Введение к работе
Актуальность работы. На протяжении нескольких десятилетий, как за рубежом, так и в России ведутся исследования, направленные на разработку алюминиевых сплавов, легированных литием, которые позволяют снизить массу летательных аппаратов.
В настоящее время за рубежом и в России разрабатываются алюми- ниево-литиевые сплавы дополнительно легированные серебром, цирконием, скандием. Представителем данного сплава является сплав В-1469 системы Al-Cu-Li-Mg. Сплав защищен патентом и имеет зарубежные аналоги-сплавы 2195 и 2098.
Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) остается основным способом соединения элементов конструкций большой толщины из алюминиевых сплавов. Для снижения жестких требований к точности сборки деталей под ЭЛС, обеспечения возможности сварки стыков сложных сечений, а также облегчения удержания сварочной ванны на весу применяется сварка горизонтальным лучом стыков, размещенных в вертикальной плоскости. Этот способ ЭЛС применяется для сварки силовых элементов конструкций из алюминиево- литиевых сплавов.
В связи с этим возникает необходимость разработки способа ЭЛС горизонтальным лучом применительно к сплаву В-1469, который обеспечивал бы высокое качество соединений за счет предотвращения образования внутренних дефектов, а также определение комплекса механических свойств сварных соединений.
Целью работы является разработка способа электронно-лучевой сварки горизонтальным лучом толстостенных элементов конструкций из сплава В-1469 системы Al-Cu-Li-Mg и исследование свойств полученных сварных соединений.
Основные задачи исследования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Определить влияние технологических параметров режима электронно-лучевой сварки горизонтальным лучом на формирование сварных соединений, геометрические характеристики проплавления и наличие дефектов в сварных соединениях сплавов системы Al-Cu-Li-Mg;
-
Выявить специфику механизма формирования соединения при электронно-лучевой сварке алюминиевых сплавов горизонтальным лучом и на этой основе осуществить моделирование данного процесса с целью определения параметров, определяющих образование пор в соединениях;
-
Исследовать комплекс механических свойств исследуемых сплавов в зависимости от технологических режимов электронно-лучевой сварки;
-
Проанализировать особенности выявляемости дефектов в сварных соединениях сплавов системы Al-Cu-Li-Mg при электронно-лучевой сварке;
-
Установить взаимосвязь между структурой и свойствами сварных соединений для оптимизации технологии электронно-лучевой сварки современных алюминиевых сплавов.
-
Разработать рекомендации по практическому применению результатов исследований, осуществить их промышленную апробацию.
Методы и объекты исследований. Поставленные задачи решались путем проведения экспериментальных и теоретических исследований. В работе использовались теоретические положения технологии электроннолучевой сварки, метод экспертного оценивания, обработка результатов экспериментов проводилась с использованием методов математической статистики и теории факторного анализа. Подготовка к проведению экспериментальных исследований осуществлялась с использованием положений теории планирования эксперимента.
В данной работе применены современные исследовательские методы. Микроструктура сварных соединений исследовалась с помощью металлографического, растрового электронного микроскопа evo-50 фирмы «Karl Zeiss». Экспериментальные исследования проводились на электроннолучевой установке ЭЛУ-20МК, оснащенной энергетическим блоком ЭЛА- 60/60.
Для подтверждения достоверности полученных результатов применялись методы разрушающего и неразрушающего контроля, методы определения механических свойств сварных соединений при статическом и малоцикловом нагружении, методы металлографического и фрактографического анализа.
Достоверность и обоснованность результатов исследования, научных выводов и рекомендаций подтверждается применением точных аттестованных приборов и методик; хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных результатов; положительными результатами производственных испытаний.
Научная новизна защищаемых в диссертации положений заключается в том, что:
-
-
Установлены закономерности образования зародышей газовых пузырьков, формирующих поры, при электронно-лучевой сварке горизонтальным лучом плит сплава В-1469.
-
Определены закономерности и механизм развития газовых пузырьков при ЭЛС алюминиево-литиевых сплавов за счет поступления в их объем паров летучих компонентов сплава.
-
Установлено, что при ЭЛС горизонтальным лучом с глубоким про- плавлением алюминиево-литиевых сплавов среднее давление на половине глубины парогазового канала соизмеримо с давлением в канале при сварке традиционных алюминиевых сплавов и составляет сотни паскалей (одной величины с металлостатическим давлением и давлением поверхностного натяжения).
-
Обосновано проявление двух механизмов дегазации ванны при ЭЛС алюминиево-литиевых сплавов: традиционного - за счет отрыва, всплытия и перехода пузырька через межфазную границу (поверхность сварочной ванны) и особенно, присущего только ЭЛС - в парогазовый канал.
-
Установлено, что снижение ударной вязкости сварных соединений сплава В-1469 связано с перераспределение легирующих элементов в металле шва и формированием вблизи зоны сплавления тонкой прослойки с содержанием меди 5,75...11,42%.
Практическая значимость работы. На основании полученных результатов исследований разработаны технологические рекомендации ТР- 2008 «Сварка конструктивных элементов из сплава В-1469». Выполнена ЭЛС опытной партии деталей.
Апробация результатов работы. Основные положения работы доложены на Российской научно-практической конференции «Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве», Рыбинск. 20-21 сентября 2007 г.; на Международной конференции «Молодые ученые - промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения», Москва, МГИУ, 19-23 ноября 2007 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, включая 5 работ в журналах, аккредитованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок, 25 таблиц и список литературы из 168 наименований.
Похожие диссертации на Разработка способа электронно-лучевой сварки горизонтальным лучом толстостенных элементов конструкций из сплава В-1469 системы Al-Cu-Li-Mg и исследование свойств сварных соединений
-
