Разработка и исследование технологических процессов изготовления элементов силовых титановых конструкций летательных аппаратов электронно-лучевой сваркой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Григорьев Владимир Владимирович

• Григорьев Владимир Владимирович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Григорьев Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ТИТАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

1.1 Силовые элементы титановых конструкций летательных аппаратов

1.2 Технологические операции сборки-сварки силовых титановых конструкций электронно-лучевой сваркой

1.3 Статистическая оценка выявленных дефектов при технологическом контроле сварных соединений силовых конструкций из титановых сплавов, выполненных электронно-лучевой сваркой

1.4 Теоретические основы решения проблемы порообразования при сварке плавлением титановых сплавов

1.5 Способы улучшения качества сварных соединений титановых конструкций летательных аппаратов, выполняемых сваркой плавлением

1.6 Выводы

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы, используемые в исследованиях

2.2 Анализ химического состава используемых материалов

2.3 Методы подготовки, контроля качества и испытания образцов

2.3.1 Измерение шероховатости

2.3.2 Электронно-лучевая сварка образцов

2.3.3 Раскрой сварных соединений экспериментальных образцов

2.3.4 Неразрушающий контроль

2.3.5 Методика определения механических свойств

сварных соединений

2.3.6 Методика оценки структурных изменений сварных соединений после электронно-лучевой сварки и приповерхностного слоя после механической обработки стыкуемых кромок

ГЛАВА 3. К ГИПОТЕЗЕ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ ТИТАНОВЫХ

СПЛАВОВ

3.1 Анализ распределения показателя содержания водорода после электронно-лучевой сварки

3.2 Особенности образования дефектов при электронно-лучевой сварке титановых сплавов

3.3 Выводы

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ

4.1 Влияние дефектов на механические свойства сварных соединений титановых сплавов

4.2 Структура сварных соединений, выполненных электронно-лучевой сваркой

4.3 Выводы

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ СТЫКУЕМЫХ КРОМОК НА КАЧЕСТВО СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКОЙ

5.1 Влияние параметров режима резания при механической обработке сплава ВТ20 на структурные изменения в поверхностном

и приповерхностном слоях

5.2 Сравнительная оценка влияния режимов традиционной и высокопроизводительной механической обработки на уровень дефектности сварных соединений элементов силовых титановых конструкций летательных аппаратов

5.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Поверхность разрушения (излома) при испытании на растяжение и ударный изгиб сплава ВТ20 в зависимости от режимов электронно-лучевой сварки и толщины свариваемых темплетов

Приложение Б Поверхность разрушения (излома) при испытании на растяжение и ударный изгиб сплава ВТ23 в зависимости от режимов электронно-лучевой сварки и толщины свариваемых темплетов

Приложение В Поверхность разрушения (излома) при испытании на растяжение и ударный изгиб сплава ВТ23, толщиной 60 мм без подготовки стыкуемых кромок на установке 30Е3000 в зависимости от режимов электронно-лучевой сварки и толщины свариваемых

темплетов

Приложение Г Апробация технологии подготовки стыкуемых кромок с использованием режимов высокопроизводительной механической обработки. Изготовленное изделие «лонжерон навески» и заключение по

результатам радиографического контроля

Приложение Д Расчет предполагаемого экономического эффекта

с использованием высокопроизводительного фрезерования

при подготовке стыкуемых кромок под ЭЛС

Приложение Е Акт внедрения предлагаемой технологии обработки стыкуемых

кромок под электронно-лучевую сварку

Приложение Ж Акт об использовании результатов кандидатской

диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологических процессов изготовления элементов силовых титановых конструкций летательных аппаратов электронно-лучевой сваркой»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования: Применение титановых сплавов ВТ20, ВТ23 в крупногабаритных силовых элементах конструкции (шпангоуты, лонжероны, центроплан и пилоны) современных летательных аппаратов семейства Су-27, испытывающих колоссальные нагрузки в процессе эксплуатации, потребовало для их изготовления использование электронно-лучевой сварки, что вызвано следующими ее преимуществами: возможностью соединения крупногабаритных изделия толщиной до 400 мм за один проход; более надежной защитой зоны сварки от газов атмосферы; малой шириной шва и зоны термического влияния; существенным (в 8.. .10 раз) снижением энергетических затрат по сравнению с другими дуговыми способами сварки толстостенного материала; возможностью локальной термической обработки расфокусированным лучом для предварительного нагрева кромок и непосредственно после сварки для снижения уровня остаточных напряжений.

Однако в сварных соединениях силовых титановых конструкций летательных аппаратов, выполняемых электронно-лучевой сваркой по результатам рентгенографического контроля обнаруживаются дефекты в виде цепочек пор, подрезов, непроваров, несплавлений, корневые дефекты в виде пикообразований, а с появлением современных рентгеноскопических комплексов, обладающих большей чувствительностью, фиксируется явление - «темные полосы», располагающиеся вдоль линии сплавления, преимущественно в верхней части шва и не характеризующиеся нормативной документацией как дефект. По этой причине с 16.06.2016 года термин «темные полосы» стал употребляться и фиксироваться специалистами центральной заводской лаборатории КнААЗ им. Ю.А. Гагарина в журналах контроля и регистрации дефектов, но причины и механизм его образования, влияние на эксплуатационные свойства сварных конструкций не установлены.

Статистическая оценка выявляемых дефектов сварных соединений силовых титановых конструкций, по результатам рентгенографического контроля за 2-х

летний период показала: для сплава ВТ20 характерными дефектами являются: цепочки пор - 2 %, непровар - 10 %, явление в виде «темных полос» фиксировалось в 88% соединений. Для сплава ВТ23: цепочки пор - 41 %, непровар - 31 %, несплавление - 19 %, явление «темные полосы» - 9%. Операции устранения дефектов увеличивают трудоемкость, ухудшают прочностные свойства сварных соединений из-за образования внутренних напряжений, вызывающих риск разрушения силовых элементов в процессе эксплуатации.

Таким образом, актуальным становится проведение комплексного исследования всех стадий процесса образования сварного соединения, выполняемого электронно-лучевой сваркой, включающее систематизацию и обобщение существующих знаний, и на этой основе разработку научно-обоснованных путей и технологических рекомендаций по предотвращению образования дефектов для повышения эксплуатационных свойств и снижения трудоемкости изготовления элементов силовых титановых конструкций летательных аппаратов.

Степень разработанности темы: Большой теоретический и практический вклад в решение проблемы порообразования при сварке цветных металлов внесли отечественные ученые, представляющие разные научные школы и направления в изучении этой проблемы: А.А. Алов, В.К. Любавский, А.А. Ерохин, В.В. Фролов, Г.Д. Никифоров, Л.С. Сапиро, В.В. Баженов, И.К. Проходня, С.М. Гуревич, Д.М. Рабкин, И.Р. Пацкевич, Г.Ф. Деев, В.Н. Замков, М.А. Абралов, В.В. Подгаецкий, И.И. Фрумин, Г.Л. Петров, Ф.Е. Третьяков, А.И. Горшков, Б.А. Калачев, Л.Я. Ищенко, В.И. Рязанцев, Е.Г. Антонов, А.Н. Хатунцев, А.Ю. Медведев, В.И. Муравьёв, Б.И. Долотов и многие их ученики. Среди зарубежных ученых необходимо выделить Д. Андреа, У. Масахира, М. Махинара, Д. Митчела, С. Ямомото и др.

В.В. Редчиц, В.А. Фролов, В.А. Казаков и В.И. Лукин в своих работах отмечали, что при электронно-лучевой сварке обычно фиксируются мелкие поры, часто не обнаруживаемые при рентгеновском просвечивании и выявляемые только металлографическими исследованиями. Там же отмечено, что готовыми зародышами пор могут являться дефекты торцевой поверхности свариваемых кромок с наличием в их объеме адсорбированных газов, паров воды и загрязнений, способ-

ных разлагаться с образованием газов. Неоднократное подтверждение данной теории и способы минимизации порообразования отражены в работах В.И. Муравьева и Б.И. Долотова.

В качестве мер снижения порообразования известны технологии осцилляции электронного луча, многованной и многофокусной электронно-лучевой сварки, которые нашли свое отражение в работах Е.К. Саломатовой, Т.В. Ольшанской, Д.Н. Трушникова, В.Я. Беленького, Е.М. Федосеевой, J. Kar, D. Chakrabarti, S.K. Roy, G.G. Roy, K. Rüthrich, R. Zenker, M. Mangler.

Исследования, отражающие проблематику «темных полос» и их влияния на эксплуатационные свойства сварных соединений силовых элементов титановых конструкций, выполненных электронно-лучевой сваркой, практически отсутствуют, что подтверждает актуальность исследования и требует разработку технологических рекомендаций, способствующих минимизации образования дефектов.

Цель диссертационной работы: повышение качества элементов силовых титановых конструкций летательных аппаратов, выполняемых электронно -лучевой сваркой, за счет исключения факторов, вызывающих порообразование в сварных соединениях, путем совершенствования операций подготовки поверхности стыкуемых кромок.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Провести анализ технологических факторов изготовления сварных элементов силовых титановых конструкций, оказывающих влияние на образование дефектов, характерных для электронно-лучевой сварки;

2. Установить механизм образования «темных полос» и их влияние на механические свойства сварных соединений элементов силовых титановых конструкций, выполненных электронно-лучевой сваркой;

3. Установить закономерность влияния режимов механической обработки поверхности стыкуемых кромок на уровень дефектности сварных соединений

элементов силовых титановых конструкций, выполненных электронно-лучевой сваркой;

4. Разработать технологические рекомендации по изготовлению элементов силовых титановых конструкций электронно-лучевой сваркой, гарантирующих исключение образования дефектов, улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств, снижение себестоимости.

Научная новизна работы:

1. Установлен характер и выявлен механизм образования «темных полос», представляющих собой цепочки субмикро- и микропор, достигающих в диаметре от 5 нм до 50 мкм, расположенных в плоскости линий сплавления шва, преимущественно в верхней части. Это выполнено на основе экспериментальных исследований взаимосвязи порообразования в сварных соединениях силовых титановых конструкций летательных аппаратов и качества подготовки поверхности стыкуемых кромок под электронно-лучевую сварку.

2. Выявлено, что наличие «темных полос» на рентгенограммах сварных соединений силовых элементов титановых конструкций летательных аппаратов приводит к снижению пластических свойств.

3. Установлено, что снижение уровня содержания капиллярно-конденсированной влаги в поверхности стыкуемых кромок сплава ВТ20 и дефектности сварных соединений, выполняемых электронно-лучевой сваркой достигается управлением параметрами режима резания при механической обработке.

Теоретическая значимость работы заключается в справедливости гипотезы порообразования утверждающей, что готовыми зародышами газовой фазы являются заваренные дефекты торцов кромок перед сварочной ванной для объяснения природы возникновения и механизма образования «темных полос» в сварных соединениях толстостенных титановых деталей при электронно-лучевой сварке.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны технологические рекомендации по изготовлению элементов силовых титановых конструкций электронно-лучевой сваркой, гарантирующих

исключение образования дефектов, улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств неразъемных соединений, снижение себестоимости.

2. Показано, что операция контроля насыщенности капиллярно-конденсированными загрязнениями в дополнение к контролю шероховатости поверхности, позволит минимизировать порообразование в сварных соединениях элементов силовых титановых конструкций.

3. Определены рациональные параметры режима резания при механической обработке титанового сплава ВТ20, способствующие минимизации количества капиллярно-конденсированной влаги в торцах стыкуемых кромок и снижению уровня дефектности сварных соединений, за счёт обезводораживания поверхностного слоя при торцевом и цилиндрическом фрезеровании, таковыми параметрами являются: скорость резания 40±5 м/мин; подача 100±10 мм/мин; обороты 800±100 об/мин.

4. Результаты работы внедрены в технологический процесс изготовления элементов силовых титановых конструкций ПАО "ОАК" - "КнААЗ им. Ю.А.Гагарина" (акт внедрения предложения по улучшению ППУ №19/0021-2453 22 от 05.08.2022, акт об использовании диссертационной работы).

Методология и методы исследования:

Работа выполнена с применением современных методов исследований: спектрального химического анализа, рентгенографии и рентгеноскопии, электронного и оптического микроструктурного анализа, испытаний на статическое растяжение и ударный изгиб.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа выявленных дефектов и причины их образования при технологическом контроле силовых титановых элементов летательных аппаратов из сплавов ВТ20, ВТ23, выполненных электронно-лучевой сваркой;

2. Результаты оценки операций технологического процесса изготовления элементов силовых титановых конструкций летательных аппаратов, с точки зрения оказания доминирующего влияния на образование дефектов, изменение ме-

ханических свойств и формирование структуры сварных соединений при электронно-лучевой сварке;

3. Взаимосвязь параметров режима резания при механической обработке поверхности стыкуемых кромок под электронно-лучевую сварку и уровня дефектности сварных соединений элементов силовых титановых конструкций из сплава ВТ20.

Достоверность результатов диссертационной работы обосновывается использованием современного оборудования, стандартизированных и проверенных методик исследования, воспроизводимостью и сходимостью полученных в работе данных с данными, представленными в отечественных и зарубежных открытых источниках.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических мероприятиях: 14-й Всероссийский межотраслевой молодёжный конкурс научно-технических работ и проектов «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» (г. Москва, МАИ, 2022 г.); Всероссийский конкурс инженерных работ студентов и молодых специалистов «Будущее авиации 2022» (г. Москва, ПАО ОАК, 2022 г.); V-VII научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов, ПАО «Компания «Сухой» «КнААЗ им. Ю.А. Гагарина» «Исследования и перспективные разработки в машиностроении»: секция «Технология материалов» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2018-2022 г.г.); Всероссийская национальная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь и наука» (г. Комсомольск-на-Амуре, КнАГУ, 20182022 гг.); XXIII Краевой конкурс молодых ученых и аспирантов: секция «Технические и химические науки» (г. Хабаровск, ТОГУ, январь 2021); Третья международная конференция «Электронно-лучевая сварка и смежные технологии» (г. Москва, ноябрь 2020); XVII Всероссийский конкурс молодежных авторских проектов и проектов в сфере образования, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий, «Моя страна - моя Россия» в номинации «Большая технологическая разведка моей страны» (г. Москва, август 2020);; VI Всероссийский форум «Наука будущего - наука молодых» (г. Москва,

ноябрь 2021 г.); IV Дальневосточная школа-семинар «Фундаментальная механика в качестве основы совершенствования промышленных технологий, технических устройств и конструкций» (г. Комсомольск-на-Амуре, ноябрь 2021 г.);

Публикации результатов исследований:

По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 6 входящих в перечень изданий рекомендованных ВАК РФ, 1 публикация в зарубежном издании, входящая в перечень Scopus, 5 в сборниках научных трудов и трудов международных и всероссийских научно-технических конференций, 1 монография (в соавторстве).

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 6 приложений. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста (включая приложения), содержит 26 таблиц, 57 рисунков, список литературы из 87 наименований.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ТИТАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

1.1 Силовые элементы титановых конструкций летательных аппаратов

Детали основной номенклатуры силовых конструкций из титановых сплавов, изготавливаемых в условиях Филиала ПАО "ОАК" - "КнААЗ им. Ю.А. Гагарина", представляют собой заготовки сложной пространственной формы (табл. 1.1), собираемые в подсборки и окончательную конструкцию с применением электронно-лучевой сварки. Среди основных силовых конструкций летательных аппаратов (ЛА) из титановых сплавов: шпангоуты, лонжероны, панели центроплана, балки и пилоны.

Несмотря на то, что толщина элементов поперечного сечения двутаврового профиля шпангоутов (стенки и полок) невелика (3 - 6 мм), особенности электронно-лучевой сварки (ЭЛС) требуют равную толщину соединяемых кромок, поэтому оконцовки заготовок после штамповки имеют заведомо большую толщину собираемых под сварку кромок (30 мм и более) в зависимости от ширины полки (рис. 1.1). После сварки, путем фрезерования контура в области сварных швов, достигаются чертежные формы и размеры конструкции.

В рассматриваемых конструкциях сварные соединения (СС) стыковые, протяженностью не более 1000 мм. Категория сварных соединений первая.

Конструкционный материал - титановые сплавы ВТ20 и ВТ23. б)

а)

й - ширина остающейся подкладки; ¡¡-¡4 - ширина зоны припуска; Тг толщина детали; Т - толщина стыка.

Рисунок 1.1 - Форма свариваемых ЭЛС кромок титановых сплавов: а - до сварки; б - после сварки и механической обработки

Таблица 1.1 - Типовые штампосварные титановые силовые конструкции ЛА, изготавливаемые ЭЛС

Материал,

Наименование толщина Электронная модель конструкции

(мм)

1 2 3

Шпангоут №31

Общий вид

Подсборка 1

Подсборка 2

ВТ20, 44+44

Шпангоут №38

Общий вид

ВТ20, 64+64

Наименование

Материал, толщина (мм)

Электронная модель конструкции

1

2

Подсборка 1

Подсборка 2

Подсборка 3

Панель задняя между шп.38-42

3

Материал, толщина (мм)

Электронная модель конструкции

Наименование

Материал, толщина (мм)

Электронная модель конструкции

2

Подсборка 1 шпангоута №45

Подсборка 2 шпангоута №45

Шпангоут №45

Лонжерон №1

Общий вид

ВТ20, 30+30

Лонжерон №2

1

3

1.2 Технологические операции сборки-сварки силовых титановых конструкций электронно-лучевой сваркой

В условиях ПАО "ОАК" - "КнААЗ им. Ю.А. Гагарина" сборка и сварка силовых элементов в виде лонжеронов, шпангоутов, производится на электроннолучевых установках КЛ-138 и КЛ-144. Подготовку к сварке, сварку и контроль сварных швов выполняют в соответствии с ПИ 1.4.1898-2003, РТМ 1.4 1379-84.

Типовая технология изготовления титановых конструкций ЭЛС заключается (на примере шпангоута 31, см. рис. 1.2) в следующем (см. рис. 1.3).

а) б)

Рисунок 1.2 - Эскиз (а) и расположение (б) сварных соединений шпангоута

Места под сварку фрезеруют на станках с ЧПУ. Стыкуемые поверхности деталей в зоне сварного шва с пяти сторон и выводные планки с трех сторон зачищают металлическими щетками на участке шириной 20 мм. Производится обезжиривание сварного стыка и прилегающих зон деталей ацетоном техническим ГОСТ 2768-84 и обезвоживание стыка деталей спиртом этиловым техническим ГОСТ 18300-87.

При комплектовании детали выполняется проверка: допустимого местного зазора сварного стыка деталей, значение которого зависит от толщины свариваемых деталей (например, для свариваемой толщины 20.. .40 мм допустимый зазор

в стыке - не более 0,2 мм); проверка смещения свариваемых кромок по стыку деталей. Допустимая ступенька не более 0,2 мм.

Рисунок 1.3 - Общая схема технологического процесса изготовления шпангоута

Прихватку выводных/вводных планок к силовому элементу выполняют АрДЭС, используя вольфрамовый электрод СВИ-1 03 мм, присадочный материал из сплава ВТ1-00. Расход аргона: 7 - 9 л/мин. Требуемая сила тока - 120 А. После чего проводят визуально-измерительный контроль приварки выводных/вводных планок к силовому элементу.

Для контроля оси сварного шва на выводные планки с двух сторон наносят разметочные риски (рис. 1.4).

Устанавливают силовой элемент в приспособление (рис. 1.5).

Открыв камеру КЛ-144, выкатывают тележку, выставляют деталь, закрепляют, устанавливают защитный экран; закатывают тележку в камеру.

Выставляют сварочные стыки в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совмещая ось электронной пушки со свариваемым стыком. Отклонение вертикальной и горизонтальной плоскостей не более 0,2 мм.

а) б)

Рисунок 1.4 - Общий вид нанесения рисок и выводных планок: а - вид снизу; б - вид сверху

Рисунок 1.5 - Оснастка для изготовления подсборки шпангоута

Устанавливают требуемое рабочее расстояние от поверхности стыка до торца пушки 200 мм.

Подготовив программное обеспечение, перемещают пушку в положение «0»; проверяют ход пушки по стыку в режиме эмуляции (рис. 1.6);

Закрыв камеру, откачивают воздух; подготавливают КЛ-144 к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации; электронную пушку перемещают в точку «0».

Проверяют совмещение электронного луча со стыком в режиме коррекции и в режиме эмуляции.

Производят чистку электронным лучом на режимах, указанных в табл. 1.3. и ЭЛС, используя программу сварки (табл. 1.4).

Рисунок 1.6 - Вид окна с изображением поверхности изделия на мониторе РАСТР при автоматическом обучении (слева) и при слежении за стыком (справа) (крест показывает положение пучка на изделии)

Таблица 1.3 - Режимы электронно-лучевой чистки стыкуемых кромок

Параметр Значение

Количество проходов 1

Ускоряющее напряжение и, кВ 60

Ток сварки I, мА 10

Давление в камере, мм.рт.ст 10-4

Ток фокусировки I}, мА 600

Скорость сварки V, мм/с 15

Ток бомбардировки, мА 0,3

Развертка луча, част/амп., Гц/мм 0,6

Расстояние от пушки до детали Е, мм 200

Ток накала, мА 0,3

Таблица 1.4 - Режимы ЭЛС элементов различных толщин

Толщина материала (мм) Ток сварки (мА) Ток фокусировки (мА) Ускоряющее напряжение (кВ) Скорость сварки (мм/с)

38-40 330-430 580-620 60±1 13-17

44-47 400-500 580-620 60±1 10-14

50-54 400-500 580-620 60±1 7-9

64-68 410-510 580-620 60±1 7-9

75-76 420-520 580-620 60±1 6-8

79-80 430-530 580-620 60±1 6-8

84-86 430-530 580-620 60±1 6-8

90-94 430-530 580-620 60±1 6-8

Примечание: рабочее давление в камере 1*10-4 - 1*10-8 мм рт. ст.; расстояние от торца пушки до детали 200 ± 5 мм

После сварки в течение 10-15 минут происходит остывание заваренной сборки в камере. После напуска воздуха в камеру КЛ-144, ее открывают и выкатывают тележку.

Визуальный контроль сварных швов проводится исполнителем на отсутствие прожогов, кратеров, непроваров, выхода луча относительно разметочных рисок (контроль сварки по РТМ 1.4 1379-84).

В журнал контроля технологического процесса электронно-лучевой сварки заносят номер чертежа, индивидуальный номер сборки, критические параметры режима сварки (ускоряющее напряжение, ток сварки, давление в камере, ток фокусировки, скорость сварки, расстояние от пушки до детали);

Термообработка силового элемента производится с использованием приспособлений для термофиксации, в вакуумной печи УВН-1500, на режимах: для сплава ВТ23, отжиг при 750°С в течении 30 минут, старение в течении 10 часов при температуре 550°С; сплава ВТ20 - отжиг при 750°С, 30 минут.

Окончательное фрезерование мест сварки силового элемента выполняется на станках с ЧПУ.

Рентгенографический контроль сварных швов силовых конструкции ЛА осуществляется с помощью рентгенографического комплекса ЭКСТРАВОЛЬТ-225 и РАП 150/300 на режимах, представленных в табл. 1.5 и 1.6.

Таблица 1.5 - Режимы радиографического контроля шпангоута 42

№ ПС № Участка F, мм ^ кв I, мА т, мин

1 1, 2 750 90 6 2

3, 8 80 6 1,5

5, 11 80 5 1

4, 12, 7, 9 100 6 3,5

6, 10 90 5 1

2 1 750 80 5 1

2, 3 90 6 2

4, 5 100 6 2,5

3 1, 2, 3 750 80 5 1

4, 5 90 6 1

СБ 1 750 80 5 1

2, 3 100 6 4

4, 5 100 6 3,5

6, 11, 7, 8 80 6 1

Примечание: F - расстояние от рентгеновской пушки до контролируемой поверхности; U - напряжение на трубке; I - ток трубки; т - время экспозиции

Таблица 1.6 - Режимы радиографического контроля шпангоута 38

№ ПС № Участка Б, мм И, кв I, мА т, мин

1 90 6 1

2 80 5 1

1 3, 4 750 70 5 1

5, 6 80 5 1,5

7, 8 100 6 1, 3

9, 10 80 6 1

1 70 5 1

2 2, 3 750 90 6 1

4 80 6 1,5

1, 4 70 5 1

3 2, 3 750 80 5 1

5, 6 80 6 1, 5

1 80 5 1

2, 3 100 6 1,5

4, 5 100 6 3

СБ 6 750 70 5 1

7 100 6 1,5

8, 12, 13 90 6 1

9 90 6 1

10, 11 100 6 1,5

Примечание: Б - расстояние от рентгеновской пушки до контролируемой поверхности; и - напряжение на трубке; I - ток трубки; т - время экспозиции

Схемы радиографического контроля силовых шпангоутов 42 и 38 представлены на рис. 1.7.

Согласно РТМ 1.4.1379-84 допускаются без исправления внутренние дефекты в виде пор и пустот, раковин, если их максимальные размеры и суммарная площадь, приходящиеся на 100 мм длины шва, не превышают значений приведенных в табл. 1.7.

ПС1

ПС2

ПС3

б)

ПС1

ПС2

ПС3

Рисунок 1.7 - Схемы контроля силовых элементов: а - шпангоут 42; б - шпангоут 38

Толщина мате- I категория II категория

риала, мм Максимальный Максимальная Максимальный Максимальная пло-

диаметр дефек- площадь дефек- диаметр дефек- щадь дефектов на 100 мм шва, мм

та, мм тов на 100 мм 2 шва, мм та, мм

1...3 0,3 1 0,5 2

> 3 до 5 0,7 3 1 6

> 5 до 15 1 5 1,5 10

> 15 до 20 1,5 7 2 15

> 20 до 30 1,8 10 2 20

> 30 до 50 2 15 2,2 30

> 50 до 60 2,4 20 2,4 35

> 60 до 80 2,6 22 2,6 38

> 80 до 100 2,8 24 2,8 40

> 100 до 130 3 28 3 45

Испытания механических свойств СС производятся на образцах-спутниках, требования к механическим свойствам СС должны удовлетворять РТМ 1.4.137984 (табл. 1.8).

Таблица 1.8 - Требования к механическим свойствам сварных соединений неко-_ торых титановых сплавов согласно ^ РТМ 1.4.1379-84_

Марка сплава Предел прочности сварного соединения, ов, МПа, не менее Ударная вязкость металла шва, ^^ МДж/м2, не менее

ВТ20 960 0,25

ВТ23 1130 0,25

1.3 Статистическая оценка выявленных дефектов при технологическом контроле сварных соединений силовых конструкций из титановых сплавов, выполненных электронно-лучевой сваркой

Впервые термин «темные полосы» стал употребляться и фиксироваться в журналах контроля специалистами Центральной заводской лаборатории КнААЗ им. Ю.А. Гагарина с 16.06.2016 года для регистрации не идентифицированного нормативно-технической документацией (НТД) как дефект явления, отображаемого на рентгенограммах СС, выполненных ЭЛС, в виде темных прямых, располагающихся вдоль линии сплавления, преимущественно в верхней части шва (рис. 1.8). Именно с этой даты ведется статистика обнаружения «темных полос» как дефектов сварных соединений.

Рисунок 1.8 - «Темные полосы» на рентгенограмме СС из сплава ВТ23

В данном разделе приведена статистическая оценка выявленных дефектов сварных соединений изделий типа лонжерон (сплав ВТ23) и шпангоут (сплав ВТ20) в периоды с 1.08.2017 - 30.10.2017 г. и 1.01.2016 - 01.09.2016 соответственно.

Цель статистической оценки - выявление факторов, оказывающих влияние на образование специфических дефектов СС силовых конструкций, выполненных ЭЛС в серийном производстве ЛА.

Общее количество анализируемых изделий - 11 шт., из них 5 выполнены из сплава ВТ23, 6 из сплава ВТ20. Толщины свариваемых стыков приведены в таблице 1.9. Контроль качества проводили с использованием рентгеновского аппарата ЭКСТРАВОЛЬТ-225.

Таблица 1.9 - Толщины сварных соединений по изделиям

Номер изделия Толщина стыка, мм

ВТ20 ВТ23

1 24 -

2 29 -

3 40

4, 4' 44 44

5 54 -

6 64 -

7 - 75

8 - 97

9 - 108

10 - 112

Анализ видов, количества и места расположения дефектов сварных швов

выполненных ЭЛС по толщинам и марке материала титановых сплавов позволил установить некоторые особенности образования дефектов.

Как для сплава ВТ20, так и для сплава ВТ23 при рентгеноскопии выявили дефекты: цепочеки пор, непровары, а несплавления только в СС изделий из сплава ВТ23, также зафиксировано наличие явления в виде «темных полос».

Максимальное количество дефектов обнаружено в изделиях: № 4, 5 = 44 мм из сплава ВТ20; № 7, 5 = 75 мм из сплава ВТ23 (табл. 1.8), причем доминирующим для ВТ20 является явление «темные полосы», а для ВТ23 дефект в виде цепочек пор.

Из данных рис. 1.9, видны характерные места расположения дефектов.

Рисунок 1.9 - Места расположения дефектов в сварном соединении изделий:

а - из сплава ВТ20; б - из сплава ВТ23

Для сплава ВТ20 (рис. 1.10, а) характерными дефектами являются: цепочки пор - 2 %, непровар - 10 %, явление в виде «темных полос» фиксировалось в 88% соединений. Для сплава ВТ23 (рис. 1. 10, б): цепочки пор - 41 %, непровар - 31 %, несплавление - 19 %, явление «темные полосы» - 9%.

Установлено, что распределение дефектов происходит по определенным участкам (рис. 1.11).

Максимальное количество дефектов расположено в начале сварного шва, как для СС из сплава ВТ20, так и для СС из сплава ВТ23. Для СС из сплава ВТ20 явление «темные полосы» располагается преимущественно в начале сварного соединения по глубине в центре (рис. 1.11, а), а для СС из сплава ВТ23 доминирующий дефект в виде цепочек пор располагается в основном в начале сварного соединения, непровар и несплавления преимущественно ближе к корню шва (рис. 1.11, б).

б)

Рисунок 1.10 - Количественное распределение дефектов и явления «темные полосы» ЭЛС

изделий из сплавов: а - ВТ20; б - ВТ23

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Григорьев Владимир Владимирович, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Муравьев, В. И. Доминирующие факторы образования поверхности раздела, вызывающие капиллярную конденсацию загрязнений и дефектность металла шва титановых конструкций / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов // Сварка и диагностика. - 2016. - № 3. - С. 11-16.

2. Обеспечение надежности конструкций из титановых сплавов / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, Б. И. Долотов [и др.]. - Москва : Москва: "Эком", 2009. - 725 с.

3. Гуревич, С. М., Справочник по сварке цветных металлов. / С. М. Гуревич, В. Н. Замков - Киев : Наук. думка, 1990. - 512 с.

4. Братухин, А. Г. Штамповка, сварка, пайка и термообработка титана и его сплавов в авиастроении / А. Г. Братухин, Ю. Л. Иванов, Б. Н. Марьин. - Москва : Машиностроение, 1997. - 600 с.

5. Башенко, В. В. Состояние и перспективы развития электронно-лучевой сварки. / В. В. Башенко, В. Б. Вихман // Технологии и оборудование электроннолучевой сварки. Матер. I Санкт-Петербургской Междунар. науч.-техн. конф., 1922 мая 2008 - Санкт-Петербург : ВиТ-Принт, 2008. - С. 5-21.

6. Вихман, В. Б. Преимущества и недостатки электронного луча при сварке по сравнению с лазером и электрической дугой / В. Б. Вихман, А. Н. Козлов, М. А. Маслов // Доклады III С.-Петербург. Междунар. науч.- техн. конф., 24-26 июня 2014 г. - Санкт-Петербург : Изд-во Политехн. ун-та, 2014. - С. 4-19.

7. Masny, H. Multi-beam technology in electron beam welding / H. Masny // Welding and Joining Institute. - 2006. - Vol. 34. - P. 1-4.

8. Zenker R. Modern thermal electron beam processes - research results and industrial application / R. Zenker // La Metallurgia Italiana. - 2009. - Iss. 3. - P. 1-8.

9. Elektronenstrahlschweißen Grundlagen einer faszinierenden Technik / A. Volker [et al.]. - Munich, 2011. - 98 p.

10. Редчиц, В. В. Основные закономерности образования пор при сварке плавлением титана и его сплавов / В. В. Редчиц, Г. Д. Никифоров, В. В. Фролов, Б. А. Колачев // Сварочное производство. - 1987. - № 5. - С. 28-30.

11. Редчиц, В. В. Аналитическая оценка вероятности возникновения пузырьков газа, выделяющегося из расплава при сварке / В. В. Редчиц, Г. Д. Никифоров. // Автоматическая сварка. - 1983. - № 9. - С. 32-35.

12. Редчиц, В. В. Механизм зарождения в сварочной ванне пузырьков газа при сварке активных металлов / В. В. Редчиц, Г. Д. Никифоров // Сварочное производство. - 1977. - № 8. - С. 53-57.

13. Редчиц, В. В. Сравнительная оценка склонности к образованию пор при сварке плавлением различных активных металлов / В. В. Редчиц, Г. Д. Никифоров// Автоматическая сварка. - 1983. - № 2. - С. 30-33.

14. Рахманов, А. Д. Об условиях зарождения газовых пор при дуговой сварке / А. Д. Рахманов // Сварочное производство. - 1978. - № 1. - С. 53-56.

15. Бахматов, П. В. Накопление водорода в поверхностном слое титановых заготовок в процессе изготовления конструкций / П. В. Бахматов, О. Н. Клешнина, А. А. Кузнецов // Будущее машиностроения России : Сборник трудов III Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов, Москва, 22-25 сентября 2010 года. - Москва : федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана" (Научно-учебный комплекс "Информатика и системы управления" МГТУ им.Н.Э.Баумана), 2010. - С. 102-104.

16. Муравьев, В. И. Активация процессов формирования соединений из металлов и сплавов: монография / В. И. Муравьёв, П. В. Бахматов, П. А. Саблин. -Владивосток: Дальнаука, 2012. - 366 с.

17. Перспективные металлургические и технологические процессы производства, повышающие надежность изделий из конструкционных материалов: моногр. / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, А. В. Фролов. -Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВО «КнАГТУ», 2016. - 330 с.

18. Долотов, Б. И. Сварка погруженным вольфрамовым электродом : к 70-летию ОАО " Комсомол.-на-Амуре авиац. произв. об-ние им. Ю.А. Гагарина" / Б. И. Долотов ; Б.И. Долотов ; Комсомол.-на-Амуре авиац. произв. об-ние. - Москва : Машиностроение-1, 2004. - 208 с.

19. Накопление водорода в поверхностном слое Ti-заготовок при изготовлении конструкций / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, С. З. Лончаков, Р. А. Физулаков // Металлургия машиностроения. - 2011. - № 6. - С. 23-29.

20. Влияние активации свариваемых кромок на порообразование при сварке плавлением титановых заготовок / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, О. П. Логвинов, К. А. Мелкоступов // Сварочное производство. - 2012. - № 6. - С. 1116.

21. Активация и дезактивация конденсации загрязнений на поверхности свариваемых заготовок из титановых сплавов / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, С. З. Лончаков, О. П. Логвинов // Контроль. Диагностика. - 2012. - № 3. - С. 26-30.

22. Влияние интенсификации процесса перемешивания расплавленного металла в сварочной ванне на газонасыщение и свойства титановых конструкций / С. З. Лончаков, В. И. Муравьев, Б. И. Долотов, П. В. Бахматов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2013. - № 8. - С. 3-7.

23. Низкотемпературная плазма / В. С. Энгельшт, В. Ц. Гурович, Г. А. Десятков и др. - Новосибирск: Наука, 1990. - Т. 1. Теория столба электрической дуги. - 376 с.

24. Haidar, J. Non-equilibrium modeling of transferred arcs / J. Haidar // Ibid. -1999. - 32. - P. 263-272.

25. Sansonnets, L. Prediction of properties of free burning arcs including effects of ambipolar diffusion / L. Sansonnets, J. Haidar, J. J. Lowke // Ibid. - 2000. - 33. - P. 148-157.

26. Nishiyama, H. Computational simulation of arc melting process with complex interactions / H. Nishiyama, T. Sawada, H. Takanaet // ISIJ International. - 2006. - 46, № 5. - P. 705-711.

27. Кривцун И. В., Демченко В. Ф., Крикент И. В. Модель процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги с тугоплавким // Автоматическая сварка. - 2010. - № 6. - C. 3-11.

28. Определение содержания водорода в титановых сплавах в ходе технологического цикла / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, С. З. Лончаков, В. В. Григорьев // Сварочное производство. - 2018. - № 3. - С. 14-20.

29. Пористость при сварке цветных металлов / В. В. Редчиц, В. А. Фролов, В. А. Казаков, В. И. Лукин. - Москва : Издательский центр "Технология машиностроения", 2002. - 448 с.

30. Муравьев, В. И. Проблемы порообразования в сварных швах титановых сплавов / В. И. Муравьев // Металловедение и термическая обработка металлов. -2005. - № 7(601). - С. 30-37.

31. Лозеев, Г. Е. Процессы, протекающие в стыке сварного соединения, и их влияние на пористость металла шва / Г. Е. Лозеев, А. И. Черницын, В. В. Фролов // Автоматическая сварка. - 1977. - № 2. - С. 25-30.

32. Долотов, Б. И. О возможности получения плотных швов на титановых сплавах / Б. И. Долотов, В. И. Муравьев, Б. Н. Марьин // Сварочное производство. - 1996. - № 12. - С. 6-8.

33. Исследование влияния газолазерного раскроя на формирование рельефа, структуры и химического состава поверхности реза титановых заготовок / В. И. Муравьев, Р. А. Физулаков, А. Ф. Мельничук [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2005. - № 2(596). - С. 22-25.

34. Ремчуков, С. С. Особенности применения лазерных технологий в процессе создания пластинчатых теплообменников для малоразмерных газотурбинных двигателей / С. С. Ремчуков, Р. Н. Лебединский // Вестник Московского авиационного института. - 2020. - Т. 27, № 2. - С. 90-98.

35. Kar, J. Beam oscillation, porosity formation and fatigue properties of electron beam welded Ti-6Al-4V alloy / J. Kar, D. Chakrabarti, S. K. Roy, G. G. Roy // Journal of Materials Processing Technology. - 2019. - Vol. 266. - P. 165-172.

36. Шоршоров, М. Х. Фазовые превращения и изменения свойств сплавов титана при сварке: Атлас. / М. Х. Шоршоров, В. Н. Мещеряков - Москва : Наука, 1973. - 160 с.

37. Муравьев, В. И. Обеспечение свойств соединений титановых конструкций летательных аппаратов, полученных сваркой плавлением, одинаковых со свойствами основного металла / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов,

B. В. Григорьев // Вестник Московского авиационного института. - 2021. - Т. 28. - № 3. - С. 218-227.

38. Гуревич, С. М. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов /

C. М. Гуревич, В. Н. Замков, В. Е. Блащук - 2-е изд., перераб. п доп. - Киев : Наукова думка, 1986. - 240 с.

39. Патент № 2133178 С1 Российская Федерация, МПК В23К 9/167, В23К 35/02, В23К 103/14. Способ аргонодуговой сварки титановых сплавов : № 97121429/02 : заявл. 09.12.1997 : опубл. 20.07.1999 / В. И. Меркулов, Б. И. Долотов, В. И. Муравьев [и др.] ; заявитель Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение.

40. Симоник, А. Г., Верещагин С. И. Сварка погруженным неплавящимся электродом с регулированием сварочного тока / А. Г. Симоник, С. И. Верещагин // Сварочное производство. - 1982. - № 3. - С. 13-14.

41. Особенности работы вольфрамовых электродов - полых катодов в аргоне при атмосферном давлении / В. А. Косович, В. А. Полупан, А. В. Панин, Ю. Л. Яровинский // Сварочное производство. - 1986. - № 9. - С. 14-15.

42. Назаренко, О. К. Электронно-лучевая сварка / О. К. Назаренко, А. А. Кайдалов, С. Н. Ковбасенко ; под ред. Б.Е. Патона - Киев : Наукова думка, 1987. -256 с.

43. Муравьев, В. И. Особенности образования специфических дефектов при сборке крупногабаритных титановых конструкций летательных аппаратов / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, В. В. Григорьев // Вестник Московского авиационного института. - 2019. - Т. 26, № 4. - С. 17-27.

44. Долотов, Б. И., Влияние способа сварки на механические свойства сварных швов / Б. И. Долотов, А. А. Дашковский, В. И. Муравьев // Авиационная промышленность. - 1992. - № 8. - С. 46-47.

45. Ольшанская, Т. В. Обзор современных способов управления электронным лучом при электронно-лучевой сварке / Т. В. Ольшанская, Е. С. Саломатова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2016. -Т. 18, № 4. - С. 169-187.

46. Тепловые модели при электронно-лучевой сварке различным динамическим позиционированием луча, полученные при решении методом функций Грина / Т. В. Ольшанская, Е. М. Федосеева, Е. С. Саломатова [и др.] // Электронно-лучевая сварка и смежные технологии : Сборник материалов и докладов Второй международной конференции, Москва, 14-17 ноября 2017 года. - Москва: Национальный исследовательский университет "МЭИ", 2017. - С. 6081.

47. Патент № 2580266 С1 Российская Федерация, МПК В23К 15/02. Устройство для определения распределения плотности энергии и контроля фокусировки электронного пучка : № 2015100016/02 : заявл. 12.01.2015 : опубл. 10.04.2016 / Д. Н. Трушников, В. Я. Беленький, Е. Л. Кротова [и др.] ; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет".

48. Исследование химического состава сварных швов при сварке высококонцентрированными источниками энергии в вакууме / Е. К. Саломатова, Т. В. Ольшанская, Д. Н. Трушников [и др.] // Роль фундаментальных исследований при реализации "Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года : Сборник докладов III Всероссийской научно-технической конференции, Москва, 28 июня 2016 года / ФГУП «ВИАМ». - Москва: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, 2016. - С. 34.

49. Численное моделирование процесса электронно-лучевой сварки с продольной осцилляцией луча / Г. Л. Пермяков, Д. Н. Трушников, В. Я. Беленький, Т. В. Ольшанская // Сварка и диагностика : сборник докладов международного форума, Екатеринбург, 25-27 ноября 2014 года / Министерство образования и науки Российской Федерации; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина; Уральское отделение Российской академии наук, Институт физики металлов; Правительство Свердловской области; Администрация города Екатеринбурга. - Екатеринбург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2015. - С. 139-145.

50. Влияние параметров режимов сварки на изменения химического состава сварных соединений при электронно-лучевой сварке с осцилляцией электронного луча / Е. С. Саломатова, Т. В. Ольшанская, Д. Н. Трушников [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2015. - Т. 17. - № 4. - С. 29-42.

51. Zenker, R. Electron beam surface treatment and multipool welding - state of the art / R. Zenker // Proceedings of the EBEAM 2002. International Conference on High-Power Electron Beam Technology. 27-29.10.2002. - Hilton Head Island, 2002. -P. 12/1-12/5.

52. Zenker, R. Elektronenstrahlbearbeitung fur Power-trainkomponenten / R. Zenker // Kooperationsforum Metalle im Automobilbau, Innovationsforum in Be- und Verarbeitung, 29.11.2005. - Hof, 2005. - P. 45-50.

53. Предотвращение образования корневых дефектов при ЭЛС с несквозным проплавлением глубиной до 60 мм / К. С. Акопьянц, А. В. Емченко-Рыбко, В. Ю. Непорохин, Г. А. Шилов // Автоматическая сварка. - 1989. - № 4. -С. 30-34.

54. Ruthrich, K. Investigations relating to electron beam multipool welding of metal welds based on cast iron / K. Ruthrich, R. Zenker, M. Mangler // 64th Annual

Assembly and International Conference of the International Institute of Welding. -Chennai (Indien), 2011. - P. 30-35

55. Ruthrich, K. Characteristics and prospects of process integrated thermal field heat treatment for electron beam welding of cast iron / K. Ruthrich, R. Zenker, D. Freiberg // 2nd Electron Beam Welding Conference. - DVS BERICHTE, 2012. - P. 6672.

56. Muravyev, V. I. Production process impact on permanent electron-beam weld connection characteristics for assembly of large titanium aircraft primary structural components / V. I. Muravyev, V. V. Grigorev, P. V. Bakhmatov // Lecture Notes in Networks and Systems. - 2021. - Vol. 200. - P. 548-557.

57. Лясоцкая, В. С. Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов / В. С. Лясоцкая ; Лясоцкая В.С.; Под ред. Б.А. Колачева. - Москва : Экомет, 2003. - 351 с.

58. Поваров, И. А. Безокислительная зональная индукционная термическая обработка сварных соединений из титановых сплавов / И. А. Поваров, Е. А. Борисова // Титан. Металловедение и технология. Москва : ВИЛС, 1978. - 293 с.

59. Шиллер, З. Электронно-лучевая технология / З. Шиллер, У. Гайзиг, З. Панцер // Москва : Энергия, 1980. - 528 с.

60. Куликов, Ф. Р. Электронно-лучевая сварка титанового сплава ВТ14 / Ф. Р. Куликов, Л. И. Сенков // Сварочное производство. - 1969. - №5. - С. 29-30.

61. Ильченко, Г. А. Электронно-лучевой отжиг сварных соединений / Г. А. Ильченко и др. // Материалы VIII Всесоюзной конференции по электроннолучевой сварке. Москва : МЭИ, 1983. - С. 54-58.

62. Ильченко, Г. А. Зональный отжиг электронным лучом / Г. А. Ильченко, В. И. Андреев // Материалы VIII Всесоюзной конференции по электроннолучевой сварке. Москва : МЭИ, 1983. - С. 46-51.

63. Mal'kov, A. V. Thermocyclic treatment of titanium alloys with the usage of hydrogenphase cold working / A. V. Mal'kov, I. D. Nizkin, V. V. Shevchenko // . -1991. - Vol. 27, No. 1. - P. 109-110.

64. Патент № 2076029 С1 Российская Федерация, МПК В23К 9/235. Способ подготовки заготовок из титановых сплавов под сварку : № 5037298/08 : заявл. 14.04.1992 : опубл. 27.03.1997 / В. И. Муравьев, С. П. Мазур, А. М. Петров [и др.] ; заявитель Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение

65. Патент № 2196032 С1 Российская Федерация, МПК В23К 26/00, В23К 26/42. Способ подготовки кромок под сварку листовых заготовок из титановых сплавов : № 2001122743/02 : заявл. 13.08.2001 : опубл. 10.01.2003 / В. И. Муравьев, Б. И. Долотов, Б. Н. Марьин [и др.] ; заявитель Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение.

66. Влияние разделительных операций на дефектность поверхности кромок заготовок из титановых сплавов под сварку / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, С. З. Лончаков, О. П. Логвинов // Заготовительные производства в машиностроении. -2012. - № 3. - С. 7-16.

67. Приоритеты авиационных технологий - Книга 1 / Б. М. Абрамов, М. Г. Акопов, В. М. Андрюшин [и др.] - Москва : МАИ, 2004. - 696 с.

68. Кабалдин, Ю. Г. Резание металлов в условиях адиабатического сдвига элемента стружки / Ю. Г. Кабалдин // Вестник машиностроения. - 1995. - № 7. -С. 19-25.

69. Чертов, И. М. Влияние режимов термической обработки на остаточные напряжения в сварных соединениях технического титана / И. М. Чертов, А. С. Карпенко, А. П. Островой // Автоматическая сварка. - 1981. - № 8. - С. 68-69.

70. Братухин, А. Г Технология производства титановых самолётных конструкций / А. Г. Братухин, Б. А. Колачев, В. В. Садков [и др.] - Москва : Машиностроение, 1995. - 443 с.

71. Электронно-лучевая сварка : монография / Г. М. Младенов, Д. Н. Трушников, В. Я. Беленький, Е. Г. Колева. - Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. - 374 с.

72. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учебное пособие / А. Г. Илларионов, А. А. Попов. - Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014. - 137 с.

73. Структура сварных соединений наноструктурированного титанового сплава ВТ6, полученных при электронно - лучевой сварке / К. А. Курган, В. А. Клименов, А. В. Чумаевский, А. А. Клопотов // Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении : Сборник трудов Международной конференции с элементами научной школы для молодежи, Томск, 09-11 ноября 2015 года / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2015. - С. 111-115.

74. Григорьев, В. В. Исследование возникновения специфических дефектов электронно-лучевой сварки (ЭЛС) титановых сплавов / В. В. Григорьев, В. И. Муравьёв, П. В. Бахматов // Сварочное производство. - 2019. - № 4. - С. 36-42.

75. Структурно-фазовое состояние и остаточные напряжения в сварном соединении сплава ВТ20, полученном электронно-лучевой сваркой / А. М. Мамонов, Е. О. Агаркова, О. Н. Гвоздева, С. С. Слезов // Деформация и разрушение материалов. - 2021. - № 2. - С. 32-36.

76. Папуша, А. Г. Анализ дефектов в сварных соединениях, выполненных электронно-лучевой сваркой / А. Г. Папуша, А. Н. Андреев // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. - 2017. - Т. 1, № 13. - С. 424-426.

77. Васильев, А. А. Теория формирования корневых пустот при электроннолучевой сварке / А. А. Васильев, В. А. Ерофеев, В. А. Судник // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2015. - № 6-2. -С. 43-52.

78. Успенский, Н. В. Предупреждение появления корневых дефектов при электронно-лучевой сварке / Н. В. Успенский, В. В. Богданов // Современные проблемы машиностроения : Сборник научных трудов VII Международной научно-технической конференции, Томск, 11-13 ноября 2013 года / под редакцией А.Ю. Арляпова, А.Б. Кима; Национальный исследовательский Томский

политехнический университет. - Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2013. - С. 219-221.

79. Влияние напряженного состояния на структуру и свойства при сварке конструкций из сталей и сплавов / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, Н. О. Плетнев, А. А. Дебеляк // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. -2016. - Т. 59, № 4. - С. 251-255.

80. О температуре в канале проплавления при электронно-лучевой сварке / Д. Н. Трушников, Е. С. Саломатова, В. Я. Беленький [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Т. 15, № 6-2. -С. 505-511.

81. Технология обработки материалов. Оборудование электронно-лучевых комплексов: учебное пособие для вузов / А. В. Щербаков, Р. В. Родякина, В. В. Новокрещенов, В. Н. Ластовиря. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва : Издательство Юрайт, 2022. - 183 с.

82. Особенности деформации и разрушения упрочненных высокоуглеродистых сталей после обработки в температурных условиях фазового предпревращения и превращения / В. И. Муравьев, П. В. Бахматов, С. З. Лончаков, А. В. Фролов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2019. - Т. 62, № 1. - С. 62-72.

83. Зуев, Л. Б. Физика макролокализации пластического течения = : Plastic flow macrolocalization physics : [монография] / Л. Б. Зуев, В. И. Данилов, С. А. Баранникова ; Л. Б. Зуев, В. И. Данилов, С. А. Баранникова ; отв. ред. В. И. Бетехтин ; Российская акад. наук, Сибирское отд-ние, Ин-т физики прочности и материаловедения. - Новосибирск : Наука, 2008.

84. Кривоухов, В. А. Обработка резанием титановых сплавов / В. А. Кривоухов, А. Д. Чубаров - Москва : Машиностроение, 1970. - 180 с.

85. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А. Н. Резников - Москва : Машиностроение, 1981. - 279 с.

86. Горелик, С. С. Рекристаллизация металлов и сплавов / С. С. Горелик ; С. С. Горелик, С. В. Добаткин, Л. М. Капуткина ; под науч. ред. С. С. Горелика. - 3-е изд., перераб. и доп.. - Москва : МИСИС, 2005. - 432 с.

87. Сазонов, Б. Г. Экстремальная диффузионная активность в стали в состоянии предпревращения / Б. Г. Сазонов // Материаловедение и термическая обработка металлов. - 1990. - № 7. - С. 13-15.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное)

Поверхность разрушения (излома) при испытании на растяжение и ударный изгиб сплава ВТ20 в зависимости от режимов

электронно-лучевой сварки и толщины свариваемых темплетов

Щ- щЩж

......2 ООтт

3

тЗ Разрыв

4 Удар,

т4 усилени

е

5 Удар,

т5 корень

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное)

Поверхность разрушения (излома) при испытании на растяжение и ударный изгиб сплава ВТ23 в зависимости от режимов

электронно-лучевой сварки и толщины свариваемых темплетов

ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное)

Поверхность разрушения (излома) при испытании на растяжение и ударный изгиб сплава ВТ23, толщиной 60 мм без подготовки стыкуемых кромок на установке 30Е3000 в зависимости от режимов электронно-лучевой сварки и толщины

свариваемых темплетов

S3400 5 OOkV 11.2mm x2.00k SE 2/7/2019

S3400 7 OOkV 12.9mm x2.00k SE 2/18/2019

S3400 7 OOkV 13 1mm x2.00k SE 2/7/2019

20 т21

21 т21

Разрыв

Удар

22 т22

Удар

50

50

50

S3400 7.00kV 12.6mm *2.00k SE 2/18/2019

20.0um

S3400 5.00kV 11.2mm x2.00k SE 2/15/2019

20.0um

S3400 7 OOkV 13.1mm X2.00k SE 2/a/2019

20.0um

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (справочное)

Апробация технологии подготовки стыкуемых кромок с использованием режимов высокопроизводительной механической обработки. Изготовленное изделие «узел навески лонжерона» и заключение по результатам радиографического контроля

Узел навески

Яшп депим с |мстимжшкм дефектом сиирммх nimm

I гнчнп' tliiiiuiti.il u/iiiN"i

i t"It'Ittil' túlt¡ltlll.V UlflllN'

/ r'tt'iittt't/нцпнк'И utfiiiiï'it

! i'iiiww t ftiifuni.4i utfmN4

jioiiyimu in К к

MOfiiiyiiKe I lii'iiimi.. .N¡4.1.

I In.illllll l.. JBM X

I ¡K*I íímwii, ikwm

РОД'

'nfjnta копт/юпп салрпих titooo

ПРИЛОЖЕНИЕ Д (справочное)

Расчет предполагаемого экономического эффекта с использованием высокопроизводительного фрезерования при

подготовке стыкуемых кромок под ЭЛС Предполагаемый экономический эффект рассчитан на 1 погонный метр обрабатываемой под сварку заготовки и с доработкой дефектных участков сварных соединений после электронно-лучевой сварки. Расчет операционного времени фрезерования Исходные данные для расчета базовой технологии:

- подача 4,2 м/ч

- тарифная ставка 150 руб/час

- время операции 0,23 ч

Исходные данные для расчета предлагаемой технологии:

- подача 6 м/ч

- тарифная ставка 150 руб/час

- время операции 0,16 ч

Рассчитываем затраты на выполнение операции: Базовая технология: 0,23*150 = 34,5 руб. Предлагаемая технология: 0,16*150=24 руб.

Расчет электроэнергии при производстве механической обработки. Исходные данные:

- тариф 6 руб/кВч

- мощность станка DMU 44 кВт Рассчитываем затраты электроэнергии Базовая технология: 44*0,23*6 = 60,72 руб Предлагаемая технология: 44*0,16*6 = 42,24 руб. Расчет затрат на проведение радиографического контроля. Исходные данные:

- время на радиографический контроль 4,2 ч

- тариф контролера 140 руб/час

Рассчитываем затраты на радиографический контроль (без учета материалов): 4,2*140 = 588 руб. - предлагаемая технология; (4,2*140)*2 = 1176 руб.

Расходы на доработку дефектных участков сварных соединений. Доработка дефектных участков выполняется аргонодуговой электросваркой.

Исходные данные на выборку дефектных участков:

- время доработки 3,12 ч

- тариф 138 руб/ч

Расчет выборки дефектных участков: 3,12*138 = 430,56 руб. Исходные данные на сварочные и вспомогательные материалы:

- сварочная проволока ВТ20-2св диаметром 2 мм 1 кг - 3200 руб.

- масса проволоки, необходимой для доработки - 23,38 г.

Рассчитываем затраты на сварочные материалы: (3200*21,38)/1000 = 68,416 руб. Вспомогательные материалы:

- аргон, высший сорт 1 л - 0,75 руб

- расход аргона 600 л/ч

Рассчитываем затраты аргона на выполнение операции исправления: 600*0,75 = 45 руб. Спирт, ацетон для операций обезжиривания и обезводивания - 3 руб.

Итого по базовой технологии на одно сварное соединение: 34,5+60,72+1176+430,56+68,416+45+3= 1818,196 руб. По предлагаемой технологии: 24+42,24+588 = 654,24 руб.

Итого экономический эффект в денежном эквиваленте составляет 1163,956 руб.

ПРИЛОЖЕНИЕ Е (справочное)

Акт внедрения предлагаемой технологии обработки стыкуемых кромок под электронно-лучевую сварку

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж (справочное)

Акт об использовании результатов кандидатской диссертационной работы