способ изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата

Формула изобретения

Способ изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата, включающий формирование цилиндрической оболочки из стеклянного слоя, облицованного металлическим покрытием в виде внешнего, внутреннего и торцевых облицовок, имеющих коэффициент температурного расширения, превышающий его величину у стекла, отличающийся тем, что внешнюю и торцевые металлические облицовки устанавливают в разъемную форму и помещают ее в центрифугу, включают центрифугу и подают расплав стекломассы во внутреннюю полость внешней металлической облицовки, посредством центрифуги формируют требуемой толщины стеклянный слой на внутренней поверхности внешней металлической облицовки, затем температуру стеклянного слоя понижают до температуры, обеспечивающей его диффузионную сварку с внутренней металлической облицовкой, после чего на стеклянный слой подают расплав металла и посредством центрифуги формируют требуемой толщины внутреннюю металлическую облицовку цилиндрической оболочки, понижают температуру цилиндрической оболочки до температуры стеклования стеклянного слоя и выключают центрифугу, отжигают цилиндрическую оболочку до полной релаксации напряжений и стабилизации стеклянного слоя, понижают температуру цилиндрической оболочки в разъемной форме до температуры внешней среды и извлекают ее из формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к морской технике и касается изготовления прочных корпусов подводных аппаратов, контейнеров и других подводных сооружений.

Известен способ изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата путем сборки из отдельных стеклянных элементов, склеенных между собой (Прочные оболочки из селикатных материалов. Под ред. Писаренко Г.С.; АН УССР. Ин-т проблем прочности, - Киев: Наукова Думка, 1989.).

Недостатки известного способа заключаются в том, что получаемая оболочка обладает низкой контактной прочностью и малой ударостойкостью. Это существенным образом снижает эксплуатационную надежность прочного корпуса подводного аппарата и не позволяет в должной мере использовать высокую прочность стекла на сжатие.

Известен также способ изготовления оболочки прочного корпуса подводного аппарата, включающий формирование цилиндрической оболочки из стеклянного слоя, облицованного металлическим покрытием в виде внешнего, внутреннего и торцевых облицовок, имеющих коэффициент температурного расширения, превышающий его величину у стекла (Патент РФ №2067060 МПК6 В63В 3/13. опубл. 27.09.1996, бюл. №27. - прототип). В известном способе формирование оболочки производится путем заливки расплавленной стекломассы в пространство, ограниченное металлическими облицовками, нагретыми до температуры, обеспечивающей надежное соединение их со стекломатериалом. За счет разницы в коэффициентах температурного расширения стеклянный слой при остывании оболочки обжимается, что в сочетании с соответствующим температурным режимом позволяет исключить образование поверхностных микротрещин в стеклянном слое и реализовать в промышленном масштабе известные закономерности многократного повышения прочности и ударостойкости стекломатериала.

Недостатки известного способа заключаются в необходимости использования жаростойких конструкционных металлов, имеющих химическое сродство со стекломатериалом композита, и в практической сложности равномерно плотного заполнения глубоких щелей, образуемых металлическими облицовками. Тем самым накладываются существенные ограничения на применяемые металлы и создаются дополнительные технологические сложности для обеспечения надежного соединения металлических облицовок со стеклянным слоем и формированием равномерно плотного стеклянного слоя.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение надежного соединения металлических облицовок со стеклянным слоем и упрощение технологии изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата из стекломатериала, облицованного металлическими покрытиями.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата, включающем формирование цилиндрической оболочки из стеклянного слоя, облицованного металлическим покрытием в виде внешнего, внутреннего и торцевых облицовок, имеющих коэффициент температурного расширения, превышающий его величину у стекла, внешнюю и торцевые металлические облицовки устанавливают в разъемную форму и помещают ее в центрифугу, включают центрифугу и подают расплав стекломассы во внутреннюю полость внешней металлической облицовки, посредством центрифуги формируют требуемой толщины стеклянный слой стекла на внутренней поверхности внешней металлической облицовки, затем температуру стеклянного слоя понижают до температуры, обеспечивающей его диффузионную сварку с внутренней металлической облицовкой, после чего на стеклянный слой подают расплав металла и посредством центрифуги формируют требуемой толщины внутреннюю металлическую облицовку цилиндрической оболочки, понижают температуру цилиндрической оболочки до температуры стеклования стеклянного слоя и выключают центрифугу, отжигают цилиндрическую оболочку до полной релаксации напряжений и стабилизации стеклянного слоя, понижают температуру цилиндрической оболочки в разъемной форме до температуры внешней среды и извлекают ее из формы.

В заявляемом способе изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:

- цилиндрическую оболочку прочного корпуса подводного аппарата формируют из стеклянного слоя, облицованного металлическим покрытием, в виде внешнего, внутреннего и торцевых облицовок;

- имеющих коэффициент температурного расширения, превышающий его величину у стекла.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого способа изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата и прототипа показывает, что первый, в отличие от прототипа, имеет следующие существенные отличительные признаки:

- внешнюю и торцевые металлические облицовки устанавливают в разъемную форму и помещают ее в центрифугу;

- включают центрифугу и подают расплав стекломассы во внутреннюю полость внешней металлической облицовки;

- посредством центрифуги формируют требуемой толщины стеклянный слой на внутренней поверхности внешней металлической облицовки;

- температуру стеклянного слоя понижают до температуры, обеспечивающей его диффузионную сварку с внутренней металлической облицовкой, после чего на стеклянный слой подают расплав металла и посредством центрифуги формируют требуемой толщины внутреннюю металлическую облицовку цилиндрической оболочки;

- понижают температуру цилиндрической оболочки до температуры стеклования стеклянного слоя и выключают центрифугу;

- отжигают цилиндрическую оболочку до полной релаксации напряжений и стабилизации стеклянного слоя;

- понижают температуру цилиндрической оболочки в разъемной форме до температуры внешней среды и извлекают ее из формы.

Данная совокупность существенных отличительных признаков заявленного способа позволила:

- предотвратить коробление внешней и торцевых металлических облицовок;

- обеспечить формирование равномерного и плотного стеклянного слоя требуемой толщины и его диффузионную сварку с внешней и торцевыми металлическими облицовками цилиндрической оболочки;

- обеспечить формирование внутренней металлической облицовки цилиндрической оболочки, причем заданной толщины;

- обеспечить диффузионную сварку внутренней металлической облицовки со стеклянным слоем;

- обеспечить релаксацию напряжений в цилиндрической оболочке перед ее остыванием.

Таким образом, в заявленном способе изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата надежное соединение металлической облицовки со стеклянным слоем обеспечивается формированием равномерно плотного стеклянного слоя и диффузионной сваркой его с металлическими облицовками, а упрощение технологии изготовления цилиндрической оболочки обеспечивается применением центрифуги для нанесения на внешнюю металлическую облицовку стеклянного слоя и внутренней металлической облицовки на стеклянный слой.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решить поставленную задачу. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. оно явным образом не следует из уровня техники и пригодно для использования.

Предлагаемый способ изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса поясняется чертежом, на котором в схематическом виде приведена цилиндрическая оболочка прочного корпуса, сформированная на центрифуге. На чертеже обозначены: 1 - внешняя металлическая облицовка цилиндрической оболочки; 2 - торцевые металлические облицовки цилиндрической оболочки; 3 - внутренняя металлическая облицовка цилиндрической оболочки; 4 - стеклянный слой цилиндрической оболочки; 5 - разъемная форма; 6 - центрифуга.

Способ осуществляют следующим образом. Предварительно подготовленные для надежной диффузионной сварки со стеклянным слоем внешнюю металлическую облицовку 1 и торцевые металлические облицовки 2 устанавливают в разъемную форму 5 и помещают в центрифугу 6. Затем включают центрифугу 6 и подают расплав стекломассы во внутреннюю полость внешней металлической облицовки 1 и посредством центрифуги формируют требуемой толщины стеклянный слой 4 на внутренней поверхности внешней металлической облицовки 1. Частоту и время вращения центрифуги 6 определяют расчетно-экспериментальным методом в зависимости от размеров цилиндрической оболочки, исходя из равномерно плотного нанесения стекломассы на внешнюю металлическую облицовку 1 и сохранения равномерной толщины стеклянного слоя 4 при остывании до температуры стеклования. При этом стекломассу можно наносить послойно и использовать различные рецептуры стекла для каждого промежуточного слоя. После чего температуру стеклянного слоя 4 понижают до температуры, обеспечивающей его диффузионную сварку с внутренней металлической облицовкой, и на стеклянный слой 4 подают расплав металла. Посредством центрифуги 6 формируют требуемой толщины внутреннюю металлическую облицовку 3 цилиндрической оболочки. При работающей центрифуге 6 остужают цилиндрическую оболочку до температуры стеклования стекломассы внутреннего слоя 4. При достижении в стеклянном слое 4 температуры стеклования центрифугу 6 отключают и производят отжиг цилиндрической оболочки при температуре стеклования до полной релаксации напряжений и стабилизации стеклянного слоя 4. После этого цилиндрическую оболочку остужают в разъемной форме 5 до температуры внешней среды и затем извлекают из формы 5.

Высокие показатели прочности и ударостойкости цилиндрической оболочки из стекломелкокомпозита достигаются в основном за счет исключения в стеклянном слое поверхностных микротрещин. Существенное значение имеет также равномерно плотное формирование стеклянного слоя. Механизм исключения образования поверхностных микротрещин заключается в следующем. При остывании цилиндрической оболочки температура металлического покрытия всегда будет ниже температуры внутреннего стеклянного слоя. Поэтому металлические облицовки, имеющие более высокие коэффициенты температурного расширения, стремятся сократить свои размеры в большей мере, чем прилегающие к ним поверхности стеклянного слоя. Однако они встречают сопротивление со стороны приваренного стеклянного слоя. Вследствие этого они растягиваются и стягивают прилегающие к ним поверхности стеклянного слоя. Тем самым создаются механические препятствия к растрескиванию поверхностей стеклянного слоя. В результате формируется равномерно плотный внутренний слой стекла без поверхностных микротрещин.

Прочность и ударостойкость сформированного предлагаемым способом стеклянного слоя повышаются настолько, что отпадает необходимость в использовании прочностных свойств металлических облицовок. Поэтому металлические облицовки используются для обеспечения необходимых технологических приемов и для предохранения стеклянного слоя от местных повреждений.

Технический результат изобретения заключается в создании цилиндрической оболочки прочного корпуса, у которого устранены поверхностные микротрещины и произведено его равномерное уплотнение. Вследствие этого ударостойкость и прочность стекломатериала повышается в десятки раз. Заключение стекломатериала между металлическими облицовками создает дополнительный технический эффект, исключая непосредственный контакт с окружающей средой и создавая дополнительные барьеры, препятствующие разрушению композитной оболочки. Многократное повышение прочности и ударостойкости стекломатериала в составе композитной оболочки позволяет отказаться от использования прочностных свойств металлического покрытия, используя его лишь в технологических целях и для предохранения стеклянного слоя от местных повреждений. Тем самым появляется возможность в существенном уменьшении массы металла в стеклометаллокомпозите и использовании металлов с малой массой и низкой стоимостью. Это позволяет получить существенный экономический эффект, так как сырье, используемое для изготовления стекломатериала, очень дешевое, его запасы практически не ограничены, а энергозатраты на изготовление слоистого композита значительно ниже энергозатрат, которые требуются для изготовления листов большой толщины из конструкционных металлов.