CC BY
34
УДК 621.983; 539.374
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЕРАЦИИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ ВЫСОКОПРОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
А. А. Перепелкин, И.И. Матасов, В.И. Платонов
Приведены результаты экспериментальных исследований операции изотермической сварки давлением высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов в режиме кратковременной ползучести. Показано, что технология соединения элементов конструкций давлением высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов резко снижает трудоемкость производства сложных узлов, а исключение операций сварки плавлением и пайки обеспечивает необходимое качество изделий по прочности.
Ключевые слова: деформирование, температура, давление, сварка, технология, режимы, деталь, высокопрочный материал, пресс.
Экспериментально-технологические работы проводились на титановых сплавах ВТ6, ВТ6С, ВТ14, ВТ20 и ВТ23, алюминиевых сплавах АМг6, 1511, 1971, 1911 и 1201, применяемых в авиационно-космической технике. Титановые и алюминиевые сплавы являлись мелкозернистыми с размером зерен менее 7...10 мкм, что обеспечивалось изготовителем, высокопрочными с пределом прочности до 1,2 10 МПа для титановых и до
2
3,5 10 МПа для алюминиевых сплавов. Эти сплавы структурно устойчивы при длительных процессах горячей обработки давлением [1 - 5].
Для экспериментальных работ использовалась установка на базе гидравлического пресса модели ДА2234 силой 1,6 МН, оснащенного системой нагрева оснастки до 1000 ° С; вакуумной системой, обеспечивающей
остаточное давление 66,7 • 10-4 Па; системой газоподачи аргона в штамп под давлением до 5 МПа; системами контроля и регулирования всех параметров технологического процесса.
Металлографический анализ структуры материалов проводился на микроскопе «Неофот-32», а механические испытания - на разрывной машине для стандартных испытаний на растяжение.
Для диффузионной сварки давлением заготовки из алюминиевых сплавов травили в азотной кислоте с последующими промывкой и сушкой. После травления заготовки подвергали ионной обработке в аргоне, и в вакууме напыляли медь на свариваемые поверхности (толщина слоя 0,5...0,7мкм). Затем заготовки помещали в вакуумную пресс-камеру. Осуществлялось вакуумирование до 133,3 • 10-4 Па, нагрев оснастки с заготовками до температуры сварки (510...530) +10 °С. Подготовительные операции для листовых образцов толщиной 1 мм из титановых сплавов заклю-
чались в механической зачистке поверхностей металлическими щетками, промывке в бензине и сушке. Сварка осуществлялась в вакуумной пресс-
—3 —2
камере при остаточном давлении 133,3 10 ...133,3 10 Па. На деталях из титановых сплавов окислы растворяли в среде инертного газа или в вакууме. Температура сварки 875...930° С.
По результатам экспериментальных работ установлены рекомендуемые режимы диффузионной сварки. Лучшие условия для диффузионной сварки создаются в результате ионного травления поверхностей и нанесения слоя меди. Для сплава АМг6 процесс сварки недостаточно стабилен, общие зерна образуются не по всей поверхности контакта. При диффузионной сварке алюминиевых сплавов 1971 и 1911 образование общих зерен наблюдается практически по всей зоне соединения. Последующая термическая обработка (закалка при450 ° С, охлаждение на воздухе, старение при 110 ° С в течение 10 ч) обеспечивает прочность шва, близкую к
прочности исходного материала.
Граница раздела листов в местах диффузионной сварки прерывистая, что свидетельствует о взаимной диффузии приграничных материалов. По результатам испытаний сварка титана в вакууме и в проточном аргоне не показала практических отличий. Металлографическим анализом установлено наличие сплошной зоны соединения с общими зернами. Прочность соединений была на уровне прочности материала. Отметим, что давление сварки существенно зависит от времени выдержки. Так, например, увеличение времени с 10 до 30 мин для сплавов ВТ6С, ВТ14 способствует уменьшению давления с 10...12 до 5...7 МПа. Для алюминиевых сплавов эта зависимость менее значительна. Металлография зон соединений показана на рис. 1.
а б в
Рис. 1. Металлография зон соединений сплавов 1971 (а),
АМг6 (б) и ВТ6 (в)
На рис. 2 представлена установка для опытно-технологических работ по сварке давлением.
Рис. 2. Схема установки для сварки давлением: 1 - пресс гидравлический ДА2234; 2 - оснастка; 3 - вакуумная система; 4 - приборы контроля температуры; 5 - система подачи газа;
6 - пульт управления
Штамповый блок для сварки с локальной осадкой для листовых заготовок показан на рис. 3. В открытом состоянии блок заготовок 1, 2, 3 устанавливается на плите 4, вакуумируется и нагревается от встроенных молибденовых нагревателей 5. Нагреватели установлены в верхних 6 и нижних 7 полостях штампа 8, 9. При достижении нужного разряжения опусканием плиты 9 с приводом от гидроцилиндра 10 штамп закрывают. Для компенсации неточностей установки сборки заготовок, погрешностей формы используют диафрагму, в которую подают газ. Здесь силовое воздействие гидропривода обеспечивает осадку заготовок и протекание процесса сварки. При необходимой выдержке во времени при заданной температуре сварку завершают и закрытый штамп охлаждают. После охлаждения выключают вакуумную систему и гидроцилиндром штамп раскрывают. В этом же блоке проводят, при необходимости, термообработку изделия.
Рис. 3. Блок для осадки-сварки корпуса: а - исходное положение (открытое); б - рабочее положение (закрытое)
Выводы. Таким образом, технология соединения элементов конструкций резко снижает трудоемкость производства сложных узлов, а исключение операций сварки плавлением и пайки обеспечивает необходимое качество изделий по прочности. Процесс сварки давлением реализуется без образования жидкой фазы, соединение происходит в твёрдом состоянии. Это устраняет недостатки сварки плавлением и пайки, в частности, возникновение остаточных напряжений, рост зерен, снижение прочности в зоне соединения и др.
Работа выполнена в рамках базовой части Государственного задания №2014/227 на выполнение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014 - 2020 годы и гранта РФФИ № 14-08-31225 мол_а.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ.ред. С.С. Яковлева. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я. А. Соболев. М: Машиностроение, 2004. 427 с.
3. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
4. Manufacture of thin-wall spherical containers by deformation-welding / A.I. Ananev, Yu.A. Sobolev, V.N. Chudin, S.S. Yakovlev // Welding International. 1999. Vol. 13. № 6. Р. 495-497.
5. Чудин В.Н., Соболев Я.А., Яковлев С.С. Технологические направления изотермического деформирования и диффузионной сварки высокопрочных сплавов // Технология машиностроения. 2000. № 2. С. 8-13.
Перепелкин Алексей Алексеевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tiilaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Матасов Игорь Игоревич, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доц., mpf-tiilaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIMENTAL RESEARCH OPERATIONS OF ISOTHERMAL PRESSURE WELDING
HIGH-STRENGTH MATERIALS
A.A. Perepelkin, I.I. Matasov, V.I. Platonov 157
The results of experimental research of the operation of the isothermal pressure welding of high strength aluminum and titanium alloys in the mode of short-term creep are presented. It is shown that the connection technology structural elements of highpressure aluminum and titanium alloys dramatically reduces the complexity of the production of complex parts, and the exclusion of the operations of fusion welding and brazing provides the necessary quality of products in strength.
Key words: deformation temperature, pressure, welding technology, modes, item, high strength material press.
Perepelkin Aleksey Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Matasov Igor Igorevich, postgraduate, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 551.468.2-763
МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
Ю.Ф. Кайзер, А.В. Лысянников, М.А. Мерко, О.А. Кайзер, Н.Н. Лысянникова
Проведен анализ рассматриваемой проблемы. Определены основные преимущества и недостатки машин и механизмов, работающих в местах ликвидации нефтяных загрязнений. Разработана конструкция мобильного комплекса рекультивации нефтезагрязненных почв, применение которого позволит повысить эффективность рекультивации за счёт универсальности с точки зрения базовой машины.
Ключевые слова: мобильный комплекс, нефть, нефтезагрязненная почва, рекультивация, загрязнение окружающей среды.
Нефть является одним из основных факторов мирового экономического развития и важнейшим энергоресурсом. Большие объемы потребления нефти и нефтепродуктов, отсутствие адекватной политики по охране окружающей среды приводят к весьма значительным потерям, последствием которых является загрязнение окружающей среды (почва и водная акватория).
Нефтяное загрязнение, как по масштабам, так и по токсичности представляет собой общепланетарную опасность. Проливы нефти и нефтепродуктов, попадая в почву, влекут за собой значительные, а порой необ-
