СПОСОБ РАЗДЕЛКИ НА ЛОМ СЛОЖНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 1995 года по МПК B23D27/00 

Изобретение относится к технике, связанной с решением вопросов вторичного использования металла крупных сооружений и с созданием технологии и технических средств, обеспечивающих экономически более выгодную разделку металлических сооружений, например корпусов кораблей и судов, отслуживших свой срок эксплуатации, для сдачи в металлолом.

Известны методы разделки металлических заготовок, основанные на комбинированном термомеханическом воздействии, в том числе совместном воздействии низкотемпературного хладагента и ударного механического воздействия. Предложены способы ломки проката, включающие нанесение концентраторов, различные способы охлаждения или нагрева и их комбинации в сочетании с ударными воздействиями [1, 2]
В области низких температур подавляющее большинство конструкционных металлов переходит в хрупкое состояние, при котором происходит резкое снижение сопротивления разрушению.

Известен способ ломки листового проката путем приложения к заготовке ударного изгиба [3] Начальной операцией в этом процессе является нанесение на поверхности заготовки, где при изгибе будут действовать растягивающие напряжения, U-образных надрезов. Далее заготовку с нанесенными на нее концентраторами напряжений выдерживают при температуре от -50 до -70^оС до полного охлаждения по всему сечению. Затем на некоторое время заготовку помещают в ванну с жидким азотом. Конечной операцией является нанесение по заготовке поперечного удара, при котором, вследствие ее изгиба, на дне надреза зарождается и развивается вглубь металла режущая трещина.

Общим, в отношении приложения нагрузки, для аналогов и прототипа является то, что динамическая нагрузка прикладывается ко всей заготовке в целом.

Достаточным условием развития режущей трещины является наличие запаса упругой энергии, накопленной в заготовке и/или нагружающей системе. Необходимым условием реализации процесса разделения заготовки является инициирование хрупкого разрушения материала по линии разделки. При этом ломка заготовок проката может быть обеспечена всегда, так как необходимый для этого уровень напряжений на дне надреза практически всегда достижим.

Однако механический надрез не является трещиной, так как при его создании материал не проходит стадию докритического деформирования, предшествующую зарождению хрупкой трещины. Нанесение надрезов является лишь предпосылкой возникновения хрупкого разрушения. Энергия, поглощаемая в процессе докритического деформирования металла дна надреза, составляет значительную долю от общих ее затрат. В то же время область, в которой происходит поглощение этой энергии, весьма мала в сравнении с толщиной заготовки или конструктивного элемента, тем более со всем объектом в целом.

Очевидно, что процедура захолаживания крупных конструкций, например корабельных корпусов, потребовала бы огромных и нерациональных затрат энергии, ибо понижение температуры металла необходимо только по линиям расположения концентраторов напряжений.

Изобретение направлено на решение задачи разделки сложных металлических конструкций, например корпусов судов и других крупногабаритных металлических конструкций, и достижение следующего технического результата: резкое снижение энергозатрат при разделке металлических конструкций, в том числе крупногабаритных и изготовленных из высокопрочных конструкционных материалов: обеспечение возможности применения взрывных методов разделки в цеховых условиях за счет снижения на несколько порядков массы применяемых зарядов: cнижение вредного экологического воздействия и опасности технологического процесса.

Предложенный способ разделки на лом металлических конструкций, включающий приложение динамической нагрузки к металлу, ослабленному концентраторами и охрупченному хладагентом, отличается тем, что в зонах расположения концентраторов напряжений создают локальные хрупкие трещины, инициирующие разделение конструкции на части требуемых размеров. Длину трещин определяют из условия обеспечения критических значений коэффициента интенсивности напряжений в вершине при заданной температуре охлаждения и величине динамической нагрузки. Осуществляют неравномерное охлаждение разделываемой части конструкции с охлаждением до температур ниже порога хладноломкости металла в зонах концентрации напряжений, после чего к конструкции прикладывают импульсное механическое воздействие для разгона локальных трещин.

Кроме того, импульсное механическое воздействие прикладывают в виде взрывной нагрузки путем размещения накладных шнуровых зарядов требуемой протяженности в зонах концентрации напряжений.

Разделку на лом корпуса корабля, например, подводной лодки осуществляют следующим образом.

Определяют температуру порога хладноломкости основного материала и его сварных соединений, для чего проводят серию испытаний, например, по ГОСТ 25.506-85.

Производят расчетно-экспериментальное определение размеров локальных хрупких трещин, исходя из условий обеспечения критических значений коэффициента интенсивности напряжений в их вершинах при заданной температуре охлаждения и величине динамической нагрузки. Возможно несколько способов инициирования хрупких трещин, в частности, путем подрыва малого заряда взрывчатого вещества. При таком способе для создания хрупкой трещины длиной порядка 1 м в пластине из высокопрочной стали толщиной 35 мм достаточно заряда весом 40 г. Применение малых зарядов, как показали прямые измерения воздушных ударных волн и соответствующие расчеты, вполне может оказаться приемлемым для работы в условиях крупных производственных помещений без ущерба для персонала и оборудования.

Газовой резкой делают узкие сквозные надрезы в зонах расположения концентраторов напряжений. Такими зонами могут быть пришовные зоны в местах сварки элементов корпуса. В прорезь закладывают заряд взрывчатого вещества с детонатором.

С помощью специального, гибкого, герметичного, теплоизолированного канала путем подачи в него жидкого азота производят охлаждение конструкции вдоль линии разделки. При этом на некотором удалении участки корпуса сохраняют нормальную температуру, вследствие чего в корпусе возникают термоупругие напряжения.

По достижении во всей зоне захолаживания температуры ниже порога хладноломкости производят подрыв заряда, расположенного в газовой прорези.

Возникающая при подрыве заряда локальная хрупкая трещина достигает критических размеров и разгоняется. Далее она движется в зоне захолаживания за счет упругой энергии конструкции.

В тех случаях, когда термоупругой энергии конструкции не достаточно, энергия сообщается зоне разрушения за счет дополнительных источников, например протяженных накладных зарядов взрывчатого вещества.

Предлагаемый способ может найти применение при утилизации морской, авиационной, бронетанковой, химической и энергетической техники, а также крупногабаритных несущих металлических сооружений.

Использование: для разделения металлических конструкций. Сущность изобретения: перед разделением конструкции определяют критическую температуру вязкокрупного перехода материала конструкции и оптимальные размеры разделываемых частей конструкции, после чего по разметке наносят узкие сквозные надрезы в элементах конструкции. У концов сквозных надрезов создают локальные хрупкие трещины и производят неравномерное охлаждение разделываемой части конструкции. Разделку осуществляют путем импульсного воздействия на конструкцию. Процесс повторяется необходимое число раз до получения частей конструкции требуемых размеров. Это позволяет снизить трудоемкость работ. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ РАЗДЕЛКИ НА ЛОМ СЛОЖНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ, включающий приложение динамической нагрузки к металлу, ослабленному концентраторами и охрупченному хладагентом, отличающийся тем, что в зонах расположения концентраторов напряжений создают локальные хрупкие трещины, инициирующие разделение конструкции на части требуемых размеров, причем длину трещин определяют из условия обеспечения критических значений коэффициента интенсивности напряжений в их вершинах при заданной температуре охлаждения и величине динамической нагрузки, при этом осуществляют неравномерное охлаждение разделываемой части конструкции с охлаждением до температур ниже порога хладоломкости металла в зонах концентрации напряжений, после чего к конструкции прикладывают импульсное механическое воздействие для разгона локальных трещин. 2. Способ п. 1, отличающийся тем, что импульсное механическое воздействие прикладывают в виде взрывной нагрузки путем размещения накладных шнуровых зарядов требуемой протяженности в зонах концентрации напряжений.