Особенности образования специфических дефектов при сборке крупногабаритных титановых конструкций летательных аппаратов

Авиационная и ракетно-космическая техника

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов


DOI: 10.34759/vst-2019-4-17-27

Авторы

Муравьёв В. И. *, Бахматов П. В. **, Григорьев В. В. ***

Комсомолъский-на-Амуре государственный университет, КнАГУ, ул. Ёенина, 27, Комсомолъск-на-Амуре, 681013, Россия

*e-mail: vmuravyev@mail.ru
**e-mail: mim@knastu.ru
***e-mail: grigorev.vlv@gmail.com

Аннотация

Настоящая работа посвящена исследованию образования специфических дефектов при сборке силовых кон­струкций летательных аппаратов (ЛА) методом создания неразъемных соединений титановых сплавов ВТ20 и ВТ23 высококонцентрированным источником энергии (электронным лучом). Установлено, что доминирующее влия­ние на образование субмикропор оказывает наличие капиллярно-конденсированной влаги в дефектах поверхно­сти кромок. Выявлены условия образования неразъемных соединений сваркой, которые могут привести к появ­лению в них специфических дефектов: неудовлетворительная сборка и подготовка стыкуемых кромок подсбо­рок, силового элемента летательного аппарата, режимы технологического процесса узловой сборки сваркой, образование твердофазного соединения перед фронтом расплавленной ванны, колебательные процессы элект­ронного луча (~ 0,5 мм), которые могут привести к неравномерному плавлению (из-за недостаточной темпера­туры общего плавления кромок) по границам зерен с образованием субмикропор (менее 0,00025 мм), не выяв­ляемых современными рентгеновскими аппаратами, гидродинамический коллапс кратера, приводящий к обра­зованию корневого дефекта в виде пикообразований. Радиографическим контролем и посредством растровой электронной микроскопии установлено, что дефекты в виде темных полос представляют собой цепочки субмик­ропор, спроецированных друг на друга. Установлено, что специфические дефекты в неразъемных соединениях могут оказывать существенное влияние на прочностные свойства силовых конструкций летательного аппарата, а также на стадийность их разрушения. Из проведенных исследований следует вывод о необходимости контроля в технологическом процессе образования неразъемных соединений электронно-лучевой сваркой таких основных факторов, как качество поверхности стыкуемых кромок силового элемента конструкции под узловую сборку, условия фокусировки электронного луча, его мощность и колебательные процессы, уровень гидродинамической нестабильности в канале проплавления.

Ключевые слова:

титановые сплавы, неразъемные соединения, узловая сборка, силовые элементы летательных аппаратов, специфические дефекты, порообразование, прочность, ударная вязкость, капиллярно-конденсированная влага, фрактограммы изломов, дефекты поверхности стыкуемых кромок, распределение водорода, радиографический контроль

Библиографический список

  1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на пери­од до 2030 года // Авиационные материалы и тех­нологии. 2012. № S. С. 7-17.

  2. Антипов В.В. Стратегия развития титановых, маг­ниевых, бериллиевых и алюминиевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 157-167.

  3. Тарасов Ю.М., Антипов В.В. Новые материалы ВИАМ – для перспективной авиационной техни­ки производства ОАО «ОАК» // Авиационные ма­териалы и технологии. 2012. № 2(23). С. 5-6.

  4. Ночовная Н.А. Перспективы и проблемы примене­ния титановых сплавов // Авиационные материа­лы и технологии. 2007. № 1. С. 4-8.

  5. Муравьёв В.И., Бахматов П.В., Фролов А.В. Перс­пективные металлургические и технологические производства, повышающие надежность изделий из конструкционных материалов. – Комсомольск-на- Амуре: КнАГТУ, 2016. – 330 с.

  6. Петухов А.Н. Актуальные вопросы конструкцион­ной прочности титановых сплавов и деталей из них // Авиационные материалы и технологии. 2007. № 1. С. 8-13.

  7. Хорев А.И. Теория и практика создания современ­ных комплексно-легированных титановых сплавов для авиакосмической и ракетной техники // Сбор­ник трудов международной конференции «Титан- 2009 в СНГ» (17-20 мая 2009, Одесса, Украина). Киев: РИО ИМФ им. Г.В. Курдюмова НАН Укра­ины. С. 288-301.

  8. Фролов В.А., Петренко В.Р., Пешков В.В. и др. Тех­нология сварки плавлением и термической резки металлов: Учебное пособие. – М.: Альфа М, ИНФРА-М, 2011. – 447 с.

  9. Хорев А.И. Фундаментальные и прикладные рабо­ты по конструкционным титановым сплавам и пер­спективные направления их развития // Труды ВИАМ. 2013. № 2. URL: http://www.viam-works.ru/ru/articles?art_id=12

  10. Ильин А.А., Колачёв Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: Справочник. – М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. – 520 с.

  11. Грушин И.А., Мамонтова Н.А., Курышев Е.А. Терми­ческая обработка сварных соединений крупногаба­ритных полуфабрикатов титанового сплава ВТ23, полученных электронно-лучевой сваркой // XXXVIII Гагаринские чтения: Сборник трудов Международной молодежной научной конферен­ции в 8 томах (Москва, 10-14 апреля 2012). М.: МАТИ, 2012. Т.1. С. 28-29.

  12. Пигалова Е.А., Абрамова А.А., Курников Н.А. Приме­нение плазменной сварки в производстве самолё­тов марки «МиГ» как один из приёмов снижения сварочных деформаций // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 172­–183.

  13. Редчиц В.В., Фролов В.А., Казаков В.А., Лукин В.И. Пористость при сварке цветных металлов: Учебник. – М.: Технология машиностроения, 2002. – 448 с.

  14. Муравьёв В.И. Проблемы порообразования в свар­ных швах титановых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 7. С. 30–­37.

  15. Электронно-лучевая сварка, 2013. URL: https://stc-paton.com/rus/equipment/ebw04

  16. Браверман В.Я., Белозерцев В. С., Литвинов В.П., Розанов О.В. Вопросы управления формированием сварного шва при электронно-лучевой сварке // Вестник Сибирского государственного аэрокосми­ческого университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2008. № 2(19). С. 148-151.

  17. Успенский Н.В., Богданов В.В. Предупреждение появления корневых дефектов при электронно­лучевой сварке // Современные проблемы маши­ностроения: Сборник научных трудов VII Между­народной научно-технической конференции 11-13 ноября 2013. / Под ред. А.Ю. Арляпова, А.Б. Кима. Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2013. С. 219-221.

  18. Сейдгазов Р.Д. Экспресс-проектирование техноло­гии лучевой сварки с минимизацией порообразо­вания // Международная конференция «Электрон­но-лучевая сварка и смежные технологии». Наци­ональный исследовательский университет «МЭИ», 17-20 ноября 2015: Сборник трудов. М.: Изд-во МЭИ, 2015. С. 554-565.

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

  20. Tong H, Giedt W.H. A Dynamic Interpretation of Electron Beam Welding // Welding Journal. 1970. Vol. 49. No. 6, pp. 259-266.

  21. Батанов В.А., Федоров В.Б. Вымывание жидкой фазы – новый механизм формирование кратера при плоском развитом испарении металлической мише­ни лазерным лучом // Письма в ЖЭТФ. 1973. Т. 17. № 7. С. 348-351.

  22. Andrews J.G., Atthey D.R. Hydrodinamic limit to penetration of a material by a high-power beam // Journal of Physics D: Applied Physics. 1976. Vol. 9. No. 15, pp. 2181-2194. DOI: 10.1088/0022-3727/9/15/009

  23. Klemens P.G. J. Heat balance and flow conditions for electron beam and laser welding // Journal of Applied Physics. 1976. Vol. 47, p. 2165. DOI: 10.1063/1.322866

  24. Сайдгазов Р.Д., Сенаторов Ю.М. Термокапилляр­ный механизм глубокого проплавления материалов лазерным излучением // Квантовая электроника. 1988. Т. 15. № 3. С. 622-624.

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

  26. Младенов Г.М., Трутников Д.Н., Беленький В.Я., Колева Е.Г. Электронно-лучевая сварка. – Пермь: Изд-во Перм. нац.-исслед. политехи. ун-та, 2014. - 374 с.

  27. Григорьев В.В., Муравьёв В.И., Бахматов П.В. Из­менение структуры и микротвердости неразъемных соединений силовых титановых конструкций из сплава ВТ23, выполненных электронно-лучевой сваркой // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2019. № 1(706). С. 20-28.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020