CC BY
21УДК 621.372.83.001.24
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ АУСТЕНИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ЛАЗЕРНОЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКОЙ
В. Ю. Гусев1, А. И. Демченко2, Р. В. Зайцев1, В. В. Ананьев1, И. А. Скачков1
1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: vic@iss-reshetnev.ru Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: dealig@rambler.ru
Выполнен сравнительный анализ результатов металлографических исследований и испытаний на прочность сварных телескопических образцов тонкостенных трубопроводов из хромоникелевой аустенитной стали 12Х18Н10Т, для исследования влияния способов сварки на формирование зон термического влияния в соединениях труб систем терморегулирования космических аппаратов.
Ключевые слова: лазерная сварка, автоматизированная аргонодуговая сварка, телескопическое соединение.
THE FEATURES OF THE FORMATION OF TELESCOPIC OF WELDED JOINTS OF THIN-WALLED PIPELINES FROM AUSTENITIC STAINLESS STEELS MADE BY LASER AND AUTOMATED ARGON-ARC WELDING
V. U. Gusev1, A. I. Demchenko2, R. V. Zaitsev1, V. V. Ananev1, I. A. Skachkov1
1JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: vic@iss-reshetnev.ru Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: dealig@rambler.ru
A comparative analysis of the results of metallographic studies and tests on the strength of welded telescopic samples of thin-walled pipelines from chromium-nickel austenitic steel 12X18N10T has been performed to study the effect of welding methods on the formation of heat-affected zones in joints ofpipes for spacecraft thermal control systems.
Кeywords: laser welding, automated argon-arc welding, telescopic joint.
Исследуемые способы сварки применяются при изготовлении узлов и сборочных единиц систем терморегулирования космических аппаратов, использующих в качестве рабочей среды жидкости, содержащие соединения аммиака. В связи с жесткими ограничениями по массе изделий, элементы системы состоят из тонкостенных труб диаметрами не более 5 мм и толщинами стенок в пределах 0,3-0,4 мм, изготавливаемых из хромоникелевой аустенитной стали 12Х18Н10Т. Для упрощения сборки изделий с применением унифицированной трубной арматуры, сварка выполняется в виде нахлесточных телескопических соединений. Механические характеристики сварного соединения - прочность и пластичность - в период его формирования определяют вероятность получения бездефектного соединения в такой же степени, как прочностные и эксплуатационные характеристики - степень надёжности работы конструкции. С целью снижения размеров областей нагрева до температур, близких к температуре равновесного солиду-са, применяются энергоёмкие способы сварки и технологические приёмы уменьшения погонной энергии.
В случае с орбитальной аргонодуговой сваркой в закрытых орбитальных головках, оптимальных результатов можно добиться введением в процессе сварки импульсных пауз по току.
Целью работы было исследование процесса формирования зоны термического влияния и её влияние на прочность и пластичность сварного соединения, в зависимости от способа сварки тонкостенной трубы и арматуры.
В качестве способов соединения труб с арматурой применялись:
1. Автоматизированная орбитальная аргонодуго-вая сварка телескопического стыкового неповоротного соединения в среде защитного газа закрытой сварочной головки.
2. Лазерная сварка телескопического стыкового поворотного соединения в среде защитного газа аргона без применения присадочного материала.
3. Импульсная автоматизированная орбитальная аргонодуговая сварка телескопического стыкового неповоротного соединения в среде защитного газа закрытой сварочной головки (рис. 1).
Решетневскуе чтения. 2018
Рис. 1. Образцы соединений тонкостенной трубы с арматурой, слева направо: лазерная сварка, импульсная автоматическая аргонодуговая сварка
Рис. 2. Пример разрушения образцов при механических испытаниях на разрыв, свершу вниз: импульсная орбитальная автоматическая аргонодуговая сварка, лазерная сварка
Образцу с 1 по 5
Otf lSüu М! - i
- 2
- 3 4
О 10 20 30 4а SD 60 70 ®0 Я> 100 1И íü 1S 1« ЁО
Перемещение
Рис. 3. Диаграмма зависимости относительного удлинения сварных соединений пяти образцов от нагрузки, до разрушения сварных соединений
Средние результаты испытаний соединений прочности на разрыв
№ п/п Максимальная разрывная нагрузка [кгс] Относительное удлинение [мкм] Деформация при растяжении) [ %]
1 238 141,13 59,72
2 248 139,21 55,05
3 246 143,97 63,56
4 374 140,01 60,36
5 381 139,55 60,56
Рис. 4. Результаты металлографических исследований сварных соединений образцов:
слева направо № 1, № 3, № 5
Образец № 1 выполнен автоматизированной орбитальной аргонодуговой сваркой, образцы № 2, № 3 выполнены лазерной сваркой, № 4, № 5 выполнены импульсной автоматизированной орбитальной арго-нодуговой сваркой.
Сварные соединения образцов были подвергнуты механическим испытаниям на разрыв (рис. 2). Разрушение образцов, выполненных лазерной сваркой произошло непосредственно по сварному шву. Разрушение образцов, выполненных автоматизированной орбитальной аргонодуговой сваркой и импульсной автоматизированной орбитальной аргонодуговой сваркой произошло в зоне термического влияния.
На пяти образцах проведён сравнительный анализ результатов относительного удлинения до разрушения сварных соединений (рис. 3-4). Показатель максимальной разрывной нагрузки зафиксирован на образце сварного соединения, выполненном импульсной
автоматизированной орбитальной аргонодуговой сваркой.
Результаты металлографических исследований микро и макроструктуры швов и испытания прочности на разрыв соединений тонкостенных труб с арматурой, указывают на снижение влияния размеров областей нагрева до критичных температур при использовании импульсных методов сварки. Формирования зоны термического влияния сварного соединения имеет более локальный характер при лазерной сварке, но, несмотря на это, максимальная разрывная нагрузка выше при импульсной автоматизированной орбитальной аргонодуговой сварки, что объясняется более равномерным её распределением.
© Гусев В. Ю., Демченко А. И., Зайцев Р. В., Ананьев В. В., Скачков И. А., 2018
