ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА С УПРАВЛЯЕМЫМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫМ СОСТОЯНИЕМ КОРПУСОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КЛАПАНОВ ГИДРОСИСТЕМ

Короткий зміст

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету роботи і задачі досліджень, описано об'єкт, предмет і методи досліджень, охарактеризовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів з наведенням особистого внеску автора.

У першому розділі проаналізовано конструкцію корпуса електромагнітного клапана гідросистеми літака АН – 140 і вимоги до даного виробу. Відзначено перспективність застосування ДЗ, у розвиток якого значний внесок зробили Н.Ф. Казаков, Е.С. Каракозов, М.Х. Шоршоров, Ю.Л. Красулін, В.І. Махненко, Г.М. Григоренко, Г.К. Харченко, Л.І. Маркашова, Д.І. Котельников, В.Ф. Квасницький, Л.С. Киреєв, В.В. Арсенюк, Г.П. Болотов, В.В. Квасницький, Ю.В. Фальченко, Г.В. Єрмолаєв, Р.А. Мусін, Г.В. Конюшков, В.В. Пєшков, А.В. Люшинський та інші.

Проаналізовано існуючі уявлення про формування з'єднань при ДЗ, способи активації поверхонь та інтенсифікації їх взаємодії, зокрема, циклічною зміною зусилля стиску, створення в стику дотичних напружень за рахунок попередньої обробки, локального нагрівання у вакуумі зони з'єднання та разового ударного навантаження, застосування проміжних прошарків, ультрадисперсних порошків тощо. Не дивлячись на існування різних гіпотез зварювання в твердому стані, загально визнано умовне виділення трьох стадій утворення з’єднання: фізичний контакт, активація поверхонь і об’ємна взаємодія, на кожній з яких важлива роль належить пластичній деформації.

Нерівномірність розподілу пластичних деформацій по стику при з’єднанні різнорідних матеріалів вперше було показано Ю.Л. Красуліним, а потім підтверджено в роботах ЦКТІ, ЦНДІ КМ „Прометей”, МКІ (нині НУК) та іншими. З появою сучасних комп’ютерних програмних комплексів у попередніх наших роботах установлено, що в зоні стику формується складний НДС та у вузлах циліндр-циліндр і втулка-втулка існує „зона деформаційного застою” з мінімальними пластичними деформаціями. Запропонований спосіб ДЗ з термоциклуванням сприяє більш рівномірному розподілу пластичних деформацій. У роботах показано принципову можливість керування НДС при зміні температури на ± 100°С в умовах відсутності проковзування з’єднуваних поверхонь. При першому циклі нагрівання можливе проковзування, що необхідно враховувати при моделюванні НДС.

При розробці технології необхідно враховувати структурні перетворення в сталі 10864, визначити температурний інтервал термоциклу, фізико-механічні властивості матеріалів у цьому інтервалі і параметри повзучості та їх вплив на формування НДС і розвиток термодеформаційних процесів у різних зонах стику. Для моделювання НДС з урахуванням перелічених факторів вибрано метод скінчених елементів (МСЕ) і програмний комплекс ANSYS.

Дифузійне зварювання корпусів клапанів також має складнощі, які пов’язані з необхідністю одночасного зварювання 4-х стиків при високочастотному нагріванні. У корпусі клапана з’єднуються деталі зі сталей 12Х18Н10Т і 10864, що мають різні властивості, масу, геометрію та розміри.

У цьому ж розділі сформульовано задачі дисертаційної роботи.

Другий розділ містить відомості про досліджені сталі 10864 і 12Х18Н10Т. Властивості сталі 10864, які відсутні в літературі, але необхідні для моделювання, було досліджено в дисертації і наведено в розд. 3. Ці дослідження проведено на комплексі Glleble-3800 в ІЕЗ ім. Є.О. Патона.

Дифузійне зварювання сталей виконували на модернізованих установках УДСВ ‑ ДТ і ВВУ ‑ 1Д. Установки оснащені високоточними датчиками переміщень і навантажень.

Для комплексних досліджень, що включають хімічний аналіз металу в різних зонах стику, характеру зеренної, субзеренної, дислокаційної структури, морфології і розподілу фазових виділень використовували оптичну, аналітичну растрову мікроскопію на приладі СЭМ-515 фірми "Philips" (Голландія), мікродифракційну електронну мікроскопію на установці JEМ-200СХ фірми “JEOL” (Японія), на установках "Comebax" марки SX-50 в ІЕЗ ім. Є.О. Патона та РЕММА 102-02 в НУК.

Механічні властивості зварних з'єднань при розтягу та ударі визначали при кімнатній температурі на повіреному обладнанні. Мікротвердість вимірювали на мікротвердомірах фірми "Леко" і ПМТ – 3.

Випробування зразків, моделей і натурних виробів проводили на підприємствах: ДП "ХАКБ", ДП НВКГ "Зоря"-"Машпроект", а також в ІЕЗ ім. Є.О. Патона.

У третьому розділі запропоновано методику комп'ютерного моделювання напружено-деформованого стану, що дозволяє врахувати складні температурні залежності фізико-механічних властивостей матеріалів, включаючи структурні деформації. З метою оцінки точності моделювання при використанні запропонованої методики порівнювалися результати пружного рішення при нагріванні та охолодженні однорідного циліндра у вільному і жорстко-закріпленому станах з результатами розрахунків за відомими аналітичними залежностями. Різниця в величині деформацій і напружень склала не більше 0,5 %. Таким чином, перевірка адекватності моделювання на найпростіших моделях показала високу точність.