CC BY
7
УДК 621.791.72
ИСКЛЮЧЕНИЕ КОРНЕВЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ ЭЛС КОРПУСНЫХ УЗЛОВ ИЗДЕЛИЙ РКТ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
А. В. Дровосеков*, Д. С. Вервейко Научный руководитель - Н. В. Успенский
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: Drovosekov53@mail.ru
Рассмотрен способ исключения корневых дефектов сварного соединения при электроннолучевой сварке изделий РКТ из алюминиевых сплавов.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, корневой дефект качество сварного соединения, нагрев.
THE EXCEPTION OF ROOT DEFECTS IN EBW OF BODY NODES ROCKETS
OF ALUMINUM ALLOYS
A. V. Drovosekov*, D. S. Verveyko Scientific Supervisor - N. V. Uspensky
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Drovosekov53@mail.ru
The method of eliminating root defects in the welded joint by electron beam welding of aerospace hardware from aluminum alloys.
Keywords: electron beam welding, the root defect in the weld quality, heat.
Трудноуправляемым в настоящее время дефектом при ЭЛС толщин более 10 мм. Является корневой дефект, который формируется в корне шва как пустоты различной абстрактной формы. При рентген-контроле данный дефект смотрится как цепь пор различной формы с наложением и соприкосновением. Это явление не имеет ничего общего с привычным нам порообразованием и зависит только от распределения энергии в пятне нагрева. Некачественное формирование луча с искаженным пятном нагрева, как правило, приводит к формированию корневого дефекта и чем хуже пятно нагрева, тем меньше свариваемая толщина, которая поражается данным дефектом. Сварка толщин свыше 12 мм не гарантируется от поражения этим дефектом различной интенсивности. Для устранения этого дефекта необходимо управлять законом распределения энергии в пятне нагрева луча и формировать форму шва таким образом, чтобы в корне шва было притупление с радиусом не менее 1...2 мм, правильное перемешивание жидкой фазы шва как по вертикали, так и по горизонтали.
Один из приемов борьбы с корневыми дефектами - полное проплавление свариваемого стыка. Это наиболее надежный и простой способ, позволяющий исключить корневые дефекты, свести к минимуму угловые деформации, уменьшить вероятность образования пор и раковин благодаря улучшению условий дегазации металла сварочной ванны. При сварке в нижнем положении данный прием применяется для соединения металлов с 5М < 40 мм, а при сварке горизонтальным электронным пучком - с 5М < 400 мм. В последнем случае для предотвращения вытекания жидкого металла из сварочной ванны иногда устанавливается ограничительная планка вдоль нижней кромки стыка [1].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
Недостатками существующей технологии ЭЛС является высокая вероятность появления корневых дефектов и пористости, в особенности при несквозном проплавлении и в процессе вывода электронного пучка при завершении сварки. Эти недостатки связаны с технологическими возможностями электронно-лучевого оборудования У-250 и преодолеть их на указанном оборудовании не представляется возможным [2].
Было выявлено, что периодически схлапывающийся парогазовый канал, характерный для традиционной технологии электронно-лучевой сварки, трансформируется при соответствующих траекториях сканирования в устойчивую парогазовую полость, распространяющуюся на значительную часть глубины проплавления. Это приводит к изменению условий формирования сварного шва, повышению КПД сварочного процесса, изменению формы сварного шва и повышению качества сварных соединений.
Предварительные исследования по использованию этих технологических возможностей выявили перспективность новых траекторий сканирования в целях усовершенствования технологии электронно-лучевой сварки, повышения качества сварных соединений (см. рисунок).
Экспериментальные исследования проводились на электронно-лучевой установке ЭЛУ-5 с электронно-лучевым оборудованием и пушкой КЭП-2 с таблеткой 04,7 мм. Сварка производилась на кольцевых образцах 0300 мм толщиной 27 мм из материала АМг-6-НН. Скорость сварки - 30 м/час.
Целью экспериментальных исследований являлось изучение влияния различных форм распределения энергии по пятну нагрева на процесс формирования сварного шва и его характеристики.
Качество сварных соединений оценивалось по результатам рентгеновского контроля сварных соединений, микрошлифам поперечного и продольного разреза сварных соединений.
Для управления распределением энергии электронного пучка по пятну нагрева было запрограммировано 9 различных траекторий сканирования электронного пучка. Номера сканирований соответствуют следующим изображениям:
Траектории сканирования
При этом можно было изменять и контролировать амплитуды сканирования по «х» и по «у», частоту сканирования, расфокусировку пучка по каналу точной фокусировки.
Сварку проводили при ускоряющем напряжении и = 25 кВ, токах электронного пучка 1л = 100, 150, 200, 250 мА.
Для исключения влияния нагрева образца на формирование сварного соединения очередную сварку проводили на охлажденном образце. Было сварено более 200 образцов.
Анализ проведенных исследований показал, что наилучшие результаты были получены при сканировании № 5. Эта форма сканирования позволяет получать форму сварных швов близкую к прямоугольной с почти параллельными стенками, при этом снижаются напряжения и деформации в сварных соединениях. Радиус скругления при этом составляет 1-г2 мм. В сварных швах полностью отсутствуют корневые дефекты, снижена пористость, что подтверждено результатами рентгеноконтроля сварных швов. Продольные разрезы сварных швов показали, что процессы формирования сварного шва протекают более стабильно. В 2-КЗ раза по сравнению с традиционной технологией уменьшилась нестабильность глубины проплавления, проявляющаяся в виде колебаний проплавления в корне шва.
Анализ проведенных исследований показал, что наилучшие результаты были получены при сканировании № 5. Эта форма сканирования позволяет получать форму сварных швов близкую к прямоугольной с почти параллельными стенками, при этом снижаются напряжения и деформации в сварных соединениях. Радиус скругления при этом составляет 1-г2 мм. В сварных швах полностью отсутствуют корневые дефекты, снижена пористость, что подтверждено результатами рентгеноконтроля сварных швов. Продольные разрезы сварных швов показали, что процессы формирования сварного шва протекают более стабильно. В 2-КЗ раза по сравнению с традиционной технологией уменьшилась нестабильность глубины проплавления, проявляющаяся в виде колебаний проплавления в корне шва [3].
Разработанная технология и оборудование было успешно внедрено на АО «Красмаш» г. Красноярск. Промышленная эксплуатация данного оборудования подтвердила правильность выбранных технических и технологических решений - были полностью исключены корневые дефекты, снизилась пористость в сварных соединениях, повысилось качество выпускаемых изделий.
Библиографические ссылки
1. Электронно-лучевая сварка / О. К. Назаренко и др. ; под ред. Б. Е. Патона. Киев : Наук. думка, 1987. 256 с.
2. Экспериментальные исследования по оптимизации технологии электронно-лучевой сварки алюминиевых сплавов / Ю. Н. Серегин, В. Д. Лаптенок, Н. В. Успенский и др. // Технологии и оборудование ЭЛС-2011 : докл. С.-Петерб. междунар. науч.-техн. конф. (24-26 мая 2011 г.). СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 314 с.
3. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя : в 3 т. Т. 3. 8-е изд., перераб. и доп. / под. ред. И. Н. Жестоковой. М. : Машиностроение, 2001. 864 с.: ил.
© Дровосеков А. В., Вервейко Д. С., 2018
