CC BY
248
УДК 621.924.079
АНАЛИЗ ШЕРОХОВАТОСТИ И ДЕФЕКТОВ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ИЗОГНУТЫХ ВОЛНОВОДОВ
В. В. Зверинцев, Г. В. Кочкина, Д. В. Чураков, М. Н. Банщикова Научный руководитель - Л. В. Зверинцева
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Получены образцы волноводных трактов от предприятий аэрокосмической отрасли с целью изучения дефектов, исходной шероховатости и отработки технологии полирования токонесущих поверхностей.
Ключевые слова: шероховатость, дефекты, волноводы.
ANALYSIS OF ROUGHNESS AND DEFECTS OF THE INTERNAL SURFACES
OF CURVED WAVEGUIDES
V. V. Zverintsev, G. V. Kochkina, D. V. Churakov, M. N. Banshchikova Scientific supervisors - L. V. Zverintseva
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The resulting samples of the waveguide paths from the aerospace industry to study defects, initial roughness and the development of the technology ofpolishing the current-carrying surfaces.
Keywords: roughness, defects, waveguides.
Требуемая шероховатость внутренней поверхности волноводов при частоте СВЧ-тока: Ra 0,40...0,20 мкм при 3...10 ГГц; Ra 0,100...0,025 мкм свыше 10 ГГц [1]. Потери энергии в волно-водных трактах зависят от качества заготовки и обработки рабочих поверхностей. С уменьшением шероховатости токонесущей поверхности глубина проникновения СВЧ-тока уменьшается и становится соизмеримой с микронеровностями поверхности металла.
Качество заготовки волноводной трубы складывается из поверхностных дефектов, стойкости к водородной хрупкости, структурой металла, разнотолщинностью, механическими, химическими и электрическими свойствами и химическим составом.
Материал волноводов: алюминиевый сплав АД31 «Д» (F22), латунь Л96 и медь Моб.
Поверхностные дефекты - это трещины, расслоения, плены, пузыри, раковины, вмятины, риски, задиры, забоины, инородные включения на наружной поверхности обнаруживаются без применения увеличительных приборов [2]. Для внутренних поверхностей труб менее 20 мм вырезаются образцы длиной 150 мм, которые разрезают вдоль на две части и осматривают. Проверку внутренней поверхности труб более 20 мм проводится с помощью освещенного матового экрана.
Стойкость к водородной хрупкости для медных труб определяется в последовательности по ГОСТ 24048-80: вырезают образец толщиной 2 мм, шириной 10 мм и длиной 80.100 мм, его отжигают в водороде при температуре 850±25 °С в течение 30 мин с последующим испытанием на перегиб или металлографическим контролем. На отожжённых пластинках не допускаются вздутия и трещины. Они должны выдержать без переломки на две части не менее 10 перегибов на 180°.
Образцы для металлографического контроля должны быть вырезаны так, чтобы плоскость шлифа была параллельна направлению пластической деформации; одна из боковых сторон не должна подвергаться механической обработке. Наблюдение под микроскопом проводят при 200-кратном увеличении. По границам зерен в микроструктуре не должно быть пор и трещин. Для определения
величины зерна отбирают по одному образцу от каждой проверяемой трубы. Образцы, отобранные от тянутых и холоднокатаных труб, отжигают при температуре 600 °С в течение 1 ч. Средний размер зерна определяют по ГОСТ 20073.0-75, ГОСТ 21073.1-75.
Для контроля толщины отрезают образец 12^150 мм, разрезают вдоль на 2 части и измеряют микрометром. Разностенность не должна выводить размеры труб за предельные отклонения толщины стенок.
Испытания механических и химических свойств и химического состава на готовых волноводах проводить нецелесообразно.
Продольные следы от волочения, мелкая поверхностная рябь, вызванная волочением, цвета побежалости, покраснения согласно [2] не являются браковочными признаками.
Способы получения заготовок волноводных труб для труб из разных материалов существенно отличаются. Так алюминиевые трубы получают прессованием, латунные - тянутые, а медные - получают волочением.
Согласно стандартов, шероховатость поверхности труб повышенной точности изготовления Яа должна быть не более 0,63 мкм по ГОСТ 2789-73. Шероховатость внутренней поверхности труб нормальной точности изготовления Яа должна быть не более 2,5 мкм. Эти требования явно завышены по требованию производителей. Проверка шероховатости внутренней поверхности труб производится по ГОСТ 2789-73 профилографом-профилометром на образцах вдоль оси волочения. Длина образца, вырезанного из трубы, должна быть не менее 50 мм.
Волновод в сборе состоит из волноводных труб [3], соединительных муфт и фланцев. Отдельные части волновода тщательно соединяют друг с другом сваркой и пайкой. Требуется свести к минимуму частичные отражения волн от различных неоднородностей, имеющихся в волноводе. К таким неоднородностям относятся повороты, соединения и ответвления волноводов. Любые нарушения однородности внутреннего устройства волновода приводят к отражению волн, в результате чего уменьшается КСВ, возрастают потери и коэффициент полезного действия волновода.
Соединение труб с фланцами производят посредством пайки. Латунные и медные звенья паяют серебренными припоями. Алюминиевые трубы и фланцы наиболее надежно соединяются посредством газовой сварки с последующей зачисткой сварного шва. При гибке, сварке и пайке могут появиться такие дефекты: гофры на гнутых участках труб; утонение стенок растянутых участков гибов; овальность гибов выше допустимой; вмятины и задиры в местах закрепления труб на гибочных станках; отклонение радиусов гибов и длин прямых участков выше допустимых значений; несовпадение и смещение стыкуемых плоскостей кромок; прожоги, непровары, пористость и другие технологические дефекты сварки; дефекты приварки пластин. Трещины образуются прежде всего из-за нарушения технологии сварки, а также при недостаточной компенсации термических удлинений труб.
В процессе холодного волочения труб из-за попадания между трубой и волочильным кольцом окалины или из-за неравномерного износа кольца на наружной поверхности трубы могут образовываться продольные риски. Если волочение производилось на оправке или пробке, то риски могут быть и на внутренней поверхности.
В период эксплуатации волноводных трактов с повышением мощностей передаваемых сигналов и частоты указанные дефекты приводят к нагреву и затуханию электромагнитных волн.
Внешний осмотр образцов уголковых волноводов различной конструкции: одинарных и сдвоенных, с ответвлениями под штуцеры, с различными фланцами показал, что имеются дефекты покрытия, сварки, пайки (смещение стыкуемых плоскостей кромок, дефекты приварки пластин и др.), деформация боковых сторон вследствие зажима (рис. 1). По этим признакам можно браковать эти волноводные тракты. Шероховатость внутренних поверхностей проверили с помощью измерителя шероховатости ТЯ220, алмазная игла которого позволяет провести замеры на расстояние до 18 мм. Результаты на одном из волноводов следующие Яа, мкм: 0,336; 0,533; 0,101; 0,139; 0,173; 0,086; 0,047; 0,188; 0,340. Но эти измерения не характерны для всей внутренней поверхности, так как по чертежам на расстоянии 15 мм от торца фланца проводится калибровка отверстий. Разная шероховатость объясняется, что работы проводятся ручным способом.
Было принято решение разрезать волновод и провести измерения. Сдвоенный уголковый волновод с отверстием 10 х 23 был разрезан на проволочном эрозионном станке по длинной стороне. Один из образцов показан на рис. 2. Выносные линии указывают места измерения.
Результаты измерения с 1 по 7 позицию соответственно равны, Яа, мкм: 0,731; 0,680; 0,511; 0,299; 0,488; 0,514; 0,680. Минимальное значение измеренной шероховатости на образцах Яа 0,134 мкм, максимальное значение - Яа 1,2 мкм. Так как на прямом участке нестабильная шероховатость, то можно сделать выводы о некачественном инструменте при изготовлении волноводной трубы.
Рис. 1. Общий вид волноводов
Рис. 2. Образец волновода
Кроме того, на фотографиях других поверхностей (рис. 3) риски, завал кромок, в углах прямоугольного сечения выступает припой, шероховатость явно выше Яа 12,5 мкм.
Рис. 3. Фотографии поверхностей волноводов Рязанского приборостроительного завода
По нашей просьбе прислана фотография разрезанных фрагментов волноводов иностранного производства (рис. 4) из Санкт-Петербургского радиотехнического завода. На фотографии видно, что внутренняя поверхность имеет меньшую шероховатость токонесущей поверхности, нежели у волноводов Рязанского приборостроительного завода.
Ш
Рис. 4. Разрезанный волновод иностранного производства
Из проделанной работы можно сделать выводы:
1. Рекомендовать предприятиям-потребителям принять меры по улучшению качества изготовления волноводных труб.
2. Провести экспериментальные работы по уменьшению шероховатости внутренних поверхностей изогнутых волноводов.
Библиографические ссылки
1. Зверинцева Л. В., Сысоев С. К. Абразивное полирование заготовок волноводов эластичным инструментом : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2913. 180 с.
2. ГОСТ 20900-75. Трубы волноводные медные и латунные прямоугольные [утв. Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 4 июня 1975 г. № 1508] срок введения установлен с 01.01.76. 11 с.
3. ОСТ 4 ГО.070.014. Детали радиоэлектронной аппаратуры. ООО «Радиостандарт-ЦНИИРЭС».
© Зверинцев В. В., Кочкина Г. В., Чураков Д. В., Банщикова М. Н., 2015
