CC BY
36
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
величины закручивания в зависимости от получаемой кривизны и модели процессов деформирования заготовки с учетом предварительного закручивания профиля в обратном направлении.
С целью экспериментальной оценки углов закручивания деталей из несимметричных прессованных профилей была создана установка, позволяющая производить гибку симметричных и несимметричных прессованных профилей с одновременным закручиванием профиля (рис. 2).
Рис. 2. 3Б-модель экспериментальной установки для гибки профилей с одновременным закручиванием
Установка имеет оригинальную схему в основе, которой лежит принцип прокатки в роликах. Данная схема установки обусловлена тем, что с точки зрения автоматизации процесса изготовления стрингерного набора летательных аппаратов, такая схема наиболее эффективна. Универсальная оснастка, полная свобода в управлении подачей профиля, ус-
тановки гибочных роликов позволяет получать длинномерные детали знакопеременный непостоянной кривизны с возможностью закрутки детали и (в случае использования фасонных роликов) малковки полок. Все эти возможности перекрывают основную номенклатуру деталей из прессованных профилей используемых в авиастроении [2; 4].
Наряду с экспериментальной оценкой углов закручивания профиля ведется работа над численным моделированием процесса гибки с одновременным закручиванием профиля в среде MSC Marc.
Решение проблемы закручивания несимметричных профилей в процессе гибки на роликовом оборудовании позволит заметно сократить трудоемкость и повысить точность изготовления длинномерных деталей из прессованных профилей.
Библиографические ссылки
1. Братухин А. Г., Современные технологии авиастроения. М. : Машиностроение, 1999.
2. Вдовин С. И. Расчет на ЭВМ пружинения при гибке профилей // Кузнечно-штамповочное производство. 1980. № 7. С. 22-24.
3. Грошиков А. И., Малафеев В. А. Заготови-тельно-штамповочные работы а самолетостроении. М. : Машиностроение, 1976.
4. Лысов, М. И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки. М. : Машиностроение, 1966.
5. Технологическое обеспечение аэродинамических обводов современного самолета. М. : Машиностроение--1, 2001.
© Перевалов А. А., Станкевич А. В., Кривенок А. А., Белых С. В., 2010
УДК 621.791
С. Н. Решетникова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СВАРКА ОБЪЕМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕКТРОДАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОПОРОШКИ
Разработана технология сварки объемных конструкций с помощью пучкового электрода, содержащего нанопорошки химических соединений.
Способ сварки пучковыми электродами был предложен инженером В.С. Володиным еще в 1937 году. Сущность способа состоит в том, что 2 или несколько электродов связывают в пучок. А при сварке чугуна в зависимости от толщины свариваемого металла количество электродов диаметром 1...2 мм в пучке может доходить до 20. По информации, приведенной в [1] этот способ сварки заключается в одновременной работе двумя (спаренными электродами), тремя (и более) изолированными друг от друга электродами. Электроды соединяют в пучок путем наложения прихватки в месте зажима их в
электрододержатель. Ток подводится одновременно ко всем электродам. Дуга горит между изделием и тем электродом, который находится в данный момент ближе к изделию.
Экономические преимущества сварки пучком электродов по сравнению со сваркой одинарным электродом сечением, равным сечению одного электрода в пучке заключается в том, что производительность сварки увеличивается примерно на 30 % за счет повышения сварочного тока, уменьшения вспомогательного времени на смену электродов и лучшего использования тепла.
Секция «Перспективные материалы и технологии»
Недостатком этого способа сварки являются: сложность изготовления электродов; практическая непригодность этого метода при вертикальной и потолочной сварке.
Разработанный способ упрочнения сварочного шва можно считать не менее эффективным, чем исследованный в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН [2], при реализации которого проводили сварку разнородных металлов (алюминий-титан, титан-сталь) с помощью непрерывного СО2-лазерного излучения с применением нанораз-мерных (размер частиц до 20 мкм) модифицирующих инокуляторов в виде порошков ТШ и У203, частицы которых плакировали хромом. Предварительно приготовленная суспензия, содержащая эти порошки, наносилась на поверхность свариваемых пластин толщиной 1.. .2 мм.
В результате применения такого способа структурные составляющие сварного шва измельчаются в 2.4 раза, а вместо игольчато-дендритной формируется дисперсная равноосная структура, выравниваются механические характеристики, уменьшаются размер шва и зона термического влияния, и, соответственно, повышаются механические свойства: временное сопротивление разрушению ств - в 1,23.1,35 раза, предел текучести ст02 - в 1,8.2,0 раза и относительное удлинение 5 - в 2,0.4,9 раза.
Основным недостатком этого способа является во-первых, необходимость предварительного плакирования частиц инокуляторов хромом; во-вторых, необходимость предварительного нанесения суспензии, содержащей инокуляторы, на свариваемы поверхности, при этом не представляется возможным обеспечить нанесение слоя суспензии одинаковой толщины, что отразится на степени однородности измельчения структуры шва и, как результат на степени однородности механических свойств шва; в-третьих, применение способа существенно усложняется при необходимости сварки негоризонтальных поверхностей - наклонные, потолочные и круговые швы; в-четвертых, применяемые инокуляторы не относятся к категории нанопорошков (НП), размеры которых не должны превышать 100 нанометров (1 нм = 1 X 10-9 м).
Эти недостатки отсутствуют при сварке «нанопуч-ковыми» электродами, технология изготовления которых заключается в прессовании композиции, состоящей из частиц алюминия, нанопорошков и флюса.
В тонкостенную алюминиевую гильзу (0165 мм, И = 235 мм, толщина стенки 2 мм) засыпали частицы алюминия или алюминиевых деформируемых сплавов АД0 или Д1, или Д16, 1,5.2,0 % нанопорошка Т1М и 1,5.2,0 % флюса АН-АЧ (состав: хлористый калий - 57,0 %; фтористый барий - 28,0 %; фтористый литий - 7,5 %; фтористый алюминий - 7,5 %). Отверстие в гильзе закрывали алюминиевой крышкой и производили ее завальцовку. После гильзу помещали в барабан с эксцентричными осями, и подвергали вращению в течение 25.30 мин, в результате чего поверхность алюминиевых частиц полностью покрывалась частицами нанопорошка и флюсом, что было установлено в результате метал-
лографического изучения частиц алюминия после их перемешивания в гильзе, установленной в барабан. Затем гильзу помещали в контейнер гидравлического пресса, и производили прессование прутков/проволоки диаметром от 5 до 9,5 мм.
Изучение полученных прутков показало, что их объем состоит из волокон. При этом, например, в прутках диаметром 9,5 мм насчитывалось от 1 100 до 1 200 волокон сечением 0,005.0,075 мм2.
Исследование волокон с помощью оптического микроскопа при увеличении в 800 раз выявило на их поверхности сплошные темные области, которые при изучении с помощью растрового электронного микроскопа РЭМ-100У с увеличением в 7 300 раз и в результате выполненного на этом же микроскопе микрорентгеноспектрального анализа были идентифицированы как соответствующие НП. Это означает, что волокна полностью покрыты прочно внедрившимися в их поверхность частицами НП. Из этих наблюдений можно сделать вывод, что в процессе экструзии частиц алюминия, плакированных частицами НП при перемешивании, деформация частиц происходит изолированно друг от друга, что и приводит к получению из них протяженных волокон. А их прочное сцепление друг с друг в готовом прутке связано со взаимным внедрением частиц НП в смежные поверхности прилегающих друг к другу волокон.
Полученные прутки служили сварочными электродами/проволокой.
При сварке объемной конструкции из листа сплава АМг6 применяли пруток-электрод диаметром 8 мм, содержащий порядка 2,0 % НП TiN. Сварку производили с помощью автоматической установки в среде аргона по слою флюса АН-АЧ. Качество шва по требованиям приемочной документации оценивали по величине ств при испытании вырезанных из сваренной конструкции плоских образцов с размерами 15x50 мм [3]. Результаты испытаний показали, что ств металла в области шва при сварке прутком, содержащим TiN 350 МПа, тогда как ств образцов при сварке по стандартной технологии электродом из этого же сплава по слою флюса АН-АЧ, составляет 325 МПа (больше на 7,14 %).
Библиографические ссылки
1. Сварка в машиностроении : справ. В 4-х т. Т. 1. М. : Машиностроение, 1978.
2. Воздействие высококонцентрированных потоков энергии на материалы с целью изменения их физико-химических свойств и улучшения эксплуатационных характеристик // Сибирское отделение РАН в 2007 году. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2008. С. 138-139.
3. Крушенко Г. Г., Филько М. Н., Решетникова С. Н. Применение нанотехнологий при изготовлении транспортных средств ответственного назначения // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники: мат. III регион. науч. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. С. 207-210.
© Решетникова С. Н., 2010
