CC BY
46Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли
УДК 669.056.9
В. Б. Жуковский, И. В. Прокопьев, А. Ю. Литвинчук ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНИКОВ ТИТАН-СТАЛЬ ДЛЯ ШАР-БАЛЛОНОВ МЕТОДАМИ ГОРЯЧЕГО ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ И СВАРКИ ВЗРЫВОМ
Рассмотрена возможность использования технологии горячего изостатического прессования при производстве биметаллических переходников для титановых шар-баллонов высокого давления.
Шар-баллоны используются в составе космических аппаратов «Союз-М» и «Прогресс-М» разработки ОАО РКК «Энергия» имени академика С. П. Королева, а также в объединенной двигательной установке для космических аппаратов ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прог-ресс» и ОАО «ИСС».
Шар-баллоны изготавливаются на предприятии ОАО «Красмаш» с учетом требований стандарта, в которых для сопряжения стальных и титановых элементов предусмотрено применение переходников, исходным материалом для изготовления которых служат биметаллические плиты ТНМС-Г, изготавливаемые с предприятиями по кооперации. Исходные заготовки комплектуются на ОАО «Красмаш» и отправляются для диффузионной сварки прокаткой на предприятие кооперации, далее ОАО «Композит» проводит проверку прочности сцепления слоев и УЗК плит, с последующей вырезкой заготовок переходников.
С 2008 г. имеет место регулярный срыв сроков поставки заготовок, связанный с проблемами таможенного оформления и перевода денежных средств для выполнения операции диффузионной сварки биметаллических плит на вакуумном прокатном стане.
В связи с существенным износом прокатного стана (срок эксплуатации более 40 лет) и сокращением квалифицированных кадров, владеющих технологическим процессом, в перспективе возможна ситуация одномоментного прекращения поставок заготовок биметаллических переходников титан-сталь, что в свою очередь приведет к дефициту комплектации космических аппаратов шар-баллонами и, соответственно, повлечет за собой срыв программы пилотируемого космоса.
Во избежание зависимости поставок от иностранного государства и, учитывая длительную перспективу использования биметаллических заготовок марки ТНМС-Г, требуется разработка альтернативных способов получения биметаллических плит титан-сталь на предприятиях России.
Поскольку в России нет действующих вакуумных прокатных станов, в настоящей работе предложено провести отработку технологии изготовления заготовок биметаллических переходников титановый сплав ВТ14 - сталь 12Х18Н10Т методом ГИП и биметаллических плит, титановый сплав ВТ6 - сталь 12Х18Н10Т методом сварки взрывом. ОАО «Крас-маш» располагает необходимым оборудованием и квалифицированным персоналом для изготовления шар-баллонов и проведения квалификационных ис-
пытаний с целью подтверждения пригодности шар-баллонов к применению в космической технике.
Выбор альтернативных методов диффузионной сварки основан из условия минимальных сроков отработки технологии и освоения производства заготовок переходников с обеспечением соответствия изделий требованиям действующих технических условий на поставку заготовок ТНМС-Г.
В последнее время в мировой практике процесс горячего изостатического прессования получил широкое распространение. Изостатическое прессование, в основе которого лежит известный закон Паскаля, позволяет поместить материал в жидкую или газообразную среду, на которую действует определенное давление, распределяемое равномерно по всей поверхности материала. Таким образом, материал подвергается сжатию по многим направлениям, образуя прессовку, которая обладает формой, аналогичной заготовке, но меньших размеров в зависимости от прессуемого материала, а также от применяемого давления. Эта технология позволяет получать материалы с гомогенной мелкозернистой структурой, без сегрега-ций, с высокими прочностными и пластическими характеристиками. Во многих случаях эти характеристики значительно превышают уровень, достигаемый при горячей деформации соответствующих компактных материалов. Этот феномен лег в основу получения многих новых материалов и разработки принципиально новых технологий их получения. Инструментом для осуществления всестороннего объемного сжатия служат установки горячего изостатического прессования, в котором рабочим телом, передающим всестороннее давление, является инертный газ, обеспечивающий условия барометрического воздействия до 300 МПа и 2 300 °С в течении длительного времени при значительных размерах сосуда высокого давления (СВД).
Основными возможностями технологий газостатической обработки являются получение монолитных изделий с высокими свойствами, изотропностью и плотностью, близкой к теоретической, из металлических и неметаллических порошков, заключенных в оболочку, устранение пороков литых заготовок, восстановление ресурса работы деталей, подверженных циклическим нагрузкам, диффузионная сварка однородных и разнородных материалов (в том числе металлов и керамики), получение композиционных материалов (в том числе материалов типа «углерод-углерод»). На сегодняшний день свое применение га-зостаты находят или могут найти для любых конст-
Решетневские чтения
рукционных материалов, выполненных литьем, биметаллических материалов, порошковой металлургии, соединений разнородных материалов и пр. Все вышесказанное позволяет с уверенностью говорить о широкой перспективе применения данной технологии в любой отрасли промышленности России.
Кроме того, освоение альтернативных способов изготовления заготовок позволит снизить на 10-15 % стоимость заготовки за счет исключения таможенных расходов и повышения коэффициента использования материала.
Создаваемая научно-техническая продукция (НТП) имеет следующие характеристики:
- толщина слоев и предельные отклонения по толщине (мм): титан 19+4, сталь 16+4, ниобий 0,25±0,15;
- прочность сцепления слоев на отрыв должна быть в пределах от 294 до 539 МПа (от 30 до 55 кгс/мм2);
- соединение слоев плит должно быть сплошным и герметичным по всей площади;
- обеспечение технических характеристик шар-баллонов в соответствии с существующими техническими условиями и конструкторской документацией.
V. B. Zhukovsky, I. V. Prokopiev, A. Y. Litvinchuk JSC «Krasnoyarsk machinery-building plant», Russia, Krasnoyarsk
TECHNOLOGY FOR PRODUCTION OF BIMETTALIC TITANIUM STEEL CONDUCTORS FOR SPHERE-BOLLOONS BY MEANS OF HOT ISOSTATIC PRESSING AND EXPLOSIONWELDING
The article describes the possibility of isostatic hot pressing technology appliance to the production of bimetallic conductors for high-pressure titanium sphere-balloons.
© Жуковский В. Б., Прокопьев И. В., Литвинчук А. Ю., 2010
УДК 629
А. С. Запорожский, А. А. Никишев ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Рассмотрено состояние изготовления трубопроводов сложной конфигурации серийного изделия космической техники и предложен алгоритм процесса внедрения комплексной автоматизированной системы проектирования, изготовления и монтажа этих трубопроводов.
В настоящее время изготовление трубопроводов сложной конфигурации производится по эталонным макетам с многократной подгибкой, что требует большого количества ручного труда, не дает гарантии обеспечения оптимальной конфигурации, а также постоянства формы всех трубопроводов одного наименования. Из-за сложной пространственной конфигурации трубопроводов, существующие сборочные чертежи их монтажей, выполненные на бумажных носителях, содержат большое количество видов, сечений, что приводит к неудобствам при сборке изделия.
Внедрение комплексной автоматизированной системы проектирования, изготовления и монтажа трубопроводов сложной конфигурации с использованием цифровых технологий и применением 3Б-моделей позволит исключить использование эталонов трубопроводов; повысить точность изготовления; упростить изготовление и исключить использование ручного труда; усовершенствовать технологию изготовления трубопроводов и монтажа их в составе узла и изделия за счет наглядности 3Б-модели; отследить этапы сборки изделия.
Для практической реализации процесса авторами разработан его алгоритм.
Алгоритм разрабатывался для серийного изделия космической техники, имеющего КД на обычных бумажных носителях и при наличии эталонов трубопроводов, и состоит он из следующих этапов.
Этап проектирования:
- создание 3Б-моделей и библиотеки деталей (наконечников, тройников, переходников и т. п.), входящих в трубопроводы;
- создание упрощенных 3Б-моделей и библиотеки габаритных макетов арматуры (клапанов, фильтров, компенсаторов), входящей в трубопроводы;
- создание 3Б-моделей, библиотеки крепежных деталей и сборочных единиц (ДСЕ) трубопроводов;
- создание 3Б-моделей и стандартных отраслевых крепежных ДСЕ трубопроводов (в случае если нет в САЭ-программе);
- создание упрощенных габаритных 3Б-моделей основных элементов (емкостей, ферм, переходников и т. д.) изделия;
- компоновка 3Б-модели изделия (размещение основных элементов изделия: емкостей, переходников, ферм и т. д.);
