Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20 Демышев Павел Геннадьевич

Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20
<
Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20 Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20 Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20 Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20 Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20
>

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Демышев Павел Геннадьевич. Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20 : диссертация... канд. техн. наук : 05.02.01 Комсомольск-на-Амуре, 2007 160 с. РГБ ОД, 61:07-5/3484

Введение к работе

Актуальность проблемы

Повышение требований к летным характеристикам современной авиакосмической техники привело к возрастанию потребности в материалах с улучшенным комлексом механических свойств. Титановые сплавы являются перспективным материалом для многих областей применения в авиакосмической технике благодаря их высокой удельной прочности, сопротивлению усталости, вязкости разрушения и коррозионной стойкости.

Титановые сплавы менее технологичны по сравнению со сталями и алюминиевыми сплавами из-за низкой теплопроводности, высокой химической активности, ограниченных возможностей холодной деформации. Это является одной из причин повышенного расхода материалов (титана, вольфрама, гелия, аргона и др.) при обработке титановых сплавов.

Некоторые технологические операции, и, прежде всего, сварка, термическая резка, связаны со структурными изменениями металла и появлением в нем дефектов.

Сопоставление стоимости материалов и технологии изготовления конструкций из титановых сплавов показывает, что экономическая целесообразность применения титановых сплавов в авиакосмической технике определяется затратами на их производство. Свойства сварных соединений титановых сплавов ниже, чем у основного деформируемого металла. Кроме того, титановые сплавы склонны к порообразованию при сварке и образованию холодных трещин после сварки.

Существует много работ по улучшению металла шва, особенно тонкостенных конструкций, с использованием высококонцентрированных источников энергии. Но на сегодняшний день бездефектное получение металла шва крупногабаритных конструкций очень трудоёмко и дорогостояще.

Поэтому актуально совершенствование существующих и разработка новых эффективных технологических процессов изготовления и термической обработки с использованием высококонцентрированных источников энергии (лазерный, плазменный, электронно-лучевой и др.) при изготовлении штам-посварных конструкций из титановых сплавов летательных аппаратов (ЛА).

Цель работы. Повышение качества, снижение трудоёмкости изготовления высоконагруженных титановых конструкций за счет разработки и промышленного внедрения перспективных технологий формирования металла шва с механическими свойствами, обеспечивающими высокую надеж/

ность силовых конструкций.

Для достижения цели решались следующие задачи:

  1. Аналитическая оценка уровня дефектности высоконагруженных титановых конструкций летательных аппаратов.

  2. Исследования причин появления пористости в металле шва и влияния вольфрамовых включений и нерасплавленной проставки на свойства и надежность конструкций.

  3. Металлографические и электронно-микроскопические исследования формирования поверхности раздела и её влияние на структуру металла шва крупногабаритных титановых конструкций.

  4. Оптимизация формирования структуры металла шва повышенной толщины.

  5. Экспериментальные исследования свойств металла шва высоконагруженных титановых конструкций, изготовленных по разработанным технологическим процессам их изготовления.

  6. Производственные испытания и внедрение технологических процессов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

выявлены закономерности влияния величины вольфрамовых включений и нерасплавленной проставки на малоцикловую усталость сварных титановых конструкций;

впервые установлена причина образования пор в металле шва из-за неполного расплавления проставки;

установлена принципиальная возможность получения высококачественного металла шва при сварки погруженным вольфрамовым электродом (СПВЭ) по необработанным кромкам, подготовленным гидроабразивным раскроем;

разработана новая технология многопроходной СПВЭ, обеспечивающая проплавление свариваемых заготовок толщиной 110-120 мм, защищенная патентом;

экспериментальными исследованиями установлено, что вид сварки оказывает влияние на механические свойства металла шва титановых конструкций: временное сопротивление разрыву для СПВЭ при статических испытаниях меньше, чем при электронно-лучевой сварке (ЭЛС), а ударная вязкость значительно выше;

электронно-микроскопическими исследованиями макро- и микроструктуры установлены размеры зон термического влияния металла шва, величина столбчатых кристаллов и размеры площади ее- и Р-пластин по зонам

металла шва, что позволило выявить причину различия значений механических свойств металла швов, выполненных СПВЭ и ЭЛС. Показано, что чем больше скорость охлаждения литого метала тем меньше а-пластины в первичном зерне и выше предел прочности у титанового сплава ВТ20.

Достоверность полученных результатов подтверждается обоснованностью принятых допущений, обоснованностью методов расчета и моделирования и положительной оценкой экспертизы, связанной с признанием изобретением предложенного технического решения.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

разработаны технологические процессы изготовления штампосвар-ных конструкций из титановых сплавов, исключающие металлические включения и порообразование в металле шва, обеспечивающие высокую надежность конструкций, обеспечивающие снижение трудоемкости изготовления, повышение КИМ и получение деталей с новым комплексом свойств;

разработана и внедрена в производство усовершенствованная технология получения высококачественного (без пор и вольфрамовых включений) металла шва в титановых конструкциях толщиной 60-120 мм за счет использования неплавящегося тороидального электрода;

разработана технология формирования структуры поверхности кромок заготовок с использованием высококонцентрированных источников энергии, обеспечивающая высокое качество металла шва, повышение КИМ и снижение трудоёмкости;

технологические процессы нашли своё применение на ОАО «КнАА-ПО», разработаны рекомендации по внедрению их в отрасли;

результаты работы включены в учебный процесс выполнения курсовых и дипломных проектов в ГОУВПО КнАГТУ на кафедрах ТСП, КМТНМ и ТС.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Анализ дефектов металла шва сварных соединений, их влияние на свойства и надёжность титановых конструкций, обоснование методов их устранения на базе известных теоретических закономерностей порообразования и достижений в решении проблемы.

  2. Результаты исследования формирования поверхности раздела в зависимости от вида раскроя и последующей обработки заготовки, её влияние на структуру металла"шва.

  3. Экспериментально установленные и научно обоснованные условия формирования структуры металла шва повышенной толщины в толстостенных титановых конструкциях;

4. Результаты сравнительных испытаний механических свойств, химического состава и усталостной прочности сварных конструкций, выполненных по разработанным технологическим процессам.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования; анализе дефектов сварных титановых конструкций; анализе литературных источников; в проведении аналитической оценки рельефа поверхности раздела кромок; в проведении экспериментов, получении данных и обработке их результатов; в проведении оптических, металлографических, физико-механических исследований и формулировании выводов.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: Всероссийская научно-техническая конференция МАТИ - сварка XXI века «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве», Москва, 2003 г.; Дальневосточный инновационный форум «Роль науки, новой техники и технологии в экономическом развитии регионов», г. Хабаровск, 2003 г.; III конкурсная конференция молодых специалистов авиационных, ракетокосмических и металлургических организаций России «Новые материалы и технологии в авиационной и ракетно-космической технике», г. Королёв. 2004 г.; II научно-практическая конференция молодых учёных и специалистов «Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности», ОКБ «Сухого», г. Москва, 2004 г.; XX научно-техническая конференция ОАО «КнААПО» «Созданию самолётов высокие технологии», г. Комссмольск-на-Амуре, 2005 г. Международная научно-техническая конференция, посвященная 75-летию ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ «Вопросы авиационного материаловедения», г. Москва, 2007.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, подана заявка на изобретение и получен патент.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, списка литературы и приложений. Материалы работы изложены на 136 страницах, содержит 24 таблиц и иллюстрированы 46 рисунками. Список литературы содержит 60 наименований.

Автор искренне признателен всем коллегам за содействие в выполнении настоящей.работы, лично научному руководителю к.т.н., доценту Б.И. Долотову и научному консультанту д.т.н., профессору В.И. Муравьёву за консультации, поддержку и внимание к работе.

Похожие диссертации на Исследование и совершенствование технологического процесса формирования структуры сварных соединений высоконагруженных конструкций из титанового сплава ВТ20