автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка процесса диффузионной сварки титановых трехслойных панелей с использованием заполнителя с комбинированной микроструктурой

На правах рукописи

□□3450561

БУЛКОВ Алексей Борисович

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ТИТАНОВЫХ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАПОЛНИТЕЛЯ С КОМБИНИРОВАННОЙ МИКРОСТРУКТУРОЙ

Специальность 05.03.06 Технологии и машины сварочного производства

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АВТОРЕФЕРАТ

з о с

Москва 2008

003450561

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Пешков Владимир Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Конкевич Валентин Юрьевич;

кандидат технических наук, доцент Муравьев Иван Иванович

Ведущая организация Воронежское акционерное

самолетостроительное общество (ВАСО) г. Воронеж

Защита состоится 20 ноября 2008г. в 1^-00 на заседании диссертационного совета Д 212.110.05 в «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу: 121552, Москва, ул. Оршанская, 3, ауд. 523, корп.А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского.

Автореферат разослан « » октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.110.05 к.т.н., доцент гГос^'Ъ/Палтиевич А.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При создании корпусных оболочек для авиационной и космической техники широкое применение находят крупногабаритные тонкостенные слоистые конструкции, представляющие сочетание несущих обшивок с заполнителем, которые образуют между собой тавровые соединения. Перспективным процессом для получения таких конструкций является диффузионная сварка. Однако по технологии, когда используется заполнитель с крупнозернистой пластинчатой структурой (обладающей большим сопротивлением высокотемпературной деформации), а обшивки из сплава с глобулярной структурой, в зоне контакта возникает объемное напряженное состояние и развитие деформации ограниченно. Для создания условий, обеспечивающих развитие процесса диффузионной сварки и получение качественного соединения, необходимо, чтобы толщина заготовок заполнителя 53 была примерно в 3 раза меньше толщины несущих обшивок 50. Но при изготовлении таких конструкций из серийно выпускаемых листовых сплавов (толщина которых 5 > 0,3 мм) толщины 53 и б0 бывают соизмеримы, при этом предел прочности образующегося сварного соединения не превышает 50 % прочности основного металла.

Для повышения прочности соединения необходимо либо увеличивать 60 > 36,, но это влечет за собой увеличение массы конструкции; либо уменьшать 53, но для этого необходимо использовать специальную титановую фольгу, которая серийно не выпускается и имеет стоимость более чем на порядок превосходящую стоимость листового проката.

Недостатком существующей технологии является снижение циклической прочности несущих обшивок за счет их утонения и возникновения концентраторов напряжений в зоне вдавливания вертикальной стенки в горизонтальную.

Повышение качества диффузионного соединения несущих обшивок с заполнителем может быть достигнуто использованием заполнителя с комбинированной микроструктурой, имеющего глобулярную структуру по его торцам и крупнозернистую пластинчатую - в остальном объеме заполнителя. Наличие в зоне контакта участков с глобулярной структурой должно интенсифицировать процесс образования соединения, а присутствие крупнозернистой пластинчатой — обеспечить повышение сопротивления высокотемпературной деформации заполнителя и, как следствие этого, развитие деформации в зоне контакта, отсутствие утонения обшивок и повышение прочности соединения.

Интенсификация процесса сварки и повышение качества соединения при использовании заполнителя с комбинированной микроструктурой будет достигаться при определенных размерах зон с глобулярной структурой

по торцу заполнителя, однако вопрос о величине этой зоны, ее высокотемпературных свойствах и способах получения остается открытым.

В связи с вышесказанным представляется актуальным совершенствование процесса изготовления диффузионно-сварных титановых конструкций из листовых сплавов.

Работа выполнена в рамках научного направления ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».

Цель работы. Разработка технологии процесса диффузионной сварки титановых трехслойных конструкций с использованием сотового заполнителя из материала с комбинированной микроструктурой, обеспечивающего повышение служебных характеристик изделия.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ процесса развития высокотемпературной деформации в зоне контакта при диффузионной сварке титановых тонкостенных конструкций таврового типа с учетом соотношения толщин свариваемых заготовок и их исходной микроструктуры.

2. Обосновать возможность и определить параметры электронного луча для получения локальной термической обработкой титановых полосовых заготовок сотового заполнителя с комбинированной микроструктурой заданных размеров.

3. Исследовать влияние технологических параметров диффузионной сварки и микроструктурного состояния свариваемых заготовок на кинетику развития процесса формирования сварного соединения и его механические свойства.

4. На основании результатов проведенных исследований разработать технологический процесс диффузионной сварки трехслойных конструкций с сотовым заполнителем.

Научная новизна.

1. Компьютерным моделированием напряженно-деформированного состояния деталей в зоне контакта в процессе вдавливания заполнителя в обшивку в условиях диффузионной сварки установлено, что под поверхностью заполнителя формируется «заторможенная» зона, находящаяся в состоянии всестороннего сжатия; для развития сварки и локализации деформации конструкции в зоне контакта необходимо использовать заполнитель с комбинированной микроструктурой, при этом высота участка с глобулярной структурой у заполнителя должна составлять не менее его толщины.

2. Получены аналитические зависимости для расчета температурных полей в полосе металла от действия поверхностного нормально-полосового

источника с учетом ограниченности размеров полосы по ширине и толщине. Предложен способ расчета температурных полей в полосе для случая распределения мощности электронного луча по пятну нагрева сложной формы.

3. Установлены кинетические закономерности развития физического контакта при диффузионной сварке сплава ОТ4 с учетом исходного микроструктурного состояния свариваемых заготовок; получены зависимости, отражающие взаимосвязь между прочностью диффузионного соединения, степенью развития физического контакта и технологическими параметрами процесса.

Практическая значимость. Результаты выполненных исследований послужили основой для разработки на примере сплава ОТ4 новой технологии диффузионной сварки трехслойных конструкций с сотовым заполнителем из серийно выпускаемых листовых титановых сплавов.

Определены размеры необходимой ширины зоны с глобулярной равноосной структурой по торцам заполнителя, обеспечивающей интенсификацию процесса диффузионной сварки.

Предложено аналитическое выражение для определения мощности электронного луча, обеспечивающей температурное поле с требуемой шириной зоны нагрева полосы. Получена зависимость для определения длины участка обрабатываемой полосы с неустановившимся тепловым режимом.

Построены номограммы, позволяющие оценивать кинетику развития физического контакта и технологические параметры процесса диффузионной сварки сплава ОТ4 с учетом исходной микроструктуры свариваемых заготовок.

Определены режимы сварки, обеспечивающие требуемую прочность сотовых панелей при допустимой величине их остаточной деформации.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается высоким уровнем совпадения экспериментальных данных и теоретических расчетов, систематическим характером экспериментальных исследований, использованием методов математической статистики и планирования экспериментов при их постановке и обработке результатов, а также практическим использованием полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве» (Москва, МАТИ, 2003), Всероссийской с международным участием научно-технической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения Н.Г. Славянова (Пермь, 2004), XI Российской научно-технической конференции «Материалы и упрочняющие техноло-

гии» (Курск, 2004), Международной конференции специалистов сварщиков (Запорожье, Украина, 2004); ежегодных научно-технических конференциях ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» (2003-2008); научных семинарах кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, автором сформулированы идеи и постановка задач исследований [3,4,6], проведены эксперименты [4-8,10,11], построены модели и выполнен их анализ [9,12,13], обработка результатов и теоретическое обобщение [3-13]. На разработанный контейнер для диффузионной сварки тонкостенных титановых конструкций получен патент [15].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложений, списка литературы го 109 наименований и 1 приложения. Основная часть работы изложена на 147 страницах, содержит 70 рисунков, 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическое значение полученных результатов.

В первой главе рассмотрены сравнительные характеристики различных способов изготовления титановых сотовых тонкостенных конструкций. Делается вывод, что наиболее перспективным методом изготовления титановых сотовых пакетов является диффузионная сварка.

Однако использование этого процесса связано с поиском путей, обеспечивающих получение диффузионного соединения с минимальной деформацией свариваемых заготовок.

Одним из путей получения качественного диффузионно-сварного соединения заготовок с величиной деформации в допустимых пределах является применение структурно-неоднородного заполнителя, у которого по его торцам расположены участки с глобулярной структурой, а в остальном объеме будет крупнозернистая пластинчатая. При этом значительное сопротивление высокотемпературной деформации зоны с пластинчатой микроструктурой обеспечит минимальную величину деформации сотоблока, а низкое сопротивление высокотемпературной деформации участка с мелкозернистой структурой - интенсификацию процесса формирования диффузионного соединения.

Интенсификация процесса сварки и повышение качества соединения при использовании заполнителя с комбинированной микроструктурой будет достигаться при определенных размерах зон с глобулярной структурой по торцу заполнителя, однако вопрос о величине этой зоны, ее высокотемпературных свойствах и способах получения остается открытым.

Решение этой задачи должно основываться на установлении закономерностей влияния геометрических размеров зон с различной структурой на их деформационную способность и свариваемость.

На основании анализа литературы можно сделать вывод, что необходимо рассмотреть вопросы:

• влияние ползучести на изменение НДС при диффузионной сварке;

• влияние мелкозернистой прокладки с высокой скоростью ползучести между соединяемыми деталями, материал которых имеет низкую скорость ползучести, на характер распределения напряжений в зоне соединения заготовок.

Сравнение методов решения позволяет говорить о том, что наиболее предпочтительным способом численной реализации данной задачи являются не прямые аналитические методы, а методы приближённого решения, одним из которых является метод конечных элементов. Подобный подход позволяет получать достаточно точные решения контактных задач. Подобная постановка задачи будет в большей степени отвечать реальным условиям и характеризоваться достаточной точностью.

Одним из способов получения структурно-неоднородного заполнителя является электронно-лучевой отжиг ленты. Использование электронного луча в качестве инструмента для термообработки полос из титановых сплавов весьма перспективно в связи с возможностями получения пятен нагрева различной формы за счет изменения фокусировки и колебаний луча по различным траекториям в широком диапазоне амплитуд.

Для определения температурного поля в полосе и выбора технологических параметров электронно-лучевой термообработки возможно использовать аналитические и численные методы, однако требуется составить аналитические выражения расчета температурного поля от поверхностного распределенного источника с учетом ограниченности ленты по ширине и разработать методику анализа тепловых процессов методом конечных элементов с учетом нелинейных свойств материала и коэффициента теплоотдачи с поверхности.

На основе анализа литературных данных были сформулированы проблемы и нерешённые вопросы, связанные с процессами изготовления и качеством диффузионно-сварных соединений сотовых конструкций из титановых сплавов, и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены деформационные процессы в зоне контакта заполнителя обшивкой.

При диффузионной сварке титановых тонкостенных слоистых конструкций с сотовым заполнителем образование соединения таврового типа происходит в процессе деформации металла в зоне соединения, сопровождаемой "вдавливанием" заполнителя в несущие обшивки. О развитии деформации, характеризуемой глубиной вдавливания заполнителя в обшивку, можно судить по профилограммам, снятым с поверхности обшивок (после механических испытаний соединения), с помощью профилографа -профилометра. Величина вдавливания в зависимости от технологических параметров режима сварки и соотношения толщин листов несущих обшивок и заполнителя может достигать 10... 15% от толщины обшивки.

Исследование процесса развития деформаций в контактной зоне проведено с помощью математического моделирования методом конечных элементов. Задача моделирования заключается в определении напряженно-деформированного состояния в объемах свариваемых заготовок, прилежащих к свариваемым поверхностям. При этом необходимо установить влияние микроструктуры заполнителя и обшивки и их относительной толщины на процесс развития деформаций и распределение напряжений.

На первом этапе рассматривали напряженно-деформированное состояние обшивки, предполагая заполнитель абсолютно жестким. Результаты моделирования позволяют выделить в приконтактной области обшивки четыре зоны, характеризуемые направлением и величиной перемещений материала. В первой, находящейся непосредственно под заполнителем, материал находится в состоянии всестороннего сжатия и перемещается вертикально вниз; по мере увеличения глубины вдавливания его скорость уменьшается. Во второй, окружающей зону контакта обшивки с технологическим листом, материал практически неподвижен и также наблюдается всестороннее сжатие, обусловленное силой трения по обшивке. С развитием процесса вдавливания трение заметно увеличивается. При использовании относительно тонкой обшивки контакт в процессе сварки сохраняется на более узком участке, как следствие, сила трения в стыке, препятствующая выдавливанию материала из под заполнителя, значительно выше. Этот эффект может служить объяснением пониженной деформационной способности тонкой обшивки.

В качестве третьей зоны можно выделить участок обшивки под краем заполнителя, где локализуется пластическая деформация обшивки и приповерхностный слой справа от него. Материал в этой области затягивается вместе с заполнителем вниз под действием силы трения. Неравномерное распределение растягивающих напряжений по толщине листа создает изгибающий момент, отрывающий участки обшивки, удаленные от кон-

тактной зоны, от технологического листа. Это приводит к образованию прогибов на неподкрепленных участках и к развитию процесса схватывания между несущими обшивками и технологическим листом.

Четвертая зона расположена в средней части обшивки по высоте и правее оси симметрии модели. Для нее характерно значительное вертикальное и горизонтальное перемещение металла. Наличие таких перемещений объясняется вытеснением материала, расположенного между зонами 1 и 2, по мере развития процесса вдавливания. Направление перемещения зависит от толщины обшивки. В "тонкой" обшивке основное направление движения горизонтальное - перпендикулярно движению заполнителя, в "толстой" - движение материала направлено преимущественно вниз.

Сравнение результатов расчета для обшивок разной толщины показывает, что в случае 50«53 вертикальное перемещение металла, характерное для четвертой зоны обшивки, толщиной 1 мм практически отсутствует. Очаг деформации (зона 1) быстро распространяется на всю глубину деформируемой детали, упираясь в зону 2. Сопротивление горизонтальному перемещению металла в зоне 2 возрастает за счет увеличения силы трения при отрыве периферийных участков обшивки от технологических листов. Движение металла возможно только в горизонтальном направлении с преодолением значительного сопротивления, окружающего зону деформации материала.

Для исследования влияния микроструктуры свариваемых заготовок на развитие процесса сварки и качество диффузионного соединения выполнены расчеты моделей с различными сочетаниями толщин и структур (рис. 1).

крупнозернистая пластинчатая структура

пелкозернистая

глобулярная структура

крупнозернистая пластинчатая структура

0,30 мм

0.30 мм

"X'

3 [

пелкозернистая глобулярная структура

н

Рис. 1. Геометрические схемы задач

III

Сопоставляя результаты моделирования с данными экспериментального исследования прочности диффузионного соединения, можно сделать выводы о влиянии относительной толщины обшивки и сочетания структур свариваемых материалов на качество диффузионного соединения.

Установлено, что оптимальным сочетанием являются глобулярные мелкозернистые заполнитель и обшивка, рассчитанные во втором варианте модели. Высокая скорость ползучести материала обеспечивает большие деформации обоих тел в зоне соединения и, следовательно, высокую сте-

пень активации поверхностей даже в условиях затрудненной продольной деформации обшивки при ее относительно малой толщине. Это объясняется развитием поперечной деформации в процессе сварки.

В первом варианте эквивалентные деформации заполнителя и обшивки различаются в несколько десятков раз. Т.к. эксперименты показывают высокое качество соединения, можно сделать вывод, что необходимое для сварки образование физического контакта при смятии микровыступов и активация поверхностей обеспечиваются за счет деформации обшивки при величине эквивалентных деформаций ее материала в зоне стыка на уровне 8... 10%.

Для третьего варианта соединения, не обеспечивающего приемлемого качества сварки, характерно отсутствие деформации заполнителя и эквивалентные деформации материала на поверхности обшивки на уровне менее 3%. На основании результатов экспериментов можно заключить, что такие деформации материала обшивки не обеспечивают требуемой площади физического контакта и уровня активации поверхностей соединяемых деталей.

Оптимальный диапазон изменения высоты зоны с мелкозернистой структурой определялся из условия устойчивости заполнителя в процессе сварки и отсутствия контактного упрочнения. Испытаниями на модельных образцах установлено, что напряжение потери устойчивости линейно зависит от высоты зоны с мелкозернистой структурой, высота этой зоны может быть принята равной пяти толщинам заполнителя. Минимальная высота мелкозернистой зоны, обеспечивающая ее деформацию без контактного упрочнения, приблизительно равна толщине стенки заполнителя.

В третьей главе обосновано применение электронно-лучевой термообработки полосовых заготовок сотовых заполнителей.

Для получения в обрабатываемой полосе зоны необходимых размеров, нагретой до температуры фазового перехода, была выбрана термообработка электронным лучом. Ее преимуществами являются высокое качество защиты нагретого металла от взаимодействия с окружающей средой, возможность проводить термообработку с высокой скоростью и получать пятно нагрева практически любой формы.

Рассматривались варианты нагрева расфокусированным статическим лучом, лучом с колебаниями треугольной формы и лучом с пятном эллипсоидальной формы. Предварительный анализ показал, что термообработка статическим лучом возможна при ширине ленты не более 10... 15 мм. Для получения пятна нагрева сложной формы необходимо специальное оборудование, поэтому в дальнейшем рассматривался нагрев расфокусированным лучом с пилообразными поперечными колебаниями.

г

Малая толщина полосы и значительная площадь пятна нагрева до высоких температур обусловливают существенные потери теплоты излучением. Выполненные расчеты показали, что величина потерь составляет 5...20 % при скоростях движения источника 15... 100 м/ч. Это необходимо учитывать соответствующим снижением мощности источника в расчетах.

Как показали эксперименты, существует неравномерность прогрева по толщине при нагреве расфокусированным электронным лучом, поэтому в качестве исходной схемы выбран плоский слой с поверхностным точечным источником теплоты. С учетом нагрева колеблющимся лучом принимаем, что теплота выделяется на линии длиной /. Суммируя тепловыделение от бесконечно большого числа источников на линии, получим уравнение (1) для температурного поля от полосового нормально-распределенного источника на поверхности бесконечного тела толщиной 5.

д

2 ш

dy

Поскольку с точки зрения производительности процесса термообработки целесообразно использовать высокую скорость движения ленты, то расчет температурного поля можно (целесобразно) проводить по схеме бы-стродвижущегося источника, полагая и—♦«>, q—юо, q/u = qп = const. Процесс распространения теплоты вдоль оси движения для этой схемы можно не принимать во внимание, а рассматривать только тепловые потоки вдоль осей у и z. Это приводит к упрощению расчетного выражения до вида (2).

т, л 1 г, л^х г(У + 0-5'р] ,(У-°'51р

(2)

Для учета ограниченности полосы по ширине используем метод отражения, предполагающий, что потерями тепла с торцевых поверхностях можно пренебречь. Расчетное выражение для быстродвижущегося источника в этом случае будет иметь вид (3).

а 4п (у + 0,5М (у-0,51Л

/>- + 0.5/+ Ь~) ,(>-0,5/ +Ь\ />+0,5/ -ЬЛ (у-0,51

Результаты расчета максимальных температур для нескольких точек с разным удалением от оси ленты приведены в таблице. Сравнение с экспериментальными данными показывает, что точность определения температуры является приемлемой.

Для удобства практического использования полученных результатов построена зависимость мощности электронного луча, обеспечивающей на-

грев зоны заданной ширины до температуры Та_,р, от скорости при заданной ширине ленты.

Результаты экспериментального и расчетного определения температур

Скорость источника теплоты, м/ч Расстояние точки от плоскости симметрии полосы, мм

10 12,5 15

расчет эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент

30 - 1032 948 926 865 882

100 - 1058 912 938 814 825

На участке ленты, с которого начинается термообработка, тепловое поле имеет размеры меньше расчетных. Сотовая панель, в которой полоса используется в качестве заполнителя, будет иметь участки, где высокотемпературные деформации в процессе диффузионной сварки могут достичь недопустимых величин и привести к отбраковке изделия. В связи с этим определена длина таких участков на основе коэффициента теплонасыще-ния, предложенного H.H. Рыкалиным. По найденному времени построены зависимости длины участков ленты от скорости обработки.

В четвертой главе обоснован выбор режима диффузионной сварки заполнителя с несущими обшивками, обеспечивающий прочность соединения при испытаниях на отрыв а>0,9ав (где ак - предел прочности свариваемого сплава), при допустимой деформации сотового заполнителя е < 1,0... 1,5%.

Известно, что процессом, лимитирующим образование диффузионного соединения при сварке титана и его сплавов, является стадия развития физического контакта, поэтому проведены исследования влияния технологических параметров: температуры, давления, времени сварки и исходного микроструктурного состояния свариваемого сплава (рис. 2) на кинетику развития контакта.

Рис. 2. Варианты сочетания микроструктур свариваемых образцов (1 - глобулярная мелкозернистая, 2 - крупнозернистая пластинчатая)

Поскольку относительная площадь физического контакта, образующегося в условиях диффузионной сварки, стремится к 1, то выражение, описывающее кинетику этого процесса, можно представить в виде:

Ёк = 1 - ехр(-1/а), (4)

где а = к- р" ■ ехр{Е1ЯТ) - постоянная, имеющая размерность времени, являющаяся функцией температуры и приложенного сжимающего давления.

Установлено, что для первого варианта сочетания микроструктур эффективная активации процесса, контролирующего развитие физического контакта, составляет 221 кДж/моль. Найденное значение Е достаточно близко к значению энергии активации высокотемпературной ползучести сплава ОТ4 с исходной глобулярной микроструктурой. Это дает основание считать, что развитие физического контакта в I варианте сочетания микроструктур образцов контролировалось высокотемпературной ползучестью.

Для II варианта развитие физического контакта, как и в первом случае, носит затухающий характер, но происходит значительно медленнее.

Эффективная энергия активации процесса, контролирующего развитие физического контакта, хотя несколько возрастает по сравнению с первым случаем и составляет 257 кДж/моль, но остается достаточно близкой к энергии активации ползучести сплава ОТ4 с исходной глобулярной микроструктурой. Это дает основание считать, что развитие физического контакта при II варианте сочетания микроструктур (по крайней мере при ^ < 0,6) происходит в результате деформации в зоне контакта сплава, имеющего глобулярную микроструктуру, т.е. в результате "вдавливания" (а не "смятия") микровыступов от механической обработки на образцах с крупнозернистой пластинчатой микроструктурой в поверхность образцов с глобулярной структурой.

Обработка экспериментальных данных для III варианта образцов показала, что эффективная энергия активации процесса, контролирующего развитие физического контакта уменьшается по мере увеличения толщины слоя с мелкозернистой структурой и при его толщине равной диаметру образцов становится близкой к энергии активации ползучести сплава ОТ4 с исходной глобулярной микроструктурой.

Наблюдаемая зависимость скорости развития физического контакта от толщины слоя с мелкозернистой глобулярной структурой объясняется тем, что слой материала с крупнозернистой пластинчатой структурой оказывает сдерживающее действие, замедляя пластическую деформацию при-контактного слоя. Эффект контактного упрочнения материала с мелкозернистой равноосной структурой может быть охарактеризован коэффициентом

Ку=ё(Ёь)„/Б(Ё*)си. (5)

Результаты расчетов показывают, что эффект контактного упрочнения изменяется от 6,60 для И = 0,3 мм до 1,02 для И - 10 мм, т.е. контактное упрочнение практически перестает влиять на скорость развития физического контакта при высоте слоя с мелкозернистой структурой примерно равной диаметру образцов, эта же зависимость сохраняется и для температуры 950 °С.

Полученные количественные характеристики кинетики образования физического контакта позволяют решить практически важные задачи: выбрать технологические параметры режима диффузионной сварки и оценить деформацию свариваемых заготовок, сопутствующую сварке.

Поскольку накопленная деформация соединяемых заготовок при изготовлении прецизионных тонкостенных конструкций диффузионной сваркой является одним из показателей качества, проанализировано влияние параметров режима сварки на развитие деформации, сопутствующей образованию физического контакта. Расчеты выполнялись по формуле:

Результаты расчетов показывают, что с повышением температуры от 850 до 950 °С и увеличением давления от 0,5 до 2,0 МПа время, необходимое для развития физического контакта, уменьшается.

Установлено, что значимым фактором, влияющим на развитие физического контакта, является исходная микроструктура образцов. Так, если при I варианте сочетания структур для формирования Fk = 0,6 при температуре 950 °С и давлении 2,0 МПа требуется приблизительно 600 с, то для II варианта сочетания структур при тех же значениях Fk, Тир требуется время порядка 5000 с, т.е. почти на порядок больше. Поэтому из экономических соображений целесообразно использовать I вариант сочетания структур в свариваемых заготовках.

Для образцов с комбинированной структурой, части которых имеют различную скорость ползучести, зависимость (6) будет иметь вид:

Из анализа полученных зависимостей е = (р{ следует, что наибольшая деформация, сопутствующая развитию физического контакта, наблюдается при сварке образцов с I вариантом сочетания микроструктур. При этом даже для развития /> до 0,8 требуется деформация ~7%, в то время как по техническим условиям для прецизионных сотовых конструкций допустимая деформация, как правило, не должна превышать 1,5%. Существенно уменьшить деформацию, требуемую для развития процесса сварки, можно применением свариваемых заготовок с комбинированной микроструктурой.

e = sn-i(p,T,Fl).

(6)

(7)

Для оценки качества диффузионного соединения проведены испытания на статическое растяжение. Анализ экспериментальных данных показал, что зависимость относительной прочности от относительной площади сварного соединения может быть аппроксимирована выражением вида

а. = к-Ъя- (8)

Результаты расчетов по формуле (8) показывают, что прочность сварного соединения стыковых образцов с комбинированной микроструктурой на уровне основного металла при испытаниях на статический разрыв достигается, например, при выдержке под давлением 2 МПа и температуре 950 °С в течение 900 с, но величина относительной деформации, сопутствующая сварке, будет более 0,03^(3%).

Из зависимостей е = (2>( ^)_видно, что значительный рост величины деформации е происходит при > 0,6...0,8, поэтому для уменьшения е целесообразно применение двухэтапной схемы диффузионной сварки: на первом этапе прикладывается сварочное давление, обеспечивающее развитие площади контакта до величины 0,6...0,8 в процессе деформации, а далее проводится выдержка свариваемой конструкции без давления, в процессе которой развитие контакта происходит по механизму спекания.

Из анализа вышеприведенных результатов следует, что для образцов из сплава ОТ4 с исходной глобулярной микроструктурой в зоне контакта, при 950 °С и давлении 1,5...2 МПа для развития Г = 0,8 требуется порядка 15...20 мин. Величина деформации в зоне контакта составит ~ 7 %, а деформация всей конструкции (заполнителя) по высоте не превышает 0,3 %. Поэтому этот режим сварки был принят за базовый для первого этапа, а параметры второго этапа определялись экспериментально.

Уточнение режима сварки проводилось на образцах, имитирующих элемент сотовой панели размером 130x85x20 мм, которые подвергали гид-роопрессовке. Заполнитель имел комбинированную микроструктуру, полученную предварительной термической обработкой. В качестве базового выбран режим сварки: I этап - Т= 950 °С, р=2 МПа, I = 20 мин; II этап - Т = 950 °С,р = 0,1- 60 мин.

Результаты испытаний заполнителя с комбинированной микроструктурой при диффузионной сварке сотовых панелей из сплава ОТ4 при испытаниях на отрыв и изгиб показали, что разрушение сварных соединений при отрыве происходит по заполнителю при давлении опрессовки 20...22 МПа, напряжение, при котором обшивки теряют устойчивость при изгибе, составляет 700...720 МПа. Таким образом, результаты испытаний трехслойных панелей с сотовым заполнителем свидетельствуют, что диффузионная сварка обеспечивает высокое качество соединения заполнителя с несущими обшивками, при этом величина деформации (осадки) конструкции не превышала 0,3 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных иссле--дований явился научной основой для разработки технологии процесса диффузионной сварки трехслойных тонкостенных конструкций с сотовым заполнителем из сплава ОТ4.

1. Сформулирован и обоснован технологический процесс изготовления диффузионной сваркой титановых слоистых конструкций из серийно выпускаемых тонколистовых сплавов (5 = 0,3.. 0,5 мм), в основу которого положено использование сотового заполнителя, имеющего комбинированную микроструктуру (мелкозернистую глобулярную в зоне свариваемых поверхностей и крупнозернистую пластинчатую в остальном объеме), что обеспечивает высокое качество соединения и снижение себестоимости изделия.

2. Рассмотрено влияние относительной толщины обшивки на процесс вдавливания заполнителя при сварке. Установлено, что при толщине обшивки менее трех толщин заполнителя в ее объеме создается неблагоприятное для развития деформационных процессов напряженно-деформированное состояние, обусловленное наличием силы трения на поверхности контакта с технологическими листами.

3. Определен диапазон изменения ширины зоны с глобулярной равноосной структурой, позволяющий локализовать деформацию в зоне контакта без существенного снижения напряжения потери устойчивости заполнителя в целом. Показано, что напряжение потери устойчивости заполнителя в процессе ползучести прямо пропорционально ширине зоны с крупнозернистой пластинчатой структурой.

4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что фактором, влияющим на развитие, характер и величину деформации свариваемых заготовок таврового соединения, является исходная микроструктура заготовок и соотношение их толщин.

5. Предложено и обосновано поверхностный нагрев для получения полосовых заготовок заполнителя с комбинированной микроструктурой производить распределенным по некоторой площади (расфокусированным) источником тепла с использованием колебаний электронного луча.

6. Получены аналитические выражения и номограммы для определения мощности электронного луча, обеспечивающей температурное поле с требуемой шириной зоны нагрева полосы, времени наступления теплона-сыщения обрабатываемой полосы и протяженности участка с неустановившимся тепловым режимом.

7. Статистической обработкой результатов экспериментальных исследований получены эмпирические выражения, позволяющие оценивать

' кинетику развития физического контакта и технологические параметры ' процесса диффузионной сварки сплава ОТ4 с учетом исходной микроструктуры свариваемых заготовок.

8. Путем интерполяционного анализа экспериментальных данных по совместному влиянию технологических параметров процесса сварки на качество диффузионного соединения определены режимы сварки, обеспечивающие требуемую прочность сотовых панелей при допустимой величине их остаточной деформации.

9. На основании теоретического анализа и экспериментальных исследований разработан технологический процесс диффузионной сварки сотового заполнителя (83=0,3 мм; d3=30 мм) с несущими обшивками (5о=0,5 мм) из сплава ОТ4, который предусматривает предварительную термообработку полосовых заготовок электронным лучом и диффузионную сварку при 950 °С в два этапа: на первом сжимающее давление р = апу, на втором - давление уменьшается до нуля.

Разработанный процесс получил диплом на VII Московском Международном салоне инноваций и инвестиций (2007 г.) и золотую медаль на Воронежском промышленном форуме - конкурсе инновационных проектов (2008 г.).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Оптимизация микроструктуры заполнителя титановых диффузионно-сварных тонкостенных слоистых конструкций / В.В. Пешков, А.Б. Булков, A.A. Батищев, A.B. Башкатов, В.Р. Петренко // Сварочное производство. 2004. № 9. С. 18-22.

Книги:

2. Булков А.Б., Корчагин И.Б. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования: учеб. пособие. Воронеж: ВГТУ, 2008. 180 с.

3. Булков А.Б., Корчагин И.Б. Напряжения и деформации при сварке: учеб. пособие. Воронеж: ВГТУ, 2007. 119 с.

Статьи и материалы конференций:

4. Подоприхин М.Н., Булков А.Б. Диффузионная сварка тонкостенных титановых конструкций // Прогрессивные технологии в сварочном производстве: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1998. С. 65-68.

5. Пешков В.В., Булков А.Б. Уменьшение деформаций элементов теплообменников при диффузионной сварке // Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике: регион, сб. науч. тр. Воронеж, ВГТУ, 2000. С. 132-137.

6. Пешков В.В., Булков А.Б., Башкатов А.В. Оптимизация микроструктуры заготовок сотового заполнителя для диффузионной сварки панелей // Повышение эффективности сварочного производства: материалы науч.-техн. конф. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 45-48.

7. Пешков В.В., Булков А.Б. Обоснование технологического варианта получения трехслойных панелей диффузионной сваркой // Повышение эффективности сварочного производства: материалы науч.-техн. конф. Воронеж, 2003. С. 72-76.

8. Пешков В.В., Булков А.Б. Повышение устойчивости элементов тонкостенных конструкций при диффузионной сварке // Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве: Всерос. науч.-техн. конф. М.: МАТИ, 2003. С.68-72.

9. Пешков В.В., Булков А.Б. Оптимизация микроструктуры заготовок сотового заполнителя для диффузионной сварки сотовых панелей // Всероссийская с международным участием науч.-техн. конф., посвященная 150-летию со дня рождения Н.Г.Славянова. Пермь: ПГТУ, 2004. Т.1. С. 147-150.

10. Пешков В.В., Булков А.Б. Моделирование образования твердофазного соединения заполнителя с обшивкой при диффузионной сварке сотовых панелей // Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2004. С. 166-173.

11. Петренко В.Р., Пешков В.В., Булков А.Б. Уменьшение деформации трехслойных панелей с сотовым заполнителем при диффузионной сварке // Науковий журнал «Hoei матер1али i технологи в металургн та ма-шинобудуванш», 2004. № 1. ЗНТУ. С. 138-139.

12. Peshkov V.V., Bulkov А.В., Batischev А.А, Bashkatov A.V., Petrenko V.R. Optimisation of the microstructure of filler for titanium diffusion-welded thin-wall laminated structures // Welding International, 2005, Volume 19, Number 2, England, p. 150-151.

13. Булков А.Б., Корчагин И.Б. Расчет температурного поля в ленте при ТО II Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2007. С. 141-148.

14. Булков А.Б., Корчагин И.Б. Численное моделирование деформационных задач при диффузионной сварке теплообменников // Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2007. С. 77-82.

Авторские свидетельства, патенты:

15. Пат. №44574, RU, МПК В 23 К 20/26. Контейнер для диффузионной сварки тонкостенных титановых конструкций / А.Б. Булков, J1.B. Усачева, В.Ф. Селиванов, В.В. Пешков, В.Ю. Полевин (РФ); Воронеж, гос. техн. ун-т (РФ). 2004113490/22; Заявлено 05.05.2004; Опубл. 27.03.2005, Бюл., 2005. №9. /• Ц

Подписано в печать 10.10.2008. Формат 60 х 84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 85 экз. Заказ

ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026, Воронеж, Московский просп.,14

Введение

1. Анализ процесса изготовления титановых тонкостенных слоистых 9 конструкций

1.1. Схема процесса диффузионной сварки титановых тонкостенных 9 слоистых конструкций

1.2. Образование соединения при диффузионной сварке 13 1.3 Микроструктура титановых сплавов и ее влияние на высокотемпературную ползучесть

1.4. Развитие деформации металла в зоне контакта

1.5. Анализ способов получения заготовок с равноосной мелкозернистой структурой в приповерхностном зоне

1.6. Расчет тепловых полей при термообработке колеблющимся электронным пучком

1.7. Цель и задачи исследования

2. Анализ процесса деформации металла в зоне контакта при диффузионной сварке конструкций таврового типа

2.1. Методика анализа процесса деформации

2.2. Результаты расчетного эксперимента

2.3. Исследование влияния структуры свариваемых деталей на напряженно-деформированное состояние в зоне контакта

2.4. Анализ влияния толщины мелкозернистой зоны на ее деформацию в процессе диффузионной сварки

2.5. Выводы и результаты по главе

3. Теоретическое обоснование электронно-лучевой термообработки полосовых заготовок сотовых заполнителей

3.1. Выбор схемы нагрева и оценка влияния тепловых потерь на температурное поле нагреваемой полосы

3.2. Расчет температурного поля в ленте

3.3. Расчет параметров режима термообработки, обеспечивающих необходимую ширину зоны нагрева

3.4. Определение момента наступления квазистационарного состояния и длины участка с неустановившимся тепловым режимом

3.5. Анализ тепловых процессов методом конечных элементов

3.6. Об использовании теплоотводящих устройств при обработке полосовых заготовок

3.7. Выводы и результаты по главе 3 100 4. Разработка технологии процесса диффузионной сварки трехслойных конструкций с сотовым заполнителем с комбинированной микроструктурой

4.1. Выбор режима диффузионной сварки

4.1.1. Кинетика развития физического контакта

4.1.2. Деформация свариваемых заготовок, сопутствующая развитию физического контакта

4.1.3. Влияние параметров режима диффузионной сварки на прочность диффузионного соединения

4.1.4. Выбор технологических параметров двухэтапного процесса диффузионной сварки сплава ОТ

4.2. Механические свойства сотовых конструкций, полученных диффузионной сваркой

4.3. Выводы и результаты по главе 4 131 Основные выводы и результаты работы 133 Литература 135 Приложения

Актуальность темы. При создании корпусных оболочек для авиационной и космической техники широкое применение находят крупногабаритные тонкостенные слоистые конструкции, представляющие сочетание несущих обшивок с заполнителем, которые образуют между собой тавровые соединения. Перспективным процессом для получения таких конструкций является диффузионная сварка. Однако по технологии, когда используется заполнитель с крупнозернистой пластинчатой структурой (обладающей большим сопротивлением высокотемпературной деформации), а обшивки из сплава с глобулярной структурой, в зоне контакта возникает объемное напряженное состояние и развитие деформации ограниченно. Для создания условий, обеспечивающих развитие процесса диффузионной сварки и получение качественного соединения, необходимо, чтобы толщина заготовок заполнителя 83 была примерно в 3 раза меньше толщины несущих обшивок З^. Но при изготовлении таких конструкций из серийно выпускаемых листовых сплавов (толщина которых 8 > 0,3 мм) толщины 83 и 8о бывают соизмеримы, при этом предел прочности образующегося сварного соединения не превышает 50 % прочности основного металла.

Для повышения прочности соединения необходимо либо увеличивать 8о > 3 83 , но это влечет за собой увеличение массы конструкции; либо уменьшать 83, но для этого необходимо использовать специальную титановую фольгу, которая серийно не выпускается и имеет стоимость более чем на порядок превосходящую стоимость листового проката.

Недостатком существующей технологии является снижение циклической прочности несущих обшивок за счет их утонения и возникновения концентраторов напряжений в зоне вдавливания вертикальной стенки в горизонтальную.

Повышение качества диффузионного соединения несущих обшивок с заполнителем может быть достигнуто использованием заполнителя с комбинированной микроструктурой, имеющего глобулярную структуру по его торцам и крупнозернистую пластинчатую — в остальном объеме заполнителя. Наличие в зоне контакта участков с глобулярной структурой должно интенсифицировать процесс образования соединения, а присутствие крупнозернистой пластинчатой - обеспечить повышение сопротивления высокотемпературной деформации заполнителя и, как следствие этого, развитие деформации в зоне контакта, отсутствие утонения обшивок и повышение прочности соединения.

Интенсификация процесса сварки и повышение качества соединения при использовании заполнителя с комбинированной микроструктурой будет достигаться при определенных размерах зон с глобулярной структурой по торцу заполнителя, однако вопрос о величине этой зоны, ее высокотемпературных свойствах и способах получения остается открытым.

В связи с вышесказанным представляется актуальным совершенствование процесса изготовления диффузионно-сварных титановых конструкций из листовых сплавов.

Работа выполнена в рамках научного направления ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».

Цель работы. Разработка технологии процесса диффузионной сварки титановых трехслойных конструкций с использованием сотового заполнителя из материала с комбинированной микроструктурой, обеспечивающего повышение служебных характеристик изделия.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ процесса развития высокотемпературной деформации в зоне контакта при диффузионной сварке титановых тонкостенных конструкций таврового типа с учетом соотношения толщин свариваемых заготовок и их исходной микроструктуры.

2. Обосновать возможность и определить параметры электронного луча для получения локальной термической обработкой титановых полосовых заготовок сотового заполнителя с комбинированной микроструктурой заданных размеров.

3. Исследовать влияние технологических параметров диффузионной сварки и микроструктурного состояния свариваемых заготовок на кинетику развития процесса формирования сварного соединения и его механические свойства.

4. На основании результатов проведенных исследований разработать технологический процесс диффузионной сварки трехслойных конструкций с сотовым заполнителем.

Научная новизна.

1. Компьютерным моделированием напряженно-деформированного состояния деталей в зоне контакта в процессе вдавливания заполнителя в обшивку в условиях диффузионной сварки установлено, что под поверхностью заполнителя формируется «заторможенная» зона, находящаяся в состоянии всестороннего сжатия; для развития сварки и локализации деформации конструкции в зоне контакта необходимо использовать заполнитель с комбинированной микроструктурой, при этом высота участка с глобулярной структурой у заполнителя должна составлять не менее его толщины.

2. Получены аналитические зависимости для расчета температурных полей в полосе металла от действия поверхностного нормально-полосового источника с учетом ограниченности размеров полосы по ширине и толщине. Предложен способ расчета температурных полей в полосе для случая распределения мощности электронного луча по пятну нагрева сложной формы.

3. Установлены кинетические закономерности развития физического контакта при диффузионной сварке сплава ОТ4 с учетом исходного микроструктурного состояния свариваемых заготовок; получены зависимости, отражающие взаимосвязь между прочностью диффузионного соединения, степенью развития физического контакта и технологическими параметрами процесса.

Практическая значимость. Результаты выполненных исследований послужили основой для разработки на примере сплава ОТ4 новой технологии диффузионной сварки трехслойных конструкций с сотовым заполнителем из серийно выпускаемых листовых титановых сплавов.

Определены размеры необходимой ширины зоны с глобулярной равноосной структурой по торцам заполнителя, обеспечивающей интенсификацию процесса диффузионной сварки.

Предложено аналитическое выражение для определения мощности электронного луча, обеспечивающей температурное поле с требуемой шириной зоны нагрева полосы. Получена зависимость для определения длины участка обрабатываемой полосы с неустановившимся тепловым режимом.

Построены номограммы, позволяющие оценивать кинетику развития физического контакта и технологические параметры процесса диффузионной сварки сплава ОТ4 с учетом исходной микроструктуры свариваемых заготовок.

Определены режимы сварки, обеспечивающие требуемую прочность сотовых панелей при величине их остаточной деформации в пределах 0,3 %.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается высоким уровнем совпадения экспериментальных данных и теоретических расчетов, систематическим характером экспериментальных исследований, использованием методов математической статистики и планирования экспериментов при их постановке и обработке результатов, а также практическим использованием полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве» (Москва, МАТИ, 2003) , Всероссийской с международным участием научно-технической конференции, посвященной 1507 летию со дня рождения Н.Г. Славянова (Пермь, 2004), XI Российской научно-технической конференции «Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 2004), Международной конференции специалистов сварщиков (Запорожье, Украина, 2004); ежегодных научно-технических конференциях Воронежского государственного технического университета (2003-2008); научных семинарах кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 1 - в издании рекомендованном ВАК РФ. На разработанный контейнер для диффузионной сварки тонкостенных титановых конструкций получен патент

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложений, списка литературы из 109 наименований и 1 приложения. Основная часть работы изложена на 147 страницах, содержит 70 рисунков, 8 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований явился научной основой для разработки технологии процесса диффузионной сварки трехслойных тонкостенных конструкций с сотовым заполнителем из сплава ОТ4.

1. Сформулирован и обоснован технологический процесс изготовления диффузионной сваркой титановых слоистых конструкций из серийно выпускаемых тонколистовых сплавов ((5 = 0,3.0,5 мм), в основу которого положено использование сотового заполнителя, имеющего комбинированную микроструктуру (мелкозернистую глобулярную в зоне свариваемых поверхностей и крупнозернистую пластинчатую в остальном объеме), что обеспечивает высокое качество соединения и снижение себестоимости изделия.

2. Рассмотрено влияние относительной толщины обшивки на процесс вдавливания заполнителя при сварке. Установлено, что при толщине обшивки менее трех толщин заполнителя в ее объеме создается неблагоприятное для развития деформационных процессов напряженно-деформированное состояние, обусловленное наличием силы трения на поверхности контакта с технологическими листами.

3. Определен диапазон изменения ширины зоны с глобулярной равноосной структурой, позволяющий локализовать деформацию в зоне контакта без существенного снижения напряжения потери устойчивости заполнителя в целом. Показано, что напряжение потери устойчивости заполнителя в процессе ползучести прямо пропорционально ширине зоны с крупнозернистой пластинчатой структурой.

4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что фактором, влияющим на развитие, характер и величину деформации свариваемых заготовок таврового соединения, является исходная микроструктура заготовок и соотношение их толщин.

5. Предложено и обосновано поверхностный нагрев для получения полосовых заготовок заполнителя с комбинированной микроструктурой производить распределенным по некоторой площади (расфокусированным) источником тепла с использованием колебаний электронного луча.

6. Получены аналитические выражения и номограммы для определения мощности электронного луча, обеспечивающей температурное поле с требуемой шириной зоны нагрева полосы, времени наступления теплонасыщения обрабатываемой полосы и протяженности участка с неустановившимся тепловым режимом.

7. Статистической обработкой результатов экспериментальных исследований получены эмпирические выражения, позволяющие оценивать кинетику развития физического контакта и технологические параметры процесса диффузионной сварки сплава ОТ4 с учетом исходной микроструктуры свариваемых заготовок.

8. Путем интерполяционного анализа экспериментальных данных по совместному влиянию технологических параметров процесса сварки на качество диффузионного соединения определены режимы сварки, обеспечивающие требуемую прочность сотовых панелей при допустимой величине их остаточной деформации.

9. На основании теоретического анализа и экспериментальных исследований разработан технологический процесс диффузионной сварки сотового заполнителя (<Х,=0,3 мм; ¿/З=30 мм) с несущими обшивками (<$>=0,5 мм) из сплава ОТ4, который предусматривает предварительную термообработку полосовых заготовок электронным лучом и диффузионную сварку при 950 °С в два этапа: на первом сжимающее давление р — <7пу, на втором - давление уменьшается до нуля.

Разработанный процесс получил диплом на VII Московском Международном салоне инноваций и инвестиций (2007 г.) и золотую медаль на Воронежском промышленном форуме - конкурсе инновационных проектов (2008 г.).

1. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов / С.М. Гу-ревич, В.Н. Замков, Я.Ю. Компан и др. - Киев: Наукова думка, 1979. - 300 с.

2. Титан и его сплавы / JI.C. Мороз, Б.Б. Чечулин, И.В. Полин и др.- JL: Судпромгиз, 1960. 516 с.

3. Колачев Б.А. Физическое металловедение титана. М.: Металлургия, 1976.-184с.

4. Пульцин Н.М. Титановые сплавы и их применение в машиностроении. -М.: Машгиз, 1962. — 168 с.

5. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1972. - 480 с.

6. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Буханов A.A. Механические свойства титана и его сплавов. М.: Металлургия, 1974. - 544 с.

7. Титановые сплавы в машиностроении / Б.Б. Чечулин, С.С. Ушков, И.Н. Разуваев, В.Н. Гольдфайн. -Л.: Машиностроение, 1977. 248 с.

8. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы.- М.: Металлургия, 1974. 368 с.

9. Солонина О.П., Глазунов С.Г. Жаропрочные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1976. - 447 с.

10. Полуфабрикаты из титановых сплавов / В.К. Александров, Н.Ф. Аношкин, Г.А. Бочвар и др. М.: Металлургия, 1979. - 512 с.

11. П.Цвиккер У. Титан и его сплавы: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1979.- 511 с.

12. Хертель Г. Тонкостенные конструкции. — М.: Машиностроение, 1965.-527 с.

13. Панин В.Ф. Конструкции с сотовым заполнителем. М.: Машиностроение, 1982. - 152 с.

14. A.c. № 112460. способ соединения керамических и металлических деталей, например режущих пластинок с державками. Н.Ф. Казаков. Опубл. в Б.И. 1958, №4.

15. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка в вакууме. — М.: Машиностроение, 1968. 332 с.

16. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976.-312 с.

17. Диффузионная сварка титана / Э.С. Каракозов, JIM. Орлова, В.В. Пешков, В.И. Григорьевский. М.: Металлургия, 1977. - 272 с.

18. Диффузионная сварка титана и его сплавов / A.B. Бондарь, В.В. Пешков, JI.C. Киреев, В.В. Шурупов. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1998. - 256 с.

19. Казаков Н.Ф., Браун А.Г. Диффузионная сварка за рубежом (обзор) //Автоматическая сварка. 1984. №11. С. 50-54.

20. Диффузионная сварка промышленных титановых сплавов / О.П. Назимов, Ю.В. Горшков, Н.Г. Белых, А.М. Ильин. // Автоматическая сварка. 1979. №9. С. 47-51.

21. Диффузионная сварка титановых ребристых тонкостенных конструкций / Е.А. Винокуров, В.Ф. Пширков, В.Н. Родионов и др. // Авиационная промышленность. 1979. №11. С. 56-57.

22. Особенности изготовления слоистых элементов конструкций из титана диффузионной сваркой / В.В. Пешков, О.Г. Кудашов, В.И. Григорьевский, М.Н. Подоприхин // Сварочное производство. 1980. №5. С. 11-19.

23. Пешков В.В. Физико-химические процессы и технология диффузионной сварки тонкостенных сварных конструкций из титановых сплавов. Автореферат диссертации. доктора технических наук. Воронеж: ВПИ, 1987.

24. Айнбиндер С.Б. Холодная сварка металлов. Рига, Изд-во АН Латв. ССР, 1957.- 162 с.

25. Семенов А.П. Схватывание металлов. М.:Машгиз, 1958. - 280 с.

26. Красулин Ю.Л. Дислокации как активные центры в топохимиче-ских реакциях // Теоретическая и экспериментальная химия. 1967. №3. С.58-85.

27. Рыкалин H.H., Шоршов М.Х., Красулин Ю.Л. Физические и химические проблемы соединения разнородных материалов // Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы. 1965. т.1. №1. С. 29-36.

28. Красулин Ю.Л., Шоршов М.Х. О механизме образования соединения разнородных материалов в твердом состоянии // Физ. и хим. обраб. материалов. 1967. №1. С. 89-97.

29. Гельман A.C. Основы сварки давлением. — М.: Машиностроение, 1970.-312 с.

30. Красулин Ю.Л., Назаров Г.В. Микросварка давлением. — М.: Металлургия, 1976. 160 с.

31. Каракозов Э.С. Соединение металлов в твердой фазе. М.: Металлургия, 1976. — 264 с.

32. Красулин Ю.Л. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе. — М.: Наука, 1971. 119 с.

33. Образование соединения после снятия сжимающего усилия при сварке давлением с подогревом сплава ОТ4 /Э.С. Каракозов, В.И. Григорьевский, В.В. Пешков, Л.М. Орлова // Физика и химия обработки материалов. 1975. №5. С. 113-117.

34. К вопросу расчетной оценки режимов сварки давлением / М.Х. Шоршов, Ю.Л. Красулин, A.M. Дубасов и др. // Сварочное производство. 1967. №7. С. 89-97.

35. Фридель Ж. Дислокации. Пер. с франц. М.: Мир, 1967. - 643 с.

36. Пешков В.В., Холодов В.П., Воронцов Е.С. Кинетика растворения оксидных пленок в титане при диффузионной сварке // Сварочное производство, 1985. №4. С. 35-37.

37. Пешков В.В., Воронцов Е.С., Холодов В.П. О кинетике растворения оксидных пленок в титане // ЖФХ, 1985. №5. С. 1244-1246.

38. Взаимодействие контактных поверхностей при диффузионной сварке титановых сплавов / В.И. Григорьевский, Э.С. Каракозов, A.M. Ильин и др. // Сварочное производство. 1981. №2. С. 6-7.

39. Кинетика образования соединения при диффузионной сварке титанового сплава ВТ5 /В.В. Пешков, В.Н. Родионов, В.Н. Милютин, М.Б. Никголов // Автоматическая сварка. 1984. №7. С. 27-31.

40. Усачева JI.В. Разработка технологии диффузионной автовакуумной сварки титановых эталонных образцов для УЗК. Автореферат диссертации. кандидата технических наук. Воронеж: ВГТУ, 2005.

41. Особенности пластической деформации при сварке без оплавления / Б.С. Касаткин, А.К. Царюк, Г.К. Харченко и др. // Сварочное производство. 1966. №7. С. 3-5.

42. Касаткин Б.С., Кораб Г.Н. Формирование соединения при сварке без оплавления // Автоматическая сварка. 1967. №4. С. 33-38.

43. Макара A.M., Назарчук А.Т. Повышение ударной вязкости соединения при диффузионной сварке//Автоматическая сварка. 1969. №2. С. 28-34.

44. King W.H., Owczarski W.A. Additional Studies on the Diffusion Welding of Titanium. WeldJ., 1968, v.46, №10, p. 444-450.

45. Шаханова Г.В., Брун М.Я. Структура титановых сплавов и методы ее контроля // МиТОМ. 1982. №7. С. 19-22.

46. Брун М.Я., Родионова В.Л., Шаханова Г.В. Формированкие структуры титановых сплавов в процессе ß и (a+ß) деформации // Металловедение и литье легких сплавов. 1977. №4. С. 213-221.

47. Перцовский Н.З., Брун М.Я., Семенова Н.М. Влияние структуры на вид излома титанового сплава ВТЗ-1 // МиТОМ. 1982. - №12. - С. 45-47.

48. Дроздовский Б.А., Проходцева Л.В., Новосильцева Н.И. Трещино-стойкость титановых сплавов. М.: Металлургия, 1983. - 192 с.

49. Солонина О.П., Никишев O.A. Повышение усталостной прочности деталей из титановых сплавов // Структура и свойства титановых сплавов. М.: ОНТИ, ВИАМ, 1972. - С. 38-42.

50. Пронин А.Г., Воробьев И.А., Марковец М.П. Влияние структуры сплавов ВТЗ-1 и ВТ18 на сопротивление усталости при асимметричном цикле на-гружения//Проблемы прочности. 1972. №4. С. 105-107.

51. Каракозов Э.С., Родионов В.П., Пешков В.В. Влияние отжига в (а+Р)-области на высокотемпературную ползучесть псевдо-а-сплавов титана // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 1980. № 1. С. 95-101.

52. Влияние исходной структуры на высокотемпературную ползучесть титанового сплава ВТ5 / Э.С. Каракозов, В.Н. Родионов, В.В. Пешков, JI.M. Орлова // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 1980. № 2. С. 109-114.

53. Пешков В.В., Родионов В.Н., Воронцов Е.С. Ползучесть титанового сплава ОТ4 // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1977. № 2. С. 188-192.

54. Кильчевский H.A. Динамическое контактное сжатие твёрдых тел.-К.: Наук, думка, 1976. 315 с.

55. Давиденков H.H. Динамические испытания металлов. М.: Главная редакция литературы по чёрной металлургии, 1934. - 394 с.

56. Ишлинский А.Ю. Осесимметричная задача пластичности и проба Бринеля. //ПММ-1944. Т.8. Вып. 8. С. 201 222.

57. Шилдт Р. О пластическом течении металлов в условиях осевой симметрии // Механика. 1957. №1. С. 102 122.

58. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М.:Наука, 1969.420 с

59. Бескопыльный А.Н. Метод определения механических свойств и контроля качества конструкционных сталей ударным вдавливанием инденто-ра. // Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. Ростов-на-Дону, 1997, 38 с.

60. Подгорный А.Н. Задачи контактного взаимодействия элементов конструкций. М.:Наука, 1989. - 232 с.

61. Арутюнян Н.Х., Манукян М.М. Контактные задачи ползучести // ПММ, 1967, T.XXXI, вып.5. С.897-906.

62. Прокопович И.Е. О решении плоской контактной задачи с учетом ползучести//ПММ. 1956. т.ХХ, вып.2. С.165-169.

63. Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупруго-сти. М.:Наука, 1980. - 325 с.

64. Багдаев А.Г., Ванцян A.A., Григорян М.С. Исследование особенности напряжений в анизотропной пластической среде при проникании конуса. // Изв. АН Арм. ССР, Мех., 1989., Т42, №4, С. 52 57.

65. Гулидов А.И., Фомин В.М., Яненко H.H. Численное моделирование проникания тел в упругопластическом приближении. // Проблемы мат. и мех.: Новосибирск, 1983, С. 71 81.

66. Кондауров В.И., Петров В.И. Численное исследование процесса внедрения жёсткого цилиндра в упругопластическую преграду. // Числ. методы в механике деформируемого твёрдого тела. М.: 1984, С. 115 132.

67. Иванов К. М., Лясников А. В., Гуменюк Ю. И., Матвеев С. А. Исследование технологических возможностей поперечного выдавливания методом конечных элементов // Металлообработка. 2001. №2. С. 24-27.

68. Моделирование процесса выдавливания методом конечных элементов. Иванов В.Н., Иванов К. М., Пригоровский Е.А., Усманов Д. В. // Инструмент и технологии. 2003. №4. С. 35-39.

69. Малинин H.H. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. - 216 с.

70. О зоне торможения при моделировании осесимметричных процессов обработки металлов давлением в условиях ползучести / Александров С. Е., Данилов В. Л., Чиканова Н. Н.: Изв. РАН. Мех. тверд, тела. 2000, №1. -С. 149-151.

71. Махненко В.И., Квасницкий В.В., Ермолаев Г.В. Влияние физико-механических свойств соединяемых металлов и геометрии деталей на распределение напряжений при диффузионной сварке в вакууме // Автоматическая сварка. 2008. №1. С.5-11.

72. В.К. Бердин. Моделирование образования твердофазного соединения листовых заготовок из сплава Ti-6A1-4V при изготовлении сферических сосудов давления // Сварочное производство. 2002. №11. С.12-17.

73. Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твёрдого тела. 1987. 327 с.

74. Пешков В.В., Воронцов Е.С., Рыжков Ф.Н. Влияние рекристаллизации обработки на образование соединения при сварке титана в твердом состоянии// Сварочное производство. 1975. №12. С. 5-7.

75. Назаренко O.K., Истомин Е.И., Локшин В.Е. Электронно-лучевая сварка. М: Машгиз, 1961. - 243 с.

76. Рыкалин H.H., Зуев Н.В., Углов A.A. Основы электронно-лучевой обработки материалов. М.: Машгиз, 1978. - 218 с.

77. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология. М.: Энергия, 1980. - 364 с.

78. Рыкалин Н.Н, Углов A.A., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.

79. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н. Лазерная сварка металлов. М.: Высшая школа, 1988.-212 с.

80. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989. - 300 с.

81. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Маш-гиз, 1951.-356 с.

82. Рыкалин H.H. Развитие теплофизики сварочных процессов // Сварочное производство. 1967. №11. С. 6-10.

83. Теоретические основы сварки / Под ред. В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1970. - 592 с.

84. В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Винокуров и др. Теория сварочных процессов. М.: Высшая школа, 1988. - 559 с.

85. Определение тепловых полей при сварке колеблющимся электронным пучком / A.B. Башкатов, B.C. Постников, Ф.Н. Рыжков и др. // Физика и химия обработки материалов. 1972. №2. С. 23-29.

86. Амплитуда колебаний электронного луча и ее влияние на форму и размеры проплавления / A.B. Башкатов, Ф.Н. Рыжков, A.A. Углов // Физика и химия обработки материалов. 1974. №5. С. 14-19.

87. Горелик Г.Е., Розин С.Г. Нагрев металла электронным лучом // Инженерно-физический журнал. 1972. т. 32. №5. С. 913-914.

88. Коган М.Г., Крюковский В.М. Поле температур при сварке сканирующим источником энергии. — «Физика и химия обработки материалов», 1975, №5, С. 24-30.

89. Корсунский В.М. К расчету стационарного температурного поля при электронно-лучевом локальном легировании полупроводников // Физика и химия обработки материалов. 1973. №5. С. 18-24.

90. Анализ особенностей тепловых процессов при сварке колеблющимся электронным пучком / A.B. Башкатов, B.C. Постников, Ф.Н. Рыжков и др. // Физика и химия обработки материалов. 1972. №3. С. 3-8.

91. Киселев С.Н., Киселев A.C., Куркин A.C. и др. Современные аспекты компьютерного моделирования тепловых, деформационных процессов и структурообразования при сварке и сопутствующих технологиях. Сварочное производство. 1998. №10. С. 16-24.

92. Yogesh Jaluria, Kenneth Е. Torrance «Computational heat transfer», 1986.-253 p.

93. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.-392 с.

94. Румянцев A.B. «Метод конечных элементов в задачах теплопроводности»: Учеб. пособие для студентов вузов по спец. "Теплофизика". -2.изд, перераб. Калининград, 1997. - 99 с.

95. Пэжина П. Основные вопросы вязкопластичности. М.: Мир, 1968.- 176 с.

96. ANSYS Online Manuals. Release 5.5. User Programmable Features.1999.

97. Вольмир A.C. Устойчивость деформируемых систем. М.: Наука, 1967. - 984 с.

98. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением. Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1991. 432 с.

99. Пешков В.В., Петренко В.Р., Полевин В.Ю. Служебные свойства титана после контактного взаимодействия с технологической стальной оснасткой при диффузионной сварке // Технология машиностроения. 2005. № 6. С. 33-37.

100. Петренко В.Р., Пешков A.B., Полевин В.Ю. Повышение служебных характеристик титановых диффузионно-сварных конструкций // Сварочное производство. 2005. № 7. С. 37-41.

101. Тихомиров М.Д., Комаров И.А. Основы моделирования литейных процессов. Что лучше метод конечных элементов или метод конечных разностей // Литейное производство. 2002. №5. С.22-28.