Регистрация / Вход
Прислать материал

Совершенствование технологии сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием для формирования неразъемных соединений дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов транспортного и авиакосмического назначения

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
сварка трением с перемешиванием, ультразвуковое воздействие, высокопрочные алюминиевые сплавы, многоуровневое численное моделирование, прочность, пластичность, сварное соединение

Цель проекта:
Реализация проекта направлена на решение проблемы снижения прочностных свойств металла в зоне шва при формировании неразъемных соединений высокопрочных алюминиевых сплавов транспортного и авиакосмического назначения методом сварки трением с перемешиванием (СТП). Целью реализуемого проекта является совершенствование технологии СТП посредством ультразвукового воздействия (УЗ) и улучшение эксплуатационных характеристики неразъемных соединений алюминиевых сплавов для создания легких и надежных конструкций.

Основные планируемые результаты проекта:
Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ.
Отчет о патентных исследованиях.
Результаты теоретического исследования влияния параметров технологических режимов сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием на процессы интенсивного массопереноса и термомеханического воздействия в сварных соединениях.
Результаты компьютерного моделирования влияния структуры материала на распределение деформаций и напряжений в области сварного соединения и околошовной зоне неразъемных соединений алюминиевых сплавов, получаемых путем сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием.
Результаты исследования механических и структурных характеристик лабораторных и экспериментальных образцов неразъемных соединений алюминиевых сплавов Д16, В95, В1469.
Стенд для экспериментальных исследований технологических режимов сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием.
Технологическая инструкция получения в лабораторных условиях сваркой трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием экспериментальных образцов неразъемных соединений алюминиевых сплавов Д16, В95, В1469 с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Проект технического задания на проведение опытно-конструкторских работ по разработке опытного образца установки сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием.
Результаты работ соответствуют разработкам мирового уровня.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Реализация проекта будет способствовать созданию опережающего научно-технического задела в области разработки современных технологий и оборудования для формирования неразъемных соединений перспективных алюминиевых сплавов с улучшенными показателями прочности и долговечности для повышения надежности элементов конструкций транспортной, ракетно-космической и авиационной техники нового поколения и дальнейшему развитию отрасли.
Результаты проекта вносят существенный вклад в создание научно-технического задела для разработки оборудования сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием, предназначенного для создания неразъемных соединений с улучшенными эксплуатационными характеристиками ответственных узлов и элементов конструкций изделий из термообрабатываемых алюминиевых сплавов для нужд авиакосмического комплекса и транспортной промышленности России.
Сварка трением с перемешиванием широко применяется за рубежом такими компаниями как Boeing (США), Eclipse Aviation Corporation (США), Alstom LHB (Германия), Tower Automotive (США), Hitachi (Япония) и др. при производстве узлов и деталей ракетно-космической, авиационной, железнодорожной и автомобильной техники, однако технология сварки с применением мощного ультразвука для улучшения прочностных характеристик сварных соединений находится в стадии разработки. На данный момент не существует готового технологического решения применения ультразвукового воздействия в процессе сварки трением с перемешиванием.
Перспективы коммерциализации результатов проекта определяются:
1. Разработкой рекомендаций по совершенствованию технологии сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием.
2. Разработкой стенда для экспериментальных исследований технологических режимов сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием.
3. Имеющимся у Индустриального партнера опытом по разработке технологических процессов с использованием сварки трением с перемешиванием.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Потенциальными потребителями результата являются предприятия ракетно-космического комплекса, авиационной, транспортной промышленности и судостроительные компании.
В рамках работ по дальнейшей коммерциализации результатов ПНИ Индустриальным партнером проекта ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель» будут выполнены ОКР по разработке опытного образца установки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием, который будет внедрен в собственное производство предприятия.
Сварка трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием позволит выполнять сварные соединения со скоростью, в 5...10 раз превышающей скорость сварки традиционными дуговыми методами, без использования защитного газа и присадочного материала. Сварка трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием позволит формировать надежные неразъемные соединения, прочностные и усталостные характеристики которых приближаются к характеристикам основного металла. Получение таких сварных швов особенно актуально для ракетно-космической техники, ввиду постоянно уменьшающегося коэффициента запаса прочности, закладываемого при проектировании космических аппаратов для увеличении их энергоэффективности.

Текущие результаты проекта:
Проведено исследование массопереноса оксидных пленок свариваемых кромок в зависимости от параметров технологических режимов сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием на масштабном уровне от 1 до 10 нм. Обнаружено, что увеличение поступательной скорости инструмента приводит к уменьшению глубины проникновения атомов кислорода в образец в направлении нормальном к поверхности контакта свариваемых кромок на 10% и увеличению значения максимальной концентрации кислорода на 30% в сварном шве.
Разработана трехмерная модель сварки трения с перемешиванием, предназначенная для теоретического изучения пространственных особенностей процесса на макроскопическом уровне. Расчеты показали, что подгоночные параметры трехмерной модели отличаются от двумерной модели и требуют проведения дополнительных вычислительных экспериментов.
Разработана методика подбора параметров технологических режимов СТП-УЗ, обеспечивающих формирование неразъемных соединений алюминиевых сплавов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что упорядоченная ламельная структура материала в околошовной зоне на стороне набегания обеспечивает более равномерное распределение напряжений и деформаций под нагрузкой и обладает более высокой прочностью, чем поликристаллическая структура в основном материале и шве. Исследование влияния пара-метров технологических режимов СТП-УЗ на процессы массопереноса и термомеханического воздействия показало, что существует диапазон значений отношения скорости сварки и частоты вращения инструмента, обеспечивающий массоперенос для формирования СТП-соединения с минимальным содержанием дефектов. Ультразвуковое воздействие приводит к более равномерному распределению напряжений и температуры. Моделирование деформационного отклика образцов СТП-соединений показало, что максимальные значения напряжений наблюдаются в области границы шва на стороне отхода.
Разработана эскизная конструкторская документация стенда для экспериментальных исследований технологических режимов СТП-УЗ.
Прочностные свойства полученных лабораторных образцов СТП-УЗ неразъемных соединений сплава Д16 возросли на 5...10 % по сравнению с образцами СТП соединений Д16, не подвергавшихся УЗ-воздействию. Прочностные свойства лабораторных образцов СТП-УЗ соединений сплава В95 возросли на 10...20 % по сравнению с образцами СТП-соединений В95, не подвергавшихся УЗ-воздействию. Полученные результаты являются новыми и соответствуют требованиям технического задания.
Проведены работы по подготовке комплектующих к сборке стенда для экспериментальных исследований технологических режимов сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием
Разработана программа и методики исследовательских испытаний стенда для экспериментальных исследований технологических режимов сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием.
Разработана ЭКД и изготовлен сварочный инструмент для изготовления лабораторных образцов из сплавов Д16, В95 и В1469.