Изготовление буровых долот с применением ЭЛС Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки

толщины свариваемых заготовок. Такое же соотношение глубины проплавления к толщине изделия сохраняется и в подшарошечной части долота.

Рис. 3. Свариваемые стыки сегмента бурового долота: 1 - электронный пучок; 2 - ниппельная часть; 3 - уступ;

4 - затылочная часть; 5 - подшарошечная часть

Вместе с тем, наличие уступа при переходе от ниппельной к затылочной части резко ухудшает условия формирования шва. В этой области совпадают направления силы тяжести и динамического напора паров сварочной ванны, что приводит к вытеканию жидкого металла и образованию крупных дефектов в шве [1]. Качественное формирование шва значительно усложняется еще и тем, что на участке от ниппельной части до затылочной глубина проплавления

должна уменьшаться по мере перехода от полного проплавлення на всю толщину до частичного на глубину, равную 1/3 толщины заготовки [2].

Если при сквозном проплавлении выход паров происходит в обе стороны парогазового канала, то при частичном он закрывается со стороны корня шва, давление паров в канале повышается и изменяются условия формирования шва. В рассматриваемом случае прохождения электронного пучка и ЭЛС уступа на затылочной части долота парогазовый канал в определенный момент открывается снизу и повышенное давление паров, характерное для несквозного проплавлении, способствует вытеканию металла из сварочной ванны. Следовательно, нужно было более детально изучить конструкцию сварного соединения и условия формирования шва при ЭЛС проблемных участков буровых долот для обеспечения стабильности производства и повышения их эксплуатационных характеристик.

Библиографические ссылки

1. Назаренко О. К., Нестеренков В. М., Бондарев А. А., Кравчук Л. А., Архангельский Ю. А. Электроннолучевая сварка буровых долот. Институт электросварки им. Е. О. Патона. НАН Украины, 2012.

2. Нестеренков В. М., Протосей Н. Е., Архангельский Ю. А. Технологические особенности электронно-лучевой сварки буровых долот. 2009.

© Болдарев Е. А., Пашкин А. Н., 2014

УДК 621.791.722

Е. А. Болдарев, А. Н. Пашкин Научный руководитель - В. В. Богданов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РЕЗУЛЬТАТЫ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ,

ВЫПОЛНЕННЫХ ЭЛС

Представлен результат экспериментальных исследований механических свойств сварных соединений буровых долот, выполненных ЭЛС, с применением модифицирующих вставок и без них.

Металлографические исследования соединений, сваренных без модификаторов, показали, что при характерном для ЭЛС термическом цикле превращение аустенита металла шва и участка перегрева ЗТВ происходит в бейнитной и мартенситной областях. При этом наблюдается характерное дендритное строение металла шва с направленным от линии сплавления к центру шва ростом кристаллитов. Как известно, именно в этих зонах наиболее часто образуются кристаллизационные трещины длиной 0,5-0,7 мм.

Микроструктуры металла шва и участка перегрева ЗТВ состоят из смеси бейнита и низкоотпущенного мартенсита и имеют одинаковую твёрдость ИУ1-4180 (рис. 1), что несколько выше твёрдости основного металла (ИУ1-38503 960). На участке перегрева происходит незначительный рост зерна по сравнению с основным металлом [1].

«П.мн» МП, МП:

Ч I 2 3 1 им

Рис. 1. Твёрдость сварных соединений долот, выполненных ЭЛС без модифицирующей вставки (а), с модификатором из титана (б) и стали 10Х18Н10Т

Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»

Сравнительный анализ структур сварных швов, выполненных без модификаторов и после введения титановых пластин толщиной 0,2 мм показывает, что при кристаллизации металла шва происходит измельчение зерна. При этом твёрдость металла шва уменьшается до ИУ1-2800-2500. Твердость околошовной зоны сохраняется на уровне твёрдости шва, выполненного без модификатора. Следовательно, модифицирующие вставки не оказывали влияния на термический цикл сварки, так как она выполнялась без изменения параметров режима.

Для оценки влияния модификаторов на стойкость к образованию кристаллизационных трещин и прочностные свойства сварных соединений применяли вставки из титана и нержавеющей стали 10Х18Н10Т толщиной 0,1-0,2 мм.

При анализе структуры сварных соединений, выполненных с модифицирующей вставкой из нержавеющей стали 10Х18Н10Т, было отмечено такое же измельчение зерна, как при модифицировании титаном, но трещинообразования при этом не наблюдалось [2].

Проведённые механические испытания сварных соединений буровых долот показали, что при использовании титана в качестве модификатора показатели прочности и особенно ударной вязкости металла шва резко ухудшаются. Это объясняется образованием большого количества карбидов титана в металле шва. При испытаниях все разрывные образцы разрушались по шву, в ударных образцах наблюдалось хрупкое разрушение.

f ■ Ш У

В У ^ ■

Рис. 2. Микроструктура металла по центру шва, сваренного без модификатора (а), со вставкой

из титана (б) и стали 10Х18Н10Т (в), и образование трещины при модифицировании титаном (г)

При изменении модифицирующей фольги из стали 10Х18Н10Т разрыв проходил по ЗТВ, разрушение ударных образцов носило вязкий характер [2].

Механические свойства сварных соединений со вставкой из стали 10Х18Н10Т намного выше уровня значений для соединений с титановой вставкой, а по прочности приближаются к основному металлу.

Библиографические ссылки

1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.. Теоритическая физика. Т. 6. Гидродинамика. 1986.

2. Medlar T. Electron beam welding: Pat. 2031319 Great Britain. MKU D23k 15/00. Publ. 23.04.80.

© Болдарев Е. А., Пашкин А. Н., 2014

УДК 621.791.763

Е. А. Борисенко, В. А. Шахматова, Н. Н. Беляков Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

Разработан экспериментально-расчетный метод определения температурного поля в зоне точечной сварки, позволяющий рассчитать температуру в любой точке зоны сварки, в любой момент процесса во время действия импульса сварочного тока.

Анализ известных аналитических методик расчетов температуры в зоне сварки [1], показывает, что пытаться удовлетворить требованиям современной технологии ТКС по точности определения температуры в зоне сварки этим путем весьма проблематично. В наиболее точных методиках расчетов, в основе которых лежит решение дифференциальных уравнений распределения потенциалов и теплопроводности в зоне сварки [2], результаты расчетов представляют собой дискретные значения температуры. При этом анализ термодеформационных процессов на аналитических моделях становится возможным только в том случае, если математическая модель температурного поля удовлетворяет, по крайней мере, двум условиям: описывается непрерывной функцией; в достаточной степени точно отражает дина-

мику его изменения в процессе формирования соединения.

Поэтому для анализа термодеформационных процессов при ТКС был разработан экспериментально-расчетный метод оценки температуры в зоне сварки, основанный на монотонности и подобии изменения параметров термодеформационных при точечной сварке. Суть его заключается в следующем.

Температурное поле при конкретных условиях ТКС можно описать функциями, аппроксимированными по экспериментально определенным характерным пространственно-временным точкам.

Для нахождения вида аппроксимирующих функций, которые отображали бы изменение температуры в плоскости оси электродов по координатам 2 и г в любой его момент экспериментально можно опре-