Улучшение стабилизации взаимного пространственного положения электродов при точечной сварке

Акустические импульсы, возбуждаемые при взаимодействии пучка электронов с материалом мишени, регистрируются на ее тыльной поверхности с помощью широкополосного апериодического пьезопреоб-разователя 3, выполненного на основе пьезокерамики ЦТС-19 с полосой пропускания 50-60 МГц. Сигналы, снимаемые с детектора акустических колебаний по согласованному коаксиальному кабелю подаются на вход регистрирующего устройства - запоминающего широкополосного осциллографа С8-12 с рабочей полосой частот 50 МГц.

Импульс тока термализованных электронов пучка, поглощенных в мишени, одновременно являющейся коллектором цилиндра Фарадея, интегрируется на емкости известной величины, представляющую собой коаксиальную распайку проходных конденсаторов. Ступенчатый импульс электрического напряжения, снимаемый с конденсаторов через согласующее сопротивление по коаксиальному кабелю подается на высокоомный вход запоминающего осциллографа С8-13. Такое включение обеспечивает отсутствие переходного электрического процесса, обусловленного несогласованностью кабеля на приемном конце. Вы-сокоомная нагрузка позволяет пренебречь разрядом конденсаторов за временной интервал измерения, равный десяткам микросекунд, в то время как постоянная времени составляет величину порядка единиц миллисекунд. Амплитуда импульса электрического напряжения связана с полным числом электронов в пучке ^ следующим образом:

ит=/ еэкв,

где Сэкв - эквивалентная емкость конденсаторов; ge -заряд электрона.

С помощью выражения (1) при известном значении Сэкв и измеренной амплитуде ит можно найти

число электронов в импульсе. Типичная осцилограм-ма акустического импульса давления, генерируемого наносекундным пучком электронов в мишени, выполненной из сплава АМг-6, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Осциллограмма акустического импульса, генерируемого пучком заряженных частиц в мишени из алюминиевого сплава. Масштаб по вертикали -100 мВ/дел; по горизонтали - 100 нс/дел

Из рис. 2 видно, что акустический импульс имеет биполярную структуру, состоящую из областей сжатия и разряжения, это согласуется с теоретическими выводами о форме акустического сигнала, возбуждаемого электронным пучком при свободной границе накачки энергии [1].

Библиографическая ссылка

1. Лямшев Л. М. Радиационная акустика. М. : Наука : Физматлит, 1996. 304 с.

© Ковалев Д. С., Тимошев П. В., 2013

УДК 621.791.763

Ю. В. Колодкин, И. В. Онтужев, М. Г. Голубкина Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

УЛУЧШЕНИЕ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЗАИМНОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ

ЭЛЕКТРОДОВ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ

Разработан способ стабилизации пространственного положения электродов в машинах для точечной сварки и устройство для его осуществления на машинах разных типов, которые позволяют повысить эффективность стабилизации пространственного положения электродов, а следовательно и качество сварных соединений, а также расширить возможности сварочных машин путем увеличения вылета электродов.

Общеизвестно, что усилие сжатия электродов всегда приводит к упругим деформациям элементов силового контура, в первую очередь, консольных балок и электрододержателей. Следствием этого является осевое и радиальное смещение электродов, а также поворот их осей, что является причиной коробления деталей [1], образования выплесков, повышенного износа электродов и т. д. И основной мерой предот-

вращения этого является повышение жесткости силовых контуров машин и ограничение вылета электродов. Но это позволяет лишь уменьшить параметры смещения электродов и сужает технологические возможности машин для точечной сварки.

Принципиально решить эту проблему позволяет разработанный способа стабилизации взаимного положения электродов и устройства для его осуществ-

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

ления на точечных машинах с разными приводами сжатия электродов.

Сущность разработанного способа стабилизации взаимного положения электродов заключается в том, что при сжатии деталей электродами в процессе КТС, по крайней мере, одну, соединенную с корпусом машины балку (консоль) с закрепленным на ней электродом, посредством опорного устройства разгружают от изгибающего момента, который образуется силой реакции свариваемой детали на воздействие сварочного усилия, при этом измеряют силу, воздействующую на электрод, и по ее величине задают усилие, которое передают с электрода на опорное устройство. В этом способе стабилизации взаимного положения электродов поставленная цель достигается тем, что в конструкции силового контура машины для КТС функции стабилизации пространственного положения электродов и передачи сварочного усилия на детали разделяются между балкой и опорным устройством.

Кинематическая схема машины для точечной сварки с устройством стабилизации пространственного положения нижнего электрода

Кинематическая схема силового контура машины для КТС прессового типа с устройством стабилизации положения нижнего неподвижного электрода показана на рис 1. В этом случае, машина, которая при КТС сжимает свариваемые детали 1 между подвижным 2 и неподвижным 3 электродами, снабжена средством измерения силы реакции детали 1 на воздействие подвижного электрода 2. Оно выполнено в виде гидроцилиндра 4, у которого корпус кинематически соединен посредством штока 5 с ползуном 6, установленным в направляющем устройстве 7, а поршень посредством штока 8 — с электродов сварочной машины. Привод 9 усилия сжатия электродов закреплен на корпусе направляющего устройства 7, который посредством кронштейна 10 жестко соединен с корпусом 11 сварочной машины. С ползуном 6 жестко

соединена подвижная консольная балка 12, на которой закреплен электрододержатель с установленным в нем подвижным электродом 2.

Гидроцилиндр 3 посредством трубопровода 13 соединен с силовым исполнительным механизмом, выполненным в виде гидроцилиндра 14. Поршень гидроцилиндра 14 штока 15 соединен с электрододержа-телем (с установленным в нем неподвижным электродом 3), который закреплен на неподвижной направляющей консольной балке 16, жестко соединенной с корпусом 11 сварочной машины. Корпус гидроцилиндра 14 закреплен на опорном устройстве, выполненным в виде балки 17, также жестко соединенной с корпусом 11 сварочной машины. Площадь рабочей камеры гидроцилиндра 3 равна площади камеры гид-роцилиндра14.

Способ стабилизации взаимного положения электродов 2 и 3 осуществляется следующим образом. Свариваемые детали 1 помещают между электродами

2 и 3 и сжимают их с усилием ЕЭ: посредством привода 9 усилия сжатия электродов. При этом детали 1 , в свою очередь, воздействуют на рабочие поверхности электродов 2 и 3 с силой реакции ЕРЭ:, в любой момент времени равной усилию воздействия электродов Е^ на поверхности деталей 1. В любой момент времени давление в гидравлической камере цилиндра

3 пропорционально усилию сжатия электродов ЕЭ:, а следовательно и ЕРЭ:. Таким образом осуществляется измерение силы ЕРЭ: в процессе сварки. Поскольку гидравлические камеры цилиндров 3 и 14 сообщаются между собой посредством трубопровода 13, то давление в них равное. Следовательно, при равенстве площадей гидравлических камер 3 и 14 усилие ЕРЭЬ измеренное гидроцилиндром 3, в любой момент процесса КТС воспроизводится гидроцилиндром 14, как распирающее усилие между направляющей 16 и опорной 17 балками, и таким образом усилие передается с электрода 3 на опорную балку 17.

Таким образом, на направляющее устройство неподвижного электрода 3 с одной стороны действует сила ЕРЭ: реакции детали 1, а с другой стороны, равная по величине, сила реакции опорной балки 17, передаваемая гидроцилиндром 14. В результате, суммарное усилие, воздействующее на направляющую балку 16 вдоль оси электродов равно нулю, т. е. эта балка в процессе сжатия деталей 1 электродами 2 и 3 не воспринимает никакой нагрузки и изгибающий момент М16 в ней равен нулю. Она выполняет только одну функцию -определяет пространственное положение неподвижного электрода 3. Вследствие этого при любом усилии сжатия электродов ЕЭ: пространственное положение электрода 3 остается неизменным, так как прогиб направляющей балки 11 отсутствует.

От действия силы реакции ЕРЭ: в балке 17 возникает изгибающий момент М17, который в месте защемления балки 17 в корпусе машины равен произведению силы на длину плеча балки (вылет электродов) 1Э (М17 = ЕРЭ:*/Э). Вследствие действия момента М17 балка 17 прогибается на величину ДЭ3, но силовое взаимодействие между балками 16 и 17 от этого не изменяется, так как усилие, развиваемое гидроцилиндром 14 не зависит от положения его поршня.

Данный способ стабилизации пространственного положения нижнего электрода и устройство для его осуществления на машинах прессового типа проверили на экспериментальной установке, собранной на базе машины МТПУ-300.

Библиографическая ссылка

1. Сагалевич В. М. Методы устранения сварочных напряжений и деформаций. М. : Машиностроение. 1974.

© Колодкин Ю. В., Онтужев И. В., Голубкинаа М. Г., 2013

УДК 539.412:620.22

Г. В. Кочкина Научный руководитель - Г. Г. Крушенко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ВОЛОКОН АЛЮМИНИЕВОГО КОМПОЗИТА

Рассмотрен анализ оценки прочности волокнистого алюминиевого композита с точки зрения пористой структуры.

Материал, полученный с помощью запатентованной технологии [1], представляет собой композит, полученный прессованием композиции, состоящей из частиц алюминия или алюминиевых деформируемых сплавов и нанопорошков (НП) высокопрочных химических соединений. Данный материал имеет структуру в виде протяженного профиля разного сечения с волокнистой структурой и повышенными механическими свойствами (см. рисунок). Прутки, полученные таким способом, имеют тонкостенную оболочку и внутреннее волокнистое строение. Механические свойства композита выше, чем у материалов полученных таким же образом, но без использования нанопо-рошков. Но в отличие от существующих волокнистых композитов рассматриваемый материал не имеет матрицы. Ее роль выполняет взаимодействие волокон по боковым поверхностям. Нагрузка перераспределяется за счет сил трения от разрушенного волокна на соседние волокна. И если рассматривать данный композит как состоящий только из одних волокон, то его прочность должна превышать прочность пучка не взаимодействующих по боковым поверхностям волокон. Частицы НП обладают значительно более высоко твердостью, чем алюминиевый сплав. Поэтому в процессе деформирования они внедряются в поверхность алюминиевых волокон, в результате чего образуется механическое соединение соседствующих волокон по граничащим поверхностям.

Композит, отпресованный из гранул сплава АД и нанопорошка карбонитрида титана TiCN

В данной работе предлагается оценить материал на прочность с точки зрения пористой структуры [2]. Механические свойства пористых металлокомпозитов тесно связаны с пористостью и размером пор, их формой и распределением. Зависимость механических свойств от пористости выражена эмпирически в уравнениях Гибсона-Эшби [3]:

E- = с\р

E.

Р„

Ps

где Е, с и р обозначают модуль упругости, прочности и плотности, соответственно. Индекс «*» обозначает пористый материал, и индекс «8» обозначает плотный материал. С1 и С2 - постоянные, связанные с материальными и экспериментальными условиями. п1 и п2 -экспоненты, связанные с пористой структурой. Из (1) и (2) следует, что прочность и модуль упругости пористых материалов уменьшается с увеличением пористости. Противоречие заключается в том, что низкий модуль упругости соответствует низкой прочности.

Пористость может быть получена непосредственно по формуле:

(

P =

1 -

M

VP

\

х100%

,

где М - масса образца, V - объем образца; ps - плотность волокна, г/см3. Для того, чтобы определить размер пор количественно, эквивалентный диаметр пор определяется как промежуток между волокнами. Измерения могут быть выполнены под оптическим микроскопом с помощью программного обеспечения Image Pro Discovery. Таким образом, распределение размеров пор определяется с помощью математической статистики измерений.

Волокна металлокомпозита являются своего рода пористыми металлами, их механические свойства сильно зависят от пористости. Из (1)-(2) следует [3]:

n