Викладено оригінальний матеріал про фізичну суть та особливості процесів зварювання і споріднених технологій у космосі. Вперше систематизовано матеріал з даного питання. Узагальнено понад тридцятирічний досвід досліджень, які проводилися Інститутом електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України спільно з підприємствами космічної галузі промисловості. Докладно розглянуто особливості виконання в космосі процесів зварювання, паяння, різання та нанесення покриттів при монтажі та ремонті великогабаритних космічних апаратів, що літають на навколоземних орбітах, а також споруд, які знаходяться на Місяці та інших планетах. Багато уваги приділено конструюванню та використанню космічної зварювальної апаратури.

Рассмотрены вопросы формирования соединений узлов ферменных конструкций из тонкостенного профиля незамкнутого сечения (сплав 36НХТЮ) при электронно-лучевой пайке легкоплавким припоем с помощью универсального ручного инструмента (УРИ) на Земле и в космосе. Показано, что под действием на изделие неоднородного температурного поля образуется неоднородное паяное соединение, а в случае проплавления сборки - паяно-сварное. Последнее повышает конструкционную прочность узла и может использоваться для построения ферм в космосе. Условия микрогравитации, как показал проведенный на орбите эксперимент, улучшают формирование соединения за счет регулируемых сил поверхностного натяжения.

Приведены результаты экспериментов по электронно-лучевой сварке (ЭЛС) и дуговой сварке неплавящимся электродом в условиях микрогравитации. Даны технические параметры сварочных установок, а также описан способ создания условий микрогравитации с использованием шахты для свободного падения капсулы, в которой проводились эксперименты.

Основное внимание уделено оценке и исследованию образцов, полученных при подготовке совместного эксперимента с использованием полетной электронно-лучевой сварочной аппаратуры "Универсал", разработанной и поставленной в НАСА Институтом электросварки им. Е. О. Патона.

Проведены исследования механических свойств сварных соединений из тонколистовых ВТ1-0 (delta = 0,8 мм) и 12Х18Н10Т (delta = 1,0 мм), полученных ручной электронно-лучевой сваркой в открытом космосе и на Земле в обитаемой вакуумной камере. Показано, что значения временного сопротивления разрыву для титановых и стальных образцов, полученных в космосе и на Земле, одинаковы и составляют соответственно 453,5...472,9 и 600,6...619,0 МПа. Структурные характеристики упомянутых выше сварных соединений, полученных в различных условиях, имеют отличия. Содержание кислорода, водорода, углерода, азота во всех исследованных сварных соединениях не превышает средних значений, допустимых в соответствующих ГОСТах. Анализ результатов позволяет заключить, что процесс ручной электроннолучевой сварки тонколистового металла в открытом космосе на высоте 300 км осуществим и есть все основания предполагать, что сварные швы тонколистовых ВТ1-0 и 12Х18Н10Т, полученные на орбите, не будут уступать по качеству наземным аналогам.

Представлены основные научно-технические достижения РКК "Энергия" им. С. П. Королева за последнее десятилетие как иллюстрация успехов ракетно-космической отрасли на международном рынке передовых наукоемких технологий в интересах освоения космического пространства в XXI веке. Эти достижения являются результатом решения многообразных проблем сварки вместе с ведущей организацией в этой области - ИЭС им. Е. О. Патона.

Проанализированы факторы, представляющие опасность при проведении технологических работ с помощью электронно-лучевого инструмента в условиях космоса.

Рассмотрены результаты основных испытаний по проверке и установлению безопасности аппаратуры "Универсал" при выполнении сварочных операций в условиях открытого космоса и возможности снижения степени риска.

Приведены исследования свойств и структуры металла кольцевых соединений труб из стали 304SS, титанового сплава ПТ-3В и сплава монель, полученных способом орбитальной электронно-лучевой сварки в вакууме. Выполненные исследования ориентированы на применение оборудования и технологии орбитальной электронно-лучевой сварки для ремонта трубопроводов, расположенных снаружи функционирующих космических объектов.

В отличие от ранее применявшихся в космических пушках диодных эмиссионных систем с прямонакальным катодом при разработке новой системы была принята за основу триодная эмиссионня система с подогревом катода электронной бомбардировкой. Новая эмиссионная система рассчитана с применением методики, основанной на одновременном решении задач анализа и синтеза с использованием аппарата траекторного анализа электронных пучков. Предлагаемая эмиссионная система рассчитана для двух вариантов - для ручного и автоматизированного типов электронно-лучевых инструментов. В каждом из рассчитанных вариантов формируется электронный пучок с фазовой характеристикой, близкой к линейной, что обеспечивает высокую удельную мощность пучка в месте сварки (до 9 кВт/мм<^>2) при общей мощности пучка до 2,5 кВт и, как результат, позволяет выполнять сварку и резку алюминиевых и титановых сплавов, а также нержавеющих сталей толщиной до 5 мм в непрерывном и импульсном режимах в условиях открытого космоса.

Приведены результаты расчетных исследований влияния светотеневых границ, способствующих предварительному нагреву освещенных солнцем свариваемых пластин и интенсивному их охлаждению на теневой стороне в процессе электронно-лучевой сварки в условиях, имитирующих открытый космос, на напряженно-деформированное состояние. Для этого разработан комплекс численных методик и программных средств компьютерного моделирования кинетики полей температур, напряжений и деформаций при сварке плавлением встык пластин из алюминиевого сплава АМг6 с учетом существенно неоднородного внешнего температурного воздействия. Проанализировано влияние расположения светотеневых границ относительно сварного шва на формирующееся текущее и остаточное напряженное состояние алюминиевых пластин при сварке. Для этого на основе расчетной кинетики температурного поля, определяемой с учетом особенностей воздействия источника сварочного нагрева и условий внешнего нагрева и охлаждения, методом конечных элементов решены соответствующие задачи нестационарной термопластичности. Проведенные вычисления, в частности, показали, что распределение остаточных напряжений, формирующихся в сварных соединениях пластин из алюминиевого сплава АМг6 при различном расположении светотеневых границ, характеризуется максимальными напряжениями, которые не достигают предела текучести основного металла (170 - 180 МПа). Такие напряжения не должны существенно снижать механические характеристики и работоспособность сварных деталей и узлов, получаемых в условиях открытого космоса.

Індекс рубрикатора НБУВ: К641.79

Рубрики:

Зварювання у космосі

Шифр НБУВ: Ж14846 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: О6,1 + К641.79

Рубрики:

Міжпланетні сполучення (міжпланетні польоти)

Зварювання у космосі

Шифр НБУВ: Ж14846 Пошук видання у каталогах НБУВ