CC BY
85
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
- небольшие линейные размеры ЗТБ;
- большие скорости нагрева и охлаждения металла в вакууме, что позволяет получать максимальную степень чистоты и высокие физико-химические свойства соединения;
- резкое снижение величины деформаций сварных конструкций;
- возможность сварки соединений различных типов, в том числе принципиально новых, не выполнимых известными способами сварки плавлением;
- высокая производительность и экономичность;
- универсальность аппаратуры, позволяющая сваривать детали разных толщин;
- наличие предпосылок для комплексной автоматизации процесса.
ЭЛ наряду со сваркой может быть использован для локальной термообработки сварных соединений, наплавки, напыления, перфорации, изготовления пазов (в металлах и сверхтвердых материалах), контурной резки тонкостенных элементов, гравирования.
© Трошин А. А., Мухин А. С., Шепелевич М. В., 2013
УДК 621.791.722
А. А. Трошин, М. В. Шепелевич Научный руководитель - Н. В. Успенский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ
Рассмотрены причины возникновения специфических - корневых дефектов при ЭЛС алюминиевых сплавов, предложен способ их предотвращения.
Качество шва при ЭЛС, как и при любом способе сварки плавлением, определяется совокупностью технологических и энергетических параметров процесса. Поддержание на требуемом уровне энергетических параметров процесса сварки обеспечивает при неизменных технологических условиях постоянство эксплуатационных параметров сварного соединения, геометрических размеров, структурных, прочностных и других показателей. Однако, возможность формирования проплавления уникальной «кинжальной» формы с минимальной металлоемкостью ванны вступает в противоречие с достижением стабильных эксплуатационных параметров сварного соединения, как для одного, так и для многих швов. Нарушение оптимального режима ЭЛС зачастую ведет к появлению в швах дефектов, причем даже на хорошо свариваемых материалах. Они встречаются при любых способах сварки плавлением и хорошо известны: непровары, подрезы, провисание шва, а также повышенное разбрызгивание. Однако возникают и другие, специфические дефекты: корневые дефекты, протяженные полости в объеме шва, «срединные» трещины и отклонения шва от стыка из-за остаточных или наведенных магнитных полей. Корневые дефекты шва -наиболее распространенный вид дефектов, они могут иметь место при сварке любых материалов обычно в режиме несквозного проплавления в любом пространственном положении.
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 нечего 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 вертикале, так и по горизонтали.
Предварительные исследования по использованию этих технологических возможностей выявили перспективность новых траекторий сканирования в целях усовершенствования технологии электронно-лучевой сварки, повышения качества сварных соединений.
Экспериментальные исследования проводились на электронно-лучевой установке ЭЛУ - 5 с электроннолучевым оборудованием и пушкой КЭП - 2 с таблеткой 04,7 мм. Сварка проводилась на кольцевых образцах 0 300 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 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 запрограмми-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
ровано 9 различных траекторий сканирования электронного пучка. Номера сканирований соответствуют следующим изображениям:
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 шЛ.
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 полу-
чать форму сварных швов близкую к прямоугольной с почти параллельными стенками, при этом снижаются напряжения и деформация в сварных соединениях. Радиус округления при этом составляет 1^2 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 2^3 раза по сравнению с традиционной технологией уменьшилась нестабильность глубины проплавления, проявляющаяся в виде колебаний про-плавления в корне шва.
Разработанная технология и оборудование было успешно внедрено на ОАО «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.
© Трошин А. А., Шепелевич М. В., 2013
УДК 621.791.763
М. И. Шпигоревская, М. М. Царегородцева Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОЦЕССА ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ
Разработаны методики, основанные на измерении критических значений диаметра ядра или параметров режима сварки, которые позволяют комплексно оценить устойчивость процесса контактной точечной сварки против образования выплесков и непроваров, и тем самым позволяет уменьшить трудоемкость настройки параметров режима сварки, а также их контроль в ходе технологического процесса сварки и, в конечном итоге, повысить качество точечных сварных соединений.
При точечной контактной сварке (ТКС) параметры факторов, влияющих на процесс формирование соединения, непрерывно изменяются. Для их изменений характерны как случайные, разовые отклонения, так и закономерные. Например, к случайным изменениям параметров ТКС можно отнести отклонения электрических сопротивлений холодных контактов и зоны сварки в целом, силы сварочного тока из-за колебаний напряжения в сети, усилия сжатия деталей и др. Изменения же в процессе ТКС площадей рабочих поверхностей электродов из-за их износа при сварке сталей, электрического сопротивления контактов деталь-электрод из-за загрязнения рабочих поверхностей последних при сварке легких сплавов имеют вполне определенные закономерности. Поэтому, для предотвращения образования непроваров и выплесков важно не только правильно выбрать параметры режимов сварки, но и иметь возможность оперативно оценивать устойчивость процесса сварки, корректировать его параметры при практическом осуществлении тех-
нологии сварки конкретных изделий. Поэтому, для практики сварки важно иметь простые и надежные методики оценки устойчивости процессов КТС, способы их корректирования, желательно в автоматическом режиме, которые бы позволили решать эти задачи.
Под понятием «устойчивость процесса КТС» подразумевается допустимый диапазон возможных случайных отклонений параметров режима, а также других факторов процесса сварки до образования двух наиболее опасных дефектов точечных соединений -непровара или конечного внутреннего выплеска. Склонность процесса ТКС к появлению выплеска наиболее часто оценивают по величине «критического диаметра ядра - dКР» — диаметра ядра при котором возникает выплеск, а также по коэффициенту кВ устойчивости процесса ТКС против выплесков кВ = dкp/dМ, где dМ - минимально допускаемый диаметр ядра по ГОСТ 15878-79 [1]. Однако, практические определения коэффициента кВ показывают, что его значения не всегда корректны.
