О модернизации технологии изготовления образцов и деталей из листовых металокомпозитов с целью улучшения качества материала и повышения безопасности процесса

В. Е. Ольшанецкий; А. С. Лавренко; А. В. Коробко; В. И. Шмырко

НАУКОВО-ТЕХН1ЧНА 1НФОРМАЦ1Я

О МОДЕРНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ МЕТАЛОКОМПОЗИТОВ С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛА И ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССА

В процессе получения листовых волокнистых металлокомпозитов высокотемпературным методом с использованием импульсных источников тепловой энергии (например, методом контактной шовной сварки) [1, 2], соединение составляющих композицию компонентов осуществляется путем последовательного пропускания через локальные области исходной заготовки коротких мощных импульсов электрического тока.

При прохождении тока сначала металл матричного сплава разогревается и под действием усилия сжатия токо-подводящих роликовых электродов заполняет промежутки между тугоплавкими армирующими волокнами, затем оплавляется, образуя локальную зону проплавления, после охлаждения которой формируется локальное соединение (сварная точка). Силовые линии электромагнитного поля, возникающего во время протекания сварочного тока, сжимают проплавленную зону, придавая ей в нормальном сечении округлую форму. По мере удаления от зоны проплавления интенсивность магнитной индукции и, соответственно, напряженность импульсного магнитного поля уменьшается в соответствии с обратнопропорциональной зависимостью.

Через короткий промежуток времени, когда свариваемая заготовка, во время паузы между импульсами тока, переместится вращающимися электродами на некоторое расстояние, сваривается следующая точка, перекрывающая предыдущую на заданную величину. В результате непрерывного наложения таких взаимно перекрывающихся точек образуется сварной шов. По окончании сварки одного шва производится сварка следующего с таким расчетом, чтобы проплавленные зоны соседних швов также перекрывались, образуя монолитный листовой материал. В результате в процессе сварки заготовки формируется непрерывная бездефектная зона проплавленного матричного сплава, внутри которой располагаются армирующие волокна. Работоспособность полученного таким образом композиционного листового материала во многом определяется наличием дефектов как внутри отдельных единичных проплавленных зон, так и в местах их соединения между собой в каждом отдельном и на стыках смежных сварных швов. Таким образом, бездефектность полученного листового композита может быть обеспечена лишь при условии стабильности всех технологических параметров процесса его формирования и, в том числе, стабильности величины шага сварки, т.е. смещения исходной заготовки относительно роликовых электродов сварочной машины в процессе взаимного перекрытия соседних сварочных швов.

В практических экспериментах при установлении оптимальных технологических параметров процесса формирования конкретного композиционного материала на поверхность исходной заготовки предварительно графически наносится серия чередующихся видимых линий, расстояние между которыми задается равным шагу сварки. Затем экспериментатор вручную ориентирует свариваемую заготовку относительно роликовых электродов сварочной машины в процессе формирования каждого очередного шва. При этом величина отклонения шага сварки от заданного значения колеблется в пределах ± 1-2 мм, а рука экспериментатора нередко подвергается воздействию как импульсного магнитного поля, так и потока воды, которая используется для наружного охлаждения свариваемой заготовки. Величина импульсного магнитного поля, воздействующего на руки экспериментатора, зависит от амплитудного значения тока сварки и расстояния до зоны проплавления, а температура охлаждающей воды зависит от периода года. Так, в холодный период года температура воды снижается от 10 до 6 °С, что при длительном воздействии на руки экспериментатора приводит к хроническим заболеваниям. Поэтому, с целью умень -шения величины отклонения значений шага сварки от заданной величины (и, соответственно, улучшения качественных показателей формируемых листовых металлокомпозитов), а также повышения безопасности технологического процесса для экспериментатора, в данной работе было спроектировано и изготовлено специальное приспособление к машине шовной электроконтактной сварки (см. рис. 1).

Приспособление позволяет надежно закрепленной в плоскости сварки заготовке (3) свободно перемещаться по оси У (в направлении отдельных сварных швов). После завершения формирования очередного шва заготовка освобождается от воздействия роликовых электродов (1, 2), переводится в исходное положение и с помощью регулятора с лимбом (4) перемещается в направлении оси Х на величину заданного шага сварки, после чего производится формирование следующего сварочного шва, перекрывающего предыдущий (при этом максимальная погрешность величины шага сварки не превышает величины ± 0,15 мм). Данный процесс многократно повторяется до заверше-

1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2009

137

Рис. 1. Схема приспособления для сварки металлокомпозитных заготовок:

1, 2 - роликовые электроды машины для сварки (осуществляют перемещение заготовки по оси У); 3 - свариваемая заготовка;

4 -регулятор шага сварки (смещение заготовки по оси Х)

ния сварки всей заготовки. Использование данного приспособления позволяет практически избежать возникновения случайных дефектов в областях перекрытия зон проплавления соседних сварных швов. На рисунке также приведена экспериментально полученная кривая зависимости величины напряженности импульсного магнитного поля Н, возникающего вокруг локальной зоны сварки от расстояния до этой зоны Ь. Эта зависимость получена при помощи измерителя магнитной индукции ТПУ-01 в процессе формирования листового металлокомпозита с нио-биевой матрицей и вольфрамовыми волокнами. Амплитудные значения импульсов тока сварки при этом находились в пределах 25000-30000 А. На кривой точками отмечены координаты предельно допустимых амплитудных значений напряженности переменного магнитного поля при локальном воздействии на кисти рук (Н = 4250 А/м) и при общем воздействии на человека (Нпдобщ = 850 А/м) [3].

Как видно из данной зависимости в нашем случае безопасная зона для тела человека расположена на расстоянии, превышающем 0,6 м от зоны сварки, а для кистей рук - на расстоянии большем, чем 0,3 м. Поэтому все органы управления данным приспособлением конструктивно удалены от зоны сварки на безопасное расстояние.

Таким образом, разработанное приспособление позволяет не только изготавливать образцы и заготовки из листовых металлокомпозитов с улучшенными качественными показателями, но и защитить самого экспериментатора от вредного воздействия импульсного магнитного поля.

Перечень ссылок

1. Высокотемпературные металлокомпозиты для тонкостенных оболочек / [В. Е. Ольшанецкий, А. С. Лавренко, В. С., А. В. Коробко и др.] // Н^ матерiали i технологи в металургй та машинобудуванш. - 2005. - № 1. - С. 81-86.

2. Новые жаропрочные металлокомпозиты для сопловых блоков реактивных двигателей / [А. Д. Коваль, В. Е. Ольшанецкий, А. С. Лавренко и др.] // Технологические системы. - 2001. - 3(а).- С. 21-25.

3. Державш саштарш норми i правила при робой з джерелами електромагштних полiв: ДСанШН № 3.3.6-096-2002. - [Чин-ний вщ 01.04.2003]. - К. : М-во охорони здоров'я, 2003. - 13 с.

Одержано!!. 03.2009

А. В. Коробко, В. И. Шмырко Национальный технический университет, г. Запорожье