Реферат Зварювання в космосі

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Зміст

Запровадження

1. Історія зварювання у космосі

2. Методи і знаходять способи зварювання у космосі

2.1 Плазмова зварювання

2.2 Електроннопроменева (електронна) зварювання

Укладання

Література


Запровадження

Наприкінці 1950-х років нашого століття народилася нова галузь людської діяльності — космонавтика. Про це весь світ сповістили сигнали першого радянського супутника Землі, затвердивши цим провідної ролі нашої країни у освоєнні космічного простору.

>Космонавтика поставила широке коло завдань і для зварниками: знадобилося від початку переглянути і вдосконалити багато технологічні процеси, створити технологію зварювання спеціальних легень і жароміцних сплавів, розробити зважену та освоїти виготовленнявисоконадежного автоматизованого зварювального устаткування. На початку 1960-х років з ініціативи головного конструктора ракетно-космічних систем академіка З. П. Корольова було поставлено принципово нове завдання — досліджувати можливість виконання зварювання у космосі. Виконання цього завдання доручили Інституту електрозварювання їм. Є. Про. Патона АН УРСР. До досліджень було залучено провідні колективи інституту, керовані Д. А. Дудко, І. До.Походной, У. До. Лебедєвим, Б. А. Мовчаном, У. Є. Патоном, Про. До. Назаренко. Науковим керівником відновлення всього комплексу досліджень був академік Б. Є. Патон.


1. Історія зварювання у космосі

Під час проведення досліджень передбачалося, що зварювання у космосі використовуватиметься переважно до виконання таких робіт:

а) ремонт космічних кораблів, орбітальних станцій та різних металоконструкцій, що у космічному польоті чи Місяці та інших планетах;

б) складання і монтаж металоконструкцій, що у орбітальному польоті чи розташованих лежить на поверхні відвідин Місяця й інших планет.

І було розробити техніку й технологію виконання зварювальних робіт у принципово нової в людини середовищі — космічному просторі, основними відзнаками якого є:

1) невагомість,

2) глибокий вакуум за високої швидкості відкачування (дифузії) газів і парів,

3) широкий інтервал температур, у яких може бутисвариваемое виріб (орієнтовно від 180 до 400 До).

Варто було враховуватиме й ряд додаткових несприятливих чинників, які мають негативний вплив на якістьсвариваемих сполук (вкрай обмежена рухливість оператора у космосі, складність фіксації і орієнтації, наявність різноманітних випромінювань тощо. п.).

Приступаючи до виконанню поставленого завдання, передусім, потрібно було з усього різноманіття існуючих способів зварювання вибрати найперспективніші щодо можливості їх використання їх у настільки незвичайних умовах. У цьому керувалися специфічно зварювальними критеріями оцінки (універсальність, технологічність, простота, можливість виконання різання), і навіть критеріями, прийнятими для космічного устаткування (висока надійність, безпеку, мала енергоємність, мінімальні маса кафе і об'єм і т. п. На перших етапах досліджень було відібрано такі засоби зварювання: електронно-променеве,дуговаяплавящимся електродом,плазменная, контактна, холодна ідиффузионная.

Нагромаджений Землі досвід дозволив дійти невтішного висновку, такі засоби зварювання, якдиффузионная, холодна і контактна, які пов'язані з наявністю газів у зоні зварювання, з інтенсивним нагріванням і розплавленням великого об'єму металу, можуть цілком працездатними за умов космічного вакууму і невагомості. Тому використання в космосі не зажадає проведення будь-яких спеціальних досліджень.

Проте сферу застосування цих способів обмежена їхньою малою універсальністю і необхідністю ретельної підготовки й підгонкисвариваемих поверхонь. У той самий час такі досить універсальні й ефективні засоби зварювання, як електронно-променеве,плазменная ідуговая, відрізняються щодо більший обсяграсплавляемого металу і виділенням у зоні зварювання різних газів і парів, що зробила їх використання у космосі проблематичним. Тому перед використанням цих способів потрібно було провести ретельні дослідження, у умовах, які імітували космічні.

Вперше такі дослідження виконані 1965 р. на літаючої лабораторіїТУ-104, що дозволяє короткочасно (до 25—30 з) відтворювати стан невагомості. Для проводити дослідження створили комплекс устаткуванняА-1084, що з низки вакуумних камер, механічнихфорвакуумних ісорбционно-геттернихвисоковакуумних насосів, які реєструють приладів (звичайні і швидкісні кінокамери,осциллографи) і апаратури управління. Весь комплекс устаткування містився у салоні літаючої лабораторії (рис. 1).

На кришках кожної з камер могли встановлюватися автоматичні устрою для зварювання різними методами —

електронним променем, вузьке дугою низький тиск і дугою зплавящимся електродом.

Бо у конструкціях космічних об'єктів, зазвичай, немає метал великий товщини, потужність цих зварювальних пристроїв не перевищувала 1,5 кВт. Проведені дослідження дозволили виявити найхарактерніші риси зварювання за умов невагомості і вакууму. Коротенько вони зводяться ось до чого .

>Рис. 1. Розміщення зварювального обладнання салоні літаючої лабораторії ТУ 104

При електронно-променевої зварюванні і краянні тиск пучка і реактивне тиск парів металу прагнуть витіснити рідку ванночку із зони плавлення. Тому дуже важливо було визначити, зможе розплавлений метал утримуватися в швачко чи порожниниреза під час роботи в невагомості. Експерименти показали, що обсяг сили поверхового натягу при електронно-променевої зварюванні цілком достатня для надійного утримання металу і нормального формування шва. Також надійно виконувалася і різка. Причому розплавлений метал не віддалився з порожниниреза як крапель, чого можна було побоюватися, алокализовался на крайкахразрезаемих аркушів.

Значні труднощі довелося подолати під час зварювання вузьке дугою низький тискплавящимся інеплавящимся електродами. І було розробити надійні методиконтрагирования плазми дуги глибокій вакуумі за високої швидкості відкачування і прийоми активного управління плавленням і перенесенням електродного металу у невагомості. Річ у тім, що дугові процеси за низького тиску пов'язані з значноїрасфокусировкой дуги як наслідок, з різким зменшеннямпроплавляющей здібності, арасплавляемий в невагомості електродний метал перетворюється на шов як крапель надзвичайно великого розміру. Тому дослідникам довелося приділити багато уваги розробці спеціальних засобів і пристроїв для фокусування дуги і плазми в вакуумі, і навіть пошукам шляхів управління плавленням і перенесенням електродного металу.

Рис.2 Установка «Вулкан»

Експерименти на літаючої лабораторії допомогли вирішити ці завдання. Тим самим було було створено передумови щодо зварювальних робіт у космосі.

На базі проведених досліджень було розроблено та виготовлено спеціальна зварювальна установка «Вулкан», призначення якої полягала у перевірці можливості використання названих вище способів зварювання за умов космосу. «Вулкан» був комплексне, повністю автономне пристрій (мал.2), що дозволяє виконувати автоматичну електронно-променеву зварювання і дугову зварюванняплавящимся інеплавящимся електродами.

Установка складалася з двох основних відсіків. У першому —негерметичном — розташовувалися зварювальні пристрої ісоединяемие зразки; й інші — герметичному — блоки енергоживлення, прилади управління, вимірювальні і змінюють устрою, кошти автоматики. Сам «Вулкан» було встановлено побутовому відсіку космічного корабля «Союз», а пульт управління — вспускаемом апараті. Вага установки — не перевищував 50 кг.

Відповідно до загальної програмою космічних досліджень першим у світі експеримент із зварювання у космосі було виконано 16 жовтня 1969 р. на космічний корабель, «>Союз-6».летчиками-космонавтами Р. З. Шоніним і У. М.Кубасовим. Після розгерметизації побутового відсікукосмонавт-оператор У. М. Кубасов, котрий успускаемом апараті, включив автоматичну зварювання вузьке дугою низький тиск. Після цього він привів у дію автоматичні устрою для зварювання електронним променем іплавящимся електродом. Під час кожного досвіду космонавт спостерігав над роботою установки по сигнальним табло на пульті управління. Дані щодо білоруського режиму зварювання і правових умовах експерименту передавалися на Землю і фіксувалисясамопишущими приладами.

Виконаний у космосі експеримент підтвердив зроблені раніше основні припущення, і результати досліджень, отримані на літаючої лабораторії. Було показано, що у космосі процеси плавлення, зварювання і різання електронним променем протікають стабільно; забезпечуються необхідні умови на формування зварних сполук ірезов.

Основні параметри режиму зварюванняплавящимся електродом, і навіть структура шва і зони термічного впливу, отримані потім кораблем до «>Союз-6», залишалися практично так само, як і літаючої лабораторії. Форма і якість швів, одержуваних цими способами на нержавіючих сталях класу 18—8 і титанових сплавах, було цілком задовільними.

У той самий час виявили і кілька аномалій, викликаних, на думку дослідників, невагомістю і специфічними умовами космічного вакууму. Приміром, при електронно-променевої зварюванні алюмінієвих сплавів у космосі було виявлено значно більша пористість швів, ніж Землі (зварювання вузьке дугою низький тиск на установці «Вулкан» не дала очікуваних результатів. Очевидно, швидкість дифузіїплазмообразующего газу навколишнє корабель простір перевищив очікуваний. Тому його концентрація вдуговом проміжку виявилося недостатньою дляконтрагирования вузьке дуги.

>Малогабаритние зварювальні устрою, включені в Маріїнський комплекс установки «Вулкан», показали достатню надійність і працездатність за умов космосу. Принципові рішення, покладені в основу розробці цих пристроїв, виявилися правильними і придатними для конструювання зварювальних установок, виділені на зварювання у космосі конкретних виробів.

Отже, до початку 1970-х років питання принципову можливість виконання автоматичної зварювання у космосі було вирішено позитивно. У той самий час існувала велика категорія робіт, зокрема майже всі види ремонту, що практично могли б бути виконані з допомогою автоматичної зварювання. Тому неабияк актуальною представлялася завдання дослідження можливості виконання ручний зварювання у космосі. Причому були вагомих підстав побоюватися, щокосмонавт-оператор, налаштований в космічний скафандр під значним надлишковим тиском, через вкрай обмеженою рухливості зможе якісно виконувати такий професійно складного процесу, як зварювання. Завдання ускладнювалася що й необхідністю забезпечення безпеці оператора.

Усе змусило на початкових етапах відмовитися з посади осіб у космічному скафандрі у вакуумі. Знайшли компромісне рішення. Для проводити дослідження по ручний зварюванні за умов, максимально наближених до космічним, Інститутом електрозварювання їм. Є. Про. Патона в 1972 р. розроблений спеціальний випробувальний стенд 06-1469 (рис. 3).

>Рис. 3. Стенд тренажер на дослідження ручний зварювання за умов, які імітували космічні

Стенд був герметичну робочу камеру обсягом близько 0,8 м3, на передній стінці якоїмонтировался спеціальний фрагмент космічного скафандра. Між фрагментом і камерою міг створюватися необхідний перепад тиску, найповніше який відтворює реальні умови роботи космонавта. Усередині робочої камери розміщувалися інструменти, і ручні зварювальні устрою.Остеклениегермошлема скафандра постачалося набором змінних світлофільтрів, дозволяють працювати з джерелами нагріву різної яскравості. Найважливішим конструктивним перевагою стенда було надійне забезпечення безпеки оператора при випадковихразгерметизациях, що забезпечувало сприятливу психологічну обстановку під час роботи звисокотемпературними об'єктами. Важливе значення мали також можливістю вільного медико-біологічного контролю над станом оператора і зручність проведення різних біомеханічних досліджень.

Одночасно з стендом сьогодні в Інституті електрозварювання їм. Є. Про. Патона розроблений комплекс спеціальних космічних інструментівА-1500, дозволяють виконувати зварювання у різний спосіб. Спочатку експерименти проводились наземних лабораторіях, причому у цьому випадку робоча камера зазвичай заповнювалася інертним чи вуглекислим газом.

На пізніших етапах дослідження перенесені літаючу лабораторію й у вакуум. Експерименти не підтвердили висловлених вище побоювань. Навпаки, виявилося, що дозволить після певної нетривалого тренування оператори (навіть професійні зварювальники) могли якісно виконувати ручну зварювання різних зварних сполук — стикових, кутових,нахлесточних — на таких металах, як нержавіючі стали, алюмінієві і титанові сплави. З'ясувалося також, що при дугового зварюванні в інертному газіплавящимся електродом при невагомості небезпекапрожогов значно менше, ніж Землі. Це пояснили специфічними умови існування зварювальної ванни за відсутності сили тяжкості.

Такі обнадійливі результати дозволили спробувати виконати вручну, і електронно-променеву зварювання — процес, що б дуже високою концентрацією теплової енергії в плямі нагріву. З цією метою розроблена спеціальна ручна електронна гармата (рис. 4), що дозволило з допомогою стенда 06-1469 успішно проведення цілої низки експериментів по ручний електронно-променевої зварюванні. Експерименти показали, що спосіб має великі потенційні змогу застосування їх у космічних умовах.

Праця у відкритому космосі пред'являє дуже високі вимоги доергономическим аспектам конструювання зварювального устаткування, особливо ручний зварювання. У напрямі Інститутом електрозварювання - та Центром підготовки космонавтів їм. Ю. А. Гагаріна в 1972—1977 рр. виконано низку дуже важливих експериментальних досліджень. У ці ж роки продовжувалися і технологічних досліджень, що стосуються, зокрема, відпрацювання технології зварювання найперспективніших для космічногоаппаратостроения алюмінієвих сплавів. Був виявлено ряд характерних рис зварювання цих сплавів за умов невагомості. Зроблено спроби знайти заходи боротьби із підвищеною пористість.

>Рис. 4. Електронна гармата для ручний зварювання

Слід зазначити, що протягом 1970-х років роботи з зварюванні у космосі проводилися широким фронтом. Було запропоновано залучити до космічних умовах низку інших перспективних способів зварювання, таких, наприклад, якгелиосварка,магнитоимпульсная зварювання, зварювання вибухом,екзотермическая зварювання і пайка тощо. п. Крім Інституту електрозварювання, в проведення досліджень включилися Інститут проблем матеріалознавства АН УРСР, МВТУ їм. М. Еге. Баумана, Московський авіаційний інститут ім. З. Орджонікідзе, Інститут металургії їм. А. А. Байкова АН СРСР, Інститут Космічних досліджень АН СРСР та інших. Це прискореному рішенню проблем, завдань, які зварниками, які працюють у області космічних досліджень.


2. Методи і знаходять способи зварювання у космосі

2.1 Плазмова зварювання

Одне з перспективних способів зварювання -плазменная зварювання - виробляється плазмової горілкою. Сутність цього способу зварювання у тому, що дуга горить між вольфрамовим електродом і виробом і продувається потоком газу, у результаті утворюється плазма, використовувана для високотемпературного нагріву металу. Перспективна різновид плазмової зварювання - зварювання вузьке дугою (гази стовпа дуги, проходячи через калібрований канал сопла пальники, витягуються в тонку струмінь). При стискуванні дуги змінюються її властивості: значно підвищується напруга дуги, різко зростає температура (до 20000-30000 З). Плазмова зварювання отримала промислове застосування сполуки тугоплавких металів, причому автомати і напівавтомати для дугового зварювання легко можуть бути пристосовані для плазмової за відповідного заміні пальники.Плазменную зварювання використовують як сполуки металів великихтолщин (багатопланова зварювання із захистом аргоном), так сполуки пластин і дроту завтовшки від десятківмкм до 1 мм (>микросварка, зварювання. голчастою дугою).Плазменной струменем можна проводити також ін. види плазмової обробки, зокрема плазмову різання металів.

2.2 Електроннопроменева

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація