Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2023 номер 3

Сварка взрывом - процесс соединения в твердом состоянии, который включает в себя разгон метаемой пластины продуктами детонации заряда взрывчатого вещества с целью получения сварного соединения из двух или более одинаковых или различных материалов. При этом образование расплавленных интерметаллических соединений на границе раздела ухудшает механические свойства сварного соединения. Однако использование промежуточного слоя при сварке взрывом значительно увеличивает диссипацию кинетической энергии и предотвращает образование расплавленных интерметаллических соединений на границе раздела и тем самым повышает прочность соединения. Ранее исследователи уже использовали в сварке промежуточные слои, имеющие различную толщину, предел текучести, пластичность и плотность. В настоящем обзоре подробно рассмотрено влияние промежуточного слоя на микроструктуру и механические свойства сваренных взрывом одинаковых и различающихся сплавов. Кроме того, рассматривается сварка взрывом в различных средах, таких как гелий, вода (подводная сварка) и желатин. Дается прогноз будущих направлений развития сварки взрывом.

Методом меченых атомов численно исследован механизм промотирования процесса самовоспламенения богатых смесей метанола с воздухом малыми добавками перекиси водорода. Показано, что при добавках перекиси водорода реакция окисления метанола кислородом воздуха начинается с образования гидроксила из перекиси с последующим его взаимодействием с метанолом, образованием СН₃О, СН₂ОН и далее НО₂ и Н₂О₂. Коэффициент разветвления для гидроксила при добавке перекиси выше, чем без добавки перекиси.

Рассмотрены процессы отражения и преломления волны давления при прохождении границы пузырьковая среда - «чистая» жидкость при наклонном падении волны на границу раздела сред. Исследовался случай, когда газ внутри пузырьков взрывчатый. Установлено существенное уменьшение амплитуды начальной волны, способной инициировать детонацию в пузырьковой жидкости из-за интерференции волн на наклонной границе.

Представлены данные о параметрах взрыва и детонации двух- и трехтопливных смесей метана, угольной пыли и водорода (с кислородом и воздухом) при варьировании соотношения между топливными компонентами. Новизна числового и графического массивов определяется неизвестными ранее данными о критической энергии инициирования детонации, характерном размере детонационных ячеек, скорости детонации и энерговыделении в детонационных волнах. Проанализированы не только стехиометрические двух- и трехтопливные системы, но и обогащенные и обедненные системы на основе исследуемых топливных компонентов.

На основе численного моделирования двумерных течений исследованы процессы ослабления и подавления детонации в газовзвесях алюминия протяженными облаками инертных частиц. Построены зависимости приведенной скорости детонации от концентрации инертных частиц. Определены условия срыва детонации в нестехиометрических кислородных смесях и при градиентах концентрации поперек канала. Показана ограниченность одномерного подхода для определения критериев срыва, так как поперечные волны ячеистой детонации способствуют реинициированию. Определены достаточные условия подавления детонации для частиц размером 1 мкм.

Проведено экспериментальное исследование влияния добавок трифторйодметана CF₃I - одного из наиболее эффективных и безопасных как для человека, так и для окружающей среды ингибиторов горения - на инициированное ударной волной воспламенение многокомпонентных горючих смесей, а именно синтез-газа (смесь водорода, CO и метана) и шахтного газа (смесь метана и ацетилена). Добавка CF₃I сильно ингибирует воспламенение синтез-газа, в то время как на воспламенение шахтного газа влияет незначительно. Проведено кинетическое моделирование, и предложен кинетический механизм, описывающий наблюдаемые закономерности.

Экспериментально показано, что в процессе беспламенного горения смесей гексогена с прекурсорами железа, азотсодержащими добавками и полимерным связующим может происходить образование нитридов железа. В результате оптимизации соотношения исходных компонентов и условий беспламенного горения гексогена получены наноразмерные частицы нитрида железа (Fe₃N). Разработанный таким образом метод получения нитридов железа может быть использован для получения наноразмерных частиц нитридов других элементов.

Проведено исследование воздействия импульсного лазерного излучения (1 064 нм, 120 мкс, 10 Гц, 1.5 Дж/см²) на образцы углей в среде аргона. Методом масс-спектрометрии проведен анализ газообразных продуктов пиролиза углей. Установлены зависимости состава газообразных продуктов пиролиза образцов углей и доли прореагировавших образцов от их технических и генетических характеристик. Получены данные по выходу горючих газов на единицу массы прореагировавших образцов углей.

Впервые выполнено сравнительное исследование горения порошковых и гранулированных смесей Ti + C, (Ti + C) + 20 % Cu с гранулами разного размера при варьировании размера частиц титана от 31 до 142 мкм. Обнаружено, что скорость горения порошковой смеси (Ti + C) + 20 % Cu выше, чем смеси Ti + C, несмотря на более низкую температуру горения. Использование теории «безгазового» горения для определения кинетических параметров процесса по скорости горения порошковой смеси приводит к отрицательному значению кажущейся энергии активации, что показывает неприменимость традиционного подхода. Результаты объяснены в рамках конвективно-кондуктивной модели горения тормозящим влиянием примесных газов, выделяющихся при прогреве частиц компонентов перед фронтом горения. С использованием значений скорости горения гранулированных смесей с гранулами размером 0.6 ÷ 1.7 мм рассчитана скорость горения вещества гранул, т. е. скорость горения порошковой смеси, в которой нивелировано влияние примесных газов. Отношение скоростей горения вещества внутри гранул и порошковых образцов определяет меру влияния примесного газовыделения на скорость горения порошковой смеси.

Изучено влияние механической активации компонентов и внешнего давления на горение гетерогенной смеси Ti + C в условиях СВС-компактирования. Показано, что при горении под давлением (15 МПа) реализуется низкоскоростной послойный режим (4 ÷ 7 см/с), без внешнего давления - нестационарные высокоскоростные режимы горения (50 ÷ 70 см/с): поверхностно-кольцевой и объемный, осуществляемые за счет конвективного тепло- и массопереноса. Предложен механизм высокоскоростного конвективного горения, основанный на зажигании гетерогенной смеси горячим примесным газом, выделяющимся в волне горения и фильтрующимся по расслойным трещинам и другим макродефектам по объему шихтовых прессовок, которые сформировались в процессе прессования порошковых смесей. Механическая активация компонентов реакционной смеси снижает плотность и прочность прессовок и повышает эффективность образования макродефектов. Внешнее давление оказывает противоположное действие, так как препятствует образованию трещин и распространению по ним горячего примесного газа. В режиме объемного горения получены консолидированные образцы карбида титана до относительной плотности 95 %.

Проведено исследование зависимости параметров акустической эмиссии, регистрируемых при квазистатическом сжатии, и характеристик ударно-волновой чувствительности деталей из пластифицированного октогена от дисперсности наполнителя. С использованием зависимости параметров акустической эмиссии от дисперсности октогена описаны возможные варианты процесса деградации структуры взрывчатого вещества при ударно-волновом воздействии, которые рассматриваются в качестве причины различия ударно-волновой чувствительности.

Для разработки экологически безопасного первичного взрывчатого вещества (ВВ) методом совместного осаждения распылением был изготовлен нанотермит Al@KIO₄, который при смешивании с тэном (пентаэритриттетранитрат) образует композит PETN/Al@KIO₄, используемый в качестве первичного ВВ. С помощью рентгеновской дифракционной сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения установлено, что термит имеет размер около 200 нм и хорошо распределен. Характеристики горения исследовались с использованием высокоскоростной фотографии и экспериментов по сжиганию в замкнутом пространстве. Результаты показали, что время возникновения детонации в композитах PETN/Al@KIO₄ на 60 мкс меньше, чем в чистом тэне, что указывает на то, что термит ускорял процесс перехода тэна от дефлаграции к детонации. Детонационные характеристики композитов подтвердили, что состав PETN/Al@KIO₄ может успешно инициировать гексоген и использоваться в качестве первичного ВВ. Были оценены также характеристики безопасности и длительного хранения композита PETN/Al@KIO₄, которые показали, что эти параметры стабильны, а инициирующие свойства композита не меняются после 20 лет хранения.

Теоретически и экспериментально проанализировано избыточное давление за пластиной, вызванное высокоскоростным ударом летящего реагирующего элемента из ПТФЭ/Al/W. Энергия реагирующих материалов ПТФЭ/Al/W рассчитана путем анализа химической реакции компонентов. С использованием теории одномерной ударной волны и характеристик энерговыделения реагирующего элемента разработана аналитическая модель избыточного давления за пластиной. На основе экспериментальных данных получена зависимость потери массы инициированного реагирующего материала от скорости соударения с пластиной алюминия и от ее толщины. Результаты показывают, что разработанная теоретическая модель может быть использована для оценки избыточного давления в условиях эксперимента при ударе реагирующим элементом по алюминиевой пластине.

При разработке специализированных взрывозащитных камер, к которым предъявляются повышенные требования по прочностной надежности, одним из важных вопросов является выбор материала силового корпуса, воспринимающего импульсные (динамические и ударно-волновые) нагрузки. Как правило, для таких конструкций используются трубы промышленного производства различных типоразмеров из низколегированной стали. При этом всегда возникает вопрос о выборе марки стали, особенно на этапе расчетного обоснования их взрывостойкости, поскольку характеристики динамической прочности материала труб, как правило, неизвестны. В связи с этим в данной работе впервые приведены результаты исследования статической, динамической и ударно-волновой прочности на сжатие и растяжение материала труб из стали марок 17Г1С, 09Г2С, 10Г2ФБЮ и класса прочности К60. Кроме того, представлены сравнительные данные о взрывостойкости при скоростях деформации материала (2 ÷ 5) · 10² c^-1 труб из стали марок 09Г2С и 10Г2ФБЮ.