Исследование элемента конструкции пилотируемого космического комплекса, изготовленного методом проволочной электродуговой технологии аддитивного формирования

DOI: 10.34759/vst-2022-4-67-84

Авторы

Ашимов И. Н.^*, Течкина Д. С.^**, Папазов В. М.

ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королёва», ул. Ленина, д. 4А, г. Королёв, Московская обл., Россия, 141070

*e-mail: ilyas.ashimov@rsce.ru
**e-mail: te4kina@yandex.ru

Аннотация

Описывается исследование элемента конструкции космического корабля, изготовленного по технологии аддитивного выращивания. Для проведения испытаний и исследований исходный элемент оптимизирован под возможности и ограничения аддитивной технологии; разработана стратегия выращивания детали с описанием технологических режимов изготовления. С целью исследования демпфирующих, прочностных и жесткостных свойств изделия проведены испытания, результаты которых сравнивались с расчетной моделью. Описаны исследования характера разрушения изготовленного элемента, а также микроструктура и химический состав полученного материала. В результате работы сделаны выводы о возможности применения аддитивной технологии в изготовлении конструктивных элементов космических пилотируемых комплексов в условиях пониженной гравитации на борту орбитальной космической станции и/или на поверхности Луны.

Ключевые слова:

аддитивные технологии, конструктивный элемент, электродуговая технология, пилотируемые комплексы, орбитальная космическая станция

Библиографический список

1. Попович А.А., Суфияров В.Ш., Разумов Н.Г. и др. Аддитивные технологии в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого: опыт и перспективы использования // Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка: Сб. докладов 11-го Международного симпозиума (10-12 апреля 2019; Минск). — Минск: Издательский дом «Белорусская наука», 2019. С.73-92.
2. Раевский Е.В., Цыганова А.Л. Лазерные аддитивные технологии: перспективы применения // Аддитивные технологии. 2016. № 1. С. 10-12.
3. Баранов Д.А., Лукин Е.Б., Жуков В.В. и др. Производство шар-баллонов для российской космической техники методом электронно-лучевой наплавки проволоки в вакууме // Аддитивные технологии. 2021. № 3. С. 4-7.
4. Чумаков Д.М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники // Труды МАИ. 2014. № 78. URL: https://trudymai.ru/published. php?ID=53682
5. Панченко О.В., Курушкин Д.В., Попович А.А. Электродуговое выращивание: технические и экономические преимущества // Технический оппонент. 2020. № 1(6). С. 16-22.
6. Ашимов И.Н. Анализ возможности изготовления элементов конструкции космических аппаратов электронно-лучевым методом в условиях открытого космоса // XXII Научно-техническая конференция ученых и специалистов, посвященная
   60-летию полета Ю.А. Гагарина, 75-летию ракетно-космической отрасли и основания РКК «Энергия» (13-17 сентября 2021; Королев, Московская область): Сб. тезисов докладов. С. 45-46.
7. Weglowski M.St., Btacha S., Jachym R. et al. Electron beam additive manufacturing with wire // Electrotechnica and Electronica. 2018. Vol. 53. No. 3-4, pp. 74-78.
8. Елисеев А.А., Утяганова В.Р., Воронцов А.В. и др. Сравнительный анализ структуры и механических свойств аддитивных изделий, полученных электронно-лучевым методом и холодным переносом металла // Известия вузов. Цветная металлургия. 2020. № 4. С. 65-73. DOI: 10.17073/0021-3438-2020-4-65-73
9. Su C., Chen X., Gao C., Wang Y. Effect of heat input on microstructure and mechanical properties of Al-Mg alloys fabricated by WAAM // Applied Surface Science. 2019. Vol. 486, pp. 431-440. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.04.255
10. Осколков А.А., Матвеев Е.В., Безукладников И.И. и др. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20. № 3. С. 90-105. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.3.11
11. Трубашевский Д.С. Переход к проволочным аддитивным технологиям — тренд или необходимость? // 3D TODAY. 2019. URL: https://3dtoday.ru/blogs/ddmlab/perekhod-k-provolochnym-tekhnologiyam-trend-ili-neobkhodimost
12. Chen X., Su C., Wang Y., Siddiquee A.N. et al. Cold metal transfer (CMT) based wire and arc additive manufacture (WAAM) system // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2018. Vol. 12. No. 6, pp. 1278-1284. DOI: 10.1134/S102745101901004X
13. ARC Mate 100iD — Робот дуговой сварки // FANUC. URL: https://www.fanuc.eu/ru/ru/роботы/страница-фильтра-роботов/дуговая-сварка/arcmate-100id
14. Балякин А.В., Скуратов Д.Л., Хаймович А.И., Олейник М.А. Применение прямого лазерного сплавления металлических порошков из жаропрочных сплавов в двигателестроении // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 3. С. 202-217. DOI: 10.34759/vst-2021-3-202-217
15. Климов В.Г. Сравнение методов восстановления геометрии пера лопаток турбины из жаропрочных сплавов // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 86-97.
16. Kisarev A.V., Kobernik N.V. Study on formation of aluminum alloy thin wall produced with WAAM method under various thermal conditions // 3rd International Biannual Conference "Electron Beam Welding and Related Technologies (12–15 November 2019, Moscow, Russian Federation). DOI: 10.1088/1757-899X/759/1/012014
17. Veiga F., Sua2rez A., Aldalur E., Bhujangrao T. Effect of the metal transfer mode on the symmetry of bead geometry in WAAM aluminum // Symmetry. 2021. Vol. 13. No. 7. DOI: 10.3390/sym13071245
18. Matviichuk V.A., Nesterenkov V.M., Rusynik M.O. Application of additive electron beam technologies for manufacture of metal products // Electrotechnica and Electronica. 2018. Vol. 53. No 3-4, pp. 69-73.
19. Shtepmfer F. Method and arrangement for building metallic objects by solid freedom fabrication. Patent EA024135B1, 31.08.2016.
20. Herzog D., Seyda V., Wycisk E., Emmelmann C. Additive manufacturing of metals // Acta Materialia. 2016. Vol. 117, pp. 371–392. DOI: 10.1016/j.actamat. 2016.07.019