Введение к работе
Актуальность проблемы. Постоянно возрастающие технико-экономические требования и высокая конкуренция на рынке авиационной техники обуславливают необходимость разработки новых, в том числе опережающих, технологий для создания перспективных изделий. Одним из основных путей повышения технических характеристик и экономической эффективности самолета является снижение полетной массы планера при сохранении его прочности и жесткости. Перспективным способом снижения массы является использование интегральных сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов. Узлы из таких сплавов составляют порядка 40% массы планера современного самолета.
Интегральные конструкции работают как единое целое, что, по сравнению со сборными конструкциями, обеспечивает их более высокую усталостную и статическую прочность, а также весовую эффективность. Кроме того, сварные конструкции, по сравнению с клепанными, характеризуются меньшими циклом изготовления, трудоемкостью и затратами на производство.
В связи с известными трудностями, возникающими при сварке плавлением высокопрочных алюминиевых сплавов (трещины и поры в шве) возникает проблема обеспечения стабильности качества сварных соединений, особенно в корневой зоне при производстве авиационных конструкций. Решение этой проблемы и является одной из основных задач работы.
Целью настоящей работы является расширение технологических возможностей сборки-сварки при изготовлении крупногабаритных интегральных конструкций авиационной техники из высокопрочных трудносвариваемых алюминиевых сплавов путем разработки нового способа сварки.
Задачи работы:
разработать способ соединения деталей и узлов авиационных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов, обеспечивающий формирование бездефектного корня шва и нечувствительный к колебаниям зазора между соединяемыми заготовками;
изучить технологические особенности разработанного способа сварки, провести исследование влияния режимов на формирование соединения и точность интегральных конструкций;
разработать методику определения оптимальных технологических параметров процесса на основе компьютерного моделирования;
разработать технологический процесс и технологические рекомендации по применению разработанного способа в производстве изделий авиационной техники.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана методика подбора оптимальных параметров процесса комбинированной фрикционной сварки на основе конечно-элементного моделирования применительно к крупногабаритным конструкциям авиационной техники.
-
Впервые исследовано влияние параметров режима и конструктивных особенностей инструмента на формирование шва при фрикционной дисковой сварке (ФСД), установлены зависимости, связывающие параметры процесса с дефектностью соединения. Предложена расчетная схема и получено выражение для расчета тепловых полей при ФСД.
Практическая значимость работы заключается в разработке нового концептуального решения задачи получения технологичных неразъемных соединений авиационных конструкций (в том числе длинномерных) из высокопрочных алюминиевых сплавов без пор и кристаллизационных трещин -комбинированной фрикционной сварки. Разработанная технология расширяет возможности новых конструкторских решений при создании перспективных летательных аппаратов.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на 9ой международной конференции «Авиация и космонавтика - 2010» (Москва, МАИ 16 ноября 2010 г.), научном семинаре «Сварка в твердой фазе» (Москва, ВИАМ 1 сентября 2011 г.), четвертой всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана 28 сентября - 1 октября 2011 г.) и VIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и
технология неорганических материалов» (Москва, ИМЕТ РАН 15-18 ноября 2011г.).
Публикации. По результатам выполненных разработок и исследований опубликованы 4 статьи в рекомендуемых ВАК журналах, тезисы 3-х докладов на конференциях и поданы заявки на получение 4-х патентов РФ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка использованной литературы из 68 наименований. Общий объем диссертации составляет 122 страницы.
