CC BY
11
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
УДК 621.791
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СВАРКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ В КОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
С. В. Назаров*, Д. Е. Гришков, Л. А. Оборин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: svnazarov79@mail.ru
Рассмотрены наиболее актуальные проблемы при сварке узлов разгонных блоков, выполненных из высоколегированных сталей. Основные технологические методы предотвращения возникновения сварочных дефектов.
Ключевые слова: высоколегированные стали, сварочные дефекты, технологические методы.
ACTUAL PROBLEMS OF WELDING HIGH-ALLOY STEELS IN THE AEROSPACE INDUSTRY
S. V. Nazarov*, D. E. Grishkov, L. A. Oborin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: svnazarov79@mail.ru
The article considers the most urgent problems in welding components acceleration blocks made of high-alloy steels. The main technological methods ofpreventing the occurrence of welding defects.
Keywords: high-alloy steels, welding defects, technological methods.
Вывод космических аппаратов информационного и навигационного назначения на рабочие орбиты с высокой точностью позиционирования, перевод научно-исследовательских аппаратов с опорных орбит на отлетные траектории для полета в дальний космос и другие сложные задачи освоения космического пространства обеспечиваются ракетными транспортными системами, в состав которых входят специализированные средства выведения, получившие название «разгонные блоки» [1].
К маршевым двигателям разгонных блоков предъявляются требования по повышенной энергетической эффективности и надежности, длительному пребыванию в режиме стартовой готовности, продолжительному времени работы и многократному запуску. Поэтому при выборе материалов для топливопроводной арматуры необходимо с особой тщательностью подходить к химическому составу и прочностным характеристикам стали. Наиболее надежным материалом для топливопроводной арматуры, работающей в условиях космоса, являются высоколегированные стали.
Высоколегированные стали обладают уникальным комплексом свойств: высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости, высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, хрупкому и усталостному разрушению в сочетании с хладостойкостью, теплостойкостью, коррозионной стойкостью и размерной стабильностью. Возможность применения при изготовлении высоконагруженных узлов, эксплуатируемых при экстремальных температурах, в агрессивных средах. Исходя из этого, применение высоколегированных сталей при изготовлении разгонных блоков и элементов топливной системы является оптимальным.
Высоколегированные стали, как правило, обладают увеличенным до 1,5 раза коэффициентом линейного расширения при нагревании и пониженным в 1,5-2 раза коэффициентом теплопроводности по сравнению с низкоуглеродистыми сталями [2].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
Низкий коэффициент теплопроводности приводит при сварке к концентрации тепла и вследствие этого к увеличению проплавлению металла изделия. Увеличенный коэффициент линейного расширения приводит при сварке к большим деформациям сварных изделий, а в случае значительной жесткости - относительно крупные изделия, повышенная толщина металла, отсутствие зазора между свариваемыми деталями, жесткое закрепление изделия - к образованию трещин в сварном изделии [3].
Актуальными проблемами при сварке данного вида сталей является то, что высоколегированные стали и сплавы более склонны к образованию горячих или холодных трещин при сварке, чем низкоуглеродистые, что усложняет процесс обеспечения качества сварных соединений с требуемыми свойствами. Так же снижение ударной вязкости шва и зоны термического влияния (ЗТВ) вследствие перегрева стали и интенсивного роста зерна создают условия, при которых сталь плохо переносит циклические, знакопеременные и ударные нагрузки.
Для предотвращения возникновения трещин и других дефектов в сварных швах, при сварке высоколегированных сталей применяются следующие технологические решения:
1. Создание в шве многофазной структуры (аустенит+феррит), что достигается введением большего количества ферритизаторов, нежели в стали, в количестве от 2 до 10 %, для этого в сварочную проволоку вносится никель (N1). Создание такой структуры позволяет существенно измельчить размер зерна. В этом случае пластичность металла шва повышается и усадка даже при жестком состоянии сварного изделия происходит за счет повышенной пластической деформации металла шва без образования трещин.
2. Легирование шва карбидообразующими элементами титан (Т1) и ниобий (№), при этом карбиды скапливаются по границам зерен, а также, не выпадают карбиды хрома.
3. Ограничение проникновения в сварной шов вредных примесей таких как: водород (Н), кислород (О), сера (8), фосфор (Р) и т. д. Для этого применяется сварка в вакууме, сварка в инертных газах, сварка на токе обратной полярности при минимальной длине дуги, а также введением в шов добавок которые связывают вредные примеси, например марганец (Мп) связывающий серу (8).
4. Регулирование процесса кристаллизации электромагнитным перемешиванием жидкого металла сварочной ванны, поперечными колебаниями сварочной горелки.
5. Выбор рациональной разделки, сборка свариваемых деталей с зазором [3; 4].
Перечисленные технические решения в комплексе со строгим соблюдением технологического процесса сварки благоприятно влияют на формирование сварного соединения, обеспечивая требуемые показатели и свойства сварной конструкции.
Библиографические ссылки
1. Пиунов В. Ю., Назаров В. П., Коломенцев А. И. Совершенствование энергетических характеристик кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков методом оптимизации конструктивных схем // Вестник МАИ. М., 2016.
2. Малышев Б. Д., Мельник В. И., Гетия И. Г. Руч. дуговая сварка. М. : Стройиздат, 1990.
3. Рыбаков В. М. Сварка и резка металлов. М. : Высш. шк., 1979.
4. Шорохов М. Х., Ерохин А. А., Чернышова Т. А. Горячие трещины при сварке жаропрочных сплавов. М. : Машиностроение, 1973.
© Назаров С. В., Гришков Д. Е., Оборин Л. А., 2018
