Оптимизация технологии электронно-лучевой сварки изделий из аллюминиевых сплавов

Однако во всех случаях при испытаниях на срез сварные соединения разрушались хрупко со значительным разбросом значений разрушающих напряжений ср ~ 250...400 МПа.

В случае сварки с термообработкой сварных соединений в электродах сварочной машины для определения значимости влияния параметров дополнительного импульса: силы тока термообработки /ТО; времени термообработки /то и - времени паузы /П между импульсами /СВ и 1ТО тока; на прочность получаемых соединений, оцениваемую по напряжению ср разрушения сварных соединений на срез, а также определения характера этого влияния планировался трехфакторный эксперимент в пяти уровнях [2]. При этом параметры сварочного импульса оставались неизменными: ^СВ = 450 даН; /СЖ = 1,0 с; /СВ = 14,4 кА; /СВ = 1,48 с; /пр = 0,4 с. Параметры дополнительного термообрабатывающего импульса в соответствии с планом эксперимента изменялись в следующих пределах: силы тока термообработки /ТО = 0,2.1,0 /СВ; времени паузы /П между импульсами /П = 0,8.4,0 с; длительности импульса термообработки /ТО = 0,8.4,0 с; /ПР = /сж + /СВ + /П + /ТО + /ПР . При каждом сочетании факторов производили сварку трех образцов.

На рис. 1 показаны спектры поглощения и МКД коллоидного раствора феригидрита, записанные при комнатной температуре. Спектр поглощения представляет собой довольно гладкую кривую с особенностью в районе 480 нм. В то же время в спектре МКД наблюдается сложная структура, характерная для суперпозиции сигналов от нескольких переходов. На длине волны особенности в спектре поглощения МКД

изменяет знак. 8-образная кривая МКД обычно свидетельствует о диамагнитной природе эффекта.

Однако амплитуды МКД противоположного знака не равны друг другу, что должно быть связано со вкладом парамагнитного эффекта. Кроме того оба максимума и положительный и отрицательный состоят, по крайней мере, из двух вкладов. Поскольку единственным ионом с не скомпенсированным магнитным моментом является ион железа, все наблюдаемые особенности можно связать с электронными переходами внутри d - состояний этих ионов или/и с переносом заряда между ионами железа и окружающих его лигандов.

На рис. 2 показан спектр поглощения с переходами. Переходы сопоставимы с переходами бората железа, которые описаны в статье [2].

Библиографический список

1. Марковин П. А. [и др.]. Оптическое исследование электронной структуры и магнитного упорядочения в слабом ферромагнетике ¥еБ03 // Письма в ЖЭТФ. 2007. Вып. 11 (86). С. 822-827.

2. Ладыгина В. П. Получение, структура и магнитные свойства железосодержащих наночастиц, синтезируемых бактериями: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.07, 03.01.02. Красноярск: Междунар. науч. центр исследований экстремальных состояний организма при Президиуме КНЦ СО РАН, 2011.

© Березицкая Д. П., Хилажева Е. Д., 2012

УДК 621.791.722

Л. А. Ерыпалов, Д. С. Ковалев Научный руководитель - Н. В. Успенский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ АЛЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Предложены и экспериментально обоснованы новые возможности по управлению формированием сварного шва при электронно-лучевой сварке путем программирования распределения энергии электронного луча в сварочной ванне, за счет соответствующих разверток луча.

Найдены развертки электронного луча, позволяющие значительно повысить качество сварных соединений за счет устранения корневых дефектов, снижения пористости, непроваров.

Качество шва при ЭЛС определяется совокупностью технологических и энергетических параметров процесса. Поддержание на требуемом уровне энергетических параметров процесса сварки обеспечивает при неизменных технологических условиях постоянство эксплуатационных параметров сварного соединения, геометрических размеров, структурных, прочностных и других показателей. Однако. возможность формирования проплавления уникальной «кинжальной» формы с минимальной металлоемкостью ванны вступает в противоречие с достижением стабильных эксплуатационных параметров сварного соединения. Нарушение оптимального режима ЭЛС зачастую ведет к

появлению в швах дефектов, причем даже на хорошо сваливаемых материалах [1].

Они встречаются при любых способах сварки давлением и хорошо известны: непровары, подрезы, провисание шва, а также повышенное разбрызгивание. Однако возникают и другие, специфические дефекты: корневые дефекты, протяженные полости в объеме шва, «срединные» трещины отклонения шва от стыка из-за остаточных или наведенных магнитных полей, корневые дефекты шва присущи всем способам сварки высококонцентрированными источниками энергии. Они имеют гидродинамическую природу образования и обусловлены особенностями переноса металла в сварочной ванне.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Рис. 1. Микрошлиф продольного сечения корневой части шлифа на сплаве АМг6

Для предотвращения корневых дефектов необходимо формировать пародинамический канал с достаточно широкой нижней частью и закругленным дном. Изменение формы канала осуществляется изменением формы распределения мощности электронного пучка в зоне сварки. Выбором уровня фокусировки пучка не удается полностью подавить корневые дефекты - вероятность образования несплавлений остается довольно высокой. Наиболее эффективным, с технической стороны, способом воздействия на формирование канала проплавления является развертка электронного пучка. Широко используются следующие развертки пучка: продольная, поперечная, Х-образная, по окружности, эллипсу, дуге. Расчетные методики выбора формы развертки пучка до сих пор не разработаны. В то же время накоплено довольно большое количество экспериментальных данных. Однако практические рекомендации не всегда совпадают. Последнее во многом определяется применении ем аппаратуры для развертки пучка с ограниченными возможностями и несовершенством методик исследования; не учитывается взаимосвязь параметров развертки с уровнем фокусировки пучка, геометрией исходного стационарно пучка электронов, скоростью сварки, уровнем и частотой пульсаций параметров пучка.

Было выявлено, что периодически схлапываю-щийся парогазовый канал, характерный для традиционной технологии электронно-лучевой сварки, трансформируется при соответствующих траекториях сканирования в устойчивую парогазовую полость, распространяющуюся на значительную часть глубины проплавления. Это приводит к изменению условий формирования сварного шва. повышению КПД сварочного процесса, изменению формы сварного шва и повышению качества сварных соединений.

Предварительные исследования по использованию этих технологических возможностей выявили перспективность новых траекторий сканирования в целях усовершенствования технологии электронно-лучевой сварки, повышения качества сварных соединений.

Экспериментальные исследования проводились на электронно-лучевой установке ЭЛУ-5, оснащенной электронно-лучевым оборудованием и пушкой КЭП-2 с таблеткой 0 4,7 мм. Сварка производилась на кольцевых образцах 0 300 мм толщиной 27 мм из материала АМг-6-НН. Скорость сварки -30 м/час.

Целью экспериментальных исследований являлось изучение влияния различных форм распределения энергии по пятну нагрева на процесс формирования сварного шва и его характеристики.

Качество сварных соединений оценивалось по результатам, рентгеновского контроля сварных соединений, микрошлифам поперечного и продольного разреза сварных соединений.

Для управления распределением энергии электронного пучка по пятну нагрева было запрограммировано 9 различных траекторий сканирования электронного пучка. Номера сканирований соответствуют следующим изображениям (рис. 2).

Рис. 2. Траектории сканирования электронного пучка

При этом можно было изменять и контролировать амплитуды сканирования по «х» и по «у», частоту сканирования, расфокусировку пучка по каналу точной фокусировки.

Сварку проводили при ускоряющем напряжении и = 25 кВ, токах электронного пучка 1л = 100, 150, 200, 250 мА.

Для исключения влияния нагрева образца на формирование сварного соединения очередную сварку проводили на охлажденном образце. Было сварено более 200 образцов.

Анализ проведенных исследований показал, что наилучшие результаты были получены при сканировании луча по траекторий № 5.

Рис. 3. Швы, выполненные при помощи БФС

Эта форма сканирования позволяет получать форму сварных швов близкую к прямоугольной с почти параллельными стенками, при этом снижаются напряжения и деформации в сварных соединениях, Радиус округления при этом составляет 1^2мм. В сварных швах полностью отсутствуют корневые дефекты, снижена, пористость, что подтверждено результатами рентгено-контроля сварных швов. Продольные разрезы сварных швов показали, что процессы формирования сварного шва протекают более стабильно, В 2 ^3 раза по сравнению с традиционной технологией уменьшилась нестабильность глубины проплавления, проявляющаяся в виде колебаний проплавления в корне шва.

В итоге выявляется возможность управлять каче- Библиографическая ссылка

ством швов при электроннолучевой сварке алюми- 1. Электронно-лучевая сварка / под ред. акад. ниевых сплавов со свариваемой толщиной до 30 мм. Б. Е. Патона. Киев : Наукова думка 1987 г.

© Ерыпалов Л. А., Ковалев Д. С., 2012

УДК 621.791.763

В. В. Захаров, Е. В. Кононова Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАЗОРОВ НА УСИЛИЕ СЖАТИЯ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

Проведенные исследования позволили определить технологические факторы, в наибольшей степени влияющие на отклонение усилия сжатия в свариваемом контакте при контактной точечной сварке.

Усилие сжатия в площади свариваемого контакта —с при точечной контактной сварке (ТКС), то во многих случаях сварки отличается от усилия сжатия деталей электродами —Э. И причиной этого являются зазоры, которые приводят к тому, что некоторая часть усилия —Э (в дальнейшем будем обозначать ее - —Д) затрачивается на деформирование деталей при их сближении до соприкосновения. Вследствие этого —с меньше усилия —Э на величину —Д:

—С = —Э - —Д.

Оценка величины отклонения —с от —Э важна для всего процесса ТКС, так как основной причиной образования выплесков при наличии зазоров считают значительное уменьшение - с относительно - Э, несмотря на то, что величину зазоров при ТКС жестко регламентируют [1].Такие ограничения, удорожают технологию сборки и сварки. При этом конкретные результаты исследований, которые бы обосновали такие жесткие допуски на величину зазоров, очень немногочисленны. В связи с этим в рамках данной работы были проведены исследования влияния зазоров на величину усилия в площади свариваемого контакта.

По-видимому, наименее трудоемким было бы расчетное определение величины —Д, например, решением известного уравнения С. Жермен-Лагранжа, описывающего прогиб пластинки [2]. Однако точное решение этого уравнения даже для идеализированных граничных условий представляет большие трудности. Кроме того, схема закрепления деталей при ТКС, например, посредством уже сваренных точек весьма неопределенна.

В проведенных экспериментальных исследованиях силового взаимодействия деталей при наличии зазоров, величина —Д, определялась как функция комплексного влияния ряда технологических факторов точечной сварки (рис. 1):

—д = ГЦ, и, а, 5, 5, ЯЭ),

*

где t - расстояние между сваренными точками; t -расстояние до соседних сваренных точек; и - расстояние от кромки листа до центра свариваемой точки,

которое, как правило, равно половине ширины В нахлестки; а - угол раскрытия зазора в нахлестке; 5 -величина зазора в месте сварки; 5 - толщина деталей; ЯЭ - радиус сферы рабочей поверхности электродов.

Для определения значимости влияния на величину —Д семи технологических факторов ТКС планировались четырехфакторный эксперимент в пяти уровнях (латинский квадрат) и трехфакторный эксперимент в семи уровнях по известным методикам [3]. Измерения исследуемого параметра, деформирующего детали усилия Гд, при каждом сочетании факторов производились три раза.

При проведении четырехфакторного эксперимента в пяти уровнях осуществляли проверку значимости влияния на величину —Д факторов А - t, В - а, С - ЯЭ и Б - 5 при неизменных значениях t, 5 и и. В результате получены отношения — дисперсий факторов А, В, с и Б к дисперсии воспроизводимости , которые соотносятся с критерием Фишера, для условий данного эксперимента равным 3,9, следующим образом:

ГА = Б2а/£02 = 0,033 < 4,13 ;

-В = яЦ^о = 0,057 < 4,13;

Гс = бЦЗ02 = 0,1542 < 4,13;

РБ = бЦЯ02 = 112,59 > 4,13.

Таким образом, из этого эксперимента следует, что влияние на величину —Д фактора 5, значимо, а влияние факторов t, а и ЯЭ - не значимо.

Проверку значимости влияния исследуемых факторов А - t, В - 5 и С -и на величину —Д при неизменных значениях параметров t, а, ЯЭ и 5 осуществляли проведением трехфакторного эксперимента в семи уровнях. В результате также получены отношения — дисперсий факторов А, В, и С к дисперсии воспроизводимости Б^ , которые соотносятся с критерием Фишера, который данного эксперимента равен 3,9, следующим образом:

—А = 65,92 > 3.9;