CC BY
28
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
FB = 11,23 > 3,9;
Fc = 4,81 > 3.9.
Следовательно, все исследуемые в данном эксперименте факторы: /, 5 и и на величину деформирующего усилия Ед влияют значимо.
Степень влияния каждого из факторов на величину усилия сопротивления деталей деформации при их сближении Ед можно оценить по соотношению дисперсий а2 исследуемых факторов. Тогда значимо влияющие на величину Ед факторы в порядке уменьшения их влияния располагаются следующим образом:
ст2 = 56897 ; ст2 =14859;
ст2=2342; ст2 =872.
Зависимость Ед от значимо влияющих на его величину факторов однозначна при любых их сочетаниях. Величина Ед возрастает с увеличением 5, 5 и и, а также с уменьшением /. При этом градиент изменения Ед, характеризующий степень влияния каждого из факторов, согласуется с приведенным выше соотношением их дисперсий.
С увеличением 5 характер увеличения Ед практически не изменяется при всех сочетаниях остальных значимых факторов. Это же можно сказать и о характере уменьшения Ед при увеличении расстояния между сваренными точками /.
Влияние величины 5 и и на Ед не столь однозначно. Так, при небольших значениях и или при неболь-
ших отношениях 5/t, увеличение Fд происходит практически пропорционально увеличению зазора. При увеличении отношения 5/t деформирование листов переходит от их изгиба к прогибу по типу мембраны и деформации могут выходить за пределы области упругих. Вследствие этого прямо пропорциональная зависимость усилия Fд от 5 нарушается и рост величины Fд замедляется.
С увеличением u усилие Fд. Однако в этом случае рост Fд происходит только до определенного соотношения между параметрами 5, u и t, а затем прекращается.
Выводы. Установлено, что на величину Fд значимо влияют: толщина деталей, расстояние между точками, величина зазора в месте сварки и расстояние от кромки листа до центра свариваемой точки. Влияние же расстояния до соседних сваренных точек, угла раскрытия зазора в нахлестке и радиуса сферы рабочей поверхности электродов в исследуемом диапазоне их изменения не значимо и находится в пределах статистического разброса измеренных значений Fд.
Библиографические ссылки
1. Зайчик Л. В., Орлов Б. Д., Чулошников П. Л. Электросварка легких сплавов. М. : Машгиз, 1963. 219 с.
2. Огибалов П. М. Изгиб, устойчивость и колебания пластинок //М. : Изд. МГУ. 1958. 389 с.
3. Пустыльник Е. И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М. : Мир, 1975. 312 с.
© Захаров В. В., Кононова Е. В., 2012
УДК 621.791
Н. Д. Кинцель, Л. А. Смолякова Научный руководитель - Л. Г. Семичева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ В ПРОЦЕССЕ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ
Исследовано влияние параметров процесса диффузионной сварки на коэффициент передачи Кп пьезоэлектрического датчика уровня и определены оптимальные значения параметров, обеспечивающие повышение коэффициента передачи на 50 %. Разработан технологический процесс изготовления пьезоэлектрического датчика уровня с согласующим слоем из фторопласта-4.
Проблемным вопросом на предприятиях приборостроительной отрасли при создании пьезоэлектрических датчиков уровня, применяемых в системах управления летательных аппаратов, является обеспечение требуемых акустических характеристик датчика, одной из которых является коэффициент передачи Кп, который определяется по формуле:
Кп = ио / ив,
где Ив - амплитуда возбужденного сиигнала, В; Ио -амплитуда отраженного сигнала, В.
В соответствии с техническими требованиями коэффициент передачи датчика Кп должен быть не менее 0,4.
Повысить коэффициент передачи пьезоэлектрического датчика уровня можно применением полуволнового согласующего слоя, который крепится к металлическому корпусу датчика. Материал согласующего слоя должен хорошо акустически согласовываться с пьезокерамикой и сплавом алюминия АМг6, из которого изготовлен корпус датчика, обладать химической стойкостью к агрессивным жидкостям и иметь широкий диапазон рабочих температур. Этим требованиям отвечает фторопласт-4, однако из-за низкой активности и высокой вязкости расплава фторопласта-4 существует проблема получения качественных неразьемных соединений его с металлами.
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
Эта проблема была решена применением диффузионной сварки в вакууме с интенсификацией процесса сварки направленными ультразвуковыми колебаниями мегагерцевой частоты.
Для проведения исследований сваривали образцы-имитаторы из пьезокерамики ЦТС-19, сплава алюминия АМг6 и фторопласта-4 на диффузионной установке СДВУ-50 М, оснащенной ультразвуковой системой. Применение ультразвуковых колебаний (УЗК) частотой 2 МГц позволяет реализовать модель Рэлея в процессе сварки, когда фторопласт-4 под действием УЗК заполняет неровности и микропоры металлической поверхности и тем самым улучшаются условия прохождения звуковой волны.
Перед сваркой образцы из сплава алюминия АМг6 подвергали твердому анодированию в 18 % растворе И2804 для получения пористой пленки толщиной 40...60 мкм, затем свариваемые поверхности обезжиривали бензином Б-70 и обезвоживали спиртом-ректификатом.
Образцы собирали в специальном приспособлении, устанавливали в вакуумную камеру установки и производили поджим деталей. Камеру герметизировали и откачивали воздух до разрежения 5*10-1 Па, сборку нагревали радиационным нагревателем со скоростью Унагр до температуры сварки Тсв прикладывали сварочное давление Р, озвучивали направленными ультразвуковыми колебаниями частотой 2 МГц интенсивностью в течение времени тозв и затем сборку охлаждали со скоростью Уохл до нормальной температуры.
Интервалы параметров режима сварки выбирали на основании теоретических положений и предварительных экспериментов [1; 2]:
температура сварки Тсв = 638...688 К; сварочное давление Р = 0,5...2,0 МПа; интенсивность ультразвуковых колебаний 1узк = = (1...3) • 105 Вт/ м2;
время озвучивания тозв = 300...900 с; вакуум Н = 5 • 10-1 Па; скорость нагрева Унагр = 0,09 К/с; скорость охлаждения Уохл = 0,09 К/с. После сварки образцы поляризовали. Измерение амплитуды отраженного сигнала у сваренных на различных режимах образцов производили с помощью установки, в комплект которой входил генератор стандартных сигналов Г5-15, осциллогграф С1-65, катушка с индуктивностью Ь= 25 мкГн и имитатор рабочего сосуда высотой 500 мм, заполненный водой.
Результаты испытаний показали, что с увеличением Тсв, до 668 К коэффициент передачи датчика Кп возрастает, а при Тсв > 678 К начинает снижаться. По-видимому, это можно объяснить тем, что при
Тсв = 668...678 К значительно снижается вязкость фто-ропласта-4 и при озвучивании УЗК под действием ультразвукового капиллярного эффекта поры анодной пленки и микронеровности металлической поверхности полностью заполняются фторопластом-4. При повышении температуры свыше 678 К наблюдается изменение структуры и снижение звукопрозрачности фторопласта-4, что приводит к уменьшению амплитуды отраженного сигнала.
Увеличение сварочного давления до 1,5 МПа приводит к повышению коэффициента передачи датчика, однако при увеличении его свыше 2 МПа наблюдается выдавливание фторопласта-4 из зоны сварки. В связи с этим уменьшается толщина согласующего слоя, нарушается акустическое согласование и изменяется расчетная частота.
С увеличением интенсивности УЗК до 2 • 105 Вт/ м2 коэффициент передачи датчика Кп повышается, дальнейшее увеличение интенсивности УЗК приводит к его снижению. Причиной снижения Кп по всей вероятности является изменение структуры и свойств фторопласта-4 при воздействии УЗК высокой интенсивности и частоты.
Аналогично на прочность соединения влияет и время озвучивания. При увеличении тозв до 600 с коэффициент передачи датчика Кп возрастает, а при дальнейшем увеличении - снижается.
Наибольшие значения коэффициента передачи пьезоэлектрического датчика уровня
Кп = 0,06 были получены при следующих оптимальных значениях параметров режима сварки: температура сварки Тсв = 668...678 К; сварочное давление Р = 1,25...1,5 МПа; интенсивность ультразвуковых колебаний 1узк = 2 • 105 Вт/ м2;
время озвучивания тозв = 600 с; вакуум Н = 5 • 10-1 Па; скорость нагрева Унагр = 0,09 К/с; скорость охлаждения Уохл. = 0,09 К/с. По результатам исследований был разработан технологический процесс изготовления пьезоэлектрических датчиков уровня с согласующим слоем из фто-ропласта-4, обеспечивающий повышение коэффициента передачи датчика Кп до 50 %.
Библиографические ссылки
1. Диффузионная сварка материалов / под общ. ред. Н. Ф. Казакова. М. : Машиностроение, 1981. 271 с.
2. Бачин В. А., Квасницкий В. Ф., Котельников Д. И., Новиков В. Г. Полушкин Г. П. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки / под общ. ред. В. А. Бачина. М. : Машиностроение, 1991. 352 с.
© Кинцель Н. Д., Смолякова Л. А., 2012
