Ударная сварка в вакууме круглозвенных цепей из высокопрочных сплавов титана Фальченко, Юрий Вячеславович

Введение к работе

Важными проблемами современной авиации являются обеспечение надежности прішеняємих конструкций и снижение их веса. В летательных аппаратах для крепления перевозимых грузов применяются круглоэвенные сварные цепи из отали, которые в настоящее врамя изготавливаются методом контактной стыковой сварки. Однако сварные цепи, изготовленные этш способом имеют низкий процент выхода годных изделий и малый срок службы. С целью снижения летного веса летательных аппаратов было бы перспективным заменить стальные цепи на титановые, что позволило бы сэкономить до 40.. .45Х от общего веса цепей.⁴

В настоящее время технологии сварки давлением круглоавенных цепей из высокопрочных сплавов титана не существует.

Поэтому возникла необходимость в разработке технологии изготовления круглоавенных цепей из высокопрочных сплавов титана.

Разработка технологии и специализированной оснастки для изготовления сварных круглоавенных цепей иа высокопрочных сплавов титана ударной сваркой в вакууме (УСВ).

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи.

.1. Изучить влияние параметров ударной сварки в вакууме на механические свойства соединений. "'

2. Исследовать особенности формирования сварных соединений в условиях скоростной направленной пластической деформации.

3..Разработать технологию гибки-и сварки круглоавенных цепей иа высокопрочных сплавов титана; создать специализированную оснастку.

1. Установлены зависимости между параметрами сварки и механическими свойствами сварных соединений и разработан принцип выбора величины анергии удара, основанный на взаимосвязи между величиной энергии, идущей на соединение металла и величиной энергии, затрачиваемой на его разрушение при идентичных температурных условиях. Показано, что величина удельной энергии удара, необходимая для получения качественного сварного соединения из сплавав

- з -ВТ-8 в 1,5 раза меньше величины удельной энергии удара, затрачиваемой на разрушение основного металла.

2. Установлено, что в условиях скоростной направленной пластической деформации нахлесточного соединения подвижность атомов ⁶³Ni в титане на три порядка превышает подвижность атомов в расплаве, что обуславливает формирование развитой зоны объемного взаимодействия в процессе образования сварного соединения. Установлено, что эффект аномального массопереноса проявляется в большей степени на наклонных участках, где интенсивнее идут сдвиговые деформации.

3. Разработан способ ударной сварки в вакууме круглозвенных цепей из высокопрочного сплава титана ВТ-16, совмещзющш одновременно процесс сварки и формовки звена цепи.

1. Результаты исследований влияния параметров процесса ударной сварки в е зкууме на механические свойства соединений и критерий гыбора оптимальной энергии удара.

2. Расчетные и экспериментальные оценки процесса формирования нахлесточного соединения в условиях скоростной направленной пластической деформации. '

3. Технологический процесс ударной сварки в вакууме применительно к решении задачи изготовления сварных круглозвенных цепей из высокопрочного сплава титана ВТ-16.

В работе использованы современные методы оптической и раст-' ровой микроскопии, новая методика изучения диффузионной подвижности атомов с использованием ЭВМ, а также различные стандартные методы определения механических свойств соединений.

На основании проведенных исследований особенностей формирования сварных соединений в условиях скоростной пластической деформации рекомендована нахлесточная схема соединенш по..узвеньев цепи, режимы сварки и термообработки. Полученные результаты исследований использованы при разработке технологии ударной сварки в вакууме круглозвенных цепей из высокопрочных сплтвов титана. Разработанная технология сварки позволяет получить надежные, легкие и корроэионностойкие цепи, что практически невозможно при использовании других методов оварки. По этой технологии изготовлена партия цепей, которая успешно прошла опытно-промышленные испытания.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинаре в ИМВ НАН Украины "Роль диффузионных процессов в формировании поверхности металла с особыми свойствами и образовании неразъемных соединений" (Киев,' 1S92 г.), на международных научно- технических конференциях: "Высокие технологии в машино и приборостроении" (Саратов, 1993 г.), "Современные проблемы сварочной науки и техники" (Роотов- на- Дону, 1993 г.), "Электроннолучевая сварка" (Москва, 1993 г.), "Современные проблемы сварочной науки и техники - "Сварка - 95"" (Пермь, 1995 г.), на семинаре в Институте электросварки им. Е.О. Патона (Киев, 1995 г.).

По теме диссертации опубликовано 6 статей, получено 1 авторское свидетельство на изобретение.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 94 наименований.

Во введении отмечена актуальность выполненной работы, сфор- ' мулироьаны цель и задачи, которые решались в процессе исследований, обоснованы научная новизна и практическая ценность, полученных результатов; приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе проведенного анализа литературных данных и патентов сделан вывод о том, что технологии сварки давлением цепей из высокопрочных сплавов титана не существует. В связи с этим наш рассматривались технологические особенности производства кругдозвенных цепей из стали, изготовленных методом контактно-стыковой сварки. Проанализированы трудности, которые встречаются при изготовлении стальных цепей и пути их устранения. Рассмотрены процессы, ответственные за образование качественного сварного соединения при сварке давлением титана и определены основные направления в решении поставленной задачи.

Во второй главе представлена характеристика исследуемых сплавов титана и применяемого оборудования, а также методик, ис-польвуемых в процессе выполнег ч работы.

В третьей главе изложены результаты раочетно-экспериментальной оценки условий образования нахлесточного соединения в форми-

- 5 -рующих устройствах. Представлены результаты исследований влияния температуры предварительного нагрева и энергии удара на свойства сварных соединений и установлены оптимальные параметры процесса. Показаны особенности образования развитой зоны объемного взаимодействия в условиях проявления эффекта аномального массопереноса.

В четвертой главе изложены особенности технологии гибки по-луэвеньев цепи, их сварки в формирующих устройствах и последующей термообработки. Разработана специализированная оснастка и представлены результаты испытаний сварной цепи. Показана экономическая эффективность от применения сварных титановых цепей.