трусики женские украина

На головну

 Зварювання в космосі - Авіація і космонавтика

Зміст

Введення

1. Історія зварювання в космосі

2. Методи і способи зварювання в космосі

2.1 Плазмова зварювання

2.2 Електронно-променева (електронна) зварювання

Висновок

Література

Введення

В кінці 50-х років нашого століття народилася нова галузь людської діяльності - космонавтика. Про це на весь світ сповістили сигнали першого радянського супутника Землі, затвердивши тим самим провідну роль нашої країни в освоєнні космічного простору.

Космонавтика поставила широке коло завдань і перед зварювальниками: потурбувалися докорінно переглянути й удосконалити багато технологічні процеси, створити технологію зварювання спеціальних легких і жароміцних сплавів, розробити і освоїти виготовлення високонадійного автоматизованого зварювального обладнання. А на початку 60-х років з ініціативи головного конструктора ракетно-космічних систем академіка С. П. Корольова була поставлена ??принципово нове завдання - дослідити можливість виконання зварювання безпосередньо в космосі. Вирішення цього завдання було доручено Інституту електрозварювання ім. Є. О. Патона АН УРСР. До досліджень були залучені провідні колективи інституту, керовані Д. А. Дудко, І. К. Похідної, В. К. Лебедєвим, Б. А. Мовчаном, В. Є. Патоном, О. К. Назаренко. Науковим керівником усього комплексу досліджень був академік Б. Є. Патон.

1. Історія зварювання в космосі

При проведенні досліджень передбачалося, що зварювання в космосі буде використовуватися в основному для виконання наступних робіт:

а) ремонт космічних кораблів, орбітальних станцій і різних металоконструкцій, що знаходяться в космічному польоті або на Місяці та інших планетах;

б) складання та монтаж металоконструкцій, що знаходяться в орбітальному польоті або розташованих на поверхні Місяця та інших планет.

Необхідно було розробити техніку і технологію виконання зварювальних робіт в принципово новій для людини середовищі - космічному просторі, основними відмінностями якого є:

1) невагомість,

2) глибокий вакуум при високій швидкості відкачки (дифузії) газів і парів,

3) широкий інтервал температур, при яких може перебувати зварюваний виріб (орієнтовно від 180 до 400 К).

Слід було враховувати і ряд додаткових несприятливих факторів, які мають негативний вплив на якість зварюються сполук (вкрай обмежена рухливість оператора у відкритому космосі, складність фіксації та орієнтації, наявність різного роду випромінювань і т. П.).

Приступаючи до виконання поставленого завдання, насамперед, належало з усього різноманіття існуючих способів зварювання вибрати найбільш перспективні у відношенні можливості їх використання в настільки незвичайних умовах. При цьому керувалися специфічно зварювальними критеріями оцінки (універсальність, технологічність, простота, можливість виконання різання), а також критеріями, прийнятими для космічного устаткування (висока надійність, безпека, мала енергоємність, мінімальні маса й обсяг і т. П. На перших етапах досліджень були відібрані такі способи зварювання: електронно-променева, дугова плавиться, плазмова, контактна, холодна і диффузионная.

Накопичений на Землі досвід дозволив зробити висновок, що такі способи зварювання, як дифузійна, холодна та контактна, не пов'язані з наявністю газів в зоні зварювання, з інтенсивним нагріванням і розплавленням великого обсягу металу, можуть бути цілком працездатними в умовах космічного вакууму і невагомості. Тому використання їх в космосі не зажадає проведення будь-яких спеціальних досліджень.

Однак область застосування цих способів обмежена їх малою універсальністю і необхідністю ретельної підготовки і підгонки зварювальних поверхонь. У той же час такі досить універсальні й ефективні способи зварювання, як електронно-променева, плазмова та дугова, відрізняються відносно великим обсягом розплавляється металу і виділенням в зоні зварювання різних газів і парів, що робить їх застосування в космосі проблематичним. Тому перед використанням цих способів необхідно було провести ретельні дослідження в умовах, що імітують космічні.

Вперше такі дослідження були виконані в 1965 р на літаючої лабораторії ТУ-104, що дозволяє короткочасно (до 25-30 с) відтворювати стан невагомості. Для проведення досліджень був створений комплекс обладнання А-1084, що складається з ряду вакуумних камер, механічних форвакуумних і сорбційно-гетерні високовакуумних насосів, реєструючих приладів (звичайні і швидкісні кінокамери, осцилографи) і апаратури управління. Весь комплекс обладнання розміщувався в салоні літаючої лабораторії (рис. 1).

На кришках кожної з камер могли встановлюватися автоматичні пристрої для зварювання різними методами -

електронним променем, стислою дугою низького тиску і дугою з плавиться.

Оскільки в конструкціях космічних об'єктів, як правило, не використовується метал великої товщини, потужність цих зварювальних пристроїв не перевищувала 1,5 кВт. Проведені дослідження дозволили виявити найбільш характерні особливості зварювання в умовах невагомості і вакууму. Коротенько вони зводяться до наступного.

Рис. 1. Розміщення зварювального обладнання в салоні літаючої лабораторії ТУ 104

При електронно-променевої зварюванні і різанні тиск пучка і реактивне тиск парів металу прагнуть витіснити рідку ванночку із зони плавлення. Тому дуже важливо було встановити, чи зможе розплавлений метал утримуватися в шві або в порожнині різу при роботі в невагомості. Експерименти показали, що величина сили поверхневого натягу при електронно-променевої зварюванні цілком достатня для надійного утримання металу і нормального формування шва. Так само надійно виконувалася і різка. Причому розплавлений метал не віддалявся з порожнини різу у вигляді крапель, чого можна було побоюватися, а локалізувався на крайках листів, що розрізають.

Значні труднощі довелося подолати при зварюванні стислій дугою низького тиску плавиться і неплавким електродами. Необхідно було розробити надійні методи контрагірованія плазми дуги в глибокому вакуумі при високій швидкості відкачування і прийоми активного управління плавленням і перенесенням електродного металу в невагомості. Справа в тому, що дугові процеси при низькому тиску пов'язані зі значною розфокусуванням дуги і, як наслідок, з різким зменшенням її проплавляющей здібності, а розплавляється в невагомості електродний метал переходить в шов у вигляді крапель надзвичайно великого розміру. Тому дослідникам довелося приділити велику увагу розробці спеціальних способів і пристроїв для фокусування дуги і плазми у вакуумі, а також пошуків шляхів ефективного управління плавленням і перенесенням електродного металу.

Рис.2 Установка «Вулкан»

Експерименти на літаючої лабораторії допомогли вирішити і ці завдання. Тим самим були створені передумови для проведення зварювальних робіт безпосередньо в космосі.

На базі проведених досліджень була розроблена і виготовлена ??спеціальна зварювальна установка «Вулкан», призначення якої полягало в перевірці можливості використання названих вище способів зварювання в умовах космосу. «Вулкан» представляв собою комплексне, повністю автономний пристрій (рис.2), що дозволяє виконувати автоматичну електронно-променеву зварювання і дугове зварювання плавиться і неплавким електродами.

Установка складалася з двох основних відсіків. В одному - негерметичному - розташовувалися зварювальні пристрої і з'єднуються зразки; в іншому - герметичному - блоки енергоживлення, прилади управління, вимірювальні і перетворюють пристрої, засоби автоматики. Сам «Вулкан» був встановлений в побутовому відсіку космічного корабля «Союз», а пульт управління - в спусковому апараті. Вага установки - не перевищував 50 кг.

Відповідно до загальної програмою космічних досліджень перший у світі експеримент зі зварювання в космосі був виконаний 16 жовтня 1969 р.на космічному кораблі, «Союз-6». льотчиками-космонавтами Г. С. Шоніна і В. Н. Кубасовим. Після розгерметизації побутового відсіку космонавт-оператор В. Н. Кубасов, що знаходився в спусковому апараті, включив автоматичне зварювання стислою дугою низького тиску. Услід за цим він привів у дію автоматичні пристрої для зварювання електронним променем і плавиться. Під час кожного досвіду космонавт спостерігав за роботою установки по сигнальним табло на пульті управління. Дані про режим зварювання і умови проведення експерименту передавалися на Землю і фіксувалися самописними приладами.

Виконаний у космосі експеримент підтвердив зроблені раніше основні припущення і результати досліджень, отримані на літаючої лабораторії. Було показано, що безпосередньо в космосі процеси плавлення, зварювання та різання електронним променем протікають стабільно; забезпечуються необхідні умови для нормального формування зварних з'єднань і різів.

Основні параметри режиму зварювання плавиться, а також структура шва і зони термічного впливу, отримані на кораблі «Союз-6», залишалися практично такими ж, як і на літаючої лабораторії. Форма і якість швів, одержуваних цими способами на нержавіючих сталях класу 18-8 і титанових сплавах, були цілком задовільними.

У той же час був виявлений і ряд аномалій, викликаних, на думку дослідників, невагомістю і специфічними умовами космічного вакууму. Так, наприклад, при електронно-променевої зварюванні алюмінієвих сплавів в космосі була виявлена ??значно більша пористість швів, ніж на Землі (зварювання стислою дугою низького тиску на установці «Вулкан» не дала очікуваних результатів. Мабуть, швидкість дифузії плазмообразующего газу в навколишній корабель простір перевищила очікувану. Тому його концентрація в дуговому проміжку виявилося недостатньою для контрагірованія стислої дуги.

Малогабаритні зварювальні пристрої, включені в комплекс установки «Вулкан», показали достатню надійність і працездатність в умовах космосу. Принципові рішення, прийняті при розробці цих пристроїв, виявилися правильними і придатними для конструювання зварювальних установок, призначених для зварювання в космосі конкретних виробів.

Таким чином, до початку 70-х років питання про принципову можливість виконання автоматичного зварювання в космосі було вирішено позитивно. У той же час існувала велика категорія робіт, у тому числі майже всі види ремонту, які практично не могли б бути виконані з використанням автоматичного зварювання. Тому досить актуальною представлялася завдання з дослідження можливості виконання ручного зварювання в космосі. Причому були вагомі підстави побоюватися, що космонавт-оператор, споряджений в космічний скафандр під значним надлишковим тиском, через вкрай обмеженої рухливості не зможе якісно виконувати такий професійно складний процес, як зварювання. Завдання ускладнювалося ще й необхідністю забезпечення повної безпеки оператора.

Все сказане змусило на початкових етапах відмовитися від роботи в космічному скафандрі безпосередньо у вакуумі. Було знайдено компромісне рішення. Для проведення досліджень по ручному зварюванні в умовах, максимально наближених до космічних, Інститутом електрозварювання ім. Є. О. Патона в 1972 р розроблений спеціальний випробувальний стенд 06-1469 (рис. 3).

Рис. 3. Стенд тренажер для дослідження ручного зварювання в умовах, що імітують космічні

Стенд представляв собою герметичну робочу камеру об'ємом близько 0,8 м3, на передній стінці якої монтувався спеціальний фрагмент космічного скафандра. Між фрагментом і камерою міг створюватися необхідний перепад тиску, найбільш повно відтворює реальні умови роботи космонавта. Усередині робочої камери розміщувалися інструменти та ручні зварювальні пристрої. Скління гермошлема скафандра забезпечувалося набором змінних світлофільтрів, що дозволяють працювати з джерелами нагріву різної яскравості. Найбільш важливим конструктивним перевагою стенду було надійне забезпечення безпеки оператора при випадкових розгерметизація, що забезпечувало сприятливу психологічну обстановку при роботі з високотемпературними об'єктами. Велике значення мали також можливість вільного медико-біологічного контролю за станом оператора і зручність проведення різних ергономічних досліджень.

Одночасно зі стендом в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона розроблено комплекс спеціальних космічних інструментів А-1500, що дозволяють виконувати зварювання різними способами. Спочатку експерименти проводилися в наземних лабораторіях, причому в цьому випадку робоча камера зазвичай заповнювалася інертним або вуглекислим газом.

На пізніших етапах дослідження були перенесені на літаючу лабораторію і в вакуум. Експерименти не підтвердили висловлених вище побоювань. Навпаки, виявилося, що після певної нетривалого тренування оператори (навіть не професійні зварювальники) могли якісно виконувати ручну зварку різних зварних з'єднань - стикових, кутових, напусткових - на таких металах, як нержавіючі сталі, алюмінієві і титанові сплави. З'ясувалося також, що при дугового зварювання в інертному газі електродом, що плавиться при невагомості небезпека прожогов значно менше, ніж на Землі. Це було пояснено специфічними умовами існування зварювальної ванни при відсутності сили тяжіння.

Такі обнадійливі результати дозволили зробити спробу виконати вручну і електронно-променеву зварку - процес, що відрізняється дуже високою концентрацією теплової енергії в плямі нагріву. Для цієї мети розроблена спеціальна ручна електронна гармата (рис. 4), яка дозволила з використанням стенда 06-1469 успішно провести ряд експериментів по ручний електронно-променевої зварюванні. Експерименти показали, що цей спосіб має великі потенційні можливості для застосування його в космічних умовах.

Робота у відкритому космосі висуває дуже високі вимоги до ергономічним аспектам конструювання зварювального обладнання, особливо для ручного зварювання. У цьому напрямку Інститутом електрозварювання та Центром підготовки космонавтів ім. Ю. А. Гагаріна в 1972-1977 рр. виконано ряд важливих експериментальних досліджень. У ці ж роки тривали і технологічні дослідження, що стосуються, зокрема, відпрацювання технології зварювання найбільш перспективних для космічного апаратобудування алюмінієвих сплавів. Був виявлений ряд характерних особливостей зварювання цих сплавів в умовах невагомості. Зроблені спроби вишукати заходи боротьби з підвищеною пористістю.

Рис. 4. Електронна гармата для ручного зварювання

Слід зазначити, що протягом 70-х років роботи зі зварювання в космосі проводилися широким фронтом. Було запропоновано використовувати в космічних умовах ряд нових перспективних способів зварювання, таких, наприклад, як геліосварка, магнітоїмпульсной зварювання, зварювання вибухом, екзотермічна зварка і паяння і т. П. Крім Інституту електрозварювання, в проведення досліджень включилися Інститут проблем матеріалознавства АН УРСР, МВТУ ім . Н. Е. Баумана, Московський авіаційний інститут ім. С. Орджонікідзе, Інститут металургії ім. А. А. Байкова АН СРСР, Інститут космічних досліджень АН СРСР та ін. Це сприяє прискореному вирішенню проблем, що стоять перед зварювальниками, що працюють в галузі космічних досліджень.

2. Методи і способи зварювання в космосі

2.1 Плазмова зварювання

Один з перспективних способів зварювання - плазмова зварка - виробляється плазмової пальником. Сутність цього способу зварювання полягає в тому, що дуга горить між вольфрамовим електродом і виробом і продувається потоком газу, в результаті чого утворюється плазма, використовувана для високотемпературного нагріву металу. Перспективна різновид плазмового зварювання - зварювання стислою дугою (гази стовпа дуги, проходячи через калібрований канал сопла пальника, витягуються в тонкий струмінь). При стисненні дуги міняються її властивості: значно підвищується напруга дуги, різко зростає температура (до 20000-30000 С). Плазмова зварювання отримала промислове застосування для з'єднання тугоплавких металів, причому автомати і напівавтомати для дугового зварювання легко можуть бути пристосовані для плазмового при відповідній заміні пальника. Плазмову зварку використовують як для з'єднання металів великої товщини (багатошарова зварка із захистом аргоном), так і для з'єднання пластин і дроту товщиною від десятків мкм до 1 мм (мікрозварювання, зварювання. Голчатою дугою). Плазмовим струменем можна здійснювати також ін. Види плазмової обробки, в тому числі плазмове різання металів.

2.2 Електронно-променева (електронна) зварювання

Електронно-променева (електронна) зварювання виробляється сфокусованим потоком електронів. Виріб поміщається в камеру, в якій підтримується вакуум (10-2-10-4 н / м2), необхідний для вільного руху електронів і збереження концентрованого пучка електронів. Від потужного джерела електронів (електронної гармати) на виріб направляється керований електронний промінь, фокусируемое магнітним і електростатичними полями. Концентрація енергії в сфальцьованому плямі до 109 вт / см2. Переміщаючи промінь по лінії зварювання, можна зварювати шви будь-якої конфігурації при високій швидкості. Вакуум сприяє меншому окисленню металу шва. Електронний промінь плавить і доводить до кипіння практично всі метали і використовується не тільки для зварювання, а й для різання, свердління отворів і т. П. Швидкість зварювання цим способом в 1,5- 2 рази перевищує швидкість дугового при аналогічних операціях. Недолік цього способу - великі витрати на створення вакууму і необхідність високої напруги для забезпечення досить потужного випромінювання. Цих недоліків позбавлений ін. Спосіб променевого зварювання - фотонна (світлова) зварювання. На відміну від електронного променя, світловий промінь може проходити значні відстані в повітрі, не втрачаючи помітно енергії (т. Е. Відпадає необхідність у вакуумі), може майже без ослаблення просвічувати прозорі матеріали (скло, кварц і т. П.), Т. е. забезпечується стерильність зони зварювання при пропущенні променя через прозору оболонку. Луч фокусується дзеркалом і концентрується оптичною системою (наприклад, кварцової лінзою). При споживаної потужності 50 квт в промені вдається сконцентрувати близько 15 квт.

Для створення світлового променя може служити не тільки штучне джерело світла, але і природний - Сонце. Цей спосіб зварювання, називається геліосваркой, застосовується в умовах значної сонячної радіації, Для зварювання використовується також випромінювання оптичних квантових генераторів - лазерів, Лазерне зварювання займає чільне місце в лазерної технології.

Висновок

Відзначимо важливу сторону проведених досліджень по зварюванню в космосі: розроблені для космічних умов малогабаритні високонадійні зварювальні установки, наприклад для електронно-променевого зварювання або зварювання стислою дугою низького тиску, все частіше знаходять застосування в промисловості на Землі.

Вчені Технологічного інституту штату Джорджія заявляють, що радіохвилі можна використовувати для зміни форми масивних конструкцій та їх зварювання в космосі. Раніше вченими було доведено можливість управляти найдрібнішими частинками речовини за допомогою звукових і світлових хвиль, і, судячи з усього, ця ж технологія повинна спрацювати і для великих шматків твердих речовин.

Література

1. Бернадський В.М. (У співавторстві з Патоном Б.Є., Дудко Д.А., Загребельним А.А., Лапчинська В.Ф.). Про можливість ручної електронно-променевого зварювання в космосі // Космічне матеріалознавство та Технології.-1977.- "НАУКА" - М. - с. 17-22.

2. Бондарев А.А., Лапчинський В.Ф. , Лозівська А.В. та ін. Дослідження структури і розподілу елементів в зварних з'єднаннях, виконаних електронним променем на сплавах 1201 і Ам-Г6 в умовах невесомості.- М .: Наука, 1978.

3. Загребельний А.А., Циганков О.С. Зварювання в космосі // Зварювальне виробництво -№12 2002

4. Патон Б.Є., Дудко Д.А., Бернадський В.М. Застосування зварювання для ремонту зварних космічних об'єктів. - Київ: Наук.думка, 1976.

5. Патон Б.Є., Кубасов В.Н. Експеримент зі зварювання в космосі. // Автомат. Зварювання, 1970, №5.

6. Патон Б.Є., Патон В.Є., Дудко Д.А. та ін. Космічні дослідження на Україні. -Київ: Наук.думка, 1973.

7. Зварювання в СРСР. у двох томах. -М .: Наука, 1981

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка