Ремонт ЛА И АД. Ремонт ЛА и АД. Технологические процессы ремонта. Текст лекций. Ремонт летательных аппаратов и авиационных двигателей Текст лекций
 Скачать 0.81 Mb.
|
|
Дуговая наплавка покрытыми электродами. Этот способ называют также ручной дуговой наплавкой, поскольку он осуществляется обычно вручную. Основан на использовании электродов в виде стержней с покрытием, служащим для защиты ванны жидкого металла от кислорода и азота воздуха, стабилизации дуги, повышения технологичности процесса наплавки и введения легирующих элементов в состав наплавленного металла. Преимущества способа: низкая стоимость оборудования; выполнение наплавки вручную; возможность наплавки изделий сложной формы; возможность выбора наплавочного материала, наиболее пригодного для конкретного назначения, из широкого ассортимента покрытых наплавочных электродов; транспортабельность оборудования для наплавки в полевых условиях. дуговая наплавка под Флюсом - дуга при наплавке электродными материалами (проволокой, лентой и др.) скрыта под слоем гранули- рованного флюса, предварительно насыпаемого на поверхность основного металла. 59 Преимущества: высокая производительность процесса при наплавке изделий простой формы с большой площадью наплавляемой по- верхности; простота осуществления процесса, не требующая высокой квалификации сварщика; возможность получения хорошего внешнего вида наплавленного валика; хорошие условия труда, связанные с от- сутствием разбрызгивания электродного металла, поскольку дуга скрыта под слоем флюса. Недостатки: более высокая стоимость оборудования; непригодность для наплавки мелких изделий сложной формы. Наплавка электродной проволоки под Флюсом. Многоэлектродная наплавка - осуществляется обычно способом, при котором дуга возникает между двумя электродами. Преимущество этого способа связано с косвенным дуговым нагревом основного металла, обеспечивающим небольшое его проплавление в сочетании с высокой скоростью плавления электродной проволоки. Использование нагрева проволоки электросопротивлением харак- теризуется тем, что увеличение вылета электродной проволоки соп- ровождается повышением скорости наплавки и снижением степени вли- яния основного металла на состав наплавленного слоя. При обычной одноэлектродной наплавке под флюсом во избежание чрезмерного проплавления основного металла необходимо: тщательно выбирать наплавочный материал с учетом влияния основного металла на состав наплавленного слоя; ограничивать глубину проплавления путем более плотной укладки наплавляемых валиков; использовать многослойную наплавку. Наплавка электродной лентой под флюсом - электрод - в виде широкой стальной ленты, располагаемой в процессе наплавки практически под прямым углом к основному металлу. Преимущества: получение плоского валика наплавленного металла. достаточно большой ширины, примерно равной ширине ленточного электрода; возможность наплавки слоя требуемой толщины за один- два прохода, что обусловлено малой глубиной проплавления основного металла и в связи с этим незначительным влиянием его на состав наплавленного слоя; высокая производительность в связи с возможностью наплавки с высокой скоростью при большой силе тока. Электродные ленты шириной до 180 мм. Наплавка открытой дугой - наплавка без защитной среды, в среде воздуха, осуществляется проволокой сплошного сечения или порошковой проволокой при отсутствии подачи флюса или защитного газа в зону дуги. Сопряжена с большими практическими трудностями. Ее применение обусловлено следующими преимуществами: простота ис- пользуемого оборудования; возможность наплавки в полевых условиях; простота введения легирующих элементов в наплавленный металл. 60 Наплавка в среде углекислого газа - защита зоны дуги от ок- ружающего воздуха осуществляется потоком защитного газа со стороны подачи электродной проволоки (наплавочного материала). В качестве защитного газа используют СО2, или его смесь с аргоном и другими инертными газами. Недостатком является невозможность работы на открытом воздухе из-за влияния ветра на процесс наплавки. Основное преимущество - возможность за счет его осуществления в автоматическом и полуавтоматическом режиме. Наплавка в среде инертного газа - зона дуги защищается аргоном, гелием или иным инертным газом. Наплавка осуществляется в двух вариантах: плавящимся и вольфрамовым электродами. Плавящийся электрод: дуга возникает между основным металлом и вольфрамовым электродом. Наплавочный пруток подается в дугу и плавится в ней. Электрошлаковая наплавка - протекает в условиях непрерывной подачи электродной проволоки (или ленты) внутри слоя расплавленного шлака, а плавление происходит за счет теплоты электросопротивления или пропускания тока между основным металлом и электродом. Преимущества: экономичность возрастает при увеличении толщины наплавляемого слоя (применение многоэлектродных головок); меньший расход шлака, чем при дуговой наплавке под флюсом: возможность наплавки высокоуглеродистых и других материалов, обладающих высокой чувствительностью к образованию трещин, что обеспечивается низкой скоростью охлаждения наплавочного металла; простота процесса наплавки. Плазменная наплавка - включает возникновение между основным металлом и электродом горелки (катодом) электрической дуги, обес- печивающей переход в плазменное состояние рабочего газа, подаваемого в зону дуги. При этом из сопла горелки истекает высокотемпературная плазменная струя, обеспечивающая плавление наплавочного материала. Для образования плазмы используют смесь гелия ( 75 %) с аргоном (25 %), а в качестве защитного газа применяют аргон. 2.5.3 Сварка. Определение - процесс получения неразъемного соединения ма- териалов путем местного нагрева свариваемых кромок деталей до расплавленного или пластического состояния с применением или без применения механического сжатия свариваемых деталей. Электрическая дуговая сварка - используется тепло, выделяемое при горении электрической дуги. Выполняется плавящимся метал- лическим электродом, являющимся одновременно и присадочным мате- риалом или неплавящимся угольным или вольфрамовым электродом. Ручная дуговая сварка плавящимся электродом - применяется для прихватки деталей, для сварки швов незначительной длины и сложной конфигурации. 61 Используются электроды со специальными обмазками толщиной 1...3 мм. В их состав входят шлакообразуюшие, легирующие, раскисляющие, связующие и другие составляющие. Ручная сварка в среде защитных газов - применяется для деталей из малоуглеродистых коррозионностойких сталей и алюминиевых сплавов. Защита деталей и электрода на свариваемом участке от действия окружающего воздуха производится аргоном. Автоматическая сварка в среде защитных газов. Неплавящимся электродом - производится по той же схеме, что и ручная, но в автоматическом режиме. Дуговая автоматическая и полуавтоматическая сварка под слоем флюса - в ней электрическая дуга возникает между основным металлом и электродной проволокой под слоем флюса. Электрошлаковая сварка - основной и электродный металлы расплавляются теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока через шлаковую ванну. За счет равномерного распределения тепла можно вести сварку металла большой толщины за один проход. Контактная электросварка - свариваемые участки деталей наг- реваются электрическим током до пластического состояния и сжимаются. Подразделяется на точечную, роликовую (шовную) и стыковую. Газовая сварка - для нагрева и расплавления кромок соединяемых деталей используют теплоту реакций сгорания горючих газов (ацетилена, водорода, бензола и др.) с кислородом. Применяется для тонкостенных изделий из сталей и цветных сплавов. Особенности применения сварки при ремонте авиационной техни- ки. Сварные соединения в зависимости от назначения и условий эксплуатации подразделяются на три категории: 1 категория - особо ответственные сварные соединения, прочность и герметичность которых обеспечивают общую эксплуатационную надежность изделия. 2 категория - сварные соединения, несущие статические и ди- намические нагрузки, а также герметичные соединения, обеспечивающие эксплуатационую надежность уэла. 3 категория - сварные соединения, несущие второстепенное значение и только статические нагрузки, не требующие герметичности и не оказывающие влияния на эксплуатационную надежность узла. Электронно-лучевая сварка (ЭЛС). Определение - сварка плавлением, при которой для нагрева со- единяемых частей используется энергия электронного луча (ГОСТ 2601- 74). Достоинства - высокая концентрация энергии на малок пдощади; экономичность нагрева; отсутствие зон термического влияния; малые деформации свариваемых деталей. Максимальная плотность энергии в 62 вт/см кв. - 5 на10 в 8 степени ( ацетилено-кислородное пламя - 5 на 10 в 4 ст., сварочная дуга - 1 на 10 в 5 ст.). Минимальная плотность пятна нагрева в см. кв. - 10 в минус 7 степени ( ацетилено-кислородное пламя - 10 в минус 2 ст., сварочная дуга - 10 в минус 4 ст.). Возможность сварки любых металлов.Соотношение ширины зоны плавления к глубине от 1 к 10 до 1 к 15. Сущность ЭЛС - под действием потенциала разгоняющего поля -U в электронной пушке, электроны разгоняются в вакууме до скорости V = 600Ц U км/с. При достижении электроном поверхности детали (анода) скорость его резко уменьшается из-за столкновения с атомами металла. Потеря кинетической энергии выражается в увеличении температуры вещества. Глубина проникновения электрона d = 2,6 ґU -2 ґ10 -(-12) / j , где j - плотность вещества в г/ см.куб. Строение электронной пушки - катод, соединенный о высоковоль- тным источником постоянного тока является -источником электронов. Головка катода обеспечивает фокусировку электронов в пучок с диа- метром, равным диаметру отверстия в первом аноде с положительным потенциалом в несколько десятков тысяч вольт. Разогнанные первым анодом электроны фокусируются магнитной линзой и направляются магнитной отклоняющей системой к свариваемому изделию. Движение электронов не сопровождается свечением. Луч не виден. Его действие на вещество можно наблюдать по нагреву места электронной бомбардировки. Вакуум - для обеспечения свободного движения электронов от катода к аноду и далее к изделию; для тепловой и химической изоляции катода; для предотвращения возможности возникновения дугового разряда между электродами. Глубина вакуумирования порядка 10 - ( -4) мм. Пример ремонта лопаток - основные этапы технологического процесса ремонта лопаток ротора компрессора газотурбинного двигателя из жаропрочных титановых сплавов методом вварки вставок в местах забоин. 1. Выбор оптимальных ремонтных сечений. 2. Отрезка дефектной части пера лопатки. 3. Штамповка заменяющей вставки. 4. Подготовка стыковых поверхностей. 5. ЭЛС лопатки и вставки. 6. Зональная термообработка сварного соединения сканирующим, циклически подвижным электронным лучем. 7. Механическая обработка вставки. 8. Неразрушающий контроль сварного соединения (рентген, люминисцентный). 9. Упрочнение поверхности пера ремонтной лопатки поверхностным пластическим деформированием. 10. Окончательный контроль и приемка лопатки ОТК. 63 Лазерная сварка. Определение - сварка плавлением, при которой для местного расплавления соединяемых частей используется энергия светового луча, полученного от оптического квантового генератора (ГОСТ 2601-74). Лазер иди оптический квантовый генератор - источник электро- магнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Принцип действия лазера - излучение любого источника света представляет собой интегральный эффект излучения совокупности атомов и молекул. Это излучение происходит независимо друг от друга и хаотично-некогерентно. Это является следствием того. что основной причиной возбуждения атомов в нагретых телах и газовом разряде являются столкновения. Моменты столкновения стучайным образом распределены во времени, что приводит к хаотическому распределению фаз волн, излучаемых отдельными атомами. Принцип действия лазера построен на возможности организации когерентного излучения пучков света с очень малой расходимостью пучка. Для этого был создан принципиально новый способ генерации светового излучения - стимулированное излучение. Прежде чем перейти к изложению принципа получения стимулированного излучения, рассмотрим кратко механизм квантовых процессов, происходящий при возбуждении атома. Известно, что атомы, из которых состоят все материальные тела, являются сложными системами, состоящими из ядер и электронов. Согласно законам квантовой механики энергия относительного движения частиц системы может принимать только строго определенные значения. Эти дозволенные значения энергии называются уровнями энергии. Совокупность энергетических уровней составляет энергетический спектр системы, например атома. Нижний уровень, соответствующий минимальной энергии, называется основным, остальные — возбужденными. Населенностью уровня называют число атомов (или электронов), обладающих энергией данного уровня. По теории, разработанной М. Планком, при взаимодействии атомов системы излучение и поглощение электромагнитной энергии атомами происходит не непрерывным потоком, а отдельными порциями-квантами. Кванты световой энергии называются фотонами. При поглощении фотона энергия атома увеличивается и он переходит на более высокий энергетический уровень. При излучении фотона происходит обратный переход на более низкий энергетический уровень, причем в соответствии с законом сохранения энергии энергия излученного или поглощенного фотона в точности равна разности соответствующих энергетических уровней. Если атом в какой-то момент времени находится в одном из возбужденных состояний, то такое состояние атома неустойчиво даже 64 тогда, когда на него не влияют другие частицы. Через некоторое время атом может перейти в состояние с меньшей энергией и при этом излучить фотон. Такой самопроизвольный (по принятой в квантовой физике терминологии спонтанный) переход с одного уровня на другой сопровождается спонтанным излучением. Случайность спонтанных переходов приводит к тому, что различные атомы излучают неодновременно и независимо друг от друга. Фазы электромагнитных волн, излучаемых различными атомами, не согласованы одна с другой. Случайный характер при этом имеет не только момент испускания атомом фотона, но и направление излучения и его поляризация. Поэтому суммарное спонтанное излучение различных атомов некогерентно. Излучение всех обычных источников света возникает за счет спонтанного излучения. Из-за случайного характера спонтанных переходов излучение этих источников не монохроматично, т. е. содержит излучение с различными длинами волн, а также ненаправленно и неполяризованно. Однако атом может перейти с высшего энергетического уровня на другой, более низкий, не спонтанно, а под действием электромагнитной волны, если только частота этой волны достаточно близка к частоте перехода. Такая резонансная волна как бы "раскачивает" электрон и ускоряет его «падение»на уровень с меньшей энергией. Переходы, происходящие под действием внешнего электромагнитного поля, называются вынужденными (стимулированными, индуцированными). При вынужденном излучении атом отдает энергию электромагнитной волне, амплитуда которой в результате увеличивается. Так как облучаемое вещество или система состоит из множества частиц, в которых будут происходить указанные выше процессы, то излученная этой системой энергия будет значительно выше той, которая поступила на вход, за счет лавинообразного процесса переходов, возникших в системе, как это имеет место в оптическом квантовом усилителе (ОКУ). Особенностью вынужденного излучения является: 1. Частота излучения точно совпадает с частотой электромагнитного поля, вызвавшего это излучение. 2. Направление распространения излученной волны и ее фаза, т. е. начало колебаний, совпадают с направлением и фазой волны, вызвавшей это излучение. 3. Поляризация, т. е. направление векторов электрического и магнитного полей излученной волны и волны, вызвавшей это излучение, совпадают. Эти особенности вынужденного (стимулированного) излучения показывают его полную когерентность. Таким образом, вынужденное излучение дает возможность управлять излучением атомов с помощью электромагнитных волн и, следовательно, 65 генерировать и усиливать когерентное излучение. Чтобы осуществить это практически, нужно выполнить некоторые условия. Известно, что для возникновения стимулированного излучения необходимо, чтобы число атомов на верхнем уровне было больше, чем на нижнем. Конечно, при этом имеются в виду те промежуточные уровни, между которыми возможен переход, так как не все переходы разрешены природой. Состояние вещества, при котором населенность одного из уровней с более высокой энергией больше населенности уровня с меньшей энергией, называется активным или состоянием с инверсией населенностей. Если системе с инверсией населенностей уровней сообщить извне некоторое количество энергии с определенной частотой электромагнитных колебаний в виде света определенной длины волны, то в результате возникнет стимулированное излучение с той же частотой, но значительно усиленное. В оптических квантовых усилителях внешняя энергия возбуждения (накачка) используется для перевода атомов или ионов активного вещества с нижнего энергетического уровня на верхний. При этом возбуждение про- изводится до некоторого промежуточного состояния, при котором самопроизвольная генерация еще невозможна. Однако под действием внешнего, даже весьма слабого сигнала, длина волны которого соответствует длине волны генерации самого усилителя, может возникнуть усиленное стимулированное излучение с той же длиной волны. Для создания же оптического квантового генератора (ОКГ) необходимо, кроме того, как и в радиочастотном диапазоне, осуществить обратную связь, с тем чтобы часть излучаемой световой энергии все время оставалась внутри активного вещества, вызывая вынужденное излучение все новыми и новыми атомами. Это осуществляется, например, с помощью двух зеркал, образующих резонатор. Активное тело размещается между зеркалами резонатора. Одно из зеркал полупрозрачно. Возникающая в результате спонтанного перехода атомов световая волна усиливается. Дойдя до полупрозрачного зеркала, свет частично пройдет через него. Эта часть световой энергии излучается оптическим квантовым генератором (лазером) и может быть использована. Отраженная же от полупрозрачного зеркала световая волна вновь пройдет через активное тело и даст начало новой лавине фотонов. Эта лавина ничем не будет отличаться от предыдущей. Однако для того чтобы возникла генерация света, усиление света в активном теле должно превышать некоторое значение, называемое пороговым. Итак, для создания источника когерентного света необходимы следующие условия: 1. Активное тело с инверсией населенностей. 66 2. Активное тело должно быть помещено между двумя зеркалами (одно из которых полупрозрачное), образующими резонатор и осуществляющими обратную связь в процессе генерации. 3. Усиление, даваемое активным телом, т.е. число возбужденных электронов, атомов или молекул в активном теле, должно быть больше порогового значения. 13 В качестве примера рассмотрим оптический квантовый генератор на рубине, схема работы которого изображена на рисунке. Цифрами обозначены: Резонатор 1. Непрозрачное зеркало 2.Источник возбуждения. 3. Полупрозрачное зеркало. 4. Стимулированное излучение 5. Активное тело Активным телом этого генератора является рубин, представляющий твердое кристаллическое вещество, основой которого является бесцветный диэлектрический кристалл окиси алюминия - корунд. При замещении некоторого количества ионов алюминия ионами хрома корунд превращается в рубин - кристалл розовато-красного цвета. Рубин, используемый в лазерах, содержит примерно 0,035—,07 весовых процентов атомов хрома. Именно они и являются стимулятором гене- рации, возникающей в рубиновом стержне. Для возбуждения атомов хрома применяют оптическую накачку, в качестве которой могут быть использованы высокоинтенсивные источники света — лампы-вспышки. Импульсная лампа-вспышка излучает широкий спектр, из которого для перевода ионов хрома в возбужденное состояние используется только узкий участок около 0,41 и 0,56 мкм. Энергия излучения этих длин волн лампы-вспышки как раз и переводит ионы хрома на верхний энергетический уровень, создавая тем самым состояние с инверсией населенностей, являющееся необходимым условием возникновения генерации в рубине. Энергия, накапливаемая в атомах активного тела лазера, освобождается затем в виде монохроматического излучения при переходе атомов или ионов из метастабильного состояния в основное. Резонатор лазера, образованный двумя зеркалами, предназначен для того, чтобы возвращать часть индуцированного излучения обратно в активное тело — рубиновый стержень, заставляя тем самым другие возбужденные атомы испускать свет. Таким образом, в стержне накапливается значительная энергия, которая испускается в виде одного 67 мощного импульса лазерного света через полупрозрачное зеркало резонатора. Зеркала, образующие резонатор, должны быть строго параллельны относительно друг друга, так как даже при незначительном отклонении параллельности генерация срывается. Длина резонатора, т. е. расстояние между зеркалами, определяет весьма важные характеристики оптического квантового генератора: угол расходимости излученного лазером пучка энергии, мощность и плотность излучения. Для питания системы накачки используется система мощных конденсаторов. |