WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«Разработка конструкции нового поколения сварочных головок серии ГНС для орбитальной сварки неповоротных стыков трубопроводов с использованием цифрового прототипирования. С. А.Чичков. ...»

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск № 45 www.mai.ru/science/trudy/

УДК 621.791.039+658.512.011.56:681.3

Разработка конструкции нового поколения сварочных головок

серии ГНС для орбитальной сварки неповоротных стыков трубопроводов с использованием цифрового прототипирования .

С. А.Чичков .

Аннотация .

В статье рассматривается разработка ряда сварочных головок и вспомогательной

аппаратуры для автоматизированной орбитальной сварки аргонно-дуговым методом (MIG/MAG) методом компьютерного цифрового прототипирования. Данное оборудование создано специально для решения задачи обеспечения качественной и быстрой автоматизированной сварки неповоротных стыков трубопроводов различного назначения из алюминиевых сплавов и сталей в аэрокосмической отрасли в монтажных и заводских условиях с гибкой настройкой параметров. Также описаны некоторые проблемы орбитальной сварки трубопроводов и методы их решения, технические характеристики головок, ряд нововведений и усовершенствований в их конструкции, а также перспективы и преимущества данного комплекса для нужд ракетно-космической отрасли .

Ключевые слова:орбитальная сварка; дуговая сварка в защитных газах; трубопроводные системы;автоматизированное проектирование; сварочные головки; цифровой прототип; трехмерное моделирование; AutodeskInventor

1.Введение Современный подход к созданию космических аппаратов с использованием двигателей на жидком топливе и теплообменных систем невозможен без применения разветвленных сетей трубопроводов, основным методом получения неразъемных соединений которых является дуговая сварка в защитных газах.Так, например, в некоторых космических комплексах насчитывается до 20 000 стыков трубопроводов из алюминиевых сплавов и сталей.Поэтому требования качества и надежности, предъявляемые к таким комплексам, в полной мере относятся и к сварным соединениям трубопроводов .



2.Краткое описание проблематики орбитальной сваркитрубопроводов Многолетний опыт показывает, что применение ручной сварки сопряжено с нестабильностью качества сварных соединений, что особенно недопустимо в условиях агрегатной и общей сборки комплексов и их частей из-за ограниченной контролепригодности соединений .

Кроме того, соединения трубопроводов, выполненные ручной сваркой, обладают пониженным ресурсом работы .

Высокоэффективным методом получения качественных неразъемных соединений в монтажных условиях является автоматическая орбитальная сварка трубопроводов.Только ее применение способно обеспечить высокие требования по качеству сварных соединений.Однако автоматическая орбитальная сварка представляет сложную техническую задачу в части обеспечения стабильности формирования шва в различных пространственных положениях в условиях теплового насыщения металла трубопровода .

Еще более эта задача усложняется при сварке трубопроводов из алюминиевых сплавов из-за особых физико-химических свойств металла, таких как высокая жидкотекучесть, малая величина поверхностного натяжения, высокая химическая активность, а также из-за склонности к возникновению дефектов в виде пористости и окисных включений .

Установлено, что в процессе сварки на расплавленный металл сварочной ванны действует ряд сил, соотношение которых определяет условие формирования шва .

При орбитальной сварке это соотношение непрерывно меняется, обусловливая неравномерность формирования шва по периметру стыка и возможность образования дефектов шва, таких как вогнутость с внутренней стороны, подрезы, неравномерность усиления шва и ряд других, что приводит к резкому снижению механических свойств и вибростойкости сварного соединения .



При сварке в нижнем положении поверхность сварочной ванны занимает горизонтальное положение, что создает благоприятные условия для формирования шва, т.к. жидкий металл удерживается на свариваемой поверхности под действием силы поверхностного натяжения .

Сварка в вертикальном положении «на спуск» характеризуется тем, что направление силы тяжести жидкого металла и направление сварки совпадают, сварочная ванна подтекает под столб дуги, что уменьшает глубину проплавления. При сварке в вертикальном положении «на подъем» направление силы тяжести жидкого металла противоположно направлению сварки, сварочная ванна вытекает из-под столба дуги, увеличивая при этом глубину проплавления .

При сварке в потолочном положении поверхность ванны занимает горизонтальное положение, и металл ванны удерживается силами поверхностного натяжения и давления дуги .

Таким образом, можно утверждать, что равновесие сварочной ванны в различных пространственных положениях определяется в основном действием трех сил: силой давления дуги, силой поверхностного натяжения жидкого металла сварочной ванны и весом сварочной ванны .

Кроме того, задача качественного формирования шва усложняется при сварке трубопроводов диаметром до 3-25 мм, что обусловлено ускоренным теплонасыщением свариваемого соединения .

В 70-80 гг. прошлого века было создано оборудование для аналогичных целей, но к настоящему времени его элементная база и конструкция существенно устарели, имеют ряд существенных недостатков и не отвечают современным требованиям. Этот факт выявил необходимость в разработке нового поколения сварочных головок и сопутствующего оборудования, используя современные средства и методы разработки, новые материалы и технологии для удовлетворения потребностей отечественной ракетнокосмической отрасли в области орбитальной сварки трубопроводных систем .

3.Современные методы решения задач и особенностиразработанного оборудования С целью управления силами,действующими на сварочную ванну, разработан комплекс методов и средств, обеспечивающих стабильное формирование шва при орбитальной сварке. Среди них можно выделить следующие основные методы:

- стабилизация и автоматическое регулирование тепловложения в процессе сварки, осуществляемое по заданной программе в зависимости от объема сварочной ванны и ее положения в пространстве;

–  –  –

в) г) 4

1) предварительная продувка магистралей и сварочной горелки инертным газом;

2)бесконтактное возбуждение сварочной дуги;

3) плавное нарастание тока дуги до значения, при котором происходит стабилизация размеров сварочной ванныи выдержка этого значения при сварке;

4) подача присадочной проволоки одновременно с началом движения сварочной горелки или на определенный промежуток времени позже;





5) плавное снижение до нуля сварочного тока в конце процесса сварки;

6) отключение подачи инертного газа через заданный промежуток времени после выключения дуги .

При этом обеспечивается стабилизация всех параметров режима сварки, включая напряжение на дуге, а также их значение, при необходимости по заданной программе .

Одним из основных элементов трубосварочного оборудования являются навесные головки, габаритные размеры и функциональные возможности которых определяют, как правило, возможность орбитальной сварки конкретных систем трубопроводов .

Типовые конструкции головок (в виде из цифровых прототипов) ГНС-14 (для сварки диапазона диаметров от 3 до 14 мм), ГНС-70(для сварки диапазона диаметров от 45 до 70 мм), ГНС-140 (для сварки диапазона диаметров от 105 до 140 мм), ГНС-220 (для сварки диапазона диаметров от 180 до 220 мм), представленына рисунках (рис.2, рис.3, рис.4 и рис.5.) .

Разработка цифровых прототипов сварочных головок, компьютерное моделирование, инженерные расчеты и подготовка КДпроизводились в программном пакетеAutodeskInventor .

Рис.2. Конструкциясварочной головки ГНС 14 1 – привод вращения планшайбы 2 – рычаг устройства крепления головки 3 – горелка сварочная 4 – сменный вкладыш 5 – рукоятка фиксатора 6 – планшайба 7 – механизм подачи присадочной проволоки 8 – винт регулировочный 9 – основание Рис.3. Конструкция сварочной головки ГНС70 1 – каретка 2 – электроразъем 3 – механизм слежения по дуге 4 – основание 5 – зажим 6 –планшайба 7 – сменный вкладыш 8 – рукоятка фиксатора 9 – механизм подачи присадочной проволоки 10 – горелка 11 - механизм поперечного перемещения горелки 12 – привод вращения планшайбы Рис.4. Конструкция сварочной головки ГНС 140 1-привод 2-опора 3-механизм слежения по дуге 4-планшайба 5-основание 6-зажим 7-сменный упор 8-сектор 9-сменный вкладыш 10-механизм подачи проволоки 11-электроразъем 12-каретка 13-корректор 14- горелка 15- механизм поперечного перемещения Рис.5. Конструкция сварочной головки ГНС 220 1-привод 2-фиксатор планшайбы 3-механизм поперечного перемещения 4-электроразъем 5-кронштейн 6-механизм слежения по дуге 7-основание 8-сектор 9-зажим 10-сменный упор 11-планшайба 12-кронштейн кабельной системы 13-стойка кабельной системы 14-сменный вкладыш 15-горелка Головки обладают минимальными габаритами и массой, что позволяет использовать их для орбитальной сварки в стесненных монтажных условиях .

Метод цифрового прототипированияпри помощи AutodeskInventorзначительно ускорил разработку, позволил выбрать оптимальный вариант конструкции, легко вносить в нее изменения, уменьшить количество физических прототипов (опытных образцов оборудования) и добиться максимальной эффективности в работе сварочных головок. Параллельно с проектированием проводится симуляция работы разрабатываемого изделия на его цифровом прототипе, наложение рабочих нагрузок и изучение реакций материала на них, а также формируется наглядная визуализация изделия в работе .

Кроме того, после создания трехмерной модели AutodeskInventor позволяет быстро создавать конструкторскую документацию на изделие и использовать прототип для генерации программ для станков с ЧПУ .

Снижение габаритов и массы головок достигнуто за счет применения шаговых двигателей, что позволило отказаться от мелкомодульных планетарных редукторов. Кроме того, планшайбы головок изготовлены из титановых сплавов .

Технические характеристики головок приведены в табл. 1 .

Таблица 1 Головка Головка Головка Головка ГНС-14 ГНС-70 ГНС-140 ГНС-220

–  –  –

Для питания сварочной дуги создан малоамперный инверторный источник МИИрис.6).Источник питания обеспечивает возможность сварки на постоянном и переменном токах, в непрерывном и импульсном режимах .

Технические характеристики источника МИИ-100 представлены в табл. 2 .

Рис.6. Фотография малоамперного источника питания МИИ-100

–  –  –

Для управления приводами сварочной головки и выполнения цикла сварки в автоматическом режиме используется программируемая микропроцессорная аппаратура управления «Гелиос» (рис.7). Она предназначена для управления процессом автоматической сварки в комплексе с источником питания и сварочной головкой .

Аппаратура управления обеспечивает возможность регулирования и управления скоростью сварки, скоростью подачи проволоки, напряжением на дуге, а также выполнение следующего цикла сварки:

– подача защитного газа до сварки (может обеспечиваться источником);

– зажигание дуги и нарастание тока (может обеспечиваться источником);

– включение скорости сварки и подачи проволоки с задержкой 0-10 с;

– программируемый по времени ступенчатый спад сварочного тока;

– отключение привода подачи проволоки;

– гашение дуги;

– отключение привода скорости сварки;

– подача защитного газа после сварки (может обеспечиваться источником) .

Аппаратура управления позволяет осуществлять контроль параметров технологического процесса в режиме наладки и во время сварки .

Технические характеристики аппаратуры «Гелиос» представлены в табл. 3 .

–  –  –

4.Главные особенности разработанного комплекса оборудования Высокое качество шва, отсутствие дефектов .

Высокая производительность работы .

Применяемая автоматизированная гибкая сварочная технология с возможностью выбора необходимых параметров и управления процессом «на лету» благодаря современному блоку управления и инверторному источнику .

Головки имеют широкий диапазон скоростей сварки, цифровое программное управление .

Снижение габаритов и массы головок достигнуто за счет применения шаговых двигателей, что позволило отказаться от мелкомодульных планетарных редукторов .

Головки обладают минимальными габаритами и весом, что позволяет использовать их для орбитальной сварки в стесненных монтажных условиях .

Планшайбы головок изготовлены из титановых сплавов, в конструкции изделия применяются алюминиевые сплавы .

Универсальность, охват широкого диапазона диаметров( 3-310 мм) .

Перспективное применение в самых разнообразных отраслях промышленности:

авиакосмической, медицинской, пищевой и др .

Использование проектирования с применением технологии цифровых прототипов позволяет значительно сократить сроки разработки проекта, легко вносить в него изменения, и отказаться от большинства испытаний на физических образцах .

5.Заключение Созданный типоразмерный ряд представляет собой новое поколение сварочных головок для орбитальной сварки трубопроводов пневмогидросистем (ПГС) летательных аппаратов. С их помощью можно сваривать в автоматическом режиме трубопроводы из сталей и алюминиевых сплавов диаметром от 3до 310 мм .

Разработанныйс применением современной технологии цифрового прототипирования, он предназначен для изготовления элементов ПГС систем «Протон», «Ангара», «Союз-2», «Русь-М», «Булава» из различных сталей (нержавеющих, высокопрочных), а также никелевых и алюминиевых сплавов в автоматическом режиме .

При этом, по сравнению с ручной сваркой, обеспечиваетсяповышение качества швов в 1,5-2,0 раза с одновременным снижением трудоемкости их изготовления на 30и повышением ресурса работы трубопроводов в 2-3 раза .

Изделия внедрены на ряде предприятий отрасли, в том числе НПО машиностроения, РКК «Энергия», ФГУП ГНП РКЦ "ЦСКБ-Прогресс", КБХА и др .

Библиографический список

1. В.И. Кулик, О.Е. Островский, О.М. Новиков, Е.М. Борисов. Орбитальная дуговая сварка трубопроводов. // Сварочное производство. 1992. №10, С.10-13

2. Белкин С.А., Астафурова Н.И., Гриненко В.И.. Сварка неповоротных стыков труб из стали Х19Н9Т методом автоопрессовки // Сварочное производство .

1963. № 10, С.17-19 .

3. Ищенко Ю.С., Павлов Ю.С., Гриненко В.И. Импульсная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом неповоротных стыков труб из стали Х18Н10Т // Сварочное производство. 1965. №12, С.13-15 .

4. Сварка трубопроводов сложной конфигурации // О.Е. Островский, В.И .

Кулик, Г.М. Львов, Е.А. Манжос // ПТО №2, 1988, ЦНИИ «Поиск», С.26-31

–  –  –

3-й проезд Марьиной рощи, д.40, Москва, Россия, 127018;




Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ВСЕРОССИЙ...»

«Монтажник радиоэлектронной аппаратуры и приборов Повышение квалификации (повышение разряда) Монтажник радиоэлектронной аппаратуры и приборов 2-го разряда Характеристика работ Монтаж простых узлов, блоков, приборов, рад...»

«Анализатор растворенного кислорода AMI Oxytrace Инструкция по эксплуатации Версия 4.11 и выше SWAN устанавливает стандарт A-96.250.531 / 080117 Поддержка клиента SWAN и его дистрибьютеры представляют собой квалифицированных специалистов по всему миру. В случае возникновения вопросов, свяжитесь с ближайшим представительством:SWAN A...»

«3.998.002 МИ/2014/01 Электротехнический завод "КВТ" Россия, г. Калуга ИНСТРУКЦИЯ ПО МОНТАЖУ термоусаживаемых уплотнителей кабельных проходов УКПт Все операции следует выполнять в строгом соответствии с инструкцией по установке, не допуская изменений в технологии монтажа Монтаж термоусаживаемых муфт должен проводиться специал...»

«ГОСТ 127.1-93 ГОСТ 127.5-93 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЕ СТАНДАРТЫ СЕРА ТЕХНИЧЕСКАЯ Издание официальное БЗ 1-95/31 М КА I О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С О В Е Г ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ. М ЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФ ИКАЦИИ Минс к техническое обследование ГОСТ...»

«ВЕСТНИК МЕЖДУНАРОДНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ. Т. 10. № 3 (2015) Стратегии Бразилии в области содействия развитию А.Ю. Борзова Борзова Алла Юрьевна – к.и.н., доцент кафедры теории и истории международных отношений РУДН; Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 10-а; E-mail: bau845@mail.ru В...»

«РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ НАДУВНОЙ ЛОДКИ "GOLFSTREAM" серий Active, Professional ВНИМАТЕЛЬНО ПРОЧИТАЙТЕ ЭТО РУКОВОДСТВО ПЕРЕД СБОРКОЙ ВАШЕЙ ЛОДКИ! Содержание 1. Введение 2. Устройство надувной лодки 2.1 Стандартные приспособления и опции 3. Предупреждения 4. Сборка 5. Установка двигателя 6. Сдувание и упаковка 7. Прави...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации 1. Наименование дисциплины Дисциплина "Компьютерные технологии в автомобилестроении" включена в вариативную часть Блока 1 Дисциплины (модули) основной профессиональной образовательной программы высшего образования – программы бакалавриата по направлению подготовки 44.03.04...»

«ТЕХНОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ Материалы научно-производственного семинара по  взрывным работам, 2016 г . ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ТЕХНОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТ...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.