CC BY
84
Секция «Сварка летательных аппаратов»
также применения порошков в роли промежуточных слоев, диффузионная сварка в вакууме [2].
При ДС сохраняется структура и размер частиц нанопорошков с заданными техническими требованиями, так как сварка ведется при низких температурах без оплавления контактируемых поверхностей, возможность сварки любых типов соединения, отсутствие трещин и пор, возможность применения термической обработки.
Несмотря на то, что исследованиями по данному научному направлению занимается большой круг ученых, проблема настолько многообразна, что в настоящее время еще недостаточно раскрыты возможности диффузионной сварки для получения таких соединений, как наноматериалы с металлами. Учитывая специфичность нанопорошков, актуальна
разработка способа диффузионной сварки, позволяющего получить сварные узлы с заданными техническими требованиями.
Библиографические ссылки
1. Методы получения наноразмерных материалов. Программа учебной дисциплины, Уральский гос. ун-т им. А. М. Горького. Екатеринбург, 2007.
2. Мусин Р. К., Конюшков В. Г., Балакин А. Н. Нанотехнологии при соединении металлов с неметаллическими материалами через электрически взрываемые прослои // Сварка и Диагностика. 2009. № 2. С. 17-20.
© Морозов С. В., Прокопьев С. В., Юрьева Г. Ю.,
Михеев А. А., 2010
УДК 621.791.4: 539.378.3
С. С. Сахаров, С. В. Прокопьев Научный руководитель - А. А. Михеев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ
Рассмотрены различные методы интенсификации процесса диффузионной сварки сварных соединений.
Любое физическое или химическое воздействие, обеспечивающее разрыв и последующее восстановление связей поверхностных атомов, интенсифицирует процесс диффузионной сварки.
Кинетика образования соединения металл - металл, металл - неметаллический материал различна по своей природе. Поэтому для интенсификации процесса диффузионной сварки различных соединений применяют разные методы.
Образование физического контакта можно интенсифицировать циклическим изменением сварочного давления, введением ультразвуковых колебаний в зону соединения, наложением крутильных колебаний и другими способами.
Наложение электростатических и магнитных полей, облучение материалов ионизирующими частицами высоких энергий и другие виды воздействия позволяют интенсифицировать массообмен и релаксацию напряжений.
Повышение температуры вызывает значительное изменение кинетики образования переходной зоны в сварном соединении.
Возрастание времени выдержки (/) при заданных значениях температуры сварки (Т) и сварочного давления Р повышает прочность соединения до некоторого предела, по достижении которого ее увеличение прекращается, а в некоторых случаях приводит к снижению.
Возрастание давления Р приводит к повышению качества соединения при любых заданных значениях Т и t, однако чрезмерно большое давление может вызвать пластическую деформацию деталей, изменение их формы и разрушение неметаллических материалов.
Для получения высококачественных соединений требуется оптимальная шероховатость свариваемых поверхностей, обеспечивающая деформацию микронеровностей и протекание необходимого массо-обмена.
Для соединений металл-металл наиболее простым способом интенсификации процесса образования физического контакта является циклическое изменение сварочного давления по схеме: сжатие с определенным усилием р, и выдержка продолжительностью ^ ; снятие давления Р1, на время t2; сжатие (Р2, = Р1, Ц = снятие давления Р2 на время t4 = t2 и т. д. Данный режим сварки позволяет повысить прочность соединений и уменьшить температуру процесса сварки.
Другой метод интенсификации диффузионных процессов в зоне контакта металлов основан на приложении к свариваемым деталям перпендикулярно действию сварочного давления растягивающих устий, вызывающих упругую деформацию. Это не только ускоряют диффузию, но и облегчают образование областей, содержащих вакансии, что интенсифицирует взаимодействие соединяемых материалов.
Использование при диффузионной сварке вибрационных колебаний ультразвуковой частоты для ускорения развития физического контакта и увеличения скорости ползучести материала.
Ультразвуковые колебания вводят в зону соединения перпендикулярно плоскости сварки. Переменные напряжения вызывают генерирование новых источников дислокаций и увеличение подвижности последних, что интенсифицирует взаимную диффузию металлов сварного соединения.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
При сварке разнородных металлов для предотвращения возникновения в зоне контакта хрупкого слоя интерметаллидов, прибегают к сокращению продолжительности процесса за счет приложения ударного сварочного давления.
В случае проведения сварки в вакууме при воздействии ударного давления образуется вакуумноп-лотное соединение с необходимыми механическими свойствами. Прочность сварного соединения сравнима с прочностью основного, менее прочного металла.
Перспективное направление развития диффузионной сварки связано с осуществлением контролируемого принудительного деформирования свариваемых деталей.
Диффузионную сварку с принудительным деформированием проводят при механических напряжениях, превышающих предел текучести материалов. Скорость деформирования деталей определяется приложенной нагрузкой и условиями, в которых она действует: температурой и временем выдержки.
Преимуществом ДСПД является то, что контроль основных параметров осуществляется непосредственно во время сварки по диаграмме «деформирующая нагрузка - деформация» или «деформирующая нагрузка - время выдержки».
Наиболее эффективные технологические методы интенсификации массообмена при соединении металл - не металл наложение электрических и магнитных полей, а также облучение свариваемых поверхностей ионизирующим излучением.
Воздействие ионизирующего излучения возможно реализовать по следующим схемам:
Предварительное облучение с последующим воздействием температуры и давления.
Нагрев деталей ионизирующим излучением в процессе сварки.
Облучение поверхности свариваемых деталей нейтронами.
Интенсификация процесса диффузионной сварки позволяет улучшить качество получаемых соединений, увеличить прочность, вакуумную плотность и других характеристики соединения.
Интенсификация процесса сокращает время затрачиваемое на сварку, повышает производительность на участке диффузионной сварки, позволяет сократить энерго затраты, тем самым повышая экономическую эффективность производства.
Сочетание методов интенсификации позволяет значительно повысить эффективность диффузионной сварки на производстве.
Библиографические ссылки
1. Люшинский А. В. Диффузионная сварка разнородных материалов. М. : Академия, 2006.
2. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М. : Машиностроение, 1976.
3. Бачин В. А. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки : учебник для вузов. М. : Машиностроение, 1991.
4. Хлопков Ю. В. Ультразвуковая сварка пластмасс и металлов. М. : Машиностроение, 1988.
© Сахаров С. С., Прокопьев С. В., Михеев А. А., 2010
УДК 621.79.01
Л. Г. Семичева, С. С. Сахаров, С. Ю. Смирнов Научный руководитель - А. А. Михеев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ
Рассмотрены этапы и области применения математического моделирования для построения моделей сварочных систем.
Для моделирования сварочных процессов широко применяют компьютерное моделирование.
Математическая модель - это эквивалент объекта, отражающий в математической форме важнейшие его свойства - законы, которым он подчиняется, связи, присущие составляющим его частям.
Математическая модель разрабатывается по пути модель-алгоритм-программа. Создав математическую модель, исследователь получает в руки универсальный и гибкий инструмент, который вначале отлаживается, тестируется в пробных вычислительных экспериментах. После того, как адекватность математической модели исходному объекту установлена, с ней проводятся разнообразные и подробные опыты, дающие все требуемые качественные и количественные свойства и характеристики объекта.
Математическое моделирование незаменимо в тех случаях, когда натурный эксперимент невозможен или проведение большего количества экспериментов экономически не целесообразно. Однако такой эксперимент с успехом можно провести на компьютере, построив математическую модель изучаемого процесса.
Основные этапы математического моделирования:
1. Построение модели. На первом этапе задается объект для исследования. Четкое описание ситуации затруднено. Выявляются основные особенности объекта и связи между ними на качественном уровне. Найденные качественные зависимости формулируются на языке математики в математическую модель.
2. Решение математической задачи, к которой приводит модель. На этом этапе проводится разработка алгоритмов и численных методов решения
