[1]Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов, а именно к термообработке сварных конструкций из алюминиевых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической, судостроительной, автомобильной и других областях промышленности.
[2]Известен способ термообработки алюминиевых сплавов, в том числе сварных конструкций (ПИ 1.2.255-83, Производственная инструкция «Термическая обработка полуфабрикатов и деталей из алюминиевых деформируемых сплавов» (ВИАМ, г.Москва, 1983 г.). Известный способ предусматривает отжиг сварных конструкций в печи для снятия напряжений при температуре 250-350°С. Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает при этом предотвращение и устранение деформаций.
[3]Известен способ термообработки и правки сварных алюминиевых конструкций для уменьшения внутренних напряжений и деформаций (ПИ 1.4.1555-2000, Производственная инструкция «Сварка дуговая алюминиевых и магниевых сплавов в среде защитных газов» (НИАТ г.Москва, 2000 г.). Известный способ предусматривает устранение различных видов остаточных деформаций способом местной холодной правки и применением местного нагрева. Недостатком известного способа является то, что пониженное значение модуля упругости алюминиевых сплавов, особенно в сечениях со значительной жесткостью, затрудняет или делает невозможным применение местной холодной правки сварных конструкций. Кроме того, холодная правка приводит к появлению наклепа, что отрицательно сказывается на эксплутационных свойствах изделия. Правка местным нагревом не всегда применима, так как связана со значительными трудностями контроля температуры.
[4]Известен способ термообработки сварных конструкций, совмещенный с термофиксацией (А.Г. Братухин и др. Технология производства титановых самолетных конструкций. - М.: Машиностроение, 1995 г.). Недостатком известного способа является то, что он предусматривает термообработку только титановых сплавов.
[5]Наиболее близким, принятым за прототип решением, является способ правки длинномерных деталей из легких сплавов (патент РФ №2165814 от 25.02.2001 г., B21D 1/14). Способ заключается в том, что подвергаемую правке деталь устанавливают на базу устройства. Воздействуют на нее правящими инструментами до восстановления номинальных размеров. Совместно нагревают, выдерживают при температуре 200-300°С в зафиксированном состоянии в течение определенного времени. Снимают деталь с базы после совместного охлаждения. Недостатком известного способа является то, что способ предусматривает правку детали в какой-либо определенной плоскости, параллельной «базе», и неприемлем для правки конструкции, состоящей из деталей, находящихся в пространстве в различных плоскостях.
[6]Наиболее радикальным методом снижения остаточных напряжений в сварных конструкциях является термообработка. Предпочтительной температурой для алюминиевых сплавов является температура 250-350°С, при которой процессы релаксации протекают более активно. За время нагрева в 25-30 минут происходит снижение исходных напряжений почти до нуля. Но при этом происходит и снижение прочности, что приводит к изменению геометрической формы крупногабаритной пространственной конструкции. Таким образом для термообработки крупногабаритной сварной пространственной конструкции необходимо создать условия, при которых конструкция (например, каркас контейнера) при нагреве и выдержке при температуре 250-350°С могла сохранить геометрическую форму, а при охлаждении возвратиться в исходное состояние. Для этого необходимо использовать приспособление из более прочного металла с учетом линейных и объемных расширений как самой термообрабатываемой конструкции, так и приспособления (устройства). Необходимо отметить, что если после сварки могут иметь место незначительные изменения геометрической формы: деформации в виде прогибов, неперпендикулярности, непараллельности, винтообразности и т.п., то в процессе термообработки приспособление позволяет исправить вышеуказанные отклонения формы.
[7]Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа термообработки сварной крупногабаритной конструкции, при котором будет возможно изготавливать сложные сварные пространственные конструкции, снимать внутренние напряжения, выправлять деформации и сохранять геометрическую форму изделия.
[8]Технический результат предлагаемого изобретения заключается в сохранении геометрической целостности (формы) и размерной стабильности крупногабаритных сварных конструкций из алюминиевых сплавов после термической обработки.
[9]Поставленная задача достигается тем, что перед термообработкой сварной пространственной конструкции ее закладывают в устройство для фиксации, содержащее корпус, выполненный из стальной трубы, с установленными на концах плитами, одна из которых неподвижна, а вторая имеет возможность перемещения вдоль оси устройства. На плитах установлены клиновые прижимы, в промежутке между плитами расположены ложементы со съемными упорами, между которыми имеется установочный зазор. Сварную конструкцию размещают в устройстве для фиксации, при этом совмещают внутренние поверхности поперечных и продольных элементов сварной конструкции с поверхностями плит и ложементов, закрепляют их клиновыми прижимами к плитам, упорами к ложементам с обеспечением установочного зазора, затем помещают в печь, нагревают до температуры 350°С и выдерживают в течение 0,5 час, охлаждают в печи до температуры 150°С с последующим охлаждением на воздухе.
[10]Устройство для термообработки содержит устройство для фиксации сварной конструкции и печь для нагрева. На фиг.1 представлен эскиз сварной конструкции каркаса контейнера. На фиг.2 - эскиз устройства для термообработки сварной конструкции каркаса контейнера (печь для нагрева на эскизе не показана).
[11]Сварная конструкция каркаса контейнера (фиг.1) состоит из двух параллельных балок 1, соединенных стыковым швом 2 с двумя шпангоутами 3. После сварки в зоне сварных швов 2 возникают напряжения, способствующие деформации балок в виде прогибов, и, как следствие, происходит потеря взаимной параллельности и перпендикулярности сборочных единиц. Дальнейшая сборка контейнера в соответствии с требованиями конструкторской документации невозможна.
[12]Устройство для фиксации 4 сварной алюминиевой конструкции каркаса контейнера (фиг.2) состоит из корпуса 5, выполненного из стальной трубы 6, с установленными на концах плитами 7 и 8, одна из которых - 7 - неподвижная, а другая - 8 - может перемещаться вдоль продольной оси устройства. На плитах установлены клиновые прижимы 9, в промежутке между плитами 7 и 8 имеются ложементы 10 со съемными упорами 11, между которыми установочный зазор 12 для размещения параллельных балок каркаса контейнера.
[13]Предлагаемый способ термообработки сварного алюминиевого каркаса осуществляется следующим образом.
[14]Каркас закладывают в устройство для фиксации 4, совмещая внутренние поверхности каркаса с поверхностями плит 7 и 8 и ложементами 10, закрепляя клиновыми прижимами 9 к плитам 7 и 8, а упорами 11 - к ложементам 10, обеспечивая параллельность и перпендикулярность поперечных и продольных элементов каркаса (балки и шпангоуты) относительно друг друга. Устанавливают зазор 12 между упорами 11 и наружной поверхностью параллельных балок для возможности перемещения балок в устройстве при нагреве, после чего устройство с каркасом помещают в печь и нагревают до температуры 350°С. Выдерживают в течение 0,5 ч. Устройство с каркасом оставляют в печи до снижения температуры до 150°С. При нагреве в печи алюминиевый каркас вместе со стальным устройством удлиняется и расширяется. При этом конструктивные особенности устройства и материал, из которого оно изготовлено, способствуют линейному перемещению и объемному расширению сварного каркаса в рамках заданных параметров. При воздействии температуры 350°С происходит термическая правка деформаций и релаксация внутренних напряжений. При охлаждении в печи до температуры 150°С продолжается процесс релаксации внутренних напряжений и фиксации геометрической формы каркаса, после чего устройство с каркасом вынимают из печи. При охлаждении конструкции на воздухе происходит процесс стабилизации.
[15]Таким образом, пространственная сварная конструкция из алюминиевого сплава при нагреве и охлаждении фиксируется по основным геометрическим параметрам и не меняет своей заданной геометрической целостности. При этом снижаются внутренние напряжения не только в сварных швах, но и в сваренных элементах и, как следствие, в конструкции в целом.
[16]Пример эффективности термической обработки сварной алюминиевой конструкции по предложенному способу реализован при изготовлении подвесных контейнеров изделия Су-30МКИ. Сварной каркас контейнера длиной 4000 мм и диаметром 400 мм из сплава АМг6 термообрабатывается для снятия напряжений в сварных соединениях. Полученный результат обеспечивает геометрическую точность в соответствии с конструкторской документацией.
