автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка технологии электроннопроменевого сваривания высокопрочных алюминиевых сплавов 1570 и 1460 с регулированием розподiлу густини потужностi променя

РГ6 оя

1 8 АПР 195*

АКАДЕМ1Я НАУК УКРА1НИ ¡нститут електрозварювання ¡м. 6. О, Патона

На правах рукопису

СКРЯЫНСЬКИЙ Володамар Втторовач

УДК 621.791.72:669.715

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГИ ЕЛЕКТРОННОПРОМЕНЕВОГО ЗВАРЮВАННЯ ВИСОКОМ1ЦНИХ АЛЮМ1Н16ВИХ СПЛАВ1В 1570 I 1460 3 РЕГУЛЮВАННЯМ РОЗПОД1ЛУ ГУСТИНИ ПОТУЖНОСТ1 ПРОМЕНЯ

05.03.06 —

технологи та машини зварювального виробництва

АВТОРЕФЕРАТ дисертацИ на здобуття наукового ступеня кандидата техн1чних наук

с,

Кшв 1994

Дкоертац1ею е рукопис.

Робота викокааа в IE3 1м.е.О.Патока All Укра1ки. Науковий KsplEKitK : дока op техн1чких наук Бондарев A.A. Оф1ц1йн1 опоиэнты : доктор техн!чних наук Неродекко U.U.\

Пров 1 дно' Шдаркемство : НПО-"Молний"^

и. Москва.

Захиат Е1дбудетьсл "J?cl' /&/77-/JP " 1994 р. о годин 1 ка зас1данн1 спец1гл1вовано1 вчоко! ради Ii016.03.01 в 1нсгитут1 елекхрсзваряваиня 1м. е.О.Патона АН Укра1ни (252550, Kala 5, ШС, Бул. Боженко, 11).

3 дисертацЮо мо&на овнайомнтись в кауК0Е0-Т9Хн1чч1й бШЮхец! 1нституту.

Азторзфзрат рог 1 слагая "/¿" 19S4 p.

Вчагегй секро^ар споц1;:л1по2апз1 Ёчено! par*

Pä».120 поим. Збм. 53. EesKCnt0EH0. __

IC3 1к. Е.О.Патона 252650,KmIb 5, ПСП, еуп. Гаэьного, 65. ПОД IE3 1м. Е.О.Пвтена. 252650 Ки1» 5, МСП, вул. Гсоького,•65.

кащЦдат техн!чних наук Акоп'якц К.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОЕОТЙ ■.

Актуалмчсть теми. Ефективним способом з'еднаняя нових конструкц)йнкх матер!ал1в е електроннопроменеве зварювання (ЕПЗ). Висска питсма концентрация енергП s плям1 sarplsy, над1йний вакуумний захкст розплавленного кэталу зварввадько! вакки та saisbxl значэнкя псгокко! енерги дсзволявть п1дб;пци-ти як!сгь 1 показникн Шциаег! з'еднань алшШевих сплав!в, як1 викснзкс за допсмогов цього способу. Еезватаючи ка ка-ЯВК1СГЙ великого арсеналу засоб!в управл1ння променем 1 р1зких спосо51в ЕГО, 1код1 цьсго виявляетъся гамало для Бир1шенн? «сладких техколог1чких задач, каприклад: -одеряакия несбх1дно1 форма та розм1р1в зеки проялавлзнкя, усукзнг.я псрпсгост! 1 ко-реневих дефект!в при неповному проплавлен«1, одеряааня од-

пир!,цпи1 uipjf UJnd 1 .1 . i .

На цей час розроОлено hobí i формат йкоздатн1 високом1цн1 сплави ка алкм1н1ев!й основ! 1570 система Al-Mg-Mn-Sc 1 1450 система Al-Cu-Li-Sc, к,о в1др1зняються в1д вирою використову-ваних в ав1акосм5чя1й прошслов!ст! сплав!в АМгб 1 1201 б1льш високими механ1чниш властивостями при кШнатШй та кр1огенн1й температурах ! прианачек! для 1х гам i ни в високонавантзхених зварнкх конструкциях. Однак, при 1х гваргаванн1 виникають до-датков 1 . трудно^ 1 !з-за ШдЕидено! схильнссП сплав!в до утво-рення пористост1 1 порожнин в метал1 шва. Для досягнёння висо-ко! якает! та над!йкост1 зварних конструкцШ, со виготовляются 1з сплаз1в 1570 та 14S0, виникла необх!дн1сть розрс-Ски пшкци-позо нових способ!в та прийом!в зварювання, як! забезпечували б одертання бездефэктних з'еднань.

Метою дисертад1йно! роботи е розробка технологи ЕПЗ даскретносканупчиы променем з програмовашш часом затркмки прокеня в точках дискрету стосовко до великогабаритних конструкц1й hoboI техн1ки 1з високом1цних алш1к!с;зих сплав 1 в 1570 1 1460 тобщкнсв до 100 мм, яка 5 взбезпочувала висску як!стг> та несбх]дигй р!вен» характеристик Шциостi з'еднань в 1ятервал! температур 20...293 К.

Ыетоди досл!дкень. В робот! Еикористано метода:® ультразвукового 1 рС-НТГ9К0ГрЗф1ЧК0Г0 контроля а1лъяост! ззариих з'еднань, .оптична кеталограф1я i е;йс1йяий спекг^алънкй зкал1з, локальная масспектральнкй анагЛз, гипробуаадкя ме-хз:;!и:.;их властавостей з'еднань з 1нтерззл1 температур

20... 293 К. При розрахунка:: параметр i в режиму аваривання 1 геометр! I зеки проплавлеккя вккористано чкеельн! методи 1ктегру-вання i деферекц1вЕання. розрахунки ЕиконуЕались на персональному комп'втер! IBM PC/AT.

Наумова новизна. ' ,

1. Естановлекс, «р дискретне скакувзнкя прсмекя дозволяе ефективно керувати регподиом тепловкдздення в мехах плямп нагр1зу np¡¡ ЕПЗ, ¡до дае мохлкв1сть регул:овати ферму зоки про-плазлэння, Епливатк на структуру та власттаост1 вварних в'ед-нань, а також 1нтепсиф1кува7н гтроцес дегазаци рцвкого иетзлу 1 там самим зкизити в 2 - 2,5 рази к1льк:сть порожня в метал! ¡два.

2. Доведено, ¡до прямскутна фор;.;а зону проллавлеяня спрклс зменшешш 1мов1рност! утЕорення кореневих дефектов при непов-ному праплавленн1, а також грубо! тарувато! структурно! н«од-нор1дност1 шв1в. Встановлено, ¡до частота сканування променя таком влл'вае на створення структурно! неоднср!дност! метану ива. Для отримання шв!в з однзр!днои структурою несбх!дно ви-користовуватк розгортки промена з частотою б!лъсе 500 Гц.

3. Показано, цо на простороьий ровпод!л густини потуж-HOGTl дискретноскануичого електронного променя впливае не т1льки траектор!я ! ампл!туда, ала й частота розгоргки. Роз-роблем методики 1 комп';отерн1- программ для розрахунку: роз-г.0Д1лу густини потужксст! променя при дискретних розгортках, врахову»чи частоту 1 ампл:туду розгертки, ступ1нь фскусування t координата дискр&тких пеложекь променя, а такой е!дкоскйй час fcoro затримки в точках дискрету, параметра режима ЕПЗ, ¡до дозволяв з бисокой точкютв одерхувати потр!бку форму 1 розмри зони проплавле.чня.

•1. Виявлеко, що коефщ!ант м!цност! зварких з'еднань в 1нтервал1 температур 20...£33 К складаг не менш як 0,85 для сплаву Í570 та лиге 0,52 для сплаву 1450.

Показано, ¡до викорастання присадкового матер1алу з1 сплаву 1201 сприяг г^цквжав металу Ева при НПЗ сплаву 1450. Над1йно реак1зувати процесс зваргжання з присадковим матерном вдаеться при допомоз1 дискретного, сканування променя, коли мШмальнз теяловкладання припадав на присадку. Р цьоыу випадху руйнування розривних зразк1в в1дбува«тьсп не по иву} а по зон! терм!чного впливу.

Встанавлено, що штучно старШня при температур! 340...360

о тт«л т-» т-\ гч гт« ^ •-> 1 л п/->тг»»*тт|г гi i т>»»74»г <п тъ < »-> * /ч t»*l t т*. /-»?-»

0 ПО. lipvJXAOi к i UM«n« CtlOUltiCULl 1 О Ъ^П'ЛПХ» «•llJiOiOjr

1570 до р1енл м1цкпст1 основного металу штампованих наШЕфаб-рикат1в «а рахунок внд1лення б перенасиченого сканд1ем твердого розчину кеталу ana вторинких чзстикск ScAlj, пркчсму ф)ксац1я перзнасячэкого твердого розчину Se з Al можлива г1ль-ки при висохих швидкостях схолодження р1дк0г0 м5тс*лу> влести""

еих ЕПЗ.

Практична ц1нн1стъ. розроблено технолог1ю зварювання по-вих випокомШних алюм1н1евих сплав i в 1570 та 1460 дискрет-коскануючим промелем, яка дезволяе ЩлеспрямоЕано керувати формою зони проплавлення, попередлуватп появу таких дефект 1 в шв1в як пористость i груба иарувата структурна кеоднор1дн!сть, а також 'сдерхувати з'еднання а к.онтрольованш складом металу ива при ввар:0Еанн1 р1знор1дних, сплав1в. Запропоновано методику розрахунку параметр1в режиму зварювання дискрётносканувчим прсменем.

На захист виносяться: ззкснсм1рнос? i впливу параметра дискретного сканування променя та режиму ЕПЗ на утворення по-р:;стост1 1 фпрмування структур;! металу шва; методика розрахун-ку просторового розпод1лу густики потулност! електронного про-меня 1 параметрíb режиму зварввакня дискрётносканувчим промэ-нем, як1 дозволяють одержат;: задану форму та розм1ри зони проплавлення ; технолог i чн! пркйоми i .способ;; Шдвикення властивастей зварких з'еднань сплав1в 1570 1 1460 га рахунок додзткового легування металу шва, а також проведения терм1чно!

1 термомехан1чно! обрсбок; принаипова технолоПя електронноп-РОМ9КЭВОГО зварввання вглккогабаритних конструкций ново! техн!ки з застосуванням сплав{а 1570 i 1460, вглвчаичи технолог 1ю зварювання р1знор1дких сплав!в 1460 + 1Е01.

Апробац1я робота. Cchobhi положения i результат;! дкеер-таШйно! робота допов1дааись та обговорювшись на всесоюзны наукаво-техн1чн1й конфзренцП "Актуальн1 проблем зваривання кольорових метал1в" (м. Тольятт!, 1985), 1-й кожЬер=нц11 моло-дих вчених та спец1чл1ст1в (м. КШв, 1987'), ионферениП "Су~ час кий стан, проблеми 1 перспектив ек«ргеткки та те? ».логИ г енергобудувзннГ (м. 1ва:-юво. 1989), Всесопзких науко-Бо-техн1чних конференциях "Стал i 1 сплпвя ч кр1сг?пн1й техн1ц1" <'к. Еатуш, 1930), "Актуадг.Ш ирпбл-t'n »кчдаивя

кольорових метали" (м. Мариуполь, 1990), "КокцентроваШ потока енергИ в обробц! i з'еднанн1 матер1ал1в" (м. Пенза, 1691), м1«народн1й науково-техн1чн1й конференцП "КрЮгенн! материи" (и. Ки1в, 1SQ2), "Електронно-променеве зварювання" (м. Москва, 1S93). У загальному вцгляД! робота обгсворшалася на спец1ал1зованому сем1нар1 IE3 1м. в.О.Патона.

Публ1кац11. В1дпов1дно до теми дисертацП опубл1ковано 15 роб 1т, одержано 2 аьтореькнх се1доцтез.

Структура та обсаг дксертац!1■ Робота складаеться з всту-пу, чотнрьох роздШв, вагальних buchoekIb, описку використа-них джерел (149 найменувань) та додатюз. Ыатер1ал дисертацП викладений на iS(> стортках машинописного тексту, з 24 табли-цямм та 57 1люстрац1ями включно.

У вступу обгрунтоЕана актуальнють теми, сформульовано ochoehI положения, що виносятъся на вахист.

У першому роздШ на основ 1 анал!зу л1тературних даних розглянуто осабливост! структура 1 властиЕостей, а такая зва-рюван1сть нових ьисоксм1цних алюм1н1евих сплав1в 1570 та 1460. Показано, що найб'1льш перспективным способом э'еднання нап1ыЬабрикат1в спл?Б1в 1570 та 1460 товщнном до 100 т е електрокнопроменеье зварювання. Проведено пор1вняльнлй анал1з piaHíix способ!в кгруваь'ня електронним промелем, 1х технолог хчних можлиьсстей 1 Екзначеко щдяхи ix подальшого розвятку. Обгрунтовано мету 1 задач1 досл1джень.

У другому розд1л1 розроблено методику розрахунку роз-под1лу густая;: потужност! електронного яроменя. Досл1дхеко технолог1чн1 можливост1 способу ЕПЗ дискретносканувчим променем 1 розроблено науков! оснсви зварювання сплав1в 1570 та 1460 з програмуванням теаловкладенкя в межах плями нагр1ву.

У третьему Р03Д1Д1 доелдаено механ1чн1 властивост1 та чутлиысть до концентратора напружень в 1нтервал1 температур 20...293 К основного метану та зварних з'еднань сплав 1 в 1570 1 1460, одержаних методом ЕПЗ. Розроблено способи п1двищ9ННЯ м1цносг1 аварних з'еднань цих сплаыв шляхом проведения терм1чно! та термомехан1чно! сбробок, а такох за допомогоа до-даткового легувзння метану ШЕа.

Четвертий розди приевлчено розробц! технологи елг*трон-нопроменевого зварювання оболонковиу. конструкц1й 1 шпангоут 1В великоI товщини si сплав1з 1570 1 1460, з технологию зварю-сання р!енор1дни:: сплавав 1460 + 1201.

- 5 -

СТИСЛИЯ ЗМ1СТ РОБОТИ

Легуваннл сканд1ен 1 Л1т1ем алш1н1евих сплав1в п!двииу<з 1х м1цн1сть та зменшуе питому вагу, а також зментуе чутлиз1сть до терм1чного циклу зварювання. Ц1 властивост1 роблять сплави 1570 та. 1460 перспективними для використання в зварних 1сонструкц1ях л1тальних апарат1в. Однак, легування л1т1ем знач-но п1ДЕИшуз схильн1сть сплав1в до утворенна пор та несуц1ль-ностей в :.:<?тад1 ива, що утруднюе одержання як1сиих з'еднань трад1ц1йнш.с[ способами ЕПЗ.

В роботах Ркхкова, Постн1кова, Ланк1на, Арати та др. показано, до застосування сканування променя в процес! ЕПЗ сут-тево розширюе технолог 1ч.ч1 ыояливост1 процесу 1 дозволяв Еир1шувати ц1лу низку задач, як1 немокливо було б вир1пити, використовугачи статичний пром!нь. Основнкй ефект скануЕання ваяЕляеться в зм1н1 розпод1лу густшш потукност1 електронного променя. Бри цьому змПпоеться конф1гураи1я зварввально1 ваши та ' динамика р]дкого метилу. Найб1льа перспекгивним а цшг/ напрям1 видааться розвиток зварювання з програмуваннам тэп~ лозкладення в меках плями нагр1ву. Цей принцип зд1йсняеться иляхом дискретного сканування променя, коли в межах обрано1 траектсрИ сканування пром1нь зупиняють в точках дискрету 1 регулшть час його затримки в кожиШ конкретно точц1. створю-вчи, тим самим, практично оудь-який прссторовий розпод!л густини потужност1 електронного променя, необх!дкий для вир1шення конкретних технолог1чних задач.

Розрахунок розпод!лу густини потушюст! променя.

Еиявлено, цо результуючий розпод1л густини потужност1 променя при дискретн1й розгортц1 визтачаетъся тагами параметрами:

а)'ашл1тудоп в1дхилечня променя;

б) ефективним рад 1 усом променя (ге);

в) частотою розгортки:

г) координатами N дискретних пололень променя;

д) в1дносним часом затримки променя у точках дискрету.

Густина пстугаост1 електронного променя в кожн1й точц1

розгортки лропорц1йна чзсов1 переЗування остакнього в н1П. 3 урахуванням впливу сус!ди1х точек, зумевлеиого ск1нчепни>« рсгм1раки електронного променя, а також вплизем променя в момент переходу Яого ¡а одн1е! точки дискрету го друго!,

- б -

в1дносна густина його потужност! в 1-й точд1 роараховуеться га формулой:

N N

V S7 qCx¿.y¿)=¿¿exp(--)tj +А/ехр(--- )tjcj-i)¿{l)

2г* Ш ■ 2rv

в!детань м!ж рограхункоЕою точкой : та j-в точкою

де г/

у

дискрету розгортки;

tj - в!дносна тривалють пвребування променя в j-й точц1 дискрету;

А - коеф1ц!ент, який враховуе сп1вв1дношення м1ж максимальними 1нтенсивностнми точкових I л!н!йних джерел;

г;к- в1дстань м!ж роарахунковою точкою í та л1н1йним джерелом;

tjiju-час, за який промень переходить г точки дискрету j-1 в точку j. '

Розрахункова схема з ура-хуванням як часу зупинки променя в точках дискрету, так I часу його переходу !з одно! точки в другу по1сазана на рисунку 1. Як видно а р1внян-ня 1, 'резудьтуючий розпод1д густини потужност1 електрон-ного променя визначаеться як сума вплив1в N иормальних точкових та N нормальних л1н1йних джерел нагр!ву.

Розрахунок розпод!лу

густини потужност! електрон-ного променя е досить склад-нов задачею иав1ть при вико-ристанн1 найпростишх траек-тор1й розгортки.

А оскиьки в сучасних цифрових системах використовуютьсн растри на 32, 64, 128 1 б1льше точок, дану задачу з достатньою точи i ело можна розв'язати Ильки з допомогою комп'ютера. В ав'яаку а цим було розроблено програму для ризрахунку на ЕОЫ розпод1ду густини потужност1 променя при дискретн1й розгортЩ. Результата роа[ахунк1ь роаподШв густини потужност1 променя для двотечкова! та колоео! роагортои показан! на рисунку 2.,

Рис. 1 розпод!лу

розрахунку потужност!

Схема густини

електронного променя при диск ретн!й розгортц!.

Рис. 2. Об'емне зображення розпод1лу густини потужност! промена при двухточков1й (а) та колов1й (б) розгортц!, адержа-не розрахунковим шляхом на комп'ютерК (Ампл1туда розгортки * 5 ш; ефекг. рад1ус променя - 0,5 мм).

Регулювання розсод!лу густини потужност! променя дозволяе ефективно вир1дувзти так! технолог1чн1 завданняг

1. Керування формою зоня проплавлення. Б1льа1сть 1снуючих моделей процесу ЕГО доаволяшть з р1зйш ступенем точкост1 оц1нкти шрину 1 глкбину гони проплавлення. Найб1лыз повне уявлення про вплив параметра ЕГО на геометр1ю зони проплавлення дас модель, запропонована в роботах Лескова та Сеполдта. В ц!й модел1 шляхом розв'язання р1вняння закону збереження енергИ для элементу поверхн1 каналу виводиться р1вняння, яке олисуе форму передньо! сПнки каналу проплавлення:

У-Уса:В

- 1 (2)

П.мг/(ч,у)

Де „(.- кут нахилу передньо! ст1нки каналу проплавлення по в1дношенюо до напряму променя;

Уев. - швидкЮть аварювання;

У - питомз вага металу, цо зварюоться;

а - тепловкдадення 1 грама розпдавленого металу; ц,« - ефектиЕний к.к.д. джерела нагр1ву; д'(х,у) - густота потужност1 електронного промена.

Проведен1 експерименти показали, то модель, яка роагля-даеться, з достатньою точнЮтю мокна використовувати для попе-редньо1 оц1нки форми 1 роам1р1в аони проплавлення при ЕПЗ алюмШевих сплав!в дискретноскануючим променем.

Розглянемо приклад використання нодед!, яку було описано вище, для одержання шв1в з прямркутною формою зони проплавлення. Дя форма е найкращою при ЕПЗ а неповним проплавденням а точки зору зменшення кутових залишкових зварювальних дефор-мац1й та попередження виникнення кореневих дефект!в. За допо-могао комл'ютерно! программ, яку було складено за р!вннннями 1-2, р^зраховуються параметр« дискретно! розгортки променя, як! забезпечують одержання задано! (в даному випадку прямокут-

но!) форми зони проплавлення. О 5 (0 /5 В, мм Дал1 на роарахованому режим!

проводить зварюванна

доел1дного зразка мэтаду та пор1ЕНЯння розрахунково1 1експериментально1 форми зони проплавлення. На рисунку 3 показано розрахункову - 1 та експериментальну - 2 форми зони проплавлення, одержан1 на аразку алш!н1евого сплаву 1570. За допомогою граф1чного пор1вняння кривих 1 1 2 бу-дуеться крива 3, яка показуе,. наск1льки треба перероз-под!лити густину потужност1 електронного променя для того, щоб реальний поперечний перер1з шва в!дпов1дав зада-ному. Шсля цього розрахунок параметр!в розгортки променя повторюють з т1ею зм1ною, що за потр1бну форму аони проплавлення приймають крмву 3. Крива 4 показуе поперччний

Рис. 3. Роарахунковий роз-под1л густини потуююст! електронного променя в плотин, перпендикулярн1й до напряму зварюванна (1,3) та форма аони ' проплавлення

(2,4); _____

1,2 - П1д01р режиму ЕПЗ; 3,4 - рабочий режим ЕПЭ.

перер1з шва, який було реальна отршано п!сля коректуванна параметр^ розгортки. Експериментальн! досл1дження показали, що при зварюванн1 алкзм1н!евих сплав!в з р!зними системами легу-вання в д1апазон1 швидкостей аварювання 40...80 м/г 1 ашШтуд розгортки 1,5...5,0 мм в1дхилення розрахунково! форми зони проплавлення в1д експериментально1 не перевищуе 5 X.

2. Запоб1гання утворенню шарово! структурно! неод-нор1дн!ст! шв!в.

Одним 1з дефекИв металург!йюго характеру, який вачгсо визначити, е груба структурна шарова неоднор1дн1сть металу шва, що може стати причиною аниження механ1чних властивостей з'еднань алюм!н1евих сплав 1в до 40 %. М!кроструктура таких из!в являе собою шари крупних 1 м!лких дендрит!в, лк! чергу-ються, що св1дчить про суттев! в1дм1нност1 умов кристал1зад11 цих зон. На межах ¡пар!в утворситься значн! скупчення евтекти-ки, м!кропор та м1крокрихкот, як1 визначають м1сце ! характер руйнування з'еднань.

На кристал1зац1ю металу шва значков м!рсю впливае як ди-нам!ка ванни р!дкого металу, так 1 град1ент температури на меж1 твердо1 ! р1дко1 фаз. Екперименталькими досл!дкеннями доведено, що найб1льиа структурна нёоднср!дн1сть при ЕЮ сплав1в .1570 та 1460 спсстер!гаеться на д1ляиках з'еднання а п!двип;а-нима град1ентами температур, що кас шсце в коренев1й частин1 шва при кинджальн!Й форм! зони проплавлення. Найб!льа од-нор! дну структуру мають иви прямокутно1 форми (з паралельнкми боковими ст1нками).

Динам!чн1 збурення р1дкого ыеталу ванни можуть бути вик- -ликан1 електронним променеи, що колкваетьса з невелико» частотою - 10...20 Гц, а також у випадку сп1впад1ння частота розгортки з частотою пульсац!й прискорюючо! напруги 1 струму про-иеня. При пор1вняно великих частотах розгортки ( 500 Гц 1 б1лызе) потужн!сть променя розпод1ляеться вздовж траекторИ розгортки практично р!вном1рно 1 не вплияе на динам1ку р1дкого из талу. Такиы чином, для запоб1ганвя утЕорення грубо! структурно! неоднор!дност! шв!в рекомендуемся вщсористовувзти частоту скануваипя променя виде- 500 Гц, а решту параметр!в розгортки вибирати 1з того разрахунку, щоб форма вони проплав-ленил каблияалась до прямсгсутно!.

- 10 -

3. 1нтенс,',ф1кац1я процесу дегазацИ металу зварювально! ванни. -

8м1нюпчи роапод1л густини потугсност1 променя »®до®ж пова-довжньо! ос1 вварювазьнШ ванни, можна регулгавати час 1снуван-ня р!дко! фази.а, отже, впливати на дегазацИо метаяу. При ШЗ схильиого ко виимкнекия пор ссхаву 1460 вдаашя йосвгти вки-кеннп пористост1 з'еднань б1льш н1ж у 2 рази, 801дьаюви час Iсиувакня рЗдко! фаги в 1,5 рази эа рахунок вккоркс'таннй {.-оэ-горток променя з б1льшим тепловкладенням на фронтI плавления по в1дношенню до хвостоео! частини ванни. Вплив регудавання тепловкладеняя на дегазац)ю металу ванни Шдткерджуеться яо-калысш масспектральниы анал1арм ровчиненого в метал1 ива водки.

4. Зварввзння р!знор1дни>: сплав!в.

Роэрахунок параметр!в розгортки ершеяя в дакому ейздку грунтусться на тому, що сп1вв!дношення ' потужностей променя Ч1/С1Й, до припадагать на гварюван! кромки сплав1в, повинно бути пропори1ЙНИМ сп1вв1дношенню к!лькостей тепла, необх1дного для розпхлйдення одинкц1 об'ему кожного сплаву ()1/ (¡2. Причому: д=/^тСср.(Тпл.-Тпоч.) + V , (3)

Д5 У- густикз

терм'.чний к.к.д. процесу;

Сер.- серэдня теплоемн!сть сплаву;

Тпл.- температура плавления сплаву;

Тпоч.- температура сплаву до початку нагр!ву;

V - прихована теплота плавления.

Частину потужност1 променя, що витрачаеться на нагр1в од- ' , но! вварювально! кромки, можна розрахувати за формулою:

41 » Ц" с|(х,у; <3х йу ) (4)

де с1(х,у) - розпод!л густини потукност1 променя;

01 - область впливу променя, що припадае на 1 - шу зварювану кромку.

Звари! шви р1знор1дккх сплав!з 1460 + 1201, зварен! га допемогою цього способу шли практично паралел^н1 боков! ст1нки, а вм1ст в них легувчих елемент1в являв собой середне арифметичне в1д 1х к1лькост1 в сплавах. Характеристики м!цност1 з'еднань р!внойменних сплав!в в 1нтерЕал1 температур 20..203 К знаходяться на р!вк! властивостей б'еднань.сплаву 1201.

• Досд1даення характеристик мЩност! аварних з'еднань сплав!в 1570 1 1460, одержаних методом ЕПЗ дискретноскануючим променем.

Тимчасовий оп!р р1заоман!тнкх нап1вфабрикат1в 1 зварних а'еднань сплав!в 1570 та 1460 Шдьищуеться 1з анкженням температуря випробувань. ТимчасоЕНй оп1р основного металу сплаву 1570 Зб1льшуеться з 380...400 Ша при 293 К до 500...550 Ша при 20 К, а для сплаву 1460 з 510.. .525 !Д1а при 293 К до 810...650 ЫПа при 20 К. У зварних а'еднань мЩнють зб!ль-шуеться ДЛЯ сплаву 1570 з 320...340 МПа при 293 К до 450...550 Ша при 20 К, а для сплаву 1460 з 280.. .295 )Я1а при 293 К до '320...340 МПа при 20 К. Коеф1ц1ент мЩност! зварних з'еднань при 20 К складаа не мена як 0,85 для сплаву 1570 1 0,52 для сплаву 1460.

Чутливгсть до концентратор 1 в напружень у основного металу 1 зварних а'еднань сплаьу 1570 1з зниженнам температура шдви-щуеться, 1 хоча величина в!дношення 6"»/бо, г завмди 01льша за одиницю, в1дношення бе/бз при температурах 20 1 77' К складае для основного металу О,9...1,1 1 О,а...1,0 для зварних з'еднань. ЗЕарн! з'еднання сплаву 1460 ыенш чутлив1 до концентратор! в напружень, ни* основний метал у всьому температурному д1апазон1.

Оптимальким режимом термообробки з'еднань сплаву 1570 е штучне стар!ння при температур! 340. ..360 С на ПрОТЯо! 1 ГОДИ" ни з наступнмм охолодженням на пов!тр1. За цей час 1з аномально перенасиченого сканд1ем твердого розчину металу шва встига-ють еид!литись Еторинн! частники 5сА1з, як! эумовлкють змЩненна сплаву. Е оезультат! досягаеться однакова М1цн1сть з'еднань 1 основного металу штамповки сплаву 1570. Однакова мЩШсть з'еднань 1 основного металу в нагартованому стан! досягаеться пластичною деформацию металу шва 1 ЗТВ на 20 7. а наступним штучним стар!нням за вказаним режимом. Еплив терм1чно! сОробки ! пластично! деформащ! на тимчасовий оп1р з'еднань сплаву 1570 показано на рисунку 4.

Шдвищенкя характеристик мШност! з'зднань сплаву 1460 досягнуто за рахунок оптим1зацИ х!м!чного складу шва в б1к зменшення вм!сту л!т!ю та зб1льшення ■ ыЛсту м1д1. В наших досл1дденнях використовувався присадочний матер1ал, ыы,-лог1чний за складом сплаву 1201 у нигляд1 плавких вставок м!х кромками стика. Час затримки промена в точках траекторП роз-

сг(1 МПа

МПа

280 320 360 WO Т.'С Температура термаойробщ

О Ш 20 3D ЙГ% CmynlHb иагартодки

РИС. 4, ЕПЛЙВ T8pMt4H0l oOpoOioi та пластично I дефор-мац11 на м1цн1ст1, а'еднань сплаву 1570.

420 360 300

т 160 120

60 о

N

к

|®г

20

ТУ

5У

77

2

293 Т, К

£ V»

05 0

Ркс. 5. Вялив температуря випробувань на м1цн1сть та чутлив1сть до концентратор1е напружень а'еднань сплаву 1460, виконаиих а застосуван-ням присадкового матзр1алу 1201 та без нього.

гортки рзгулюБади таким чином, цо на звзраззш крокет припадало б!льпа 95 X ECtel потужност! пром!ня. При цьому ' не спостер1галось вит1канкя та розбриэкування матер 1алу присадки, а формування шва в1дбувалося при участ1 65 7. основного металу та 35 X присадочного. В результат! було досягкую змШнення неталу шва. Внасл!док чого розривн! зразки почали руйнуватися не по металу шва, а по ЗТВ ! 1х тимчасовий onlp при 20 К spic з 320...340 Ша до 390...420 Ша. Залекн1сть тимчасового опору I чутлмвост! до концентратор!в капруг в!д температура показана на рисунку 6.

Техиолог1чн1 рекомендацП по ЕПЗ сплав1в 1570 1 1460.

Результаты досл1джень процесу ЕПЗ дискретноскаиуЕчим промен рм рэал1зовако у вигляд1 комп'ютерно! программ, яка р'озра-ховуе як евергеткчн1 параметра пронесу, так 1 параметр« роа-горткя промокя в еалэкаост! в!д техколог1чко! задач!, до

- 4 О -

¿и

вир!шуеться, 1С1 с як1 псстз»вл«5ко до о2&рккх 3 "гдконь.

Експериментальиими досл1джекнями остановлено, цо при ЕГО СПЛаБ 1В 1570 1 1460 КаЛбхЛЪш ПрпйКлТКИтИ Трс19КТСр1Я«^* СгГЗпУ"" вання промэна е крив! другого порядку (коло, ел!пс, нап!вел1пс 1 т.п.). 1кш1 параметра процесу вибираються в1дпов!дко до таб-

ггтпг 4 Л т5 чп «оль'ттл т1 ) тт гл^пгтмг т*г* тт.-» г-т 4 т.» г п п »1 п-ллтг гу гт

|/ШЦ1 Ж О ООЛСЛЛииХ! £)1д 1 иАШ^иГШ ПСьиХ ЛЦ^оО^^П-СкА ^ } Ш,и О ООк^ССО

фп*тттжт*гг А 1 ци«/1>114,л x 4

Режимы, що рекомендуются при ЕПЗ на:пвфабрикат1в сплав 1 в 1570 и 1460.

г-.-и--,-:-5-

I! Тоыцина Ц Режим 2ПЗ ¡!Просторове||

||. кап1вфабра- Ц--*--1-1--—-¡¡положения II

|| кату, ЦИус; | 1св; I Уев; !Ампл1туда|Чгстота|| стака ||

|| мм || кБ | мА |м/ч |роагортки| Гц ||

II 25 1| II 60 1250.. .2701 50 11,0.. 1,51 |Г II 1.2,3 * |1

II 40 1 60 1330.. .4201 50 11,0.. 1.5| 500... || 2з |

1! 60 II 60 1440. • 470| 40 11,5.. 2,0| .. ЛОООЦ 2,3 ||

II 70 II 60 |560. .6001 40 11,5.. 2,0| II 3 II

I 100 |1 60 1530. .570| 20 12,0.. 2,51 г, II 3 1

«..... II | 1 1 ________1 » -------- __. и

Прим1тки: 1 - Зварюванкя в нижньому полохенн1. £ - Звари-вання на боЩ. 3 - Зварввання на п!дйом.

1 ис)лл>лспа АСлггили* 1Л ши ШЧ11Й1 ц^дислсм

дозволила одеряати ива практично пэгбавлек! в!д пор при з'еднанк1 кап!вфабрикат!8 сплав1в 1570 та 1450 товздаксв 20...100 ш. Зварн! шва мали паралельн1 мск1 сплавления як при повному, так 1 неповному проплавленн1. Тр1щмш, лесплавлення, ксренев1 та друг1 дефекта були в1дсутк1. Метал шв1в маз од-нор1дну м1лку р1внов1сну ком1рчасту структуру, оточену с!ткою ег.тектичних фаз.

Доел1 дана можлив1сть усунення дефект1 в зварних шв!в сплав'1в 1570 1 1460 вляхо^ проведения ремонтних п1дварввань. Результата досл!джень показали, цо в раз1 неебх1дноет1 дня усунення дефект!в з'еднань сплав 1 в 1570 1 1460 допускаеться виконаиня двох додаткогих проход1в без суттевого зниження м!цпост! 1 втрати легуючих елемент!в в метал! шва.

- 14 -ЗАГАЛЬН! ЕИСНОЕКИ

1. Теорзт/чкими та експеримектальким;: досл1джеккямй вста-новлено, що дискретне сканування про,меня дозеоляо ефективно керуватк розподиом теплоигладення в меглх плями нагр1ву при ЕПЗ, шо дас моклиь1стъ рзгулввати форму зони проплавлення, а також впливати ка структуру та властиЕост! зварких з'едкая^а також 1нтенскф1куБатк пронес дегаззцН р!дкого металу 1 тим самим зкиеити б 2 - 2,5 рази к!льк1сть порсжккк е метад1 ива. Ка основ1 проведения досл1д»энь створен?. приьципоьо нова технолог! я ЕГО конструкц!й в!дпов!дального призначення з висо--комЩних алвм1к1евих сплав 1 в 1570 та 1460.

2. Доведено, що прякокутна форма зоны проплавлення сприкс змэнаэннв 1моь1рност1 утьорекня коренаькх дефект 1в при неполному проплаЕлеяк!, а такаж грубо! иарувато! структурно! кеод-нор!дкост1 шб!е. Встановлено, ио частота аганування пром1ня таком вшшвас ка стаорення структурно! неоднор!дност1 металу ива. Для отримання шз1в з однор!дною структурой необх1дно ви-корис.говувати розгортки променя з частотою б!льше 500 Гц,

3. Показано, що на простороЕий ровпод!л густини потуге-ност1 дискретноскануючого елетронного променя впливзе не т1ль-ки траектор1я 1 ампл!туда, але й частота розгортки. Розроблрно методики 1 комп'ютерн1 прографи для розрахупку: розпод1лу густини гютухност! променя при дискретних роагортках, врахову-вчи частоту ! ампл!туду розгортки, стушнь фокусування 1 координата дискретних положень променя, а також в1дноснкй час його затримга в точках дискрету; параметр!в реши ЕПЗ, що дозволяв з високою точи1стю одержувати потр1бну форму 1 розм1ри зонй проплавлення. Пор!вняння результат1в розрахунк'.в з експеримен-талышми данними показус, цо в1дхилення в1д розрахунково! фор-га золи проплавлення не перевищуе 20 а в раз1 виконання по-пэреднього експериментзльного проплаву, максимальна помилгеа не перевиаус 5 %.

4. Розроблена технолог 1 я зварювання дк скр етносканук?ж.: променем р!знор!дних сплаз1в 1201 + 1460, при як1й висок! ив-хан1чн1 Еластивост! з'едкаиь досягактъся га рахукок контроле-вання дол1 участ! у Формуванн1 шаг зварюванл/. кромок, шгахом кзрувэння тепдовклздзнням в мехах плямл Н£.гр1«у. Тимчасог.кй оп!р я'еднапь складаг "80... 290 МПа'при • Й&З К I 420... 470 МП?, при 20 К, ей в!дпэв1дас 8налог1чвям характэристикам з'зд»як. сплаву 1ГП1.

- 15 -

5. Тимчасовий оп!р основного металу при температур1 20 К вбимзуетъел на 20...40 % для сплаву 1570 1 на 15...25 7. для сплаву 1460 у пор1вкянн1 в к1мнатною температурою. У звэрних з'еднаннях це вб1лынення складае 25...60 % для сплаву 1570 та 8...20 X для сплаву 1450. Коефф!ц!ект мЗцксст! ЗЕэрних з'еднань при 20 К складае не меньа як 0,85 для сплаву 1570 1 т1льки 0,52 для сплаву 14БС.

6. Показано, ¡до використання присадкового матер 1алу з1 сплаву 1201 еприяе зыЩненкв металу шва при ЕПЗ сплаву 1460. Кад1йно реал'.гуватк процесс зггр'лвання з г.рисадксвим матер Залом вдаеться при допсмзг! дискретного тез нуга ¡гая проуеня, коли м1к!мальке теплсЕкладеккя пркпадае к?, присадку. В цьому вкяадку руйауваккк роаривккх грагкгь в1д0уззе?ъся ко по аау, а по гон! термЗчкого вплизу. 1!айб1ль'ле я1двящекня характеристик мШнсст! з'-зднань спостер1гасться яри кр!огек.чих температурах. При цьо.му тимчасовий ошр при 20 К зростае з 320...340 '31а до 390...420 МПа, а чутливЗсть до концентраторов напружэяь зки-жуеться на 8...15 7..

Бстановлено, ¡до ¡¡¡тучно старзнкя при температур! 340...260 "С ка прстяз! 1 годин:; п!дв:;цуе властквсст! з'еднань сплаву 1570 до рзвня м!цкост! основного'металу штампован«:: нап!вфа5-,рикат!в за рахукок вид!ленкя з перзнасичс-иого сканд;ем твердого розчкну металу ива Бторинних частинок 5сА1з, причем/ ф1ксац:я перекасиченого твердого розчину Зс з А1 мохлива т)ль-ки при висских ивидкостях охслодхекня р!дкого металл-, власги-ВИХ ЕПЗ;

7. Досл!дно-промислова перев1рка технологи електрокно-промепеваго гварювання дискретноскануючим пучком при ЕПЗ • в1дпов!дального прианачення 1а алш1к1еькх сплав 1 в 1570 1 1450 п!дтвердпда його техн1ко - економ1чну ефективн1сть.

Осксвккй змЗст дисертацЗйно! рсботи з!дСлто у таких ,публ1кац1ях:

1. Бондарев А.А., Скрябинский В.В. Влияние технологических факторов на зону разупрочнения сплава АМгбНН при электроннолучевой сварке. // Автомат, сварка. -1985.-N3.-С. 40-42.

2. Управление распределением плотности мощности электрон- • • кого пучка по его сечению/ Ю.Н.Ланкин, А.А.Бондарев, Е.Н.Еайгт-рук Б.В.Скрябинский// Там ке. -1885.-N5.-С. 12-15.

3. Влияние сканирования электронным пучком на пропдавдение я механические свойства соединений сплава АМгбНПП. ' А.А.Бонда-

рев, В.Е.Скрябинский, Ю.Н.Даккин, и др.// 3 Всесоюзная кокфе-

г»л> лп in" -s tth^imt' « ann • tai чпччт f q — 4 m плчтплпя

^сгщил üu v^d^tbc 14,-от а пс» л гл^г acuiijiuu . ico. (i^jrwi . v. (.стпи^л

1S86 г., Тольятти). -Тольятти: ТПИ, 19S6. С. 15-16.

4. Бондарев A.A., Скрябинский В.В. Сварка алюминиевых сплавов с программированием распределения плотности мощности электронного пучка по пятну нагрева. // Автоматическое управление технологическим процессом электроннолучевой сварки: Сб. науч. тр.-Киев: ИЗО им. Е.О.Патона, 1937.~С. 52—58.

5. Скрябинский В.В., Пелерина C.B., Назаренко C.B. Влияние параметров сканирования пучка на качество сварного соединения-при ЭЛС сплава АМгбНЩ. // 1 конференция молодых ученых и специалистов: Тез. докл. (15-17 апреля 1937 г... Киев). -Киев: ИЭС, 1987. -С. 59.

6. Бондарев A.A., Скрябинский В.В. Влияние параметров развертки электронного пучка ка характеристики сварных соединений алюминиевых сплавов // Автомат, сварка.-1987.-N12.-0. 57-6?..

7. Бондарев A.A., Скрябинский В.В. Экспериментальное определение температуры металла в зоне воздействия пучка и средней температура сварочной ванны при ЭЛС. // Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении; Тез. докл. (31 мая - 2 июня 1989 г., Иваново). -Иваноро: Э'Л, 198Э. - 'С. 12-14.

8. Бондарев A.A., Скрябинский В.В., Антропов Н.Д. Механические свойства сплава 1570 и его сварных соединений при криогенных температурах.' // Стали и сплавы в криогенной технике; Тез. докл. (19-21 октября 1890 г., Батуми). - Батуми: ИМ, 1980. - С. 83-87.

9. Бондарев A.A., Скрябинский В.В., Пещерика C.B. Исследование свариваемости электронным пучком сплава 1460. // Актуальные проблемы сварки цветных металлов. (12-14 сентября 1990 г., Мариуполь). - Мариуполь: МИ, 1990. - С. 35-36.

10. Бондарев A.A., Скрябинский В.В. Об оценке влияния параметров развертки на приведенное распределение плотности мощности сканирующего пучка с помощью ЭВМ. // Концентрированию П0701Ш энергии в обработке и соединении материалов; Тез. докл. (27-28 мая 1991 Г., Пенза). - Пенза: ППИ, 1991, -С._8б. -

11. Особенности электроннолучевой сварки высокопрочного алюминиевого сплава система Al-Cu-Li. / А'.А.Бондарев. В.В.Скрябинский , С.В.Пецерина, и др. // Автомат, сварка. 1991. -К?. -С. 37-40.

12. Ecndarev A.A., Skriabinskiy V.V., Peshcherina S.V. Effect cf welding tecnology cn mechanical properties and density of joints in aluminium alloy Al-Cu-U-Sc. // 14-International cryogenic materials conference, Abstract, Kiev, Ukraine, 1992, June 8-12, p.80.

13. Eondarev A.A., Skriabinskiy V.V. Effect of cryogenic temperatures on mechanical properties of alloy Al-Mg-Mn-Sc and its joints made by electron beam welding. // Там же.- P. 80-81.

14. Бондарев A.A., Скрябине,тий B.B. Особенности электроннолучевой сварки высокопрочных алюминиевых сплавов с программированием .тешгавлежэния.// Электронно-лучевая сварка; Сборник материалов конференции. (12-13 октября 1993 г., Москва).- Москва: Центр.. Росс, дом знаний, 1993.-Том 2. - С. 77-81.

15. Скрябинский В.В., Бондарев A.A. Расчетная оценка пространственного распределения плотности мощности дискретноскшш-руюдего электронного пучка и управление формой зону проплавле-1шя• при сварке с программированием тепловложения.// Там же. -1033.-Том 1.-С. 72-79.

16. A.c. 1329039 СССР, Ш В 23 К 15/00. Способ электроннолучевой сварки. / Ю.Н.Ланкин, А.А.Еондарез, Е.Н.Байзтрук, В.В.Скрябинский и др. - Опубл. 8 апреля 1987 г.

17. A.c. .1745467 СССР, МКИ В 23 К 15/00. Способ электроннолучевой с парк! наделяй переменного сечения. / А.А.Бондарев, В.В.Скрябинская, А.А.Бондарев к др. - Опубл. 8 марта 1SS2 г.

Столетий виесок авгор-з, В роботах 110,153 автором роз-роблено методики та компьютеры i программ для розрахунк1в: роз-под1лу гусгинл потужност! променя при дискретному скануванн1; форми та розм1р1в-зони проплавленнл при ЕПЗ; параметр1в режиму ЕПЗ як!забззпечуять отримання зони проплавлення задано I форми та розм1р1в. В роботах [1,3,5,53 проведен! досл!ди та виканано акал 1з впливу параметр1в роагортки променя на характеристики зварк:;х з'одлзнь адшШегкх сплав1в. В 12,4,161 зикокано роз-рахунки розпод1лу густшш потудност1 прсменп та проведен1 досл!ди по гвараваншз. В робот1 С73 викокано -зкепериментальну частицу, розрахуяск Евадкостей охолодження металу зваряЕашга! вапни та серадньо1 температуря вгкяа при ЕГО. В 13,133 експо-ряментальна частика та анал!з результат!в досл!джень. В [9,11,12,143 участь у розробц! технологи ЕГО сплаву 1460, вкетчагчн • технолог1ю эсаряваняя р1знойменних сплавiв 1460 + 1201 з програмуваняям тепловкладення. В С173 розробгл конструкцП иа51р:ю! п1доадкл та експерименташй робота по звзртаанню. RCU—z?-