WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Эффективная энергия активации процесса, контролирующего развитие физического контакта, хотя несколько возрастает по сравнению с первым случаем и составляет 257 кДж/моль, но остается достаточно близкой к энергии активации ползучести сплава ОТ4 с исходной глобулярной микроструктурой. Это дает основание считать, что развитие физического контакта при II варианте сочетания микроструктур (по крайней мере приFk 0,6) происходит в результате деформации в зоне контакта сплава, имеющего глобулярную микроструктуру, т.е. в результате "вдавливания" (а не "смятия") микровыступов от механической обработки на образцах с крупнозернистой пластинчатой микроструктурой в поверхность образцов с глобулярной структурой.

Обработка экспериментальных данных для III варианта образцов показала, что эффективная энергия активации процесса, контролирующего развитие физического контакта уменьшается по мере увеличения толщины слоя с мелкозернистой структурой и при его толщине равной диаметру образцов становится близкой к энергии активации ползучести сплава ОТ4 с исходной глобулярной микроструктурой.

Наблюдаемая зависимость скорости развития физического контакта от толщины слоя с мелкозернистой глобулярной структурой объясняется тем, что слой материала с крупнозернистой пластинчатой структурой оказывает сдерживающее действие, замедляя пластическую деформацию приконтактного слоя. Эффект контактного упрочнения материала с мелкозернистой равноосной структурой может быть охарактеризован коэффициентом

. (5)

Результаты расчетов показывают, что эффект контактного упрочнения изменяется от 6,60 для h = 0,3 мм до 1,02 для h = 10 мм, т.е. контактное упрочнение практически перестает влиять на скорость развития физического контакта при высоте слоя с мелкозернистой структурой примерно равной диаметру образцов, эта же зависимость сохраняется и для температуры 950 0С.

Полученные количественные характеристики кинетики образования физического контакта позволяют решить практически важные задачи: выбрать технологические параметры режима диффузионной сварки и оценить деформацию свариваемых заготовок, сопутствующую сварке.

Поскольку накопленная деформация соединяемых заготовок при изготовлении прецизионных тонкостенных конструкций диффузионной сваркой является одним из показателей качества, проанализировано влияние параметров режима сварки на развитие деформации, сопутствующей образованию физического контакта. Расчеты выполнялись по формуле:

, (6)

Результаты расчетов показывают, что с повышением температуры от 850 до 950 0С и увеличением давления от 0,5 до 2,0 МПа время, необходимое для развития физического контакта, уменьшается.

Установлено, что значимым фактором, влияющим на развитие физического контакта, является исходная микроструктура образцов. Так, если при I варианте сочетания структур для формированияFk = 0,6 при температуре 950 0С и давлении 2,0 МПа требуется приблизительно 600 с, то для II варианта сочетания структур при тех же значенияхFk, Т и р требуется время порядка 5000 с, т.е. почти на порядок больше. Поэтому из экономических соображений целесообразно использовать I варианте сочетания структур в свариваемых заготовках.

Для образцов с комбинированной структурой, части которых имеют различную скорость ползучести, зависимость (6) будет иметь вид:

. (7)

Из анализа полученных зависимостей = (Fk) следует, что наибольшая деформация, сопутствующая развитию физического контакта, наблюдается при сварке образцов с I вариантом сочетания микроструктур. При этом даже для развитияFk до 0,8 требуется деформация 7%, в то время как по техническим условиям для прецизионных сотовых конструкций допустимая деформация, как правило, не должна превышать 1,5%. Существенно уменьшить деформацию, требуемую для развития процесса сварки, можно применением свариваемых заготовок с комбинированной микроструктурой.

Для оценки качества диффузионного соединения проведены испытания на статическое растяжение. Анализ экспериментальных данных показал, что зависимость относительной прочности от относительной площади сварного соединения может быть аппроксимирована выражением вида

в = k Fkn, (8)

Результаты расчетов по формуле (8) показывают, что прочность сварного соединения стыковых образцов с комбинированной микроструктурой на уровне основного металла при испытаниях на статический разрыв достигается, например, при выдержке под давлением 2 МПа и температуре 950 0С в течение 900 с, но величина относительной деформации, сопутствующая сварке, будет более 0,03 (3%).

Из зависимостей = (Fk) видно, что значительный рост величины деформации происходит приFk 0,6…0,8, поэтому для уменьшения целесообразно применение двухэтапной схемы диффузионной сварки: на первом этапе прикладывается сварочное давление, обеспечивающее развитие площади контакта до величины 0,6…0,8 в процессе деформации, а далее проводится выдержка свариваемой конструкции без давления, в процессе которой развитие контакта происходит по механизму спекания.

Из анализа вышеприведенных результатов следует, что для образцов из сплава ОТ4 с исходной глобулярной микроструктурой в зоне контакта, при 950 0С и давлении 1,5…2 МПа для развития F = 0,8 требуется порядка 15…20 мин. Величина деформации в зоне контакта составит 7 %, а деформация всей конструкции (заполнителя) по высоте не превышает 0,3 %. Поэтому этот режим сварки был принят за базовый для первого этапа, а параметры второго этапа определялись экспериментально.

Уточнение режима сварки проводилось на образцах имитирующих элемент сотовой панели размером 1308520 мм, которые подвергали гидроопрессовке. Заполнитель имел комбинированную микроструктуру, полученную предварительной термической обработкой. В качестве базового выбран режим сварки: I этап – Т= 950 0С, р=2 МПа, t = 20 мин; II этап - Т = 950 0С, р = 0, t = 60 мин

Результаты испытаний заполнителя с комбинированной микроструктурой при диффузионной сварке сотовых панелей из сплава ОТ4 при испытаниях на отрыв и изгиб показали, что разрушение сварных соединений при отрыве происходит по заполнителю при давлении опрессовки 20…22 МПа, напряжение при котором обшивки теряют устойчивость при изгибе составляет 700…720 МПа. Таким образом, результаты испытаний трехслойных панелей с сотовым заполнителем свидетельствуют, что диффузионная сварка обеспечивает высокое качество соединения заполнителя с несущими обшивками, при этом величина деформации (осадки) конструкции не превышала 0,3 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований явился научной основой для разработки технологии процесса диффузионной сварки трехслойных тонкостенных конструкций с сотовым заполнителем из сплава ОТ4.

1. Сформулирован и обоснован технологический процесс изготовления диффузионной сваркой титановых слоистых конструкций из серийно выпускаемых тонколистовых сплавов ( = 0,3…0,5 мм), в основу которого положено использование сотового заполнителя, имеющего комбинированную микроструктуру (мелкозернистую глобулярную в зоне свариваемых поверхностей и крупнозернистую пластинчатую в остальном объеме), что обеспечивает высокое качество соединения и снижение себестоимости изделия.

2. Рассмотрено влияние относительной толщины обшивки на процесс вдавливания заполнителя при сварке. Установлено, что при толщине обшивки менее трех толщин заполнителя в ее объеме создается неблагоприятное для развития деформационных процессов напряженно-деформированное состояние, обусловленное наличием силы трения на поверхности контакта с технологическими листами.

3. Определен диапазон изменения ширины зоны с глобулярной равноосной структурой позволяющий локализовать деформацию в зоне контакта без существенного снижения напряжения потери устойчивости заполнителя в целом. Показано, что напряжение потери устойчивости заполнителя в процессе ползучести прямо пропорционально ширине зоны с крупнозернистой пластинчатой структурой.

4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что фактором, влияющим на развитие, характер и величину деформации свариваемых заготовок таврового соединения является исходная микроструктура заготовок и соотношение их толщин.

5. Предложено и обосновано поверхностный нагрев для получения полосовых заготовок заполнителя с комбинированной микроструктурой производить распределенным по некоторой площади (расфокусированным) источником тепла с использованием колебаний электронного луча.

6. Получены аналитические выражения и номограммы для определения мощности электронного луча, обеспечивающей температурное поле с требуемой шириной зоны нагрева полосы, времени наступления теплонасыщения обрабатываемой полосы и протяженности участка с неустановившимся тепловым режимом.

7. Статистической обработкой результатов экспериментальных исследований получено эмпирические выражения, позволяющие оценивать кинетику развития физического контакта и технологические параметры процесса диффузионной сварки сплава ОТ4 с учетом исходной микроструктуры свариваемых заготовок.

8. Путем интерполяционного анализа экспериментальных данных по совместному влиянию технологических параметров процесса сварки на качество диффузионного соединения определены режимы сварки, обеспечивающие требуемую прочность сотовых панелей при допустимой величине их остаточной деформации.

9. На основании теоретического анализа и экспериментальных исследований разработан технологический процесс диффузионной сварки сотового заполнителя (з=0,3 мм; dз=30 мм) с несущими обшивками (0=0,5 мм) из сплава ОТ4, который предусматривает предварительную термообработку полосовых заготовок электронным лучом и диффузионную сварку при 950 0С в два этапа: на первом сжимающее давление р = пу, на втором – давление уменьшается до нуля.

Разработанный процесс получил диплом на VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (2007 г.) и золотую медаль на Воронежском промышленном форуме – конкурс инновационных проектов (2008 г.).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования. Учебное пособие / А.Б. Булков, И.Б. Корчагин. Воронеж, ВГТУ, 2008. 180 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

  1. Оптимизация микроструктуры заполнителя титановых диффузионно-сварных тонкостенных слоистых конструкций / В.В. Пешков, А.Б. Булков, А.А. Батищев, А.В. Башкатов, В.Р. Петренко // Сварочное производство. 2004. № 9. С. 18-22.

Статьи и материалы конференций:

  1. Подоприхин М.Н., Булков А.Б. Диффузионная сварка тонкостенных титановых конструкций // Межвузовский сборник научных трудов «Прогрессивные технологии в сварочном производстве», Воронеж. ВГТУ. 1998 г.
  2. Пешков В.В., Булков А.Б. Уменьшение деформаций элементов теплообменников при диффузионной сварке // Региональный сборник научных трудов «Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике», Воронеж. ВГТУ. 2000. С. 132-137.
  3. Пешков В.В., Булков А.Б., Башкатов А.В. Оптимизация микроструктуры заготовок сотового заполнителя для диффузионной сварки панелей // Материалы научно-технической конференции, посвященной 30-летию кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» (10-11 сентября) «Повышение эффективности сварочного производства», Воронеж. ВГТУ. 2003 г.
  4. Пешков В.В., Булков А.Б. Обоснование технологического варианта получения трехслойных панелей диффузионной сваркой // Материалы научно-технической конференции, посвященной 30-летию кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» (10-11 сентября) «Повышение эффективности сварочного производства», Воронеж. ВГТУ. 2003 г.
  5. Пешков В.В., Булков А.Б. Повышение устойчивости элементов тонкостенных конструкций при диффузионной сварке // Всероссийская научно-техническая конференция «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве», Москва. МАТИ. 20-21 ноября 2003 г.
  6. Пешков В.В., Булков А.Б. Оптимизация микроструктуры заготовок сотового заполнителя для диффузионной сварки сотовых панелей // Всероссийская с международным участием научно-техническая конференция, посвященная 150-летию со дня рождения Н.Г.Славянова 17-20 мая. Сборник докладов. 2004. Том 1. Пермь, ПГТУ. С. 147-150.
  7. Пешков В.В., Булков А.Б. Моделирование образования твердофазного соединения заполнителя с обшивкой при диффузионной сварке сотовых панелей // Межвузовский сборник научных трудов «Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике», Воронеж. ВГТУ. 2004. С. 166-173.
  8. Петренко В.Р., Пешков В.В., Булков А.Б. Уменьшение деформации трехслойных панелей с сотовым заполнителем при диффузионной сварке // Науковий журнал «Новi матерiали i технологii в металургii та машинобудуваннi», 2004. № 1. ЗНТУ. С. 138-139.
  9. Peshkov V.V., Bulkov A.B., Batischev A.A, Bashkatov A.V., Petrenko V.R. Optimisation of the microstructure of filler for titanium diffusion-welded thin-wall laminated structures // Welding International, 2005, Volume 19, Number 2, England, р.150-151.
  10. А.Б. Булков, И.Б. Корчагин. Расчет температурного поля в ленте при ТО // Межвузовский сборник научных трудов «Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике», Воронеж: ВГТУ. 2007. С. 141-148.
  11. А.Б. Булков, И.Б. Корчагин. Численное моделирование деформационных задач при диффузионной сварке теплообменников // Межвузовский сборник научных трудов «Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике», Воронеж: ВГТУ. 2007. С. 77-82.

Авторские свидетельства патенты:

14. Пат. №44574, RU, МПК В 23 К 20/26. Контейнер для диффузионной сварки тонкостенных титановых конструкций / А.Б. Булков, Л.В. Усачева, В.Ф. Селиванов, В.В. Пешков, В.Ю. Полевин (РФ); Воронеж. гос. тех. ун-т (РФ). 2004113490/22; Заявлено 05.05.2004; Опубл. 27.03.2005 // Бюл., 2005. №9.

Подписано в печать 10.10.2008 г.

Формат 60 х 84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №_____.

Воронежский государственный технический университет

394026 г. Воронеж, Московский просп.,14

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»