СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ САМОЛЁТА

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ САМОЛЁТА

МЕТОДЫ СВАРКИ

Сварные соединения широко используются в конструкции самолета. Сварка — высокопроизводительный процесс, хорошо поддающийся механизации и автоматизации. В конструкции современных тяжелых самолетов число сварных точек достигает 200000 [3], длина роликовых швов — более 400 м, а длина швов, выполненных различными видами сварки плавлением, превышает 1500 м. Сварка широко применяется при изготовлении сверхзвуковых самолетов, испытывающих большой аэродинамический нагрев и изготавливаемых из сталей и титановых сплавов.

По способу соединения деталей различают сварку плавлением и сварку пластическим деформированием.

При сварке используют электрическую, химическую и механическую энергию.

Сварка плавлением

К сварке плавлением относятся электродуговая, электрошлаковая, газовая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная.

Электродуговая сварка является наиболее распространенной из существующих способов. При этой сварке для местного расплавления свариваемых деталей используют тепловой эффект электрической дуги. Создателями электрической дуговой сварки являются русские инженеры Н.Н. Бенардос и И.Г. Славянов.

Сварку можно вести графитовым (рис. 58, а) или металлическим (рис. 58, б) электродом. В первом случае электрическая дуга возбуждается между угольным (графитовым) элекродом 1 и свариваемыми деталями 4. Под действием температуры дуги кромки деталей 4 оплавляются. Для образования шва используют специальный присадочный пруток 5, конец которого вводят в пламя дуги. Расплавляясь, он переходит в сварочную ванну и вместе с основным металлом образует шов.

При втором способе вместо угольного или графитового используют металлический электрод, который, расплавляясь, служит присадочным материалом. Сварка металлическим электродом получила наибольшее распространение. Для повышения стабильности горения дуги, защиты свариваемых металлов от воздействия атмосферы и удаления нежелательных включений на металлические электроды наносят специальное покрытие (флюсы), называемое обмазкой.

В современном самолетостроении применяют следующие виды сварки плавлением.

Дуговая электросварка (ДЭС) позволяет сваривать детали из сталей, жаропрочных сплавов и технического алюминия. Аппараты для такой сварки можно применять в труднодоступных местах конструкции.

Большой вклад в развитие теории и практики сварки внес академик Е.О. Патон, развивший и широко внедривший в промышленность автоматическую сварку под слоем флюса (ДЭСФА) — прогрессивный

технологический процесс, позволяющий получать швы высокой герметичности и прочности с хорошими механическими свойствами.

Схема установки для автоматической сварки под слоем флюса показана на рис. 59. Все операции процесса выполняются автоматически. В зону сварочной ванночки подается электродная проволока, а из бункера — гранулированный (зернистый) флюс, изолирующий расплавленный металл от окружающей атмосферы и улучшающий химический состав и структуру сварного шва, а также обеспечивающий устойчивое горение дуги.

К электродной проволоке подводится ток, возбуждается электрическая дуга, длина которой поддерживается постоянной; в конце сварки электрическая дуга обрывается, неиспользованный флюс отсасывается. По мере образования шва сварочный агрегат автоматически перемещается вдоль него.

Производительность при автоматической сварке под слоем флюса значительно выше, чем при ручной.

При полуавтоматической сварке под слоем флюса (ДЭСФП) присадочный металл к месту соединения подводится автоматически, а управление дугой или горелкой осуществляется вручную. Этод метод применяется для сварки деталей из сталей или жаропрочных сплавов в тех случаях, когда автоматическую сварку использовать невозможно или нецелесообразно.

Защиту металла шва от окисления и насыщения азотом при дуговой электрической сварке можно обеспечить также созданием газовой завесы. Направленная струя газов вытесняет воздух из дугового промежутка и предохраняет расплавленный металл от непосредственного контакта с ним. В качестве защитных средств при сварке используют газы:

а) восстановительные (водород, окись углерода, природный гад метан и др.);

б) нейтральные (аргон, гелий);

в) окислительные (углекислый газ).

Широкое применение получила аргонодуговая сварка коррозионно-стойких сталей, алюминиевых и магниевых сплавов с неплавящимся вольфрамовым электродом.

Схема установки для автоматической аргонодуговой сварки вольфрамовым неплавящимся электродом с присадочным металлом представлена на рис. 60, полуавтоматической аргонодуговой сварки — на рис. 61, а, ручной — на рис. 61, б.

Электрошлаковая сварка под слоем флюса применяется для соединения деталей и узлов из сталей и титановых сплавов толщиной 30 мм. Сущность процесса заключается в том, что между свариваемыми деталями создают значительный зазор (20...50 мм), в который засыпают слой специального флюса. Через этот слой пропускают ток, который, проходя через флюс и выделяя большое количество теплоты (температура около 2000°С), расплавляет флюс и оплавляет свариваемые части металла. При автоматической электрошлаковой сварке в зазор между свариваемыми деталями вводят флюс и металлический плавящийся электрод. Кромки деталей по бокам зажимаются охлаждаемыми медными стенками. При пропускании тока происходит расплавление флюса, электрода

Рис. 60. Схема установки для аргонодуговой сварки вольфрамовым неплавящимся электродом с присадочным металлом:
1 — вольфрамовый электрод; 2 — струя аргона; 3 — дуга Петрова; 4-сварной шов;
5 — присадочная проволока; б, 7 — свариваемые детали

Рис. 61. Схема установки для аргонодуговой сварки:
а — полуавтоматической: 1 — свариваемые детали; 2 — присадочная проволока; 3 — корпус сварочного аппарата; 6 — ручной: 1 — свариваемые детали; 2 — присадочный металл; 3 — струя аргона; 4 — вольфрамовый электрод; 5 - дуга Петрова; б — сварной шов; 7 — горелка с каналом для аргона

и кромок свариваемых деталей. Жидкий металл, затвердевая постепенно снизу вверх, образует сварной шов.

При атомно-водородной сварке дуга возбуждается между двумя вольфрамовыми электродами (рис.62). Через дугу пропускают молекулярный водород Н2, подаваемый из баллона. Водород при высокой температуре дуги распадается на атомы Н, поглощая при этом большое количество теплоты. Атомарный водород, достигая поверхности деталей и охлаждаясь, вновь переходит в молекулярное состояние, выделяя теплоту, которая расплавляет металл.

Кислородно-ацетиленовую (КАС) или газовую сварку (рис. 63) ведут при помощи сварочной горелки, к которой подводятся кислород и ацетилен. Присадочный металл вводят со стороны в форме прутка. Температура пламени достигает ~ 3000°С.

В самолетостроении кислородно-ацетиленовую сварку применяют для соединения деталей из малоуглеродистых, низколегированных и легированных сталей и сплавов, а также из медных и легких сплавов.

Рис. 64. Схема дуговой плазменной сварки:
1 - плазма; 2 - дуга; 3 - охлаждающая вода; 4 — вольфрамовый электрод; 5 — охлаждаемый токовод; 6 — сопло

Рис. 65. Новые виды сварки:
а - в вакууме фокусируемым пучком электронов: 1 — катод; 2 - фокусирующий электрод; 3 —анод; 4 — магнитная линза; 5 — свариваемые детали; б - ультразвуковая: 1 — отражатель; 2 — свариваемые листы; 3 — акустический концентратор;
4 — поперечный волновод; 5 — магнитострикционный преобразователь

Недостатками КАС являются деформация свариваемой конструкции из-за высокой температуры нагрева и его неравномерности, малая производительность, сложность автоматизации, необходимость применения различных флюсов.

Плазменная сварка. Плазма — ионизированный газ, образующийся при высокой температуре в электрической дуге. Плазменная дуга образуется внутри горелки (рис. 64) между вольфрамовым электродом 4 и соплом 6 небольшого диаметра при прохождении под давлением через сопло аргона или другого газа. Сопло охлаждают водой. При воздействии высокой температуры плазмы расплавляются даже тугоплавкие металлы.

Сверка в вакууме фокусируемым пучком электронов. Для предохранения свариваемых металлов от загрязнения кислородом воздуха используются специальные камеры, заполняемые аргоном или гелием. Вместо применения инертных газов в камере можно создать вакуум (4,9 Па).

В качестве источника нагрева соединяемых деталей используют энергию пучка ускоренных электрическим полем электронов (электронный луч). Металл плавится за счет теплоты, выделяющейся при торможении электронов (рис. 65,а).

Ультразвуковая сварка. Источником энергии при этом методе сварки являются упругие колебания высоких и сверхвысоких частот (свыше 20 000 Гц), которые разрушают окисные пленки в зоне контакта соединяемых деталей и нагревают их до высокой температуры (рис. 65, б).

Ультразвуковые колебания передаются поперечному стержневому волноводу через продольный.

При сварке этим методом до температуры плавления нагревается незначительная часть металла, благодаря этому свойства соединяемых материалов изменяются на небольшом участке. Это позволяет сваривать разнородные материалы различной толщины.

Контактная сварка. В современном производстве самолетов широко распространена контактная электрическая сварка. Объясняется зто тем, что в конструкции летательных аппаратов много деталей из листового материала и профилей различных сечений, хорошо соединяемых при помощи контактной сварки. Контактная сварка производительнее и экономичнее, чем клепка. Наибольшее применение в самолетостроении получили точечная (ТЭС) (рис. 66, в) и роликовая (РЭС) (рис. 66, б), или шовная электросварка.

Детали из конструкционных сталей, жаропрочных, легких и медных сплавов при ТЭС и РЭС соединяются в результате расплавления и последующего затвердевания металла в местах контакта.

Сварку ведут на специальных точечных и роликовых машинах, оснащенных поддерживающими устройствами, на которых устанавливают собираемый узел в требуемом положении.

Технологический процесс сварки конструкций из легких сплавов включает в себя следующие операции: предварительную сборку узла в приспособлении, разборку узла, подготовку поверхностей под сварку (обезжиривание, промывку в холодной воде, травление, промывку и сушку) и окончательную сборку (сварку и контроль качества сварки).

Технологический процесс контактной сварки состоит из следующих операций: подготовки поверхностей деталей под сварку; сборки изделия; прихватки изделия; контроля качества прихватки, сварки, контроля качества сварки; термообработки и правки. Для прихватки, сварки и правки изделий используют приспособления с фиксаторами для установки деталей в заданное положение и зажимами, препятствующими смещению деталей.

содержание .. 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 ..