Порообразование при электронно-лучевой сварке Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Решетнеескцие чтения. 2015

новения СВЧ-тока уменьшается и становится соизмеримой с микронеровностями поверхности металла. С увеличением частоты передаваемой волны требования к качеству поверхности возрастают.

Для снижения шероховатости поверхности волноводов был исследован метод электроплазменной обработки (ЭПО) [1] меди М3 и алюминиевого сплава Д16Т. На образцах из меди М3 с исходной шероховатостью Яа 0,7...0,7 мкм после обработки шероховатость поверхности была неравномерной -Яа 0,4.0,8 мкм. На образцах из Д16Т с исходной шероховатостью Яа 0,7.0,8 мкм после обработки шероховатость поверхности осталась прежней.

Таким образом, было установлено, что ЭПО не позволяет обеспечить равномерную низкую шероховатость поверхности образцов М3 и Д16Т, хотя коэффициент поглощения поверхностью электромагнитных волн снизился несущественно.

Для обеспечения шероховатости поверхности образцов, изготовленных из меди М3, латуни Л96, Л63, а также алюминиевых сплавов, была исследована абразивная обработка войлочным притиром с нанесением на него алмазной пасты [2].

Недостатком способа является неравномерность шероховатости обработанной поверхности и ее шаржирование абразивными зернами, что не допускается технологической документацией. Известно, что удельная проводимость поверхностного слоя меди весьма чувствительна к наличию примесей [1].

В связи с отмеченными недостатками был предложен способ анодно-абразивного вибрационного хонингования каналов волноводов [3], который заключается в использовании электролита с пассивирующими добавками для анодного удаления гребешков неровностей. Активация гребешков поверхности осуществляется вибрацией эластичного абразивоне-сущего инструмента с частотой / = 1-100 Гц и перемещением 0,7-2,5 мм/мин, а анодное растворение катодом инструмента, интегрированного с ним. Способ

осуществляется при активации гребешков микронеровностей с обеспечением электрохимического потенциала 1,2.1,4 В, а во впадинах с пассивацией -при электрическом потенциале 1,6.1,8 В и более.

Такой метод позволяет обеспечить низкую равномерную шероховатость обрабатываемой поверхности Ra 0,2.0,4 мкм, устранить шаржирование и сохранить исходную точность.

Библиографические ссылки

1. Крайнов В. В., Тудакова Н. М., Фролова И. Н. Особенности применения электроплазменной обработки // Труды Нижегород. ун-та им. Р. Е. Алексеева. 2013. № 5(102). С. 25-30.

2. Зверинцева Д. В., Сысоев А. С., Сысоев С. К., Юнг П. А. Отделка внутренних поверхностей волноводов для космических аппаратов // Вестник СибГАУ. 2006. № 4. С. 56-59.

3. Трифанов И. В., Оборина Л. И., Сутягин А. В., Малько Л. С. Способ анодно-абразивного полирования отверстий. Заявка на изобретение № 2014149535 от 18.12.2014.

References

1. Krajnov V. V., Tudakova N. M., Frolova I. N. Osobennosti primenenija jelektroplazmennoj obrabotki [Features of the application of electric plasma treatment]. Trudy nizhegorodskogo universiteta im. R. E. Alekseeva, 2013, no. 5(102), p. 25-30. (In Russ.)

2. Zverinceva D. V., Sysoev A. S., Sysoev S. K., Jung P. A. Otdelka vnutrennih poverhnostej volnovodov dlja kosmicheskih apparatov [Decorating the inner surfaces of the waveguides for spacecraft]. Vestnik SibGAU, 2006, no. 4, p. 56-59. (In Russ.)

3. Trifanov I. V., Oborina L. I., Sutjagin A. V., Malko L. S. Sposob anodno-abrazivnogo polirovanija otverstij. The patent application no. 2014149535, 2014.

© Оборина Л. И., Менухова Ю. Н., Исмаилов Б. Н., Трифанов И. В., 2015

УДК 621.791

ПОРООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ

Т. Г. Орешенко1, П. Ю. Орешенко2

:АО «Красноярский машиностроительный завод» Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: veisver@mail.ru

Электронно-лучевая сварка - процесс получения неразъемных соединений, широко применяемый в аэрокосмической отрасли. В статье рассмотрено влияние технологических параметров процесса на форму пор при ЭЛС.

Ключевые слова: пористость, сварка, электронный луч, сварочная ванна, алюминиевые сплавы.

Технология и мехатроника в машиностроении

PORE FORMATION IN ELECTRON BEAM WELDING

T. G. Oreshenko1, P. Y. Oreshenko2

JSC "Krasnoyarsk Machine Building Plant" 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: veisver@mail.ru

Electron beam welding - the widely used in the aerospace industry process of obtaining permanent joints. The article considers the influence ofprocess parameters on pore shape in EBW.

Keywords: porosity, welding, electron beam, welding pool, aluminum alloys.

Порообразование в металле шва при сварке относится к сложным физико-химическим явлениям. Его развитие протекает в несколько стадий: формирование зародышей газовых пузырьков, развитие пузырьков в объеме сварочной ванны в процессе диффузии и коалесценции, дегазации ванны за счет всплывания пузырьков [1]. Возникновение пористости в шве существенно снижает прочность сварных соединений корпусных конструкций, полученных электроннолучевой сваркой, что негативно сказывается на надежности изделий в целом, что недопустимо в ракетно-космической технике.

В промышленном алюминии и сплавах на его основе имеются готовые зародыши пузырьков. Поэтому образование пор в алюминиевых сплавах зачастую следует рассматривать как процесс развития микрозародышей в пузырьки макроразмеров. Микрозародыши возникают в междендритном пространстве, в местах расположения включений, примесей, легирующих элементов. После кристаллизации оставшиеся в металле пузырьки превращаются в поры. Увеличение микрозародышей пузырьков в объеме происходит в жидком металле в результате диффузии в них водорода, растворенного в металле. В пузырьках атомарный водород переходит в молекулярную форму и создает в них определенное давление, уравновешивающееся внешним давлением, оказываемым на пузырек, таким образом, данный процесс оказывается направленным на установление равновесия в системе газ -металл. Для этого должно быть соблюдено условие: [Я ] = к^ ,

где [Я] - концентрация растворенного в жидком металле водорода, см3/100 г; рЯ - давление водорода в пузырьке макроразмеров; к - константа, зависящая от температуры.

Давление водорода в пузырьке должно уравновешиваться внешним давлением. В период, когда размер поры мал, она будет оставаться сферической благодаря силе поверхностного натяжения. При росте пор в междендритном пространстве форма поры будет заметно отличаться от сферической вследствие неодновременности затвердевания основного металла и включений [2] (см. рисунок).

Рассмотрим подробнее механизм электроннолучевой сварки. Предположим, что одиночный газовый пузырек диаметром Б0 находится в жидком ме-

талле ванны. Дальнейшее поведение пузырька будет определяться архимедовой силой и равнодействующей сил поверхностного натяжения в неоднородно нагретой жидкости. Кроме того, пузырек будет перемещаться вместе с движением металла сварочной ванны, характер которого зависит от формы и размеров ванны, места расположения пузырька и других факторов [3].

Пузырьы» тененла

С-щряднсе течение

Течение по гранилам раздела сред

О

о

о

о

о

о

Влияние течения на форму газового пузырька при его подъеме в сварочной ванне

В большинстве литературы динамику всплытия пузырька рассматривают без учета нестационарных связей, однако данный эффект играет важную роль в ряде многих процессов, отмеченных ранее [4; 5]. В связи с этим была проведена теоретическая оценка формы пузырька в различных режимах всплытия с учетом нестационарных сил.

Диаметр пузырька при всплытии будет равен

Do = 3

18ця

Рж (Рж -Рг )g

где цж - динамическая вязкость жидкости; рг - плотность газа (пузырька); рж - плотность жидкости, в которой находится пузырек; g - ускорение свободного падения.

Поскольку температура в сварочной ванне распределяется неравномерно, то движущийся пузырек будет попадать в зоны с различной температурой, что

2

Решетнееские чтения. 2015

приведет к изменению скорости его всплывания, так как входящие в формулу величины плотности и вязкости зависят от температуры расплава:

Рж = a - b(T - Тпл )

d

Ц=С+ —

Т 2

d® ,гг Т Л СТ = СТпл - (Т - Тпл )

dT

Здесь a, b, c, d, ^^ - коэффициенты, зависящие от

dT

типа металла или сплава; Тпл, стпл - температура и поверхностное натяжение в точке плавления, К.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что изменение любых технологических параметров сварочного процесса, приводящее к увеличению градиента температуры при перемещении поры в сварном шве, будет приводить к отклонению ее формы от сферической.

Библиографические ссылки

1. Зусин В. Я., Серенко В. А. Сварка и наплавка алюминия и его сплавов. Мариуполь : Рената, 2004. 468 с.

2. Legait P-A. Formation and distribution of porosity in Al-Si welds // A thesis submitted to the faculty of the Worcester polytechnic institute in partial fulfillment of

the requirements for the degree of masters of science in material science and engineering, May 2005.

3. Plasma - MJY boots tank trailer output. Welding Design and Fabrication. 1983. Vol. 56, N 2. P. 54-55, 59.

4. Николаев В. А., Фридляндер И. Н., Арбузов Ю. П. Свариваемые алюминиевые сплавы. М. : Металлургия, 1990. 296 с.

5. Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. Введение в физику поверхности. М. : Наука, 2006. 490 с.

References

1. Zusin V. Ya., Serenko V. A. Svarka I naplavka aluminiya I ego splavov [Welding and melting of aluminum and its alloys]. Mariupol : izd-vo "Renata", 2004. 468 p.

2. Legait P-A. Formation and distribution of porosity in Al-Si welds // A thesis submitted to the faculty of the Worcester polytechnic institute in partial fulfillment of the requirements for the degree of masters of science in material science and engineering, May 2005.

3. Plasma - MJY boots tank trailer output. Welding Design and Fabrication, 1983, Vol. 56, N 2. P. 54-55, 59.

4. Nikolaev V. A., Frilyander I. N., Aibuzov Yu. P. Svarivaemye alyuminievye splavy [weldable aluminum alloys]. M. : Metallurgiya, 1990. 296 p.

5. Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. Vvedenie v fiziku poverhnosti [Introduction to the surface's physics]. М. : Nauka, 2006. 490 p.

© Орешенко Т. Г., Орешенко П. Ю., 2015

УДК 672.11

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ И МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ 20ГЛ НА ЕЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МИКРОСТРУКТУРУ

А. А. Романова, А. В. Павлов, И. В. Немцев, Л. И. Квеглис

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: anastasiya-romanova-16.09@mail.ru

Повышение механических свойств литых деталей позволяет в настоящее время получать путем литья такие ответственные детали, как коленчатые валы двигателей, рамные крепления локомотивов, детали автомашин, лопатки турбин, зубчатые колеса редукторов и др. В результате совершенствования современных методов литья отливки из новых труднообрабатываемых сплавов находят применение в ракетостроении, радиоэлектронике, приборостроении, авиации и других отраслях. Дальнейшее развитие химического машиностроения также требует расширения производства отливок из жаропрочных и стойких к коррозии сплавов.

Ключевые слова: вакуумно-пленочная формовка, микролегирование, модифицирование, десульфурирование.

STUDY OF STEEL MODIFYING AND MICROALLOYING 20GL AND ITS MECHANICAL

PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE

A. A. Romanova, A. V. Pavlov, I. V. Nemtcev, L. I. Kveglis

Siberian Federal University

79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: anastasiya-romanova-16.09@mail.ru

Improving the mechanical properties of cast parts allows currently to produce them by casting such important details as crankshafts engine frame mounting locomotives, parts of cars, turbine blades, gears gearboxes, etc.. As a result, the improvement of modern methods of casting new hard-alloys are used in rocketry, electronics,