CC BY
39
на образцах из алюминиевого сплава АМг6 [3]. При проведении экспериментов использовался сильноточный ускоритель электронов со следующими параметрами: максимальная энергия частиц в пучке 0,2 МэВ» длительность импульса 10 нс, плотность тока в пучке 300 А/см2. В качестве детектора акустического излучения использовался широкополосный апериодический пьезопреобразователь с полосой пропускания до 60 МГц, электрический сигнал с которого поступал на вход усилителя У 3-33 и визуализировался с помощью осциллографа C8-I2, запуск которого осуществлялся синхроимпульсом ускорителя электронов. Акустический импульс возбуждается выведенным в атмосферу электронным пучком при акустически свободной границе мишени из сплава АМг6. Импульс состоит из двух фаз - фазы сжатия и фазы разряжения с равными амплитудами, а длительность его определяется глубиной проникновения электронов в вещество, так как длительность импульса тока ускорителя много меньше характерного акустического времени так. В частности, при энергии электронов 0,2 МэВ характерное акустическое время в сплаве АМг6 составляет примерно 40 нс, что близко к экспериментально наблюдаемому значению.
Реально достижимые значения коэффициента преобразования энергии частиц пучка в акустическую при использовании различных типов импульсных ускорителей электронов составляет 10-5...10-3, что значительно выше, чем при генерации УЗ колебаний импульсными лазерами. Это объясняется том, что коэффициент отражения электронов от поверхности алюминия не превышает 10 %, а при использовании импульсов лазерного излучения доходит до 95 %,
Расчеты значения амплитуды сигналов УЗ колебаний составляют 103.108 Па и близки к наблюдаемым в эксперименте. Минимальная длительность генерируемых акустических импульсов близка к единицам наносекунд, а максимальная не превышает нескольких микросекунд.
Указаны характеристики генерируемых импульсов УЗ колебаний, возможность более широкого, по сравнению с другими бесконтактными методами, управления параметрами возбуждаемых УЗ колебаний путем соответствующего изменения характеристик пучка электронов, а также незначительная зависимость характеристик УЗ колебаний от состояния поверхности контролируемого изделия и расстояния между объектом контроля и ускорителем электронов открывают определенные перспективы использования радиационно-акустического метода в УЗ дефектоскопии.
Библиографические ссылки
1. Алешин Н. П. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений. М. : Машиностроение, 2006.
2. Лямшев Л. М. Радиационная акустика. М. : Наука: Физматлит, 1996.
3. Богданов В. В. Акустический метод неразрушающего контроля с радиационным возбуждением упругих колебаний и электромагнитным формированием информативного сигнала. Дис. ... канд. техн, наук. Томск, 1995.
© Герюков А. Ш., Богданов В. В., Клипов Е. А., Шабанов П. С., Козловский С. Н., 2010
УДК 621.791.763
Е. С. Егорова Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ВЛИЯНИЕ ИСКРИВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В МЕСТЕ СВАРКИ НА РАЗМЕРЫ ТОЧЕЧНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Проведенные исследования позволили дополнить технологию точечной сварки мероприятиями, уменьшающими вероятность образования непроваров. В их основе лежит уменьшение искривления деталей в месте сварки.
Известно, что в настоящее время такие традиционные мероприятия, как повышение стабильности параметров режимов контактной точечной сварки (КТС), рекомендуемые для предупреждения образования непроваров, теряют свое доминирующее положение. Это обусловлено тем, что из-за отклонения тока /Св, усилия или времени сварки /СВ непрова-ры образуются редко вследствие высокой надежности современных машин для КТС. В большинстве случаев современной практики КТС уменьшение размеров ядра и образование непроваров обусловлены влиянием факторов технологических [1].
Проведенные исследования показали, что кроме
общеизвестных возмущающих факторов, например, таких как износ электродов и др., приводящих к образованию непроваров, к этому же приводит и искривление поверхностей свариваемых деталей в месте сварки. Оно может являться следствием искривлением деталей при их сжатии электродами из-за наличия зазоров 5 между свариваемыми деталями, которые в практике КТС всегда имеют место, несмотря на то, что их величина жестко регламентирована. Причем, ограничение величины зазоров было введено с целью предотвращения образования выплесков [2], которые по механизму и причинам образования являются дефектами, противополож-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
ными непроварам. Это свидетельствует о том, что влияние зазоров на устойчивость процесса КТС, в частности, против образования непроваров весьма неоднозначно и сложно.
В связи с этим были проведены экспериментальные исследования влияния величины зазоров 5 в месте сварки на склонность процесса КТС к образованию непроваров, которая оценивалось по изменению диаметра ядра йЯ. Определялась зависимость йЯ от комплексного влияния ряда технологических факторов КТС:
йЯ = /(/щ, /*, и, а, 5, s, ЛЭ),
где /щ - шаг между свариваемыми точками; /* - шаг до соседних точек; и - расстояние от кромки листа до центра точки; а - угол раскрытия зазора в нахлестке; 5 - величина зазора; 5 - толщина деталей.
В процессе исследований проводили сварку образцов из сплавов АМг6 и МА2-1 размером 100x250 мм и толщиной 1...3 мм при различных сочетаниях исследуемых факторов. Моделирование зазоров проводилось по известной методике [2]. Для определения значимости влияния факторов планировались четырех- и трехфакторные эксперименты в пяти уровнях. Значимость влияния факторов определялась по критерию Фишера.
Эксперименты показали, что на размеры ядра значимо влияют величина зазора 5, толщина деталей 5, шаг между точками /щ и расстояние от кромки нахлестки до места сварки и, а влияние шага до соседних точек /*, угла раскрытия зазора в нахлестке а и радиуса сферы рабочей поверхности электродов ЯЭ - не значимо.
При сварке деталей из сплавов АМг6 и МА2-1 толщиной 1. 3 мм без корректирования режима по току /Св, длительности его протекания /СВ и сварочному усилию с увеличением величины зазора 5 при любых сочетаниях параметров исследуемых технологических факторов значения размеров ядра всегда уменьшаются (рис. 1).
При относительно небольшом увеличении зазора уменьшение диаметра идет монотонно, а после некоторого значения величины зазора и определенном сочетании толщины деталей и расстояния между точками размеры ядра резко уменьшаются вплоть до непровара (рис. 2). Высота ядра при увеличении зазора вначале уменьшается значительно быстрее его диаметра, при этом уменьшение ее от начальных значений до непровара идет монотонно.
Причем, на отклонение диаметра йЯ и высоты Ня ядра значимо влияет не только 5, 5, /щ и и, но и усилие сжатия электродов Так, с увеличением 5, и 5, а также с уменьшением /щ и и отклонения йЯ и
ИЯ увеличиваются. Кроме того, с уменьшением сопротивления пластической деформации металла или жесткости режима сварки отклонения йЯ и НЯ, при той же величине 5, также увеличиваются.
йя
.- А . \,3
1 > | \\2
1
1 1 1 1 \ А \
1 1 1 1 Л
0
1
3
4 5, мм
Рис. 1. Зависимость диаметра ядра йя от величины зазора 5 при сварке деталей из сплава МА2-1:
1 - 5 = 1 + 1 мм; 1СВ = 26,0 кА; /СВ = 0.04 с;
FСВ = 4,0 кН; / = 30 мм; и = 10 мм;
2 - 5 = 2 + 2 мм; 1СВ = 34,5 кА; /СВ = 0,08 с;
FСВ = 7,0 кН; / = 50 мм; и = 13 мм;
3 - 5 = 3 + 3 мм; 1СВ = 42,0 кА; /СВ = 0,14 с;
FСВ = 9,05 кН; / = 70 мм; и = 15 мм
б
Рис. 2. Сварные соединения деталей: АМг6, 2 + 2 мм; ^СВ = 8,5 кН; /СВ = 0,1 с; а - 5 = 0; 1СВ = 39,5 кА; б - 5 = 3,5 мм; / = 50 мм, и = 15 мм; 1СВ = 43 кА
Определены сочетания 5, 5 и /, приведенные в таблице, которые при сварке соединений «лист + лист» приводят к уменьшению йЯ на 5 и 10 % (в скобках). Поскольку в практике КТС настройку режима сварки принято производить для диаметра ядра йЯ большего, чем минимально допускаемого
диаметр йЯт1П по ГОСТ 15878-79 (йЯ ~ 1,2йЯ тт), то приведенные в таблице сочетания параметров возмущающих факторов можно считать допускаемыми.
Объяснить появление непроваров при искривлении деталей из-за зазоров с точки общепринятых представлений о механизме формирования точечного соединения не представляется возможным. Более логично было бы образование выплесков.
8
0
а
Толщина деталей 5, мм Расстояние между точками /, мм
30 50 70 100 150 200
Величина зазора, мм
0,5. 1,5 1,25 (2,75) - 1,5 (4,0) 2,2 (4,5) - 4,5 (8,75)
1,5. 2,5 - 0,6 (1,25) - 1,25 (2,25) 2,0 (3,9) 3,0 (4,5)
2,5. 3,5 - - 0,8 (1,2) 1,2 (2,25) 2,0 (2,9) 2,0 (3,5)
Регламентирование возмущающих факторов в соответствии с их параметрами, приведенными в таблице, и их контроль позволит повысить качество сварных соединений.
Библиографические ссылки
1. Козловский С. Н. Основы теории и технологии программированных режимов контактной точеч-
ной сварки // Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2006.
2. Чулошников П. Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов. М. : Машиностроение. 1974.
© Егорова Е. С., Козловский С. Н., 2010
УДК 621.791.4: 539.378.3
В. О. Касаткин, Н. Н. Шерстюк Научный руководитель - А. А. Михеев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ В ВАКУУМЕ
В исследовательской лаборатории необходимо выполнять сварку образцов различной конфигурации и размера. Замена индуктора будет сопряжена со значительными затратами времени на его изготовление и перенастройку согласующего устройства. Поэтому наиболее перспективно использование металлических водоохлаждаемых концентраторов, представляющих собой разъемный корпус, внешняя поверхность которого повторяет форму индуктора, а внутренняя изделия.
Метод диффузионной сварки в вакууме имеет ряд важных преимуществ: позволяет получать соединения разнородных металлов, отличающихся по своим физико-химическим свойствам, которые невозможно получить другим способом, изготавливать изделия из многослойных композитных материалов. Расход энергии при диффузионной сварке в 4...6 раз меньше, чем при сварке плавлением и при контактной сварке. Диффузионная сварка гигиенична: нет вредных излучений, брызг металла, мелкодисперсной пыли, как при многих других способах сварки. Но главное преимущество диффузионной сварки - это возможность образования соединения с минимальной деформацией деталей, не превышающей 5 %.
Недостатки диффузионной сварки - дополнительные затраты времени на высокоточную сборки заготовок и вакуумирование камеры, в которой производится сварка.
Затраты времени при диффузионной сварке складываются из времени сборки заготовок, вакуу-мирования камеры, нагрева и охлаждения.
В настоящее время промышленностью выпускаются установки для диффузионной сварки, оснащенные несколькими камерами, что позволяет одновременно производить сборку вакуумирование и сварку. Также широко применяются приспособления для сварки нескольких образцов одновременно.
При изготовлении металлических изделий широко применяется нагрев токами высоких частот. Для равномерного нагрева сечения необходимо, обеспечить равное удаление витков индуктора от поверхности изделия.
В исследовательской лаборатории необходимо выполнять сварку образцов различной конфигурации и размера. Замена индуктора будет сопряжена со значительными затратами времени на его изготовление и перенастройку согласующего устройства. Поэтому наиболее перспективно использование металлических водоохлаждаемых концентраторов, представляющих собой разъемный корпус, внешняя поверхность которого повторяет форму индуктора, а внутренняя изделия. Этот способ не только позволяет обеспечить равномерный нагрев сечения, но и регулировать ширину зоны тепловлажения.
В настоящее время в лаборатории диффузионной сварки кафедры сварки летательных аппаратов СибГАУ производиться модернизация установки СВДУ-50, входе которой был установлен насос НВР 16Д, позволяющий значительно сократить время вакуумирования. Также установка будет оснащена современным источником индукционного нагрева.
© Касаткин В. О., Шерстюк Н. Н., Михеев А. А., 2010
