ОБЛИЦОВКА ДЛЯ КУМУЛЯТИВНОГО ЗАРЯДА Российский патент 2008 года по МПК F42B1/32 

Изобретение относится к технике кумулятивных зарядов, в частности к конструкции кумулятивных облицовок, которые могут быть использованы в перфорационной технике при прострелочно-взрывных работах в нефтеразведке.

В известных конструкциях облицовка обычно медная. В результате детонации взрывчатого вещества облицовка деформируется и образуется струя, скорость которой достигает нескольких километров в секунду. Эта струя способна проникать в преграду на глубину, которая может достигнуть нескольких калибров. Глубина проникновения струи является функцией плотности материала облицовки, пластичности материала в условиях высокоскоростной деформации и объемной скорости звука в материале облицовки. Чтобы увеличить глубину проникновения струи в состав материала облицовки вводят тяжелые металлы.

Известны облицовки кумулятивных зарядов, материалом которых является молибден [1, 2, 3]. Молибден обладает относительно высокой объемной скоростью звука (5055,5 м/с при атмосферном давлении и температуре 20°С) и относительно меди высокой плотностью (10220,0 кг/м³). Молибден производит скоростные кумулятивные струи, так как высокая объемная скорость звука обеспечивает когерентность (сплошность) наиболее скоростных (до 12 км/с) участков струи.

К недостаткам данной облицовки можно отнести особое структурное состояние молибдена. Трудно обрабатываемый молибден должен пройти стадию термомеханической обработки для получения мелкозернистой структуры с размером зерен 3-5 мкм, что усложняет технологию получения качественной облицовки.

Также известен кумулятивный заряд с биметаллической облицовкой и способ ее изготовления [4]. У облицовки внутренний слой изготовлен из порошкового псевдосплава вольфрам-медь, полученного методом механического легирования, а наружный слой - из порошка меди и железа с добавлением графита и легкоплавкого металла при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкий металл 8-12%, графит 1-1,5%, медь или железо остальное. В качестве легкоплавких металлов могут быть использованы висмут или свинец. Технический результат состоит в повышении пробивной способности кумулятивных зарядов на 20-30% в сравнении с медью.

К недостаткам данной облицовки можно отнести то, что псевдосплав вольфрам-медь, полученный механическим легированием с последующим прессованием без высокотемпературного спекания, представляет собой низкоплотную порошковую структуру, которая в конечном счете не обеспечивает достаточную когерентность (сплошность) кумулятивной струи. Вследствии этого не реализуется бо'льшая эффективность компактного псевдосплава вольфрам-медь в качестве материала облицовки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемым являются облицовки из псевдосплава вольфрам-медь как со средней плотностью 14,8 г/см³, так и имеющие состав от 60 до 97 вес.% вольфрама, от 40 до 3 вес.% меди [5]. Кумулятивная струя, образующаяся из этих облицовок, обладает достаточной сплошностью и состоит из мелких частиц вольфрама, связанных медью. Структура псевдосплава с данной средней плотностью получается только с помощью высокотемпературной обработки (спекание или спекание - пропитка).

К недостаткам данной облицовки можно отнести более низкую по сравнению с молибденом объемную скорость звука в вольфраме (4050 м/с). Другим недостатком является значительный градиент плотностей отдельно вольфрама (19,3 г/см³) и меди (8,9 г/см³). Вольфрам и медь между собой не образуют никаких соединений, так как нет между ними взаимной растворимости. Поэтому в кумулятивной струе каждый микрообъем вольфрама с относительно высокой плотностью или меди с относительно низкой плотностью при одинаковых динамических нагрузках ведет себя по-разному, снижая результирующую скорость струи и ухудшая ее сплошность.

Задачей является создание облицовки, которая позволит получить большую глубину проникновения кумулятивной струи в преграде по отношению к облицовкам из меди, вольфрам-меди, молибдена и им подобным.

Технический результат достигается тем, что коническая облицовка изготавливается из псевдосплава, содержащего преимущественно Мо и Cu, а также добавку Ni. Медь придает псевдосплаву значительную пластичность в условиях образования струи, в то время как молибден увеличивает объемную скорость звука в псевдосплаве. Средняя плотность псевдосплава увеличивается по сравнению с медью, в то же время градиент теоретических плотностей Мо и Cu, значительно меньший, чем у W и Cu.

Такое сочетание свойств псевдосплава дало лучшие результаты по глубине проникновения струи в преграду.

Использование данного материала в качестве облицовки кумулятивного заряда (Фиг.1) существенным образом увеличивает основной параметр кумулятивного заряда.

Испытания проводились выстрелами по нормали в преграду. Для получения данных о поведении струй проведены рентгеновские опыты на импульсной рентгеновской установке (Фиг.2).

На Фиг.3 приведены экспериментальные фокусные зависимости пробития для исследованного заряда в сравнении с зависимостями для аналогичного заряда с облицовкой из вольфрам-медного псевдосплава и облицовкой из молибдена.

Метод изготовления облицовок - порошковая металлургия. Технологические операции изготовления облицовки следующие: отбор необходимых порошков Мо, Cu, Ni, приготовление шихты механическим перемешиванием, спекание пористого каркаса, пропитка пористого каркаса расплавом меди. Содержание Ni не более 0,8% по массе позволяет активировать процесс спекания порошковой системы Мо-Cu-Ni при температуре, которая необходима и достаточна для получения оптимальной сообщающейся пористости в спеченной заготовке для дальнейшей пропитки расплавом меди. Наличие никеля обеспечивает необходимую прочность псевдосплаву, благодаря взаимной растворимости Мо и Ni.

Компактный псевдосплав Мо-Cu-Ni с плотностью 9,30 г/см³ и содержанием меди 60% по массе, Ni не более 0,8% по массе, Мо - остальное получается в условиях создания пористого каркаса (П=65%), который обладает достаточной прочностью для осуществления дальнейшей операции пропитки при оптимальной температуре, когда угол смачивания вольфрама медью стремится к нулю.

Компактный псевдосплав Мо-Cu-Ni с плотностью 9,85 г/см³ и содержанием меди 25% по массе, Ni не более 0,8% по массе, Мо - остальное получается в условиях создания каркаса с минимально необходимой пористостью (П=30%). У такой пористой структуры еще сохраняется сообщающаяся пористость, которая пригодна для осуществления дальнейшей операции пропитки при оптимальной температуре, когда угол смачивания вольфрама медью стремится к нулю.

На оптимальных фокусных расстояниях для псевдосплава Мо-Cu-(Ni) получено значимое (более 10%) повышение результатов по сравнению со всеми используемыми композиционными облицовками.

Список литературы

1. K.G.Cowan, B.Boume. Analytical code and hydrocode modeling and experimental characterization of shape charges containing conical molybdenum liners. 19-th International Symposium of Ballistics, 7-11 May, 2001, Interlaken, Switzerland.

2. A.S.Daniels, E.L.Baker, K.W.Ng, T.N.Vuong and S.E.DeFisher. High performance trumpet lined shaped charge technology. U.S. Army Armament Research Development and Engineering Center, Picatinny, NJ.

3. Описание изобретения к патенту РФ. RU 2034977 С1, кл. Е21В 29/02, 1995.

4. Описание изобретения к патенту РФ. RU 2151362 С1, кл. F42В 1/032, 1/036, 2000.

5. Заявка на изобретение. RU 2002134365 А, кл. F42В 1/02, опубл. 27.06.2004.

Изобретение относится к конструкции кумулятивных облицовок, которые могут быть использованы в перфорационной технике при прострелочно-взрывных работах. Коническая облицовка для кумулятивного заряда изготовлена из псевдосплава методом порошковой металлургии. В качестве материала использован псевдосплав Mo-Cu-Ni с плотностью 9,30...9,85 г/см³ и с содержанием Cu 25...60% по массе, Ni не более 0,8% по массе, Мо остальное. Повышается глубина проникновения кумулятивной струи в преграду. 3 ил.

Коническая облицовка для кумулятивного заряда, изготовленная из псевдосплава методом порошковой металлургии, отличающаяся тем, что в качестве материала использован псевдосплав Mo-Cu-Ni с плотностью 9,30...9,85 г/см³ и содержанием компонентов, мас.%:

Cu25...60Niне более 0,8Моостальное