La aplicación de la soldadura areoespacial
La soldadura por haz de electrones se ha utilizado durante décadas en la fabricación y reparación de motores a reacción, debido a su capacidad para soldar titanio, acero resistente al calor y aleaciones a base de níquel, así como a su capacidad para cumplir con los requisitos de diseño en cuanto a peso, dimensiones. precisión y calidad de la soldadura. La Figura 1-1 muestra una variedad de soldaduras por haz de electrones dentro de un motor moderno. Para cumplir con los requisitos de peso ligero y alta resistencia mecánica al calor, se utiliza un diseño de junta a tope plana. sin posicionamiento inferior con bloqueo central, se utiliza en todas las soldaduras radiales. Debido a la compacidad de las piezas, no fue posible mecanizar las soldaduras después de soldarlas ni detectarlas con rayos X, por lo que los discos del rotor tuvieron que colocarse mecánicamente en un dispositivo especial después de completar el ensamblaje del rotor completo.
Figura 1-1 Vista en corte de un motor a reacción con varias soldaduras de anillos radiales.
La Figura 1-2 muestra el anillo de soldadura en el lado derecho de la pala del rotor. De acuerdo con los requisitos del flujo de gas del motor, las palas están dispuestas diagonalmente y las juntas soldadas a tope deben retener las pestañas para facilitar el montaje y la soldadura (después de soldar las pestañas deben retirarse mediante mecanizado) y para garantizar estrictamente las tolerancias dimensionales y la precisión del ensamblaje; El requisito de salpicaduras de soldadura debe ser pequeño, especialmente importante, la parte posterior de la soldadura debe tener una buena forma para garantizar que la soldadura tenga un canal interno muy suave, como se muestra en la Figura 1-3.
Al soldar las palas del rotor, primero instale las piezas de disco circulares y suéldelas de modo que los puntos iniciales de las dos soldaduras vecinas estén escalonados 180° entre sí. Esto reduce la cantidad de distorsión por torsión del eje. Cada rotor está parcialmente soldado a partir de varios subgrupos, y todo el rotor tiene más de cuatro soldaduras circunferenciales, cada una de las cuales conecta dos subgrupos de palas. Después de la soldadura, los dos subgrupos de álabes se inspeccionan visualmente y las soldaduras se prueban con rayos X, después de lo cual se mide la contracción longitudinal de los subgrupos y luego se compensa mecánicamente. La longitud final del rotor se garantiza soldando la última soldadura circunferencial entre las dos secciones del subgrupo, quedando disponible un margen de aproximadamente 0.1 mm para mecanizar en la dirección longitudinal.
Figura 1-2 Detalle de la soldadura de anillo a la derecha de la pala del rotor en la Figura 1-1(a) Preparación de soldadura con lengüeta; (b) mecanizado posterior a la soldadura.
Figura 1-3 Comprobación de la geometría de la sección transversal de la muestra de Inconel 718.
El compresor de la Figura 1-4 también fue soldado con varias soldaduras circunferenciales. Al principio, estas soldaduras estaban separadas 180° (las soldaduras estaban dispuestas de la misma manera).
Figura 1-4 Rotor del compresor TiAl6V4.
La contracción transversal se compensó mediante mediciones previas a la soldadura, como se muestra en la Figura 1-5.
Figura 1-5 Fragmento del rotor del compresor con cuatro soldaduras.
En la Figura 1-6 se muestra un disco de lóbulo integral (disco de paletas) de un compresor de baja presión fabricado mediante soldadura por haz de electrones.
Figura 1-6 Discos de hojas monolíticas de titanio para soldadura por haz de electrones.
Los pasos de fabricación individuales se muestran en la Figura 1-7. Primero, las palas individuales forjadas se unen en la parte inferior mediante costuras longitudinales para formar un anillo de pala, como se muestra en la Figura 1-7(a). Luego, el anillo de la cuchilla se une al cubo para formar una unidad monolítica con una soldadura anular, como se muestra en la Figura 1-7(b). La decisión de utilizar la soldadura por haz de electrones se basó en el gran número de soldaduras adyacentes, que son muy susceptibles a la deformación. Tolerancias en pulgadas más pequeñas sólo se pueden lograr mediante el seguimiento automático de la costura, el posicionamiento preciso de la viga y el uso de la secuencia correcta de soldadura de la costura.
Figura 1-7 Secuencia de soldadura para rotores integrales.
(a) Soldadura de palas individuales para formar un anillo;
(b) unión soldada entre el anillo de la pala y el cubo.
Los tanques que se muestran en la Figura 1-8 se utilizan para el almacenamiento y transporte de mediciones de propulsión de cuerpos densos en la plataforma de vigilancia de la estación espacial. Se necesitan al menos dos tanques de propulsor, dos para almacenar combustibles combustibles y uno para almacenar oxidantes.
Figura 1-8 Tanque de propulsor de la plataforma satelital de la estación espacial.
Hay una boquilla de aire en cada uno de los puertos del cabezal para inyección y descarga de combustible, respectivamente, y los puertos están soldados a la cubierta del tanque en la pared del tanque, como se muestra en la Figura 1-9.
Figura 1-9 Estructura del tanque de propulsor.
Sin embargo, dado que una parte de la soldadura superior está cubierta y oscurecida por la boquilla de gas, es necesario soldar la tapa con un haz de electrones desde el interior de la parte superior del tanque, como se muestra en la Figura 1-10. La conexión de propulsor inferior se soldó con haz de electrones al cilindro central en el exterior del tanque, después de lo cual la boquilla de gas propulsor se soldó a la conexión de propulsor usando el método TIG, y luego la conexión de propulsor se conectó a la tapa usando soldadura TIG. método.
Figura 1-10 Cubierta superior conectada a la pared del tanque.
El paso final es ensamblar y sujetar el conjunto del tanque de propulsor y luego soldarlo con haz de electrones como se muestra. Para vaciar los dedos de trabajo hay que tener en cuenta la descarga de un pequeño canal con un diámetro de boquilla de sólo 5 mm. El volumen de todo el gas en la fase de petróleo es de aproximadamente 1.5 m°, por lo que la velocidad de bombeo de la cámara de bombeo con un respiradero estrecho en el interior no se puede equiparar con la velocidad de bombeo de un estudio vacío sin ninguna pieza de trabajo. Si la soldadura por haz de electrones se lleva a cabo en presencia de un medidor de flujo, la diferencia de presión entre el interior y el exterior del tanque de propulsor puede causar una rápida destrucción de la red. Los cálculos de caudal muestran que una velocidad de evacuación de 30 mbar/min corresponde a un tiempo de evacuación de unas 20 h. No es práctico mantener dicha velocidad de evacuación reduciendo la potencia de la bomba, pero resulta útil regular la velocidad de evacuación controlando el volumen de entrada de aire y, en todo el proceso de evacuación del estudio, la presión del volumen en el interior. el 2b se aumenta gradualmente a razón de 6 mh/a.
Fig. 1-11 Fijación de puntos y soldadura de soldadura ecuatorial en tanque de propulsor.
En el producto final, antes del inicio de la soldadura nuclear, es necesario preparar las mismas piezas de prueba de control con antelación.
Figura 1-12 Sección transversal de soldadura ecuatorial.
En el molde de vía fluvial, como por ejemplo mediante evaluación (principalmente para garantizar la calidad de la soldadura, la necesidad de tomar las piezas de prueba para realizar una variedad de propiedades mecánicas entre un largo tiempo para calificar, no estaba clara con los mismos parámetros de muestra M soldadura nuclear está en línea con los requisitos), lo que demuestra que el uso final de es adecuado para que el vivo sea un nudo profundo, como se muestra en la Figura 1-12, después de realizar la inspección autovisual externa para competir con el comprobar Soldadura de soldaduras de vías navegables.
Figura 1-13 Equipo de soldadura del tanque de propulsor del Spacebus.
Otra aplicación importante de la soldadura por haz de electrones es la reparación de componentes de motores. Una de las tareas más apreciadas es la reparación de las aspas de los ventiladores de los compresores que han resultado dañadas por la entrada de objetos extraños. Las hojas que se muestran en la Figura 11-14 están forjadas con TA16V4, que es costoso debido a su gran pulgada R y su forma especial. Durante el proceso de reparación, la zona dañada de la hoja se eliminó y se reemplazó con una sección de placa de titanio. Se soldó una soldadura ancha y plana mediante un haz de electrones y luego se terminó. La soldadura tratada térmicamente tenía la calidad requerida y ahorró alrededor del 95 por ciento del material base. El ahorro de tiempo y costes para el contratista fueron los factores determinantes para la rapidez del reinicio mediante E-beam. Además, el coste de compra de repuestos se ha reducido significativamente.
Figura 1-14 Reparación de álabes de turbinas de motores a reacción aeroespaciales dañados por objetos extraños.