Введение 5
1 Анализ состояния вопроса 7
1.1 Описание типовой детали корпуса ракеты 7
1.2 Анализ материала 11
1.3 Базовая технология сварки 13
1.4 Анализ альтернативных способов сварки 17
1.5 Формулировка задач проекта 25
2 Проектная технология сварки 27
2.1 Повышение эффективности сварки трением
с перемешиванием 27
2.2 Разработка инструмента для сварки трением
с перемешиванием 32
3 Безопасность и экологичность предлагаемых
технических решений 37
3.1 Технологическая характеристика объекта 37
3.2 Профессиональные риски при реализации
предложенных технических решений 38
3.3 Методы и средства снижения профессиональных рисков 39
3.4 Обеспечение пожарной безопасности 40
3.5 Обеспечение экологической безопасности
технологического объекта 41
3.6 Заключение по разделу 42
4 Экономическая эффективность предлагаемых
технологических решений 43
4.1 Вводная информация для выполнения
экономических расчётов 43
4.2 Расчёт фонда времени работы оборудования 45
4.3 Расчет штучного времени 46
4.4 Расчет заводской себестоимости вариантов
технологии сварки 50
4.6 Размер капитальных затрат реализации операций по базовому и проектному вариантам 57
4.6 Расчётное определение показателей экономической эффективности предлагаемых решений 62
Заключение по экономическому разделу 64
Заключение 66
Список используемой литературы 67
Алюминиевые сплавы получили широкое применение при изготовлении ответственных транспортных конструкций. В авиационной и космической технике алюминиевые сплавы позволяют существенно снизить массу аппарата и расход топлива при сохранении прочности конструкции. Это достигается благодаря тому, что алюминиевые сплавы имеют высокую удельную прочность и малую плотность. Также следует отметить хороший эстетический вид конструкций из алюминиевых сплавов, их высокую стойкость по отношению к коррозии.
Соединение алюминия сваркой плавлением при строительстве алюминиевых конструкций встречает множество затруднений, в числе которых: значительные остаточные напряжения и деформации, пористость и горячие трещины. Избежать этих трудностей представляется возможным, если заменить сварку плавлением на сварку в твёрдой фазе (сварку давлением). Известные и применяемые в промышленности способы сварки давлением, к которым относится сварка взрывом, контактная сварка, диффузионная сварка, ультразвуковая сварка, магнитно-импульсная сварка, имеют ограниченное применение.
Современные исследования в области сварки алюминиевых конструкций позволили обратить внимание на сварку трением с перемешиванием. При этом использование фрикционного нагрева становится возможным значительно снизить энергопотребление и получить прочность соединения на уровне прочности основного металла, при этом существенно снижается уровень напряжений и деформаций, уменьшается структурная неоднородность.
Способ сварки трением в твердой фазе был предложен Британским институтом сварки (TWI) в начале 90-х годов 20-го века. В отечественной литературе сварка трением (Friction Stir Welding, FSW) получила название «сварка трением с перемешиванием» (СТП). В ряде промышленно развитых стран (страны Европы, США, Китай, Япония) этот способ получил широкое распространение. Основные преимущества этого способа по отношению к другим способам сварки: повышение производительности; низкий уровень остаточных напряжений и деформаций при выполнении протяженных швов; повышение прочностных и механических свойств соединений (проявляющихся при проведении испытаний на растяжение, изгиб, статические, динамические и ударные нагрузки); высокая стабильность качества получаемых соединений; существенное упрощение подготовительных операций. Также следует отметить отсутствие вредного ультрафиолетового излучения при сварке, полное устранение горячих трещин и пористости при сварке алюминиевых сплавов, отсутствие необходимости применения присадочного материала, отсутствие потерь на угар и разбрызгивание, отсутствие необходимости зачистки брызг металла и шлака [1...4].
Существенный вклад в исследование нагрева в процессе трения был внесён такими учёными: Н.Н. Рыкалин, И.В. Крагельский, В.П. Воинов, Н.М. Михин, В.А. Балакин, В.С. Щедров, В.И. Вилль, В.А. Кудинов, А.А. Ильюшин, А.В. Чичинадзе, М. В. Коровчинский, R. Nandan, A.P. Reynolds, С.А. Серегин и др.
В настоящий момент можно признать, что основные практические и теоретические вопросы, мешавшие широкому промышленному применению сварки трением с перемешиванием, решены. Однако данный способ получения сварных соединений может ещё считать относительно новым, поэтому ряд практических вопросов, связанных с применением его для соединения конкретных конструкций, ещё пока не решён.
Таким образом, тема выпускной квалификационной работы может считаться актуальной, цель работы - повышение производительности и качества сварных соединений при изготовлении конструкций космических аппаратов за счёт внедрения сварки трением с перемешиванием.
В работе поставлена цель - повышение производительности и качества сварных соединений при изготовлении конструкций космических аппаратов за счёт внедрения сварки трением с перемешиванием.
Базовая технология сварки предусматривает автоматическую аргонодуговую сварку неплавящимся электродом. Недостатками этого способа сварки являются: низкая производительность сварки; вредное воздействие сварочной дуги на персонал; высокая стоимость выполнения сварочных работ.
На основании анализа альтернативных способов сварки следует признать обоснованным выбор сварки трением с перемешиванием для составления проектной технологии сварки.
В ходе подготовки исполнительной части были выполнены следующие работы: повысить эффективность сварки трением с перемешиванием для сварки конкретной детали; назначить оптимальные параметры режима сварки трением с перемешиванием; составить проектную технологию сварки трением с перемешиванием.
Выполнен анализ проектной технологии ремонтной сварки на предмет наличия опасных и вредных производственных факторов.
Рассчитанный годовой экономический эффект с учетом капитальных вложений составляет 2,5 млн. рублей.
С учётом вышеизложенного можно сделать вывод о том, что поставленная цель выпускной квалификационной работы достигнута.
Полученные результаты выпускной квалификационной работы рекомендуются к использованию в производстве при сварке корпусных деталей из алюминиевых сплавов.
