CC BY
18
УДК 621.791.014
ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ 1151АТ
В РАКЕТОСТРОЕНИИ
И. Е. Аржанникова
Оренбургский государственный университет Российская Федерация, 460018, г. Оренбург, просп. Победы, 13 E-mail: [email protected]
Данная работа посвящена проблеме выбора технологии сварки для материала 1151АТ. Проведены натурные испытания на образцах сплава 1151АТ толщиной 4 мм в условиях лаборатории предприятия. В результате разработаны оптимальные технологические режимы ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и автоматической сварки плавящимся электродом для материала 1151АТ. Материалы могут быть полезными для получения качественных сварных соединений при сварке сплава 1151АТ.
Ключевые слова: сварные соединения; алюминиевый сплав 1151АТ; аргонодуговая сварка неплавящимся электродом; автоматическая сварка плавящимся электродом.
PROSPECT OF APPLICATION WELDING TECHNOLOGY FOR 1151AT
IN ROCKET SCIENCE
I. E. Arzhannikova
Orenburg State University 13, Pobedy Av., Orenburg, 460018, Russian Federation E-mail: [email protected]
This paper deals with the problem of choosing welding technology for material 1151АТ. Full-scale tests on samples of alloy 1151АТ 4 mm thick in the laboratory of the enterprise are conducted. The optimum process conditions for gas tungsten arc welding with non-consumable electrode and automatic welding consumable electrode for the material 1151АТ are developed. The paper may be useful to obtain high-quality welded joints when welding alloy 1151АТ.
Keywords: welded joints; aluminum alloy 1151AT; gas tungsten arc welding; automated welding consumable electrodes.
На этапе развития ракетостроения ведутся научные исследования в направлении поиска современных технологических решений для производственных процессов изготовления аэрокосмической техники [2; 3]. Особый интерес в последние годы проявляют к применению в конструкциях ракет улучшенных сплавов вместо традиционных алюминиевых сплавов АМг6 и Д16. Одним из таких улучшенных жаропрочных сплавов является алюминиевый сплав 1151АТ, который позволяет повысить прочностные характеристики основного металла и качество сварных соединений [4]. Обладая необходимыми физико-механическими характеристиками и удовлетворяющий предъявляемым требованиям отраслевых стандартов, данный сплав находится в числе трудно свариваемых материалов. Повышенная жаропрочность сплава 1151 АТ определяет его использование в условиях высоких температур и обусловлена тем, что в его структуре отсутствует термически нестабильная 9-фаза [4]. Поэтому выбор способа сварки ответственных конструкций аэрокосмической техники со сложным теоретическим контуром из алюминиевого сплава остается актуальной задачей и определяет направление научного исследования по отработке оптимальных технологических режимов сварки [1-3].
Секция «Сварка летательньх аппаратов и родственнее технологии»
Объектом исследования является технологический процесс сварки сплава 1151АТ. Предметом - технологический процесс сварки образцов сплава 1151 АТ толщиной 4 мм в условиях лаборатории предприятия. Цель - определение перспективы применения технологии сварки 1151 АТ, выбранной в результате эксперимента, для поучения качественных сварных соединений конструкций ответственного назначения. В работе используется метод анализа и эксперимент.
Исследованию сплава 1151АТ и возможности изготовления из него хвостового отсека ракеты посвящена работа Д. П. Юдаева [4]. В своей работе автор утверждает, что использование сплава 1151 «снизит вес блоков ракет до 5 %, повысит технологичность сборки и увеличит эксплуатационные свойства конструкций ракет при температуре от 175 °С и выше» [4]. Автор, к сожалению, исследует только контактную сварку сплава 1151 [2; 3].
Представляет особый практический интерес возможность автоматической дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевого сплава 1151 АТ в конструкциях аэрокосмической техники наряду с традиционной ручной аргонодуговой технологией сварки неплавящимся электродом [1-4].
На основании новой разработанной программы сварки алюминиевого сплава 1151 АТ в лаборатории предприятия проведены натурные испытания по отработке режимов автоматической сварки плавящимся электродом в среде гелия и ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом с присадочной проволокой [2; 3]. В условиях лаборатории были сварены стандартные образцы 150x300 мм толщиной 4+4 мм из материала 1151 АТ ТУ 1-595-6-804-2004.
При сварке образцов № 1, 2, 3, 6 применялось следующее сварочное оборудование - источник питания Fronius MW-300, поддерживался режим: напряжение дуги ид = 13 В, сила тока 1св = 160-170 A, для образцов № 4, 5 - автомат радиально консольный с источником питания Fronius TPS 4000, ид = 12 В, 1св = 110-115 A, для образца № 7 - стапель для автоматической сварки продольных швов и источник питания ТИР-315, режим образцов № 1-3. После сварки проводился рентген контроль сварных образцов на рентгеновском аппарате Моноскан-3, в результате которого дефектов не обнаружено [2; 3]. Испытания образцов на разрыв проводились по ГОСТ 6996-66 и НТД при Т = 20 оС на универсальной разрывной машине типа УЭМ-5А. Результаты испытаний сварных образцов и основного материала (образец № 8) приведены в таблице.
Механические свойства образцов сплава 1151АТ
Номер образца Вид сварки Временное сопротивление cb, в кгс/мм2 (в % от основного материала) Угол загиба, в о
1 Ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом без разделки кромок с одной подваркой (С4 по ГОСТ 14806-80) 24,35 (56) 10-18
2 Ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом без разделки кромок (С4) 28,3 (65) 20-22
3 Ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом без разделки кромок с двумя подварками (С4) 22,9 (52) 15
4 Автоматическая сварка плавящимся электродом в среде гелия по «спец. программе 1201» (С4) 27,5 (63) 23-28
5 Автоматическая сварка плавящимся электродом в среде гелия по программе «АМг» (С4) 30,2 (69) 22-25
6 Ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом с разделкой кромок (С 18) 18,5 (42) 18-20
7 Автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом (С4). 26,7 (61) 18-20
8 Результаты испытаний сварных образцов и основного материала 43,5 50
Для ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом без разделки кромок предел прочности составил 65 % от прочности основного материала. При ручной аргонодуговой сварке неплавящимся электродом с разделкой кромок исследуемого образца № 6 с увеличением исполь-
зования в сварном шве присадочной проволоки предел прочности составил 42 % от прочности основного материала. Первая подварка снизила прочность сварного соединения на 10-15 %. Вторая подварка дополнительно снизила прочность - на 5-7 %. Самый лучший результат получен при применении новой технологии автоматической сварки плавящимся электродом, при которой предел прочности составил 69 % от прочности основного материала [2; 3]. Макрошлиф данного образца № 5 обладает высокой плотностью, хорошим проплавлением сварочного шва. Из всех образцов в данном образце наблюдается более мелкозернистая структура металла шва, наиболее мелкая пористость и микропористость. Это вызвано минимальным перегревом и, соответственно, определяемым им меньшим временем кристаллизации металла шва [1-3]. Выявленные факторы существенным образом влияют на повышение прочностных свойств и качества сварного соединения в целом.
В результате проведенного исследования выяснено, что применение автоматической сварки плавящимся электродом увеличивает прочность получаемых сварных соединений на 4 %, что составляет 69 % от прочности основного материала. Достигнут уровень исследования, на котором разработаны оптимальные режимы сварки. В перспективе данный вид сварки может стать оптимальным технологическим решением при применении сварки сплава 1151АТ для элементов сложных конструкций ответственного назначения. Это объясняется тем, что с повышением частоты источника питания увеличивается скорость сварки, следовательно, повышается качество сварных соединений алюминиевого сплава [3].
Таким образом, перспектива применения технологии сварки 1151 АТ напрямую зависит от возможности получения качественных сварных соединений по отработанным технологическим режимам на этапе проектирования новых образцов аэрокосмической техники. Для достижения указанной цели требуется проведение комплекса исследовательских работ, таких как анализ и моделирование разработанных технологических процессов сварки, практические эксперименты, сбор положительных полученных результатов исследования, и их верификация. Следовательно, дальнейшее исследование определит перспективу внедрения вышеописанных технологий в ракетостроении.
Библиографические ссылки
1. Аржанникова И. Е., Султанов Н. З. Автоматизированная сварка плавящимся электродом с процессом холодного переноса капель в стыковых соединениях конструкций алюминиевых сплавов // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2016. № 3. С. 145-150.
2. Аржанникова И. Е., Султанов Н. З. Практика и перспективы применения технологий сварки сплава 1151 АТ в ракетостроении // Станкостроение и инновационное машиностроение. Проблемы и точки роста : материалы Всерос. науч.-метод. конф. (Уфа, 27 февр. - 01 мар. 2018 г.) ; Уфимский. гос. авиац. тех. ун-т. Уфа, 2018. С. 194-199.
3. Аржанникова И. Е., Султанов Н. З., Драндусов М. Г. Современные технологические решения для сварки алюминиевого сплава 1151 АТ в конструкциях аэрокосмической техники // Современные научные исследования: теория и практика : материалы Междунар. науч.-практ. конф. София, 2017. Т. 1. С. 48-52.
4. Юдаев Д. П. Влияние технологических и эксплуатационных воздействий на структуру и свойства алюминиевых сплавов 1151 и 1545К и возможность изготовления из них перспективных ракет-носителей : дис. ... канд. техн. наук: 05.16.09. Самара, 2014. 146 с.
© Аржанникова И. Е., 2018
