Экспериментальное и численное исследование параметров детонации эмульсионных взрывчатых веществ с микробаллонами из стекла тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

Рафейчик Сергей Игоревич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕТОНАЦИИ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ С МИКРОБАЛЛОНАМИ ИЗ

СТЕКЛА

01,04.17 - Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества ^

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

005557962

005557962

Рафейчик Сергей Игоревич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕТОНАЦИИ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ С МИКРОБАЛЛОНАМИ ИЗ

СТЕКЛА

01.04.17 - Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Работа выполнена в Институте гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, г. Новосибирск

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук В. В. Сильвестров Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Г. В. Кузнецов, Томский политехнический университет, заведующий кафедрой доктор физико-математических наук А. И. Лямкин, Сибирский федеральный университет, заведующий кафедрой

Ведущая организация:

Институт проблем химической физики РАН, г. Черноголовка

Защита диссертации состоится «28 » чеи.о$рА2014 г. в 10— часов на заседании диссертационного советаг Д 003.054.01 при Институте гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, проспект акад. Лаврентьева, 15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН

Автореферат разослан «_» _2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 003.054.01 доктор физико-математических наук ^ А. А. Чесноков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эмульсионные ВВ (ЭмВВ) нашли широкое применение в горнодобывающей промышленности, т. к. обладают рядом привлекательных свойств: дешевые энергетические компоненты - аммиачная селитра и углеводородное горючее, простота изготовления, высокая степень безопасности при работе, водостойкость, достаточно высокая мощность, меньшее количество вредных выбросов, и др. [1]. Для ЭмВВ со скоростью детонации более 3,5 км/с известны основные характеристики: скорость и давление детонации, критическая толщина, предложены аналитические и численные модели, позволяющие рассчитать значения этих параметров, в том числе, температуру в зоне реакции. Показано, что эмульсионные ВВ обладают высоким потенциалом изменения детонационных характеристик при изменении доли сенсибилизатора в их составе.

В настоящее время параметры детонации низкоплотных ЭмВВ и их возможности исследованы мало. При этом гетерогенные эмульсионные ВВ являются удобной модельной средой для развития теории «горячих точек», поскольку позволяют контролировать распределение по размерам и количество искусственных пор. Также представляет интерес возможность их применения для обработки металлов взрывом.

Цель работы заключается в определении детонационных характеристик эмульсионных ВВ с различным содержанием сенсибилизатора (полые микробаллоны из стекла), построении модели, позволяющей описать наблюдаемые зависимости, а также в установлении возможностей этих ВВ для решения задач сварки взрывом. Основное внимание уделено получению экспериментальных данных, которые используются при калибровке численной модели и расчете последующих постановок.

Научная новизна. Получены зависимости детонационных характеристик ЭмВВ при изменении начальной плотности в широких пределах от 0,5 до 1,33 г/см3 и давления детонации от 7 до 120 кбар, реализована детонация ВВ с очень низкими параметрами: р0=0,5 г/см3, Д =2,1 км/с. Определены зависимости критического диаметра ЭмВВ с разным содержанием сенсибилизатора в легкой оболочке из

пластика и тяжелой стальной оболочке и отмечены их основные особенности.

Определены значения показателя политропы продуктов взрыва ЭмВВ различной плотности и ударная адиабата чистой эмульсии в диапазоне давлений, перекрывающем расчетное давление детонации.

Построена макрокинетика разложения эмульсии, в которой учитывается переменная доля сенсибилизатора. Предложены значения коэффициентов в уравнениях состояния (УРС) эмульсии и продуктов взрыва, и с помощью коммерческого пакета ЭГИДА-20 в одномерном случае получены расчетные результаты, близкие к экспериментальным данным, в том числе, зависимость ширины зоны реакции от плотности.

Экспериментально показана возможность применения низкоскоростных ЭмВВ для реализации «деликатных» режимов сварки взрывом с небольшой массой ВВ.

Практическая ценность. Результаты работы могут быть использованы для разработки отечественных патронированных ЭмВВ малого диаметра до 10-15 мм и малой мощности. Практический интерес представляет применение ЭмВВ для «деликатной» сварки взрывом: плакирование металлов тонкими фольгами и соединение стальной трубки малого диаметра со стальной втулкой. Указанные режимы сварки отличаются малым количеством используемого ВВ.

Положения, выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментального исследования зависимостей скорости детонации ЭмВВ от диаметра и плотности, и критического диаметра зарядов в оболочке из пластика и стали в диапазоне р0 =0,5-7-1,33 г/см3. Значения показателя политропы продуктов взрыва при трех концентрациях сенсибилизатора и ударная адиабата чистой эмульсии в диапазоне давлений 0,5-^37 ГПа.

2. Результаты численного моделирования параметров детонации ЭмВВ в одномерной геометрии на основе разработанной модели макрокинетики разложения.

3. Применение низкоскоростных ЭмВВ для решения двух задач — плакирование металлов тонкими фольгами и восстановление изношенной резьбы - методом сварки взрывом.

Личный вклад автора заключается в разработке постановок, планировании и проведении экспериментов, анализе результатов и

формулировании выводов, в разработке оригинальной модели макрокинетики и проведении численных расчетов детонации ЭмВВ с помощью кода ЭГИДА-20 и разработке состава для решения задачи восстановления изношенной резьбы.

Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- студенческой конференции ХЬУИ МНСК, Новосибирск, 2009; международной конференции «XI Харитоновские тематические научные чтения», Саров, 2009;

- Всероссийской конференции «Современная баллистика и смежные вопросы механики», Томск, 2010; 14 международном симпозиуме по детонации, Айдахо, США, 2010; VII Всероссийской конференции «Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике», Новосибирск, 2010;

- международной конференции «XIII Харитоновские тематические научные чтения», Саров, 2011;

- Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии», Новосибирск, 2012;

- международной конференции «XV Харитоновские тематические научные чтения», Саров, 2013; Всероссийской конференции «Взрыв в физическом эксперименте», Новосибирск, 2013;

- на конкурсах молодых ученых и семинаре отдела взрывных процессов ИГиЛ СО РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей в рецензируемых журналах (4 из списка ВАК) и 9 публикаций в трудах российских и международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии. Материал изложен на 64 страницах текста, включающих в себя 29 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 46 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описывается объект исследования - эмульсионные взрывчатые вещества, и обосновывается актуальность работы. Рассматриваются особенности, выделяющие их среди других промышленных ВВ. Приводятся основные результаты исследований детонационных характеристик этих веществ, как экспериментальных, так и содержащих теоретический анализ. Отмечена возможность изменения параметров детонации ЭмВВ в широких пределах при увеличении доли сенсибилизатора в его составе. Указаны малоизученные вопросы, представляющие интерес - предельные характеристики ЭмВВ с высокой детонационной способностью; построение модели, объясняющей совокупность экспериментальных данных для эмульсии с большим числом пористых включений до 75 % по объему; параметры детонации чистой эмульсии без сенсибилизатора; применение ЭмВВ в технологиях, не связанных с горным делом, например, для сварки взрывом. Указаны основные результаты, полученные в диссертационной работе.

В первой главе приводятся результаты измерения детонационных характеристик ЭмВВ лабораторного изготовления. Исследовались ВВ с эмульсионной матрицей на основе водного раствора аммиачной и натриевой селитр (94 массовых %) и углеводородного горючего (смесь индустриального масла и эмульгатора, 6 масс. %) — АС/НС эмульсией. Приведены размер капелек окислителя (менее 1-2 мкм) и характеристики полых стеклянных микробаллонов МС-В отечественного производства (НПК «Терм»), используемых в качестве физического сенсибилизатора. Плотность ВВ варьировалась в диапазоне р0 =1,33-^0,50 г/см3 изменением доли микробаллонов р. от 1 до 50 % сверх массы эмульсии, соответствующая объемная доля ф равна 6 + 15%. Таким образом, исследовались эмульсионные ВВ с существенно различными параметрами, от близких по плотности к чистой эмульсии Рот —1;41 г/см3, до существенно неоднородных.

Приведены результаты определения параметров детонации: зависимости скорости детонации от диаметра заряда D(d) (рис. 1), критического диаметра от плотности ЭмВВ dcr (р0) для оболочек из пластика и стали с существенно различными акустическими импедансами. При измерении D{d) для «свободных» зарядов

использовались тонкостенные трубки из пластика диаметром от 3 до 50 мм длиной 30+10 калибров соответственно. Скорость детонации измерялась 4 контактными или ионизационными датчиками. Критический диаметр определялся по критерию «взрыв - отказ» и стационарности процесса на х-* диаграмме. Наибольшая погрешность при таком подходе наблюдается для высокоплотных ЭмВВ в стальной оболочке, в том числе, из-за возможного режима низкоскоростной детонации с неполным разложением эмульсии при малом содержании пор. Для уточнения значений (1сг на краях диапазона плотностей, где ВВ имеет низкую чувствительность, возможно использование других подходов, например [2].

Данные /)(а0 приближались формулой Эйринга

О / Д = \-А/с!, где Д(р0) - «идеальная» скорость детонации зарядов большого диаметра, А(р0) - величина, пропорциональная ширине зоны реакции. Необходимо отметить, что при ро<0,9 г/см3 (/л > 20 %) скорость детонации практически не зависит от поперечного размера заряда ВВ, что представляет интерес с точки зрения обработки металлов взрывом.

20

1

О, км/с

б, мм

12

— Д--1 □ 2

А

Ж-

___а —

-............./ .....

/ '

/ -г

— ТГ°' р о, Г/см3

20

40

80

100

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

Рис. 1. Скорость детонации от диаметра заряда для ЭмВВ с различной

долей микробаллонов (Д, (слева) и критический радиус от плотности ВВ (справа). 1 - заряды в оболочке из пластика, 2 - заряды в стальной

оболочке.

Ро

Реализована детонация ЭмВВ с очень низкими параметрами: : 0,5 г/см3, Д. = 2,1 км/с, соответствующее давление рС] ~ 7 кбар.

Показано, что зависимость <^сг(р0) ЭмВВ в тонкой пластиковой оболочке немонотонна, аналогично поведению критической толщины [3]. При роя1,02 г/см3 критический диаметр достигает минимума « 5 мм, а при дальнейшем уменьшении плотности увеличивается до 12-13 мм. Для зарядов в «жесткой» оболочке из стали он существенно уменьшается, вплоть до 2 мм, и в пределах погрешности 0,5 мм зависимость становится монотонной.

На основе литературных данных ширины зоны реакции ЭмВВ от плотности из [4] оценена характерная величина с1сг /2ая (р0) = 0,45 + 0,9 для зарядов в стальной оболочке. В случае свободных зарядов мощных вторичных ВВ эта величина составляет, например, для литого и насыпного тротила с1сг / 2ак =2 + 4 [5]. Можно полагать, что ее уменьшение для ЭмВВ в жесткой оболочке связано с уменьшением кривизны детонационного фронта. Примечательно также, что в области низких плотностей зависимости с!сг(р0) и ак(р0) ведут себя качественно по-разному. Для объяснения этого неожиданного эффекта требуется построить модель детонации ЭмВВ, которая бы учитывала его высокую гетерогенность, большое содержание инерта и крайне низкую чувствительность чистой эмульсии.

Приведены метательные характеристики продуктов взрыва (ПВ) в «ближней зоне» разлета. Под ближней зоной понимается расстояние от границы заряда, не превышающее его толщину. Метательные характеристики описываются показателем политропы к, полученным по методу наклонной проволоки [б], в котором определяются профили тонких медных пластин, метаемых скользящей детонацией накладного заряда ВВ. Эти профили затем приближаются двумерным газодинамическим расчетом с различными к. Получены значения показателя для трех плотностей ЭмВВ и дана оценка зависимости &(р0) = 1,3 7р0 +1,32. С учетом данных по скорости детонации оценена зависимость давления в т. Чепмена-Жуге ра(р0), а также значения величин к = 3,3, раГПа для чистой эмульсии. Полученные данные использовались для калибровки УРС ПВ при численном моделировании детонации ЭмВВ и планировании экспериментов по сварке взрывом.

Определена ударная адиабата АС/НС эмульсии без сенсибилизатора при давлении 0,5 -ь37 ГПа (рис. 2). Этот диапазон

U р, км/с

перекрывает известные оценки давления детонации /^=13,6 + 18,4 ГПа [3], [7]. Для нагружения слоя эмульсии (диаметр 90 мм, толщина 5-10 мм) использовались накладные заряды ВВ и 5-10 мм алюминиевые пластины, метаемые взрывом со скоростью 5,2 + 2,4 км/с. При помощи манганиновых датчиков давления, расположенных на границе эмульсии с экранами из алюминия или фторопласта, измерялось входное давление и скорость ударной волны.

40

Р. ГПа

32

24 16 8

Рис. 2. Ударная адиабата эмульсионной матрицы.

1 - экспериментальные данные, 2 - пик Неймана, 3 - расчетная точка Чепмена-Жуге, 4 - адиабата разгрузки ПВ при к- 3,3 = const, 5 -оценка кривой холодного сжатия, 6 - аппроксимация экспериментальных данных.

Полученная УА эмульсии описывается прямой в координатах волновая — массовая скорость Us = 1,77 • Up + 2,14 , и при давлении менее 12 ГПа согласуется с данными других авторов [8]. Никаких особенностей на ударной адиабате в области расчетных значений давления детонации не наблюдается, поэтому для определения степени возможного разложения эмульсии необходимо анализировать профиль входного давления или эволюцию профиля при распространении ударной волны.

Знание ударной адиабаты позволяет оценить значения параметров УРС в форме Ми-Грюнайзена и температуру ударного разогрева «инертной» эмульсии. В уравнении состояния есть 4 неизвестных параметра - 2 в упругой составляющей энергии, и 2 - в тепловой. Выбор значений этих параметров для эмульсии остается до

определенной степени произвольным. Это приводит к погрешности в установлении температуры ударного разогрева. Результаты расчета температуры эмульсии важны при анализе вопросов, связанных с разложением ЭмВВ за фронтом детонационной волны. Например, при давлении в эмульсии 2-10 ГПа температура за фронтом ударной волны составляет 350-630 К, при 20 ГПа - 1100 К. Полученные значения согласуются с расчетными оценками температуры ударно-сжатой эмульсии при более низких давлениях до 10 ГПа [9].

Во второй главе приведены результаты моделирования детонации ЭмВВ при содержании микросфер ц = 0н-50 % в одномерном случае (численный код ЭГИДА-2Б). Использовались УРС эмульсии и продуктов взрыва с коэффициентами, полученными в главе 1, УРС стекла, имеющееся в коде, модель кинетики разложения эмульсии, предложенная автором.

В предложенной модели степень разложения эмульсии зависит от давления и является модификацией макрокинетики вида

Х~{\-Х)(р —рс)у для случая переменной концентрации микросфер. При выводе этого соотношения предполагалось, что для высокопористых ЭмВВ существенное значение имеет не только разложение эмульсии за фронтом ударной волны, ведущей детонацию, но и под действием волн сжатия, которые образуются при схлопывании микросфер. Уравнение кинетики имеет вид:

7,EP=XE(kJx-¥k2)p{t),

1 х2

fx Pmb » 4nb » 0 = —~ГТ хтх -I

где \EP(t), XE(t) - текущие массовые доли ПВ и эмульсии соответственно, x{t) - относительное расстояние от центра

х3-\ р,„

микросферы, и определяется из условия: —-=-——, 1 < х < х ,

Рьу+Ря

Рер (О > 0£ (0 ~ текущие объемные доли ПВ и эмульсии, хът = ф~' -относительный объем эмульсии, окружающей каждую микросферу, нормированный на объем микросферы, <р - пористость - является

известной функцией от ц. Параметры кх, к2 подбирались из условия наилучшего соответствия экспериментальных и расчетных зависимостей Z>(p0), ра{р0), ая(р0). С использованием численного

кода и указанных выше уравнений получены профили гидродинамических параметров при распространении детонационной

волны по ЭмВВ.

Рис. 3. Расчетные профили доли продуктов взрыва за фронтом детонационной волны для двух значений плотности: р0 = 0,5 г/см и

р0 =1,27 г/см3.

Щ 2оот - [График}

| Моё меню Окно

Щ7оат - [График]

! Моё меню Окно

ГПа

.ах

0 0 [□ /

1 -

0.80.6 0.4 0.2 0

125

13

13.5 СМ 14

ГПа

125 10 7.5 5

у

16

16.5 СМ 17

---------

Рис. 4. Расчетные профили давления для двух значений плотности: 0,5

и 1,27 г/см3.

На рис. 3-6 приведены расчетные профили доли продуктов взрыва и давления за фронтом детонационной волны, а также соответствующие значения параметров в точке Чепмена-Жуге и зависимость ширины зоны реакции от плотности ВВ. Точками отмечены состояния, соответствующие степени превращения

эмульсии в продукты взрыва 0,99, которые приняты за конец зоны реакции. Профили массовой доли имеют вид, характерный для гетерогенных ВВ, и соответствуют вырожденному тепловому взрыву.

На профилях давления наблюдается область повышенных значений, соответствующая химическому пику, предсказываемому ЗНД-теорией. Положение точки излома на профилях давления низкоплотных ЭмВВ совпадает с определенной выше точкой конца зоны реакции, что позволяет выделить зону реакции и для высокоплотных ЭмВВ, которые не имеют ярко выраженной точки излома на профилях давления. Ширина зоны реакции при плотности р0 = 0,5 -ь 1,4 г/см3 изменяется от 2 до 12 мм, давление детонации от 0,7 до 13,5 ГПа соответственно. Также любопытно отметить, что, несмотря на значительно более низкое давление детонации, скорость реакции ВВ при плотности 0,5 г/см3 примерно в 4 раза выше, чем при р0 = 1,27 г/см3. Это связано с тем, что низкоплотное ВВ имеет в своем составе намного больше очагов реакции - пор. Границы применимости используемой кинетики связаны с отсутствием рассмотрения микроскопического процесса схлопывания пор, а также с предположением о едином описании скорости разложения в окрестности горячих точек с различными параметрами.

Представляет интерес полученная оценка величины удельного энерговыделения эмульсии <7 = 2,1 кДж/г. Можно предположить, что это значение меньше максимального энерговыделения при полном протекании реакции до простейших соединений (Н20, С02, N2 и др.) до точки Чепмена-Жуге, т. е. реализуется «неидеальная» детонация. Известно, что для аммиачно-селитренных ВВ типа АЫРО экспериментально наблюдались и численно анализировались подобные режимы [10], [11]. Данные времени реакции для ЭмВВ с низкой пористостью [4] указывают на большое значение при

возможной детонации чистой эмульсии до 6 + 7 мкс. Учитывая, что эти ЭмВВ имеют высокие значения критического диаметра, а также тот факт, что чистая эмульсия не детонирует при диаметре заряда до 400 мм [12], предположение о возможной неидеальной детонации ЭмВВ становится оправданным. В таком случае, следует рассматривать полученную в численных расчетах степень разложения

эмульсии ——— = 0,99 как соответствующую продуктам взрыва,

Р ер + Р е

для которых реализуется указанное значение энерговыделения q = 2,\ кДж/г. Вопрос о составе ПВ в данной точке остается открытым. Также требуется проверка на выполнение условия Чепмена-Жуге Б = и + с, которое косвенно подтверждается одновременным соответствием расчетных О, к и ра экспериментальным значениям.

3,5

14 12 10

а я, мм

-Ж

Ж Расч

♦ VISAR « Ж

Ж

■Ж" ♦

Ж ж»

ж X

ро>

г/см

3 -

2,5

р0, г/см'

0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

0,4 0,6 0,8

1,2 1,4

Рис. 5. Экспериментальные (1) и расчетные (2) значения ширины зоны реакции (слева) и показателя политропы ПВ (справа).

Ро>

г/см

14 12 10 8 6 4 2 О

□

pcj.

ГПа о/

О 1

□ 2 --

Ро г/см3

0,4

0,6

1,2

1,4

0,4

0,6

1.2

1,4

Рис. 6. Скорость (слева) и давление детонации (справа). 1 - эксперимент, 2 - расчет.

Таким образом, предложенная модель позволяет описать параметры детонации ЭмВВ в одномерном случае. Источниками ошибок, помимо указанной неточности макрокинетики, служат

предположение о независимости показателя политропы от степени разлета ПВ р, неточность разделения ударной адиабаты эмульсии на упругую и тепловую часть, и приближение T(V) = const.

В третьей главе приведены примеры применения эмульсионных ВВ для решения двух задач сварки взрывом - плакирование металлов тонкими фольгами и восстановление изношенной резьбы на осях колесных пар ж/д вагонов путем вваривания стальной трубки.

В ряде приложений необходимо покрывать поверхность металла защитными покрытиями: жаростойкими, химически инертными, устойчивыми к коррозии и прочее. Если для решения подобных задач используется сварка взрывом, то обычно применяется буферный слой между фольгой и ВВ для ослабления интенсивности ударной волны или используется «косая» схема сварки. Эти усложнения связаны или с большой допустимой толщиной для взрывчатых смесей на основе аммонитов, или с высокой скоростью детонации индивидуальных ВВ. Для обсуждаемых низкоскоростных эмульсионных ВВ подобные ограничения отсутствуют, так как практически всегда выполняется необходимое для этого условие - скорость детонации меньше скорости звука в металле.

Рис. 7. Микрофотографии сварных швов при плакировании тонких пластин медь/сталь толщиной 0,2 мм и 1 мм.

Низкоскоростные ЭмВВ использовались для нанесения фольг толщиной 0,2 и 1 мм на металлические пластины в параллельной схеме сварки (рис. 7). Использовалась пара медь/сталь. Примеры применения ЭмВВ для сварки взрывом фольг и тонких пластин из других металлов приведены в статье [13]. Во всех случаях наблюдался волновой шов и качественная сварка без видимых нарушений сплошности материала фольги и шва по всей поверхности плакируемой пластины. Таким образом, показано, что

низкоскоростные эмульсионные ВВ могут быть использованы для нанесения тонких металлических покрытий без применения дополнительного ослабителя ударной волны между фольгой и ВВ.

Предложено также использовать эмульсионное ВВ во взрывной технологии восстановления изношенной резьбы на осях колесных пар железнодорожных вагонов. Основным элементом этой технологии является плакирование взрывом изнутри глухих отверстий диаметром 20,4 мм и глубиной 65-70 мм, выполненных в шейке оси из твердой стали. Диаметры плакирующей толстостенной трубки из стали 20: внешний - 17 мм, внутренний - 12 мм. Подобная задача была ранее решена в работе [14] с использованием аммонита, содержащего добавку гексогена. Решение задачи с помощью ЭмВВ требовало изменения трех детонационных параметров - начальной плотности, скорости детонации и показателя политропы ПВ. Варьирование доли сенсибилизатора и дробленой аммиачной селитры позволило разработать состав с требуемыми характеристиками - патрон с линейной массой около 1,4 г ВВ на 1 см длины вводился внутрь трубки и подрывался ЭмВВ с 5 % МС-В, которое инициировалось отрезком ДШ.

Рис. 8. Общий вид соединения с резьбой М20 (слева) и фотографии шва (справа), стрелки указывают на шов.

В параллельной схеме сварки взрывом реализовано прочное соединение плакируемой трубки с внешней втулкой на длине 55 мм с волновым швом. Размеры внутреннего канала после взрыва позволяют выполнить необходимую стандартную резьбу М20 х 2,5 мм (рис. 8). Соединение выдержало квазистатическую нагрузку на растяжение 100 кН, которая в 4 раза превышает требуемую по техническим условиям, при этом деформировалось в упругой области. Альтернативные методы восстановления соединения - термическая наплавка слоя стали, сверление и нарезание новой резьбы, или нарезание резьбы

большего диаметра и ввертывание резьбовой втулки - трудоемки, не экономичны или ухудшают эксплуатационные свойства стали.

Преимуществом применения эмульсионных взрывчатых композиций в приложениях, связанных с обработкой металлов взрывом, являются: возможность изготовления из невзрывоопасных компонент прямо на местах производства взрывных работ (не требуется перевозка взрывоопасных материалов), более высокий уровень безопасности при работе, невысокая стоимость композиций и меньшее загрязнение окружающей среды токсичными выбросами.

В заключении приводятся основные результаты работы с их кратким обсуждением. Наиболее важными являются следующие:

- Зависимости скорости детонации от диаметра заряда в широком диапазоне плотностей ЭмВВ 0,5 + 1,33 г/см3. Решена задача получения высокопористого ВВ со скоростью детонации Д = 2 км/с.

- Немонотонная зависимость критического диаметра от плотности для зарядов в тонкой пластиковой оболочке. Литературные данные ширины зоны реакции указывают на различие в поведении (1сг (р0) и ад(р0) при низких плотностях. Показана возможность уменьшения с1сг в стальной оболочке до значений с1сг / 2ая < 1, достигающих 2 мм.

-Показатель политропы продуктов взрыва ЭмВВ с различным количеством сенсибилизатора в «ближней зоне» разлета и его оценка для эмульсии без пор.

-Ударная адиабата АС/НС эмульсии при давлении 0,5 + 37 ГПа. Оценка параметров в уравнении состояния Ми-Грюнайзена и температуры ударного разогрева.

-Модель макрокинетики разложения эмульсии в зависимости от давления, которая учитывает переменное содержание сенсибилизатора и имеет два слагаемых, соответствующих разложению эмульсии за фронтом ведущей ударной волны и в окрестности «горячих точек».

- Численное моделирование одномерной детонации в ЭмВВ. Хорошее согласие расчетов с экспериментом указывает на адекватность используемых моделей.

- Изменение параметров детонации ЭмВВ в широких пределах для решения двух существенно различных задач сварки взрывом -плакирования металлов тонкими фольгами и восстановления изношенной резьбы на осях колесных пар ж/д вагонов.

Список цитируемой литературы:

1. Е.В. Колгаиов, В.А. Сосиии. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества. - Дзержинск: ГосНИИ «Кристалл», 2009.

2. В.В. Лавров, А.Н. Афанасенков, К.К. Шведов, Б.Н. Кукиб. Метод определения критического диаметра и критической скорости детонации промышленных ВВ // Горный журнал, 1998, № 3, С. 38.

3. Yoshida М., Iida М., Tanaka К., Fujiwara S., Kusakabe М., Shiino К. Detonation behavior of emulsion explosives containing glass microballoons // Proceedings 8th International Detonation Symposium, 1985.

4. Юношев A.C., Пластинин A.B., Сильвестров В.В. Исследование влияния плотности эмульсионного взрывчатого вещества на ширину зоны реакции // Физика горения и взрыва, 2012, Т. 48, № 3, С. 79-88.

5. Дремин А.Н., Савров С.Д., Трофимов B.C., Шведов К.К. Детонационные волны в конденсированных средах. -М: Наука, 1970.

6. Кузьмин Г.Е., Мали В.И., Пай В.В. О метании плоских пластин слоями конденсированных ВВ // ФГВ, 1973, Т. 9, № 4, С. 558-562.

7. Одинцов В.В., Пепекин В.И., Кутузов Б.Н. Оценка термодинамической неидеальности детонации эмульсионного ВВ // Химическая физика, 1994, Т. 13, № 11, С. 79-87.

8. Алымова Я.В., Анников В.Э., Власов Н.Ю., Кондриков Б.Н. Детонационные характеристики эмульсионного взрывчатого состава // Физика горения и взрыва, 1994, Т. 30, № 3, С. 86-91.

9. Cooper J., Leiper A.G., Neilson W.G. Molecular and microscopic structural effects in the detonation of fluid explosives // Proc. 12th Intern. Detonation Symposium, 2002.

10. T.R. Salyer, M. Short, C.B. Kiyanda, J.S. Morris, T. Zimmerly. Effect of prill structure on detonation performance of ANFO // Proc. 14th Intern. Detonation Symposium, 2010, P. 758-768.

11. D.L. Kennedy. The challenge of non-ideal detonation. // Journal de physique, 1995, V. 5, №4, P. 191-207.

12. Lee J., Sandstrom F.W. et al. Detonation and shock initiation properties of emulsion explosives // Proc. 9th Intern. Detonation Symposium, 1989, P. 263-271.

13. Сильвестров В.В., Пластинин А.В., Рафейчик С.И. Применение эмульсионных ВВ для сварки взрывом // Автоматическая сварка, 2009, Т. 45, № 11, С. 69-73.

14. S.Yu. Illarionov, L.D. Dobrushin. Explosion welding process for repairing worn threaded holes in the spindles of railway wheels //

"Explosive production of new materials" / Moscow: Torus Press, 2010, p. 29.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Сильвестров В.В., Пластинин А.В., Рафейчик С.И. Детонационные характеристики низкоскоростных эмульсионных ВВ // Межд. конференции «XI Харитоновские тематические научные чтения», 16 марта - 20 марта 2009, Саров. Сборник трудов. С. 44-48.

2. Сильвестров В.В., Пластинин А.В., Рафейчик С.И. Применение эмульсионных ВВ для сварки взрывом // Автоматическая сварка, 2009, 45(11), С. 69-73.

3. Рафейчик С.И., Гулевич М.А. Баллистические характеристики эмульсионных ВВ // Материалы Всероссийской научной конференции «Современная баллистика и смежные вопросы механики», 14-16 ноября 2009, Томск, 2010. С. 96-97.

4. V.V. Silvestrov, A.V. Plastinin, S.I. Rafeichik, М.А. Gulevich, and V.V. Pai. Investigation of low detonation velocity emulsion explosives. Application to explosive welding // Proc. of the 14th Intern. Detonation Symposium, April 11-16, 2010, Coeur d'Alene, Idaho.

5. V.V. Silvestrov, A.V. Plastinin, S.I. Rafeichik, and V.V. Pai. Explosive welding with the emulsion explosives // In book "Explosive production of new materials: Science, Technology, Business, and Innovation"/ Ed. by A.A. Deribas and Yu. B. Scheck. Moscow: Torus Press, 2010. p. 70.

6. Сильвестров В.В., Пай В.В., Гулевич М.А., Пластинин А.В., Рафейчик С.И. Параметры детонационной волны и метательная способность низкоплотных эмульсионных ВВ // VII международная конференция «Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике», 23-27 августа 2010, Новосибирск.

7. В.В. Сильвестров, В.В. Пай, М.А. Гулевич, А.В. Пластинин, С.И. Рафейчик. Параметры детонационной волны низкоскоростн ых эмульсионных ВВ // Известия Волгоградского государственного технического университета / Серия: Сварка взрывом и свойства сварных соединений, 2010, выпуск 4, №5 (65), С. 50-55.

8. В.В. Сильвестров, А.С. Юношев, А.В. Пластинин, С.И. Рафейчик. Новые приложения эмульсионных ВВ // Международная конференция «XIII Харитоновские тематические научные чтения», 14-18 марта 2011, Саров, Россия. Сборник трудов.

9. Рафейчик С.И. Критический диаметр эмульсионных взрывчатых веществ с микробаллонами из стекла в жесткой оболочке // Сборник тезисов IX Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы

механики: теория, эксперимент и новые технологии», 23 - 25 апреля

2012, Новосибирск. С. 238-239.

10. A.C. Юношев, С.И. Рафейчик, A.B. Пластинин, В.В. Сильвестров. Новые приложения эмульсионных взрывчатых композиций // Физика горения и взрыва, 2013, Т. 49, №2, С. 113-118.

11. Рафейчик С.И. Исследование зависимости критического диаметра эмульсионных взрывчатых веществ от плотности в стальной оболочке // Вестник Новосибирского государственного университета / Серия: Физика, 2013, Т. 8,№3, С. 127-133.

12. Рафейчик С.И. Исследование зависимости критического диаметра эмульсионных взрывчатых веществ от плотности в стальной оболочке // XV Харитоновские тематические научные чтения», 18-22 марта

2013, Саров, Россия. Сборник трудов. С. 126-130.

13. В.В. Сильвестров, A.C. Юношев, A.B. Пластинин, С.И. Рафейчик. Ударная сжимаемость эмульсионной матрицы при давлении до 37 ГПа // Физика горения и взрыва, 2014, Т. 50, №4, С. 110-116.

14. Сильвестров В.В., Пластинин A.B., Юношев A.C., Рафейчик С.И. Ударная сжимаемость эмульсионной матрицы при давлении до 37 ГПа // Сборник тезисов Всероссийской конф. «Взрыв в физическом эксперименте», 15-20 сентября 2013, Новосибирск. С. 71-73.

Подписано в печать 27.10.2014 г. Заказ № 162

Формат бумаги 60x84 1/16 Объём 1,25 п.л.

Тираж 75 экз._______

Ротапринт Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН 630090 Новосибирск, просп. ак. Лаврентьева, 15