взрывчатого состава по сравнению с прототипом являются более низкие значения критической толщины детонации (h 6,0-14,6 мм), более широкий интервал значений скорости детонации (D=1,05-7,72 км/с), отсутствие критической плотности ρ, более высокие значения и широкий интервал плотностей заряда (ρ=0,94-1,56 г/см), более высокая физическая стабильность, пригодность для обработки деталей плоской и сложной конфигурации, более широкая область применения: сварка, добыча камнеблоков и упрочнение металлов взрывом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Вещества взрывчатые промышленные. Аммонит А-2. Технические условия ТУ 84-1005-84.
2. Сварка металлов в металлургии. Кудинов В.М., Коротеев А.Я. М., «Металлургия», 1978. 168 с. (Серия «Новые процессы сварки давлением»).
3. Захаренко И.Д. Сварка металлов взрывом. - Мн.: Наука и техника, 1990. - 205 с.
4. Дубнов Л.В.. Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988. - 358 с: ил.
5. Аммониты AT. Технические условия ТУ 7511903-624-93.
6. А.А. Дерибас. Физика упрочнения и сварки взрывом. - Новосибирск: Наука, 1980, 221 с.