Разработка и исследование перспективных технологий изготовления паяных соединений элементов трубопроводов летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Чернышев, Александр Викторович

• Чернышев, Александр Викторович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чернышев, Александр Викторович

Введение

1 Сравнительный анализ известных способов калибровки и пайки

1.1 Типы паяных соединений трубопроводов

1.2 Материалы, используемые в системах трубопроводов JIA

1.3 Методы изготовления соединений трубопроводов, предназначенных под пайку

1.4 Анализ известных способов калибровки

1.5 Классификация известных способов пайки

1.6 Дефекты паяных соединений трубопроводных систем

1.7 Задачи исследований

2 Математическое моделирование процесса калибровки раздачей концов труб

3 Разработка и исследование перспективных схем калибровки, пайки, отбортовки отверстий под пайку, изготовления тройников

3.1 Разработка и исследование технологического процесса формообразования труб для обеспечения равномерного зазора при пайке

3.2 Исследование режимов изготовления прессованных колец из порошка припоя ВПр

3.3 Способы и устройства изготовления тройниковых соединений и отбортовки отверстий на трубных заготовках

4. Исследование влияния температуры нагрева на свойства трубных заготовок из титановых сплавов ОТ4 и ОТ4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование перспективных технологий изготовления паяных соединений элементов трубопроводов летательных аппаратов»

В последнее время при проектировании новых боевых авиационных комплексов наблюдается устойчивая тенденция к использованию все более стойких и прочных материалов, например из титановых сплавов и коррозионно-стойких сталей для изготовления элементов трубопроводов топливных, газовых и других систем.

Трубопроводы работают в условиях сложного нагружения. Они испытывают действия высоких давлений, пульсирующих нагрузок и гидравлических ударов, поэтому к ним предъявляются высокие требования по механическим свойствам материала, качеству внешних и внутренних поверхностей, сохранению формы сечения, а также минимальному утонению стенок трубы.

Кроме того, надежная, безаварийная работа летательных аппаратов (JIA) во многом зависит не только от использования материала трубопроводов, но и от качества их соединения. Поэтому к соединениям трубопроводов предъявляются повышенные требования, в особенности работающим в агрессивных средах, переменных температурах и при вибронагрузках.

Из отечественной и зарубежной практики широко известно механическое соединение тонкостенных трубопроводов посредством резьбы. Недостаток такого соединения трубопроводов - высокая трудоемкость изготовления соединительной арматуры и низкая надежность стыков из-за релаксации напряжений в резьбовом соединении.

Указанные недостатки отсутствуют при соединении тонкостенных стальных трубопроводов сваркой, с помощью которой образуются более надежные и работоспособные стыки трубопроводных систем. Однако и этот метод соединения трубопроводов имеет существенные недостатки, а именно, высокую трудоемкость подготовки деталей под сварку и сравнительно низкую их вибропрочность.

Как показывает производственный опыт, соединения, паянные высокотемпературными припоями, при более низкой трудоемкости изготовления обладают более высокой виброирочностью. Паяные соединения более работоспособны, чем сварные, не только в статических, но и в динамических условиях, условиях переменных и вибрационных нагружений. Последнее объясняется конструкцией паяного шва, имеющего более плавный переход соединяемых труб, и образующего соединение с повышенными демпфирующими свойствами.

Надежность паяных соединений зависит от точности выполнения технологических требований, одним из которых является создание гарантированного капиллярного зазора между трубой и арматурой, от этого зависит герметичность соединения и долговечность трубопровода. Поставляемые трубы имеют отклонения по форме, диаметру и толщине стенок, поэтому концы труб перед пайкой должны быть откалиброваны до необходимого размера и формы.

На предприятиях применяются различные способы калибровки. Наиболее универсальным является способ обжатия секторным пуансоном и матрицей, при котором получены стабильные результаты по точности диаметров.

Проведенные исследования по калибровке концов тонкостенных труб холодным пластическим деформированием показали, что в процессе нагрева под пайку происходит искажение формы калиброванного участка, приводящее к ухудшению качества соединения. Термокалибровка и термофиксация концов труб устраняют искажение формы, но усложняют процесс подготовки труб под пайку. Применяемые в настоящее время способы калибровки тонкостенных труб отличаются большой трудоемкостью и не обеспечивают стабильных результатов, особенно - для труб из титановых сплавов.

Таким образом, разработка и исследование перспективных технологий изготовления паяных соединений трубопроводов J1A из высокопрочных материалов является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы: повышение качества и снижение трудоемкости изготовления паяного трубопровода за счет разработки и промышленного внедрения перспективных технологий изготовления паяных соединений элементов трубопроводов JIA.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложена уточненная методика расчета технологических параметров процесса калибровки раздачей соединительных патрубков для пайки, разработанная на основе численного метода В.И. Одинокова, учитывающая параметры деформационного и скоростного упрочнения материала, упругую составляющую при разгрузке, силы трения и температуру деформирования;

- разработана и исследована эффективная технология формообразования концов труб под пайку, позволяющая получить равномерный капиллярный зазор между трубой и арматурой;

- разработана и исследована перспективная технология пайки трубопровода точно дозированными кольцами припоя.

Практическая значимость работы:

- на основании результатов численного моделирования и экспериментальных исследований разработан технологический процесс и технологические рекомендации по калибровке раздачей концов труб под пайку;

- разработан способ получения равномерного зазора при пайке, заключающийся в выполнении точечных центрирующих выступов на концах труб. Проведены экспериментальные работы, позволяющие определить размеры и расположение точечных выступов на трубах. Разработана и изготовлена оснастка для формовки точечных центрирующих выступов. Разработанная технология подготовки труб под пайку позволила улучшить качество паяных соединений трубопровода;

- отработана перспективная технология изготовления прессованных колец для пайки труб из титановых сплавов. Определены режимы запрессовки и спекания колец;

- разработано оригинальное устройство для испытания трубных заготовок при различных температурах деформирования;

- на основе проведенных экспериментальных исследований предложены новые способы изготовления тройников и отбортовки отверстий, а также устройства для их осуществления, которые подтверждены изобретениями.

Реализация результатов работы. Способы и устройства для изготовления паяных соединений запатентованы в Российской Федерации, нашли практическое применение в ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение им. Ю.А. Гагарина» (г. Комсомольск-на-Амуре). Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит 910966 руб. в год.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на Первой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности» (Москва, 2002 г.); Межрегиональной научно-технической конференции «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (Хабаровск, 2001 г.); Дальневосточном инновационном форуме с международным участием «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (Хабаровск, 2003 г.); 4-ой международной конференции «Лазерные технологии и средства их реализации» (Санкт-Петербург, 2003 г.); Второй научно-технической конференции «Проблемы механики сплошных сред и смежные вопросы технологии» (Владивосток, 2003 г.); XX научно-технической конференции ОАО «КнААПО им. Ю.А. Гагарина» «Созданию самолетов - высокие технологии», (Комсомольск-на-Амуре, 2004 г.).

Публикации. Основные результаты исследований предлагаемой диссертации отражены в 10 работах, в том числе, в 6 научно-технических публикациях и 4 патентах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы, содержит 140 страниц основного текста, 40 рисунков, 19 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Чернышев, Александр Викторович

6. Результаты работы внедряются на ОАО «КнААПО им. Ю.А. Гагарина». Ожидаемый экономический эффект обусловлен повышением качества паяного трубопровода, снижением трудоемкости подготовки концов труб под пайку и составляет 910966 руб. в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чернышев, Александр Викторович, 2006 год

1. Абибов АЛ. и др. Технология самолетостроения. М.: «Машиностроение», 1970. 1.

2. Арутюнов Ю.С., Гржимальский Л.П., Петрунин И.Е. Исследование зависимости высоты поднятия припоя от величины зазора при пайке // Сварочное производство, 1970, № 2.

3. Богданова В.В., Лашко С.В., Розенберг И.В. О химической неоднородности паяных швов // Сварочное производство, 1964, № 4.

4. Бойко В.М., Марьин Б.Н., Чернышев А.В. Способ калибровки при пайке тонкостенных труб // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2002. № 9.

5. Бойко В.М., Марьин Б.Н., Чернышев А.В. Формообразование концов труб для обеспечения равномерного зазора при пайке // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2002. № 8.

6. Бойко В.М., Марьин С.Б., Чернышев А.В. Формообразование концов труб для обеспечения равномерного зазора при пайке // Авиационная промышленность. 2004, № 2.

7. Брагин Д.Я., Шпанов И.Н., Диманов С.С. Пути повышения надежности и долговечности паяных соединений трубопроводов // Пайка материалов в машиностроении. Ч. 1, Латвийский республиканский институт научно-технической информации и пропаганды, Рига, 1968.

8. Брукер Х.Р., Битсон Е.Л. Пайка в промышленности. Пер. с англ. М.: Оборонгиз, 1957.

9. Вологдин В.В. Пайка при индукционном нагреве. М.: Машгиз, 1957.

10. Горбунов М.Н. Раздача трубчатых заготовок на коническом пуансоне с подпором по кромке // Кузнечно-штамповочное производство, 1968, № 8.

11. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1970.

12. Гржимальский JI.J1., Ильевский И.И. Технология и оборудование пайки. М.: Машиностроение, 1979.

13. Гржимальский JI.JI., Ильевский И.И. Технология и оборудование пайки. М.: Машиностроение, 1979.

14. Гришин B.JL, Лашко С.В. О некоторых вопросах взаимодействия титана с припоями в процессе диффузионной пайки // Автоматическая сварка, 1966, № 6.

15. Долгов Ю.С., Сидохин Ю.Ф. Вопросы формирования паяного шва. М.: Машиностроение, 1973.

16. Долгов Ю.С., Сидюхин Ю.Ф. Вопросы формирования паяного шва. М.: Машиностроение, 1973.

17. Долгов Ю.С., Сидюхин А.Ф., Сидюхин Ю.Ф. Кинетика диффузионной пайки титана// Сварочное производство, 1968, № 12.

18. Ершов В.И. и др. Калибровка концов труб гидрогазовых систем под автоматическую сварку // Авиационная промышленность, 1985, № 5.

19. Есенберлин Р.Е. Пайка и термическая обработка деталей в газовой среде и вакууме. JL: Машиностроение, 1972.

20. Есенберлин Р.Е. Пайка металлов в печах с газовой средой. М.: Маш-гиз, 1962.

21. Есенберлин Р.Е. Пайка металлов. Машгиз, 1959.

22. Захарченко Н.Д. и др. Калибровка и автоматическая сварка кольцевых стыков трубопроводов из титановых сплавов // Авиационная промышленность, 1981, № 8. 4.

23. Ильевский И.И., Кочуков Н.С. Пайка титана при скоростном нагреве // Сварочное производство, 1963, № 5.

24. Интенсификация формообразования деталей из трубчатых заготовок / Б.Н. Марьин, Ю.Л. Иванов, В.М. Сапожников и др. М.: Машиностроение, 1996.

25. Исследование надежности паяных соединений углеродистых труб / П.М. Гура, А.В. Орлов, Ю.В. Балабан-Ирменин и др. В кн.: Эксплуатационная надежность металла энергооборудования. Труды ВТИ. Вып. 3. Под ред. В.Ф. Злепко. М.: Энергия, 1975.

26. Китаев A.M., Губин А.И. Сварка и пайка тонкостенных трубопроводов. М.: Машиностроение, 1972.

27. Китаев A.M., Губин А.И. Сварка и пайка тонкостенных трубопроводов. М.: Машиностроение, 1972.

28. Китаев A.M., Губин А.И. Сварка и пайка тонкостенных трубопроводов. М.: Машиностроение, 1972.

29. Кичинов JI.M. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969.

30. Колмогоров B.JI. Напряжения, деформации, разрушения. М.: Металлургия, 1970.

31. Кроха В.А. Справочник. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации. М.: Машиностроение, 1980.

32. Лакедомонский А.В., Хряпин В.Е. Паяние и припои. Металлургиз-дат, 1958.

33. Ланедемонский А.В., Хряпин В.Е. Справочник паяльщика. М.: Машиностроение, 1967.

34. Лашко Н.Ф., Лашко С.В. Вопросы теории и технологии пайки. Саратов: Изд. Саратовского университета, 1974.

35. Лашко Н.Ф., Лашко-Авакян С.В. Пайка металлов. М.: Машгиз, 1959.

36. Лашко С.В., Врублевский Е.И. Технология пайки изделий в машиностроении. М.: Машиностроение, 1993.

37. Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. М.: Машиностроение,1993.

38. Лашко С.В., Нагапетян И.Г., Лашко Н.Ф. Конструктивные и технологические факторы при формировании паяного шва. В кн.: производство паяных изделий и стандартизация, вып. XXI, М.:ВНИИМАШ Госстандарта СССР, 1975.

39. Лоцманов С.Н., Петрунин И.Е., Николаев Г.А. Пайка металлов. М.: Металлургия, 1973.

40. Манко Г.Г. Пайка и припои. М.: Машиностроение, 1968.

41. Марьин Б.Н. Гидрогазовые системы летательных аппаратов. Владивосток: Дальнаука, 2001.

42. Марьин С.Б., Чернышев А.В. Исследование процессов формовки трубчатых заготовок эластично-сыпучей средой // Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности: Авторефераты докладов участников. Москва: ОАО "ОКБ Сухого", 2002.

43. Марьин С.Б., Чернышев А.В., Коршиков-Е.В. Новый способ отбор-товки отверстий на крутоизогнутых трубах // Сборник тезисов выступлений Китайско-российского форума молодых ученых. Китай. 2005.130

44. Монтаж, контроль и испытания трубопроводных коммуникаций гидрогазовых систем JIA / В.М. Сапожников, Ю.Л. Иванов, К.А. Макаров и др. -М.: Машиностроение, 1996.

45. О механизме образования соединений при сварке и пайке / Никифоров Г.Д., Дьяченко В.В. и др. // Сварочное производство, 1967, № 12.

46. Одиноков В.И. О конечно-разностном представлении дифференциальных соотношений теории пластичности // Прикладная механика, 1986. Т.21. № 1.

47. Одиноков В.И. Численное исследование процесса деформации материалов бескоординатным методом. Владивосток: Дальнаука, 1995.

48. Одиноков В.И., Хайкин Б.Е. Аналитическое описание упрочнения сталей в зависимости от скорости, степени и температуры деформации // Теория и технология прокатки. Свердловск, 1969. № 176.

49. Пайка в машиностроении: Тезисы докл. Всесоюзной научно-техн. конференции «Расширение производства паяных изделий и повышение его эффективности в машиностроении». Омск, 1980.

50. Пайка и технический прогресс / С.Н. Лоцманов, И.И. Ильевский, И.Е. Петрунин, В.П. Фролов. Новый мир, 1971, № 7.

51. Пайка особотонкостенных трубопроводов без соединительной арматуры / И.П. Чекунов, А.Ф. Лукьянов, А.Н. Липин и др. // Сварочное производство, 1980, № 10.

52. Перевезенцев Б.Н., Козлов В.В. Пайка титана со сплавом на основе меди // Сварочное производство, 1964, № 9.

53. Перевезенцев Б.Н., Соколова Н.М., Уполовников Ю.Н. Особенности пайки тонколистовых конструкций из титана // Сварочное производство. 1975, №3.

54. Петрунин И.Е., Гржимальский Л.Л., Ерошев В.К. Легирование припоев как способ устранения пористости в паяных швах. Электронная техника. Сер. 10. Вып. 7 (32), 1969.

55. Петрунин И.Е., Лоцманов С.Н., Николаев Г.А. Пайка металлов. М.: Металлургия, 1973.

56. Применение автоматизированных установок для пайки в промышленности / Л.Л. Кочергин, Д.А. Мавлюдова, А.А. Щербаков и др. В кн.: Промышленное применение токов высокой частоты. Труды ВНИИТВЧ. Вып. XIII. Л.: Машиностроение, 1973.

57. Прогрессивные технологические процессы изготовления элементов трубопроводов / Б.Н. Марьин, В.Ф. Баженов и др. // Авиационная промышленность. 1986, №11.

58. Пути проектирования процесса пайки и обеспечения технологичности конструкций паяемых изделий / С.В. Лашко, Н.Ф. Лашко, И.Г. Нагапетян и др. В кн.: Производство паяных конструкций и ВНИИМАШ Госстандарта СССР, 1975.

59. Ростокер У., Мак-Коги Д., Маркус Г. Хрупкость под действием жидких металлов. Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит., 1962.

60. Рыльников B.C., Губин А.И. Пайка титана серебряными припоями // Сварочное производство, 1970, № 1.

61. Взаимодействие марганца, хрома и титана с воздухом в условиях автовакуумного нагрева при пайке / Рымарь В.И., Лоцманов С.Н., Разумовский В.Н., Чернов И.Ю. // Сварочное производство. 1972, № 11.

62. Рымарь В.И., Радзиевский В.И. Высокотемпературная автовакуумная пайка с использованием сорбентов // Сварочное производство. 1978, № 2.

63. Самохвалов В.Н, и др. Разработка и внедрение процессов магнитно-импульсной калибровки на предприятиях отрасли: Тезисы докладов. НИАТ. Москва, 1986.

64. Сирченко Н.Н., Белобородова Л.Б. Исследование микроструктур паяных соединений // Пайка в промышленности, сб. 2, МДНТП, 1970.

65. Сланский А., Волман Я. Капиллярная пайка. Перевод с чешского, Машгиз, 1963.

66. Способ пайки тонкостенных труб при телескопическом соединении: Патент 2193477 РФ МКИ С1 7 В 23 К 1/00//В 23 К 101: 06 / Марьин Б.Н., Муравьев В.И., Чернышев А.В., Меркулов В.И.

67. Способ соединения тонкостенных труб пайкой: Патент 2240902 РФ МКИ С2 7 В 23 К 1/00//В 23 К 101:06 / Бойко В.М., Марьин Б.Н., ЧернышевA.В.

68. Способ соединения труб пайкой. Патент № 104233 (ГДР). 1974.

69. Справочник по пайке. Под ред. С.Н. Лоцманова, И.Е. Петрунина,B.П. Фролова. М.: Машиностроение, 1975.

70. Справочник по пайке: Справочник / Под ред. И.Е. Петрунина. М.: Машиностроение, 1984.

71. Технология и оснастка для изготовления элементов трубопроводов / Ю.Л. Иванов, Б.Н. Марьин, К.А. Макаров и др. // Кузнечно-штамповочное производство. 1997, № 12.

72. Устройство для испытания трубной заготовки при различных температурах: Патент 2187794 РФ МКИ С2 7 G 01 N 3/10, G 01 В 11/16 / В.И. Муравьев, А.В. Чернышев, В.И. Меркулов, и др.

73. Устройство для отбортовки отверстий на трубных заготовках: Патент 2240885 РФ МКИ С2 7 В 21 D 19/00 / С.Б. Марьин, А.В. Чернышев

74. Устройство для раздачи трубчатых заготовок. Авторское свидетельство № 1038016 / В.И. Ершов, В.И. Глазков, А.С. Чумадин, и др.

75. Устройство для раздачи трубчатых заготовок. Авторское свидетельство № 1127673 / В.И. Ершов, В.И. Глазков, А.С. Чумадин и др.

76. Устройство для раздачи трубчатых заготовок. Авторское свидетельство № 1222359 / А.С. Чумадин, В.И. Ершов, В.И. Глазков и др.

77. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов. М.: Машиностроение,1973.

78. Хряпин В.Е. Справочник паяльщика. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981.

79. Чекунов И.П. Высокотемпературная пайка трубопроводов из коррозионно-стойкой стали. М.: Машиностроение, 1988.

80. Чумадин А.С. Один из способов интенсификации процесса раздачи труб // Кузнечно-штамповочное производство, 1990, № 8.

81. Шевченко Г.Д. Сварка, пайка и термическая резка металлов. М.: Высшая школа, 1966.

82. Шиняев А.Я., Бондарев В.В. Некоторые вопросы пайки титановых сплавов // Сварочное производство, 1963, № 10.

83. Шоршоров М.Х., Красулин Ю.Л. О природе физико-химических явлений в сварных и паяных соединениях // Сварочное производство, 1967, № 12.

84. Штамповка, сварка, пайка и термообработка титана и его сплавов в авиастроении / А.Г. Братухин, Ю.Л. Иванов, Б.Н. Марьин и др. М.: Машиностроение, 1997.