автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Ударная сварка в вакууме круглозвенных цепей из высокопрочных сплавов титана

л #Ъ

#

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

» Институт электросварки им. Е. О. Патона

На правах рукописи

ФАЛЬЧЕНКО Юрий Вячеславович

УДК 621.791.4:669.295 (088.8)

УДАРНАЯ СВАРКА В ВАКУУМЕ КРУГЛОЗВЕННЫХ ЦЕПЕЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ ТИТАНА

05.03.06 — технология и оборудование для сварки и родственных процессов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев 1995

Яабота выполнена в Институте электросварки им. Е.О. Патона HAH Украины

Научный руководитель: старший научный сотрудник,

кандидат технических' наук, Пгнатенко А. И.

Официальные оппоненты; ' доктор технических наук, .

Маркашова Л. И. кандидат технических наук, Болотов Г.П.

Ведущее предприятие - Украинский научно-исследовательский институт авиационных технологий.

Направляем Вам для ознакомления автореферат диссертации инженера Фальченко Ю.В. Просим Вас и сотрудников Вашего учреждения принять участие в заседании специализированного ученого совета или прислать свои отзывы (1 экз., заверенный печатью) по адресу: 252650, Киев-5, . ГСП, ул. Боженко 11, ученому секретарю спецсовета.

За1дита состоится'^?^,<^^^'_1995 г. на заседании специадизи-

1.-^2.02)

рованного ученого совета, (к Б0я12.0г) при Институте электросварки им. Е.О. Патона.

С диссертацией можно ознакомится в научно-технической библиотека института.

Автореферат разослан_^ 1995 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета <

докт. техн. наук • / О«*' ~ ' д.д. Бондарев

- г -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Важными проблемами современной авиации являются обеспечение надежности применяемых конструкций и снижение их веса. В летательных аппаратах для крепления перевозимых грузов применяются круглозвешше сварные цепи из стали, которые в настоящее время наготавливаются методом контактной стыковой сварки. Однако сварные цепи, изготовленные этим способом имеют низкий процент выхода годных изделий и малый срок службы. С целью снижения летного веса летательных аппаратов было бы перспективным заменить стальные цепи на титановые, что позволило бы сэкономить до 40...45% от общего веса цепей.4

В настоящее время технологии сварки давлением круглогвенных цепей из высокопрочных сплавов титана не существует.

Поэтому возникла необходимость в разработке технологии изготовления круглозвенных цепей из высокопрочных сплавов титана.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Разработка технологии и специализированной оснастки для изготовления сварных круглозвенных цепей из высокопрочных сплавов титана ударной сваркой в вакууме (УС8).

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи.

.1. Изучить влияние параметров ударной сварки в вакууме на механические свойства соединений. ■

2. Исследовать особенности формирования сварных соединений в ■условиях скоростной направленной пластической деформации.

3..Разработать технологию гибки-и сварки круглозвенных цепей из высокопрочных сплавов титана; создать специализированную оснастку.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Установлены зависимости между параметрами сварки и механическими свойствами сварных соединений и разработан принцип выбора величины анергии удара, основанный на взаимосвязи между величиной энергии, идущей на соединение металла и величиной энергии, затрачиваемой на его разрушение при идентичных температурных условиях. Показано, что величина удельной энергии удара, необходимая для получения качественного сварного соединения из сплавав

ВТ-8 в 1,5 раза меньше величины удельной энергии удара, затрачиваемой на разрушение основного металла.

■ 2. Установлено, что в условиях скоростной направленной пластической деформации нахлесточного соединения подвижность атомов бзН1 в титане на три порядка превышает подвижность атомов в расплаве, что обуславливает формирование развитой зоны объемного взаимодействия в процессе образования сварного соединения. Установлено, что эффект аномального массопереноса проявляется в большей степени на наклонных участках, где интенсивнее едут сдвиговые деформации.

3. Разработан способ ударной сварки в вакууме круглозвенных цепей из высокопрочного сплава титана ВТ-16, совмещающий одновременно процесс сварки и формовки звена цепи.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Результаты исследований влияния параметров процесса ударной сварки в е зкууме на механические свойства соединений и критерий гыбора оптимальной энергии удара.

2. Расчетные и экспериментальные оценки процесса формирования нахлесточного соединения в условиях скоростной направленной пластической деформации. '

3. Технологический процесс ударной сварки в вакууме применительно к решению задачи изготовления сварных круглозвенных цепей из высокопрочного сплава титана ВТ-16.

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

В работе использованы современные методы оптической и раст-' ровой микроскопии, новая методика изучения диффузионной подвижности атомов с использованием ЭВМ, а тага» различные стандартные методы определения механических свойств соединений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

На основании проведенных исследований особенностей формирования сварных соединений в условиях скоростной пластической деформации рекомендована нахлесточная схема соединения по..узвеньев цепи, режимы сварки и термообработки. Полученные результаты исследований использованы при разработке технологии ударной сварки в вакууме круглозвенных цепей из высокопрочных сплчвов титана. Разработанная технология сварки позволяет получить надежные, легкие и корроэионностойкие цепи, что практически невозможно при использовании других методов сварки. По этой технологии изготовлена Партия цепей, которая успешно прошла опытно-промышленные испытания.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинаре в В® НАН Украины "Роль диффузионных процессов в формировании поверхности металла с особым:: свойствами и образовании неразъемных соединений" (Киев,' 1092 г.), на международных научно- технических конференциях: "Высокие технологии в машино и приборостроении" (Саратов, 1993 г.). "Современные проблемы сварочной науки и техники" (Роотов- на- Дону, 1993 г.), "Электроннолучевая сварка" (Москва, 1993 г.)« "Современные проблемы сварочной науки и техники - "Сварка - 95"" (Пермь, 1995 г.), на семинаре в Институте электросварки им. Е.О. Патона (Киев, 1995 г.).

_ ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертации опубликовано 6 статей, получено 1 авторское свидетельство на изобретение.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 94 наименований.

Во введении отмечена актуальность выполненной работы, сфор- ' ыулироьаны цель и задачи, которые решались в процессе исследований, обоснованы научная новизна и практическая ценность, полученных результатов; приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе проведенного анализа литературных данных и патентов сделан вывод о том, что технологии сварки давлением цепей из высокопрочных сплавов титана не существует. В связи с этим нами рассматривались технологические особенности производства круглозвенных цепей из стали, изготовленных методом контактно-стыковой сварки. Проанализированы трудности, которые встречаются при изготовлении стальных цепей и пути их устранения. Рассмотрены процессы, ответственные за образование качественного сварного соединения при сварке давлением титана и определены основные направления в решении поставленной задачи.

Во второй главе представлена характеристика исследуемых сплавов титана и применяемого оборудования, а также методик, ис-польвуемых в процессе выполнен ч работы.

В третьей главе изложены результаты раочетно-экспериментальной оценки условий образования нахлесточного соединения в форми-

рующих устройствах. Представлены результаты исследований влияния температуры предварительного нагрева и энергии удара на свойства сварных соединений и установлены оптимальные параметры процесса. Показаны особенности образования развитой гоны объемного взаимодействия в условиях проявления эффекта аномального массоперенсса.

В четвертой главе изложены особенности технологии гибки по-луэвеньев цепи, их сварки в формирующих устройствах и последующей термообработки. Разработана специализированная оснастка и представлены результаты испытаний сварной цепи. Показана экономическая эффективность от применения сварных титановых цепей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В настоящее время не существует технологии сварки давлением круглозвенных цепей из высокопрочных сплавов титана. Для соединения титана применяются различные способы сварки давлением с подогревом. Наиболее известными являются диффузионная сварка в вакууме и контактная стыковая сварка, которые имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам диффузионной сварки в вакууме следует отнести регулируемую температуру сварки и незначительную деформацию свариваемых соединений, а к недостаткам - длительный процесс сварки. Контактная стыковая сварка - скоростной процесс, однако ее недостатком является значительная пластическая деформация свариваемых деталей', обуславливающая образование грата и необходимость защиты зоны контакта при сварке титана. Было бы перспективным совместить положительные стороны диффузионной сварки в вакууме и контактной стыковой сварки. Способ ударной сварки в вакууме совмещает в себе достоинства способов сварки о низко- и среднеинтенсивным силовым взаимодействием, то есть регулируемую температуру сварки, незначительную пластическую деформацию соединения в целом, и локализацию деформации в стыке.

Суть способа заключается в том, что на локально нагретые в зоне контакта детали прикладывается одиночный импульо силы со скоростью до 30 м/с. Нагрев деталей осуществляется электроннолучевым нагревателем, что позволяет производить нагрев со скоростью до 400 °С/мин. В свариваемых деталях под действием динамической нагрузки происходит их локальная пластическая деформация в зоне контакта и образование качественного соединения за доли секунды. П&одшшитедаяэста образования сварного соединения составляет 10~2,, Л£Г3с.

Основными параметраот УСВ является температура предваритель-

ного нагрева (температура сварки) свариваемых заготовок и энергия удара.

Для исследования' особенностей формирования сварных соединений были разработаны и изготовлены специализированные устройства, которые состоят из матрицы и пуансона. -Конструкция формирующих устройств обеспечивает направленную деформацию зоны контакт? и получение стыкового или нахлесточного соединений.

Для осуществления сварки металлов встык было разработано и изготовлено устройство, состоящее из двух вкладышей, находящихся в обойме, создающих формирующую камеру. Соединяемые заготовки образцов устанавливали на-фольгу в верхней части формирующего канала. После предварительного нагрева электроннолучевым нагревателем на соединяемые образцы прикладывали шпуль с силы через шток, под действием которого образцу перемещали в формирующую матрицу. В матрице осуществляются процессы образования соединения и формирование изделия в твердой фазе.

Изготовление нахлесточных соединений осуществляли в специализированном устройстве, обеспечивающем направленную деформацию соединяемых заготовок. Перед процессом сварки заготовки образцов устанавливали над полостью матрицы в специальные толкатели, обес- • . печивающие требуемое перекрытие и расположение образцов над матрицей. Величина перекрытия соединяемой сборки равнялась диаметру заготовки.

Исследования влияние температура сварки и анергии удара на. свойства соединений проводили на образцах из сплава ВТ-8 и ВТ-16 .диаметром 8...13 мм, длиною 50...60 мм, которые непосредственно перед сваркой подвергали электрополировке. Необходимо отметить, что сплавы ВТ-3 и ВТ-16 выбраны, исходя из условий работы цепей и имеют практически сходные физико-механические свойства.

При Еыборе параметров УСВ необходимо учитывать чистоту механической обработки поверхности, исходную структуру металла, его теплофизические'и механические свойства, размеры'и конфигурацию сварных изделий, а также величину их допустимой пластической деформации.

- Параметры процесса УСВ изменяли в следующих пределах:

Температура предварительного нагрева, °С......820...1050

Энергия удара, Дж.............................. 200...400

Скорость падения бойка, м/с......................... 6

Время предварительного нагрева, мин................ 3...4

Изучили влияние температуры предварительного нагрева на прочность и ударную вязкость сварных соединений. По результатам механических испытаний образцов на разрыв была получена зависимость предела прочности от температуры сварки. Анализ этих зависимостей показывает, что образцы, сваренные в формирующих устройствах претерпевают термо-механическое упрочнение, о чем свидетельствует увеличение прочности на 80" (до 1300 МПа) и снижение относительного удлинения с 127. в состоянии поставки до 2-41.

Изучение влияния температуры сварки на ударную вязкость соединений показало, что при увеличении температуры сварки ударная вязкость снижается. Так для сплава ВТ-16 при' ТПн-900 °С, ан-40 Дж/см2, а при Тли-ЮОО °С, ан-25 Дж/см2. Снижение величины ударной вязкости можно объяснить ростом зерна при возрастании температуры сварки. Анализируя полученные зависимости, можно заключить, что оптимальной температурой предварительного нагрева является 900...950 °С.

Изучали влияние энергии удара на механические свойства соединений. Установлено, что оптимальной энергией удара при температуре 900...950 °С является 300 Дж для стыкового соединения и 350 Дж для нахлесточного соединения. Незначительное увеличение энергии удара в случае нахлесточного соединения объясняется тем, что для стыкового соединения степень деформации составляет 127, а для нахлесточного 50%.

Высокие механические свойства сварных соединений, полученных УСВ на оптимальных режимах сварки, подтверждены результатами испытаний на усталостную прочность. Испытания проводили на стандартных образцах с базой 10 циклов при нагрузке ба-420...500 Ша и интервалом Дб-20 Ша (по методике "Лестница"). Установлен«), что усталостная прочность соединений находится на уровне основного металла (6-1-45641,01 Ша).

На основании анализа литературных данных и представленных выше результатов исследований обоснован принцип выбора ^лтималь-ной энергии удара, основанный на взаимосвязи между энергией идущей, на соединение металла с энергией, затрачиваемой на его разрушение, при идентичных температурных услоеилх. Н~прим-:р, для сплава ВТг8 при оптимальной температуре нагрева 900 °С удельнач энергия удара будет.равна 200 Дж/см2, что в 1,5 раза меиьпе величины энергии необходимей, на его разрушение (300 Дж/см2). Эта же взаимосвязь между энергиями была нами проверена и па других ме-

таллах, например, для меди, железа, алюминия. Отношение анергии, затрачиваемой на разрушение соединения, к энергии идущей, на образование соединения для этих металлов, составляет, 1,25...2,5.

Механические испытания сварных соединений показали, что, исходя из прочностных показателей, наиболее 'целесообразно применять для изготовления сварной цепи сплав ВТ-16. Металлографические исследования полученных соединений показывают, что при сварке на оптимальных режимах отсутствуют дефекты и не выявляется граница раздела. При нахлесточной схеме сварки наблюдается волокнистая структура шириной 2,8...4,2 мм с сильно деформированными зернами в направлешш течения металла. Следует отметить, что волокнистая структура условно определяет зону шеэ, длина которого в несколько раз превосходит сечение исходной заготовки.

Проводили расчетно-экспериментальную оценку характера деформирования зоны соединения в условиях направленной пластической деформации нахлесточного соединения. Эту оценку осуществляли с применением методов математического моделирования и экспериментально с помощью радиоактивного изотопа.

При расчетах была принята прямоугольная форма стержней (рис.1 ) сечением вхб, имеющих бесконечную длину. Величина нах-■ леста сборки стержней изменялась в пределах б- 1 > б/г. Заготовки в процессе СЕарки под действием сжимающих напряжений претерпевают плаотмескую деформацию в условиях ограничения их течения по осям X и X. Формирующее устройство обуславливает деформацию заготовки, пластическое течение которой будет происходить по линиям скольжения, направленным под углом В к оси У. В этой зоне интенсивность нормальных напряжений бнн будет минимальна, а касательные напряжения б2У максимальные.

6ИН-б22ХС03гВ (1)

'бгу- б22х(зт 2В)/2, (2)

где бнн " нормальные напряжения, б22 - нормальные сжимающие' напряжения вдоль оси 1, в - угол наклона границы соединения к оси образца, б2У - касатеш-чые напряжения.

Отсюда следует, что максимальным касательным напряжениям соответствует угол В-45°, образующийся при величине нахлеста равном толщине заготовки. В результате деформации зона нахлеста удлиня-

ется'и сваренный образец приобретает размеры исходной саготовки (в*б). В рассматриваемой нами модели учитывается взаимосвязь между параметрами процесса, размерами исходной заготовки и величиной •заданной деформации. Энергия, затрачиваемая на сварку, с учетом свойств материана при данной температуре (6Т, er, n), pat.,¡еров исходной заготовки (б,в,1) и величины заданной деформации szz и напряжения 6Z3 будет равна:

Уу- бтх(£2г/е-г)пх2бхвх1х(1-еЕ2:г)хе_Ег2

где бт - напряжение предела текучести, ет - деформация, п - показатель упрочнения, б - толщина исходной заготовки, в - ширина исходной заготовки, 1 - величина нах-леста.

Для круглого сечения заготовок б-в. При 1-6/2, как показали расчеты, трудно получить схватывание по всей ГГ1-вице соединения, так как осевой участок отсутствует.

Расчет энергии удара по формуле (3) для прутка диаметром 8,5 ш и степени реформации 50Х дает Ыу 370 Дж, т.е. расчетные и экспериментальные данные отличаюч-ся не более чем на 6%.

Расчеты показали, что при сварке нахлесточного соединения (2-0) в штампе образуется ступенчатая граница соединения,

больше диаметра сваривав-мх устр°йстье: заготовок.

Экпериментадьную оценку особенностей формирования сое-

(1)

г

■У /

1 —У 9

L1?SL / 21

/

Рис.1.Схема деформирования нахлес-длина которой 3 2,4 раза очного соединения в формирующем

а б

сборка заготовок до сварки: сварное изделие

динения проводили с использованием радиоактивных изотопов. Для этой цели на поверхность заготовок наносили гальваническим путем изотоп 63Ш, толщиной 1...2 мкм. Исследования проводили на образцах, сварение при температуре 700... 1000 °С и энергии удара 300 Дж. Из анализа полученных авторадиаграмм следует, что торцевая поверхность образцов не участвует в образовании соединения, так как металл торца заготовки выносится на наружную поверхность изделия. В образовании соединения участвуют тотко контактирующие поверхности заготовок.

Зона соединения состоит из нескольких участков: центрального, расположенного вдоль оси и двух боковых, имеющих угол наклона 45°, что совпадает с математическим расчетом и металлографическими исследованиями.

Особенности распределения изучали с использованием ЭВМ.

Установленно, что в осевом участке глубина проникновения изотопа значительно меньше, чем на наклонных участках, что очевидно связано с. различными скоростями пластической деформации. Показано, что температура свзрки оказывает влияние на глубину проникновения радиоактивного изотопа, причем с увеличением температуры до 1000°С глубина проникновения достигает 200...250 мкм. и при этом идет симметричное распределение изотопа как в верхнюю, тзк и в нижнюю свариваемые заготовки. Таким образом, общая ширина зоны объемного взаимодействия, в которой фиксируется распределение радиоактивного изотопа, составляет 500 мкм. ,

Обработка авторадиограмм позволила получить зависимость глубины проникновения мечены;-; атомов от температуры предварительного нагрева образцов и температурную зависимость коэффициентов массо-переноса для различных участков зоны соединения. Показано, что при УСВ нахлесточных соединений наблюдается эффект аномального массопереноса, который проявляется в том, что подвижность атомов в кристаллическом твердом теле выше на несколько порядков, чем в жидкой фазе.

йормированпе развитой зоны объемного взаимодействия свидетельствует о том, что в процессе сварки создаются условия, обуславливающие завершенность процессов в твердой фаге. На ссговашш комплекса проведенных- исследований по изучению влияния температуры сварки и энергии удара на свойства соединений, металлографических исследований, расчетно-эксперименталькой оценки характера формирования соединения установлено, что оптимальной схемой опар-

ки 'для изготовления круглозвенных сварных цепей является нахлес-точная. .

Для решения поставленной задачи £ыла спроектирована, изг'о-товлена и апробирована как в опытном, так и в Промышленном производстве специаллизироЕанная оснастка, позволяющая производить гибку полузвеньев из мерных заготовок и сварку полузвеньев. Гибка и сварка полузвеньев цепи производится в вакууме в соответствии с выше приведенными оптимальны и режимами, опседеленными на образцах. Необходшо отметить, что технология разрабатывалась под круглозвенную цепь калибром 8,5 мм.

Процесс гибки осуществляется в следующей последовательности: . мерная заготовка устанавливается на толкателях и проводится нагрев электроннолучевым нагревателем средней части заготовки, причем оптшальная температура гибки равна 900 °С, а энергия удара, необходимая для гибки полузвена, равна,300 Дж. Конструкция оснастки позволяет получать полузвенья цепи заданного размера за счет жесткой фиксации полузвена в формирующих устройствах.. Следует отметить, что превышение температуры гибки выше оптшальной приводит к нежелательному изменении структуры поверхности изделия. .

Показано, что уменьшение диаметра сечения в месте изгиба не превышает 0,7 ш, что отвечает требованиям стандарта ОСИ. 12674-74 (допустимое уменьшение диаметра - не более 0,9 мм).

На основе комплекса проведенных исследований нами предложен способ сварки давлением круглозвенных цепей, характерной особенностью которого является деформация зоны соединения по схеме его течения в одном направлении (A.C. 1757822)'.

Сварку цепи осуществляли следующим образрм. Полузвенья с перекрытием равным диаметру нити звена устанавливали над полостью матрицы. Электроннолучевым нагревателем осуществляли локальный нагрев нахлесточного соединения при оптимальной температуре, выдерживая на этом режиме 2...4 мин. для выравнивания температуры по объему изделия, а затем Прикладывали импульс силы, под действием которого происходило динамическое' деформирование области нахлесточного соединения в каналах матрицы, что обуславливало направленное течение металла в одном направлении (рис. 2). .

Проводили испытания сваренных цепей на разрыв, так как этот вид испытаний является основным показателем их качества. Разрывное усилие цепи, сваренной на оптимальном режиме при температуре

- 12

сварки 950 °С и энергии удара 800 Дж составило 70С0...7500 кг, причем ео Есех случаях разрушение происходило по основному металлу в зоне изгиба, т.е. вне зони сварки.

Фрактографические исследования изломов звена цепи показали, что разрушение имеет вязкий характер.

Как бито показано ранее, при изучении влияния режимов сварки на свойства сварных соединений сварка в формирующих матрицах обуславливав! термомеханическое упрочнение материала, приводящее к снижению пластичности на 30...40%. Такой же эффект наблюдается и при сварке звеньев цепи. Анализ научно- технической литературы, патентов и условий работы цепи показывает, что с целью повышения служебных характеристик цепи необходимо обеспечить пластическую деформацию взаимно контактирующих частей звеньев цепи с тем, чтобы образовался не точечный контакт, а линейный или плоскостной. В связи с этим нами решалась задача повышения пластичности металла звена сварной цепи путем подбора необходимой термообработки.

Исследовали два вида термообработки одно - и двухступенчатую. Эффективность термообработок изучали на прутках из сажана ВТ-16 диаметром 10мм, полученных на оптимальном режиме и основного металла в состоянии поставки.

Одноступенчатая термообработка состояла из закалки при температуре 820 °С и старения 590 °С в течение 8 часов. Лолучедные результаты механических испытаний на разрыв показывают, что пластичность соединений, на 15.-.20% ниже, чем у основного металла.

Рис.2. Схема устройства для сварки звена цепи: 1 - свариваемые полузвенья: 2 - нагреватель; 3 - пуансон: 4 - сваренное звено цепи: 5 - матрица

- 13 -

Двухступенчатая термообработка проводилась по режиму: закалка при 820 °С, пергая ступень старения при 450 °С в течение 9 часов и вторая ступень старения при 550 °С и выдержке 4 часа. Указанный режим двухступенчатой термообработки был определен с помощью метода математического планирования эксперимента и подтвержден экспериментально.

Полученные результаты механических испытаний образцов, термообработанных по последнему варианту, показывают, что Рис-3- Влияние ' термообработки на прочность и пластичность после механические свойства: термообработки повышается 1 " основной металл в состоянии (рис 3) поставки: £ - основной металл пос-

Проведенные исследования ле термообработки: 5 .- сваР..ов по влиянию . термообработки на соединение: 4 - сварное соединение свойства нахлесточных соединэ- после термообработки. НИИ позволяют заключить, что

сварная цепь должна обрабатываться по двухступенчатой схеме термообработки в защитней среде.

Термообработанные сЕарные цепи при испытании на растяжение разорвались при усилии 8200...8500 кг, причем разрушение произошло вне зоны сварки. Таким образом, после проведенной термообработки разрывное усилие возросло на 12...15Х, вследствие создания" более благоприятных условий для взаимной пластпческо: деформации седлообразных частей цепи.

Предполагается использование разработанной технологии сварки для изготовления кругдоэвеннчх цепей из сплавав титана и других металлов применительно к задачам авиационного и морского транспорта (для крепления грузов), а также для автомобильного транспорта (цепи противоскаг тения).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. • 1. Установлены зависимости между параметрами сварки и меха-

ническими свойствами сварных соединений. Обоснованы оптимальные параметры протссг., обеспечивающие образование высокопрочных сварных соединений. • Показано, что величина удельной энергии удара, необходп ая для получения качественного сварного соединения из сплава БТ-8 в 1,5 раза меньше величины удельной энергии удара, затрачиваемой на разрушение основного металла при идентичных температурных условиях.

2. Металлографические исследования показывают, что при сварке на оптимальном режиме отсутствуют дефекты и граница раздела. При начлесточной схеме сварки наблюдается волокнистая структура, шириной 2,8...4,2 мм, о сильно деформированными в направлении течения металла зернами.

3. Расчетным путем и экспериментально установлено, что при сварке внахлест в формирующем устройстве двух полуэвеньев с перекрытием равным диаметру нити звена происходит образование ступенчатой зоны соединения, превышающей в 2,4 раза диаметр нити звена.

4. Установлено, что в условиях сгаростной направленной пластической деформации нахлесточного соединения подвижность атомов 63Ni в титане на три порядка превышает подвижность атомов в расплаве, что обуславливает формирование развитой зоны объемного взаимодействия в процессе образования сварного соединения. Установлено, что зфф.кт аномального массопереноса проявляется в большей степени на наклонных участках, где интенсивнее идут сдвиговые деформации.

5. На основании комплекса проведенных исследований разработаны технологический процесс и специаллизированная оснастка для ударной сварки в вакууме круглоэвенных цепей из высокопрочных сплавов титана, • совмещающий одновременно сварку изделия и его формовку, при котором деформация зоны соединения идет по схеме его течения в одном направлении (A.C. 1757822).

6. Определены татимальные параметры процесса ударной сварки в вакууме круглозвенных цепей (калибром 8,5 мм) из высокопрочного сплава титана ВТ-16. Показано, что с учетом экспериментально установленного факта теплового эффекта деформации температур? предварительного нагрева должна составлять 900...950 °С, а энергия удара 800 Дж.

у. Экспериментально и расчетным путем определен режим гермо

- 15 - . .

обработки сварной цепи и показано, что оптимальной является двухступенчатая термообработка, позволяющая повысить пластичность металла при сохранении прочности цепи. . .

в. Разработанные специаллизированная оснастка .и технология сварки круглозвенных . цепей из высокопрочных сплавов титана дают возможность увеличить срок службы цепей и снизить летный вес летательных аппаратов на 40.. .45% от общего веса испольауешх цепей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Особенности ударной сварки в вакууме сплава титана ВТ-8 / Ю.В. Фальченко, А.И. Игнатенко, Г.К. Харченко, В.И. Мозговой, //. Высокие технологии в машино- и приборостроении: Материалы межд. конф. (Саратов, май 1993 г.).- Саратов: СПУ, 1993 - с. '38...140.

2. Особенности образования соединения при сварке давлением/ Ю.В.. Фальченко, А.И. Игнатенко, Г.К. Харченко, A.A. Арсенюк, Б.В. Данильченко /Особенности образования соединения при сварке давлением// Современные проблемы сварочной науки и техники: Материалы межд. конф. (Ростов-на-Дону, сент. 1993). - Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1993. - о. 4...5.

3. Сварка давлением с электроннолучевым нагревом зоны соединения / Ю.В. Фальченко, А.И. Игнатенко, Г.К. Харченко, В.В. Арсенюк, Б.В. Данильчен.» / Электроннолучевая сварка: Материалы межд. конф. (Москва, окт. 1993 г.). - М. Машиностроение, 1993. -3.81...82.

4. Особенности диффузионных процессов при ударной сварке в вакууме титановых цепей /Ю.В. Фальченко/ Роль диффузионных процессов в формировании поверхности металла с особыми свойствами й образовании неразъемных соединений: Материалы,конф. (Кк в, ноябрь 1993 г.). - 9...10.

5. Ударная сварка в вакууме круглозвенных цепей из высокопрочных сплавов титана / Ю.В. Фальченко, А.И. Игнатенко, Г.К. Харченко/ Современные проблемы сварочной науки и техники "Свар-ка-95": Материалы конф. (Üepiib, май i996 г.) - Пермь: ПГТУ, 1995. г о. 90...92.

.6. Ударная сварка в вакууме сплавов титана в формирующих устройствах / Ю.В. Фальченко, А.И. Игнатенко, Г.К. Харченко и Др. /Современные проблемы сварочной науки и техники "Сварка-9б": Материалы конф.. (Пермь, май 1995 г.) - Пермь: ПГТУ, 1995 - с. 86...88.

7. A.C. 1757822, СССР, B23 К20/СЮ. Способ сварки металлов давлением в режиме -верхпластичности / Ю.В. Фальченко, А.И. Игна-тенко, Г.К. Харченко и др. - опубл. 30.08.92 г. Бюл. N32

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.

В [1,2,3,6] представлены результаты исследования технологии сварки высокопрочных сплавиз титана и исследован характер формирования стыкового и нахлесточного соединений в условиях направленной скоростной пластической деформации. Автором предложен принцип выбора энергии уда^а El,63, а в Е2,33 им разработана конструкция устройства для сварки нахлесточных соединений.

В [4,53 изложены особенности проявления эффекта аномального массопереноса в зоне объемного взаимодействия. Автором исследован характер распределения изотопов и показано, что при нахлесточной охеме сварки боковая поверхность не участвует в формировании сварного соединения, а в зоне контакта проявляется эффект аномального массопереноса.

В [73 предложен способ ударной сварки в вакууме, совмещающий одновременно сварку изделия и его формовку, при котором деформация зоны с зединения идет по охеме его течения в одном направлении в режиме сверхпластичнос;и.

АНОТАЦШ

Фальченко Ю.В. Ударне зварювання в вакуум1 круглоланкових ланцгаПв з ви^оком1цних сплав1в титану, рукопис, дисертацп на здобуття вченого ступеня кандидата техк!чних наук за специальностью 05.03.06 "Технолог1я та устаткування -ля зварювання та спораднених процесс1в", 1нститут електроэварювання 1м. 6.0. Пато-на HAH Укра1ни, Kiiiв 1995 р. Захшцаються 7 наукових роб1т, як! !.:1стять TeopeiiriHi та практичн! дослддження характеру формування вварних з'еднань is високом1цних оплав1в титану, в уыовах ввид-KicHO'i пластично! деформац!3. Створений спос!б та технолог!я ударного зварювання в вакуум!, як1 дозволяють об'еднати в час1 ьварювання в формуванням ланки ланцюга. Вкзначен! оптимальн1 па-рамегри процесу зварювання та умови проявления ефекту аномального ыасопереносу в зон1 об'емно! взаемодИ.

На основ1 наукових досл1джень розроблена технолоПя для ви-готовлення зварних круглоланкових ланцюг!в г високоыгцних сплав1ь титану,• эастосуваннн яко! дозволить з&ищадити к1лька сотень к1-лограм!в льотно! ваги на одному л1тальному апарат!.

KjmoBi слова: ударне зварювання в вакуум!, зварн1 кругло-ланков1 лглцюги, титан, швидк1сна направлена деформащя.

Falchenko Yu.V. Vacuum percussion welding of round- link chains of high- strength titanium alloys. Manuscript of thesis lor the scientific degree of Candidat of Technical Sciences on specialty 05.03.06. "Technology and Equipment for Welding and Relation Process", The E.O. Patpn Electric Welding Institute of NAS of Ukraine, Kiev, 1995. 7 research works are defended, which contein theoretical and practical studies of nature of formation of high-strength titanium alloys welded joints in the conditions of a high- speed directed plástic deformations. Developed is the metod and thechnology of vacuum percussion welding, permitting to combine in time the welding and forming the chain link.

The technology of manufacture of round-link chains of high- strength titanium alloys has been developed on the basis of research works, thus permitting to save several hundreds of kilograms of a flight weight in one vehiole.

Keywords: vacuum percussion welding, welded round- link chains, titanium, high-speed directed plastic deformation.

Подп. ■ печ. 01.06.95. Формат 60x8VI6. Бум. офс. № 2. Офс. лвч. Уел.леч.л. 0,93. Усл. кр.-отт. 1,16. Уч.-изд.л. 0,96. Тираж 100 экз. Зак. 5-177.

ИЭС им.Е.О.Патона. 252650 Кие! 5, ГСП, ул. Горького, 69. ПОП ИЗС им.Е.О.Патона. 252650 Киев 5, ГСП, ул. Горького, 69.