Сварка объемных конструкций из алюминиевых деформируемых сплавов электродами, содержащими нанопорошки

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов

плит (которые могут быть неодинаковыми для разных плит) не приводят к изменению их формы, допуская смещение плиты в направлении «классное отверстие - классный паз».

Реализация классных отверстия и паза, а также свободной точки осуществляется с помощью опорных шайб: сферической и двух типов конических шайб. В случае «классного паза» опорная на сферу коническая шайба вложена в паз, а в случае «свободной точки» шайба просто лежит на грани плиты.

Для определения изменений взаимной ориентации датчиков, закрепленных на боковых плитах ПГК производятся измерения взаимных смещений 1-3 пар выбранных точек на сторонах для каждой пары плит. Для этого на плитах в этих местах устанавливаются дифференциальные датчики смещения.

В качестве дифференциального датчика смещения использован емкостный дифференциальный датчик смещения D-100 производства фирмы Pkysik Instrumente (Германия) [5]. Датчик имеет разрешение 0,1 нм, а рабочий диапазон - 100 мкм.

Библиографические ссылки

1. Прохоров M. Е., Захаров А. И., Стекольщиков О. Ю. и др. Необходимость введения подсистемы геометрического контроля в комплексные системы ориентации космических и летательных аппаратов при современной точности // Доклады Академии наук. 2016. Т. 466. № 2, С. 158-160.

2. Никитин А. В., Дунаев Б. С., Красиков В. А. Наземный эксперимент по синхронному определению параметров угловой инерциальной ориентации тремя приборами звездной ориентации БОКЗ-M // Механика, управление и информатика. 2011. №. 2. С. 62-69.

3. Карелин А. Ю., Зыбин Ю. Н., Князев В. О. и др. Многоголовый звёздный датчик 348К. Результаты наземной экспериментальной отработки // Механика, управление и информатика. 2015. №. 2(55). С. 120-128.

4. Дятлов С. А., Бессонов Р. В. Обзор звездных датчиков ориентации космических аппаратов // Механика, управление и информатика. 2009. №. 1. С. 11-31.

5. PI Datasheet. Capacitive Sensors Sub-nanometer-resolution position sensors D-015, D-050, D-100 [Электронный ресурс]. URL: https://www.physikinstrumente. com/en/ products/sensors/ capacitive-sensors/d-015-d-050-d-100-capacitive-sensors-500200/ (дата обращения: 16.09.2016).

References

1. Prokhorov M. E., Zakharov A. I., Stekolshchi-

kov O. Yu. et al. Neobhodimost' vvedenija podsistemy geometricheskogo kontrolja v kompleksnye sistemy orientacii kosmicheskih i letatel'nyh apparatov pri sovremennoj tochnosti [The Necessity of Introducing a Geometric Control Subsystem into the Composite Attitude Control Systems of Spacecraft and Aircraft with Modern Precision] // Doklady Physics. 2016. Vol. 61, № 1. P. 5-7.

2. Nikitin A. V., Dunaev B. S., Krasikov V. A.

Nazemnyj jeksperiment po sinhronnomu opredeleniju parametrov uglovoj inercial'noj orientacii tremja priborami zvezdnoj orientacii BOKZ-M [Ground experiment on the determination of parameters of the inertial angular orientation of the three devices BOKZ-M] // Mechanics, Control and Informatics. 2011. № 2. P. 62-69.

3. Karelin A. Yu., Zybin Yu. N., Knjazev V. O. et al. Mnogogolovyj zvjozdnyj datchik 348K. Rezul'taty nazemnoj jeksperimental'noj otrabotki [Multi-headed star tracker 348K. Final in-Earth validation Rresults] // Mechanics, Control and Informatics. 2015. № 2(55). P. 120-128.

4. Djatlov S. A., Bessonov R. V. Obzor zvezdnyh datchikov orientacii kosmicheskih apparatov [Review of star trackers for satellites] // Mechanics, Control and Informatics. 2009. № 1. P. 11-31.

5. PI Datasheet. Capacitive Sensors Sub-nanometer-resolution position sensors D-015, D-050, D-100 [Electronic resource]. URL: https://www.physikinstrumente.com/ en/products/sensors/ capacitive-sensors/d-015-d-050-d-100-capacitive-sensors-500200/ (accessed: 16.09.2016).

© Стекольщиков О. Ю., Жуков А. О., Захаров А. И., Прохоров М. Е., Тучин М. С., 2016

УДК 621.791.75

СВАРКА ОБЪЕМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ ЭЛЕКТРОДАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОПОРОШКИ

Н. А. Тестоедов1,2, Г. Г. Крушенко2,3*, В. В. Двирный1,2, Г. В. Двирный1,2

!АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 3Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44 E-mail: genry@icm.krasn.ru.

Сварка объемной конструкции из листов алюминиевого деформируемого сплава АМгб электродами, содержащими нанопорощки (НП) химических соединений, приводит к измельчению структуры сварного шва, в результате чего повышаются его механические свойства. При этом прочность металла в области сварного шва

<Тешетневс^ие чтения. 2016

при сварке электродами, содержащими НП BN, составляет 333 МПа, LaB6 - 338 МПа и TiCN - 345 МПа, что соответственно выше на 4,1; 5,6 и 7,8 %, чем имеют образцы из сплава АМгб (320 МПа), сваренные по стандартной технологии электродом из этого же сплава.

Ключевые слова: летательные аппараты, алюминиевые деформируемые сплавы, сварка, нанопорошки

WELDING OF THREE-DIMENSIONAL DESIGNS OF WROUGHT ALUMINUM ALLOYS WITH ELECTRODES CONTAINING NANOPOWDERS

N. A. Testoedov1,2, G. G. Krashenko2,3*, V. V. Dvirniy1,2, G. V. Dvirniy1,2

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 3Institute Computational Modeling SB RAS 50/44, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation

Welding three-dimensional structures from sheets of aluminum alloys AMg6 with electrodes containing nanopores (NP) chemical compounds leads to the refinement of the structure of the weld, resulting in higher mechanical properties. The strength of the metal in the region of the weld when welding with electrodes containing NP BN, is 333 MPa, LaB6 - 338 MPa, and a TiCN - 345 MPa, respectively, higher by 4,1; 5,6; and 7,8% have samples of alloy AMg6 (320 MPa) welded by standard techniques electrode of the same alloy.

Keywords: aircraft, aluminum wrought alloys, welding, nanopowders

Введение. При изготовлении конструкций из алюминиевых сплавов, использующихся в аэрокосмическом машиностроении, применяются разного рода способы и средства выполнения неразъемных соединений, включая и сварку [1]. Однако при этом структура сварного шва и соединяемых деталей в области влияния нагрева укрупняется, что приводит к снижению механических свойств сварного изделия. При этом в многочисленных работах однозначно установлено, что металлоизделия с более измельченной кристаллической структурой обладают более высокими механическими свойствами по сравнению с крупнокристаллическими [2; 3]. Общеизвестно, что с целью измельчения структуры, например, литых изделий из различных сплавов, применяется так называемое «модифицирование» [4; 5], суть которого заключается во введения в жидкий металл небольших количеств веществ, служащих центрами кристаллизации.

Существует достаточно большое количество средств и способов модифицирования - в основном путем введения модифицирующих добавок в жидкий металл лигатурами (сплав, состоящий из основы готовящегося сплава и модифицирующей добавки). Однако возможности таких средств модифицирования практически достигли своих пределов, и в последние годы нашел применение новый способ модифицирования с использованием нанопорошков (НП) химических соединений, по применению которого автором с коллегами выполнен в производственных условиях большой объем работ.

Нанопорошки представляют собой сверхмелкозернистые кристаллические или аморфные образования с размерами частиц, не превышающими 100 нм (1 нм = которые обладают уникальными физи-

ко-химическими свойствами и механическими харак-

теристиками, существенно отличающимися от таковых для материалов того же химического состава в массивном состоянии.

Работа была выполнена в производственных условиях при изготовлении объемной конструкции из листового сплава АМгб в связи с тем, что при ее сварке с использованием присадочной проволоки, изготовленной из этого же сплава, не всегда обеспечивалась требуемая прочность сварного соединения. Как показало металлографическое исследование, причиной этого оказался тот факт, что металл сварного шва отличался от металла листа более крупными зернами а-твердого раствора и более крупными выделениями р-фазы (AlзMg2) по их границам. В работе применяли сварочный электрод 08 мм, изготовленный прессованием композиции по технологии [6], состоящей из частиц алюминия и нанопорошков (НП) нитрида бора ВК", или гексаборида лантана LaB6, или карбонитрида титана ТЮК. Сварку производили с помощью автоматической установки в среде аргона. Качество шва по требованиям приемочной документации оценивали по величине временного сопротивления разрушению ств при испытании вырезанных из сварной конструкции плоских образцов с размерами 15x50 мм. Результаты испытаний показали, что ств металла в области шва при сварке прутком, содержащим НП ВК, составляет 333 МПа, НП LaB6 - 338 Мпа и НП ТЮК -345 МПа. Эти значения оказались соответственно выше на 4,1; 5,6 и 7,8 %, чем имеют образцы из сплава АМгб (320 МПа), сваренные по стандартной технологии электродом из этого же сплава.

Изучение микроструктуры сварного шва показало, что в его объеме какие-либо дефекты отсутствуют. При этом зерно в свариваемом листе вытянуто вдоль прокатки, а его размеры лежат в интервале ~0,3.. .0,4 мм.

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

Зерно в сварном шве - мелкое равноосное, его размеры составляют ~0,01.. .0,03 мм, что в среднем меньше, чем в основном металле, в 17,5 раз. Интерметаллид-ные фазы оказались в раздробленном состоянии. Moжнo полагать, что повышение ств связано не только с измельчением структуры шва и с измельчением ин-терметаллидов, но и с дисперсионным упрочнением a-твердого раствора сплава тонкодисперсными частицами H^ Mикpoтвepдocть основного металла и сварного шва одного уровня - 76,4. 78,7 HV (среднее - 77,55 HV или 73,5 HB), т. е. при сварке разупрочнение не происходит.

В следующей серии работ было установлено, что в результате предварительной механоактивации композиции, состоящей из частиц алюминия и H^ и последующего ее прессования содержание HП (на примере HП TiN) в прутке увеличивается до 7,7 масс. % [7], что в еще большей степени позволяет повысить скорость сварки при одновременном уменьшении расхода электродной проволоки.

Заключение. В результате выполненной в производственных условиях работы была установлена возможность измельчения структуры сварного шва и повышения механических свойств сварного изделия типа оболочки из листов алюминиево-магниевого сплава AMrá с применением в качестве модификаторов нанопорошков химических соединений нитрида бора BN, гексаборида лантана LaB6 и карбонитрида титана TiCN.

Библиографические ссылки

1. Hartman D. A., Davé V. R., Cola M. J. In-process quality assurance for aerospace welding // Welding Journal. 2009. Vol. 88, № 1. P. 28-31.

2. Hall E. O. The deformation and Ageing of Mild Steel: III. Discussion of Results // Proceeding of the Physical Society. Section B. 1951. Vol. 64, № 9. P. 717-753.

3. Petch N. J. The Cleavage Strength of Polycrystals // Journal of Iron and Steel Institute. 1953. Vol. 174. P. 25-28.

4. Бондарев Б. И., Шпалков В.И., Тарарышкин В. И. Moдифициpoвaниe алюминиевых деформируемых сплавов. M. : Meтaллуpгия, 1979. 224 с.

5. Крушенко Г. Г., Фильков М. Н., Балашов Б. А. и др. Измельчение структуры сплава Д16 при модифицировании прутками с ультрадисперсными порошками // Цветная металлургия. 1991. № 4. С. 8-10.

6. Патент РФ 2429958. Способ изготовления электродной проволоки для сварки алюминиевых сплавов / Г. Г. Крушенко. 2011. Бюл. № 27.

7. Крушенко Г. Г., Фильков М. Н. Технология получения алюминиевого композита с повышенным содержанием упрочняющих нанопорошков // Вестник СибГАУ. 2011. Вып. 1. С. 139-142.

References

1. Hartman D. A., Dave V. R., Cola M. J. In-process quality assurance for aerospace welding // Welding Journal. 2009. Vol. 88, № 1. P. 28-31.

2. Hall E. O. The deformation and Ageing of Mild Steel: III. Discussion of Results // Proceeding of the Physical Society. Section B. 1951. Vol. 64, № 9. P. 717753.

3. Petch N. J. The Cleavage Strength of Polycrystals // Journal of Iron and Steel Institute. 1953. Vol. 174. P. 25-28.

4. Bondarev B. I., Napalkov V. I., Tararyshkin V. I. Modificirovanie aljuminievyh deformiruemyh splavov [Inoculation of wrought aluminium alloys]. Moscow : Metallurgija, 1979. 224 p.

5. Krushenko G. G., Fil'kov M. N., Balashov B. A. et al. [Refinement of the structure of the alloy D16 when modifying the bars with ultra-fine powders] // Cvetnaja metallurgija. 1991. № 4. P. 8-10.

6. Krushenko G. G. Sposob izgotovleniya elektrodnoy provoloki dlya svarki alyuminievykh splavov [A method of manufacturing the electrode wire for welding aluminum alloys]. Patent RF, no. 2429958, 2011.

7. Krushenko G. G., Fil'kov M. N. [Technology for producing aluminum composite material with a high content of reinforcing powders] // Vestnik SibGAU. 2011. № 1. P. 139-142. (In Russ).

© Тестоедов Н. А., Крушенко Г. Г., Двирный В. В.,

Двирный Г. В., 2016

УДК 629.78:531.395

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРМЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ КРУПНОГАБАРИТНОГО КОСМИЧЕСКОГО РЕФЛЕКТОРА ПРИ РАСКРЫТИИ

Ф. Р. Файзуллин

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Российская Федерация, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5 E-mail: jake-take@yandex.ru

Рассмотрены особенности моделирования динамики раскрытия крупногабаритной структурной космической антенны.

Ключевые слова: динамика раскрытия, крупногабаритная космическая конструкция, многокомпонентная механическая система, ADAMS, EULER, зазоры в ферменной конструкции, постановка на упор.