Технологический процесс сборки-сварки корпуса топливного бака горючего первой ступени ракеты-носителя семейства 'Анагара'

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Описание объекта производства, условий эксплуатации и обоснование технических требований, предъявляемых к конструкции

1.2 Оценка технологичности сборочной единицы и методов её обеспечения

1.3 Анализ типа производства

1.4 Анализ и обоснование выбора материала конструкции

1.5 Разработка технологического процесса сборки-сварки корпуса бака

1.5.1 выбор метода сборки сборочной единицы-корпуса бака горючего

1.5.1.1 Выбор типа сварки, назначение режимов сварки

1.5.1.2 Базирование подсборок при сварке

1.5.2 Выбор метода испытаний и контроля сборочной единицы-корпуса бака горючего.

1.5.2.1 Дефектоскопия сварных соединений

1.5.2.2 Испытания на прочность

1.5.2.3 Испытания на герметичность

1.5.2.3.1 Расчёт параметров испытаний на герметичность

1.5.3 Проектирование технологического процесса сборки-сварки корпуса бака

1.5.4 Маршрутный технологический процесс

2. Конструкторская часть

2.1 Краткое технико-конструктивное описание используемой технологической оснастки и используемого инструмента

2.1.1 Используемый инструмент

2.1.2 Корзина для сварки

2.1.3 Кольцо для сварки

2.1.4 Приспособления для сварки кольцевых швов

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Одним из важных силовых агрегатов летательных аппаратов являются баки, предназначенные для хранения жидких компонентов топлива в течениии определённого времени: от нескольких часов с момента предполётной заправки до нескольких лет, при эксплуатации изделий в заправленном (актуализированном) состоянии.

Форма основных баков изделия зависит от аэродинамики и компоновочной схемы конструкции, а вспомогательных баков - только от удобства компоновки. Поэтому основные баки обычно выполняются цилиндрическими, а вспомогательные - шаровыми, торовыми и других форм.

Нагрузки на стенки несущих баков в основном связаны с осевым сжатием под действием нагрузки вышерасположенных отсеков изделия и сил лобового сопротивления с действующими перегрузками, а также с гидростатическим давлением столба жидкости в баке, её гидравлической неуравновешенностью и возможным действием давления наддува. Обычно этим целям хорошо удовлетворяют алюминиевые сплавы АМг6 (предел прочности 320-400 МПа), а также стали средней прочности типа 12Х18Н10Т (550 Мпа). Для обеспечения жёсткости конструкции стенки баков профилированы или имеют силовой набор.

Кроме тандемной и пакетной схем расположения баков в изделии встречаются такие схемы, как бак в баке, бак с промежуточным днищем, бак с эластичной диафрагмой и др.

Материал баков должен быть химически стоек к компонентам, в число которых входят активные высококипящий окислитель (например азотный тетраксид, перекись водорода, азотная кислота) и горючее (например гидразин, керосин, спирт).

Что касается низкокипящих компонентов топлив, таких как жидкие кислород и водород, то коррозия не является определяющим фактором выбора материала для работы в контакте с ними. Здесь всё зависит от охрупчивания материала стенки бака. Возможна проверхностная химическая обработка металла стенки бака (например анодирование алюминиевых сплавов); нанесение же металлических, керамических и полимерных покрытий на материал стенки бака с целью повышения его химической стойкости к компонентам недопустим. Кроме того материал конструкции должен обладать хорошими технологическими свойствами (деформируемость, свариваемость и т.д.). И наконец к стенкам баков предъявляют высокие требования по наличию дефектов, которые могли бы вызвать их разрушение или негерметичность.

Конструктивно-технологически корпус наиболее широко распространённого бака цилиндрической формы состоит из обечайки и двух днищ (обычно эллиптической или полусферической формы). В зависимости от размеров бака обечайка состоит из одного или нескольких цилиндров, иногда объединяемых попарно в секции, причём так, чтобы их сварные швы не являлись продолжением один-другого, будучи разнесёнными на некоторый угол по окружности. Если на их внутренних поверхностях нет элементов силового набора, то баки из таких обечаек называют гладкими и они чаще всего бывают стальными и малогабаритными. Что касается крупногабаритных обечаек, то их выполняют из алюминиевых сплавов и они имеют продольно-поперечный силовой набор.

Обечайки с вафельным фоном обычно получают механической или электрохимической обработкой стенки, согнутой из целого листа панели, с последующей сваркой между собой продольными швами. Баки длиной 8-12 м и диаметром 3 м собирают из шести таких панелей. Возможна и технология гибки обечаек из листов с вафельным фоном, выполненным методом листовой прокатки. Однако гибка такой панели создаёт огранку на внешней поверхности обечайки, что при больших размеров клетки вафель может привести к значительному снижению прочности и устойчивости оболочки. Вместе с тем вафельные баки обходятся дороже баков с оребрёнными стенками и менее технологичны.

Профили дополнительного силового набора получают прессованием, штамповкой, вырубкой из листа (стрингера) и механообработкой колец, гибкой и сваркой длинных профилей, вырубкой колец из листа (шпангоуты).

Днища состоят из штампованного эллипсоида, гнутых из прессованного профиля и сваренных встык шпангоутов, а также ряда деталей (элементы крепления) и сборочных единиц (патрубки, стыковочные разъёмы, юбка и т.п.).

В данном проекте будет разрабатываться технологический процесс сборки-сварки корпуса топливного бака горючего первой ступени ракеты-носителя семейства "Анагара". Ракета-носители семейства "Ангара" являются одним из основных перспективных направлений работы в ГКНЦП им Хруничева, где проходила технологическая практика. Основой для проекта служат материалы и информация, полученная в техническом бюро цеха №3, где проводятся сборочно-сварочные работы по изготовлению корпуса бака.

топливный бак сварное соединение

1. Технологическая часть

1.1 Описание объекта производства, условий эксплуатации и обоснование технических требований, предъявляемых к конструкции

Топливные баки, предназначенные для хранения жидких компонентов топлива являются одной из важнейших и наиболее габаритных частей ракеты-носителя. В связи с особыми режимами эксплуатации, к топливным бакам предъявляются следующие требования:

·   сохранение прочностных характеристик баковой конструкции, позволяющих воспринимать статические и динамические нагрузки, возникающие в процессе полета;

·   работа в широком температурном диапазоне;

·   минимальность весовых характеристик;

·   герметичность конструкции.

На основании этих требований в отношении топливных баков выдвигаются обязательное условие обеспечения надежности, которая должна осуществляться на всех этапах создания (проектирование, экспериментальная отработка, производство). На стадиях проектирования и разработки надежность обеспечивается:

·   обоснованием и заданием количественных значений показателей надежности топливного бака и разработкой программ обеспечения надежности;

·   введением в технические задания на разработку требований по надежности, сроку службы, контролю и ремонтопригодности, ресурсу, резервированию, анализу возможных отказов и работе с критическими элементами;

·   посредством выдвижения качественных требований к структурному построению, способам резервирования, испытаний, качеству изготовления, методам контроля и правилам эксплуатации;

·   путем выполнения организационно-технических требований нормативно-технической документации по ракетно-космической технике.

Объем экспериментальной отработки должен обеспечивать:

·   всестороннюю наземную отработку элементов при проведении автономных и комплексных испытаний на всех режимах эксплуатации и при крайних значениях внешних воздействующих факторов, а также определения границ их работоспособности;

·   проведение ресурсных испытаний, как правило, до наступления предельного состояния;

·   безусловное подтверждение количественных и качественных требований по надежности при наземной отработке элементов и систем и изделию в целом.

Контроль качества изготовления и надежности при производстве обеспечивается:

·   входным контролем материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий;

·   контролем прочности и герметичности баков под избыточным давлением;

·   проведением комплексных электрических проверок и контроля герметичности гелиевым течеискателем;

·   контролем над проведением особо ответственных операций, включая документирование с использованием фото и видео аппаратуры.

Подлежащий изготовлению объект, бак горючего, предназначенный для хранения компонента космического топлива горючего-керосин, в процессе жизненного цикла ракеты-носителя.

Требования, предъявляемые к баку: минимальная масса и максимальное использование рабочего пространства. Нагрузки на стенки несущих баков в основном связаны с осевым сжатием под действием нагрузки вышерасположенных отсеков изделия и сил лобового сопротивления с действующими перегрузками, а также с гидростатическим давлением столба жидкости в баке, её динамической неуравновешенностью и возможным действием давления наддува.

Эти требования обуславливают геометрическую конфигурацию бака, он имеет наиболее распространённую цилиндрическую форму и представляет собой сварную конструкцию, состоящую из цилиндрической обечайки м полусферических днищ.

Диаметр обечайки 2900 мм, длина бака 6335 мм. Для обеспечения надлежащей жёсткости конструкции цилиндрическая обечайка сваривается из листовых панелей, имеющих т. н. вафельный фон с толщиной стенки сот 5 мм и высотой стенок 15 мм. Толщина свариваемых кромок 7.4 мм.

Верхнее и нижнее днища имеют толщину стенок 2,25 мм, в местах сварных швов - 3,5 мм, радиус закругления R=2265 мм.

Днища привариваются к цилиндрической обечайке торцевой частью распорного шпангоута стыковым швом аргонно-дуговой сваркой. В обшивке верхнего днища имеется люк-лаз, предназначенный для доступа в бак, для проведения работ по монтажу, а также других технологических нужд. В данном технологическом процессе он используется для демонтажа сварочного оборудования: сварочных и калибровочных колец из полости бака, после последней сварочной операции. Все обозначения обечайки, днищ и шпангоутов с основными характерными размерами и соответствующая схема сборки приведены на листе чертежей.

1.2 Оценка технологичности сборочной единицы и методов её обеспечения

Топливные баки представлять собой конструкцию, к которой выносятся следующие технологические требования:

·   конструкция бака не подлежит последующим разборке и сборке и должна функционировать на протяжении всего заложенного срока эксплуатации;

·   топливные баки должны быть полностью герметичны;

·   конструкция бака должна выдерживать заложенные конструктором нагрузки.

Конструкция бака имеет относительно простую конфигурацию и относительно небольшой диаметр, что позволяет для многих операций применять уже имеющееся оборудование, применявшееся для уже отработанных изделий, при разработке технологического процесса использовать имеющиеся типовые технологические процессы, например на сборку-сварку обечаек, что повышает технологичность изделия.

Высокие требования к надёжности и точности изготовления требуют многократных контрольных операций, связанных с необходимостью транспортировки изделия, его монтажа/демонтажа на рабочие места, также снижают технологичность изделия.

1.3 Анализ типа производства

Производство космической техники практически всегда является единичным или мелкосерийным, поэтому для сокращения затрат на изготовление составляющих узлов и агрегатов необходимо проектировать их с тем расчетом, чтобы имеющееся оборудование было по возможности наиболее универсальным и многофункциональным.

Вместе с тем для изготовления такого ответственного изделия, которым является корпус топливного бака, для обеспечения высоких характеристик и надёжности изделия необходимо специально созданное для его производства оборудование.

Требованиям прочности и герметичности сварных швов баков наиболее полно удовлетворяет сварка плавлением, в частности такой её метод, как аргонодуговая сварка (АрДС). Степень механизации этих сварочных работ - самая высокая в отрасли (95…97%).

1.4 Анализ и обоснование выбора материала конструкции

Для изготовления топливного бака необходимо применение материала, отвечающего следующим требованиям:

·   высокая удельная прочность;

·   малая плотность;

·   приемлемая жесткость;

·   хорошая обрабатываемость резанием;

·   хорошая свариваемость;

·   сравнительно невысокая стоимость.

Основываясь на этих требованиях, в качестве материала для изготовления топливного бака выбирается алюминиевый сплав АМг6, имеющий следующие характеристики:

·   плотность r=2750 кг/м3,модуль упругости Е=6.5·1010 Па;

·   предел прочности sВ=320 МПа;

·   предел текучести sТ=190 МПа;

·   относительное удлинение d=15%.

Основные достоинства сплава:

хорошая свариваемость сплава (ослабление материала в районе сварочного шва не более 10%, т.е. kсв. шва=0.9)

хорошая штампуемость;

малый удельный вес;

хорошая коррозионная стойкость к агрессивным средствам;

хорошая работоспособность при низких температурах;

Применение при сварке подкладных колец с канавкой, позволяет избежать охрупчивания сварочного шва, т.к. окислы алюминия, придающие шву хрупкость, попадают в расплав и остаются в канаве подкладного кольца. Выступ шва снимают фрезерной головкой.

Недостаток:

сравнительно невысокая прочность.

1.5 Разработка технологического процесса сборки-сварки корпуса бака

1.5.1 выбор метода сборки сборочной единицы-корпуса бака горючего

Сварные металлические конструкции широко применяются в производстве летательных аппаратов. По сравнению с клёпанными и болтовыми соединениями эти конструкции обеспечивают экономию металла, уменьшение массы соединительных элементов, снижение трудоёмкости изготовления за счёт вспомогательных операций, снижение стоимости технологического оборудования. Недостатки сварных соединений: повышенная чувствительность к хрупкому разрушению, изменение свойств материала в зоне сварного шва, наличие остаточных напряжений и деформаций. Однако влияние всех этих факторов можно заметно снизить, а в ряде случаев и исключить выбором рациональной конструкции соединения, подбором материала детали и электрода, проектированием технологического процесса.

Аргонодуговая сварка. (АДС)

При АДС металл сварочной ванны защищён от атмосферного воздуха оболочкой из защитного газа-аргона. Это способствует разрушению окисных плёнок на поверхности, повышает коррозионную стойкость, прочность и пластичность сварного шва и соединения. Различают следующие схемы АДС: дугой косвенного действия наплавляющимся электродом, дугой прямого действия наплавляющимся и плавящимся электродами. Сварку дугой прямого действия неплавящимся электродом применяют для сварки алюминиевых сплавов толщиной менее 6-и мм. Сварка плавящимся электродом ограничена минимальной толщиной металла 0,8…1,0 мм. Электродную проволоку применяют, как правило, того же химического состава, что и контактное соединение.

Подготовка под сварку.

Рабочие чертежи сварных соединений включают в себя размеры кромок под сварку. Наиболее точно обработка кромок осуществляется при механической обработке на универсальных станках или специальных разделочных стендах. Листовой материал из алюминиевых сплавов толщиной до 5 мм сваривают без разделки кромок. Для заготовок толщиной свыше 20 мм необходим их предварительный нагрев до 300-400 гр. С.

При АДС производится местная подготовка поверхностей к сварке: торцов и участков поверхности шириной 10…40 мм (в зависимости от формы, размера и материала детали).

Алюминиевые сплавы перед сваркой проходят специальную обработку с целью удаления с поверхности тугоплавкой (2050 гр. С) окиси алюминия. Аналогичной обработке подвергаются присадочная проволока и электродные стержни. Для этого поверхность металла обезжиривается растворителями (бензин, ацетон), а окисная плёнка удаляется механической зачисткой (стальной проволочной щёткой, шабрением, напильником, на станках) или химическим травлением. Шероховатость поверхности после механической обработки на стенках не должна превышать Rz=40 мкм. Абразивная обработка (пескоструйная, шкуркой и т.д.) не допускается.

Травление алюминиевых сплавов производится в растворе следующего состава: едкий натр технический 45.55 г, фтористый натр технический 40.50 г на 1 л воды. После травления производится промывка в проточной воде, нейтрализация в 25.30 % -ном водном растворе азотной кислоты (1…2 мм), промывка в проточной холодной и затем горячей (более 60 гр. С) воде, сушка чистым горячим воздухом (более 15 гр. С) до полного удаления влаги. Все эти операции производятся не более чем за 2…4 часа до сварки.

Режимы сварки алюминиевых сплавов

Основной особенностью этой сварки является наличие на поверхности высокотемпературной плёнки окиси алюминия, не расплавляющейся в процессе сварки и затрудняющей образование сварочной ванны. Удаление окисной плёнки вследствие катодного распыления, возможно при сварке в инертных газах (аргонодуговая сварка). Преимуществом АДС с вольфрамовым электродом является высокая устойчивость дуги, что особенно важно для тонколистовых деталей. Питание дуги осуществляется переменным током. При сварке погруженной дугой за один проход свариваются заготовки толщиной до 20 мм, при трёхфазной-до 30 мм. Для материалов толщиной более 3 мм АДС производят плавящимся электродом. Питание дуги производится от источника постоянного тока обратной полярности.

Высокая тепло - и электропроводность алюминиевых сплавов обуславливает необходимость больших токов и мощностей.

1.5.1.1 Выбор типа сварки, назначение режимов сварки

С учётом вышеизложенного для сварки швов на проектируемом изделии принято решение использовать аргонодуговую сварку, как удовлетворяющую всем критериям, хорошо отработанную и обладающую наиболее высокой степенью автоматизации в отрасли.

Основной операцией процесса сборки изделия является сварка кольцевых швов №1-№6, соединяющих цилиндрическую обечайку с верхним и нижним днищами. Швы являются одинаковыми по протяженности и толщине свариваемых кромок. Перед основной сварочной операцией производится прихватка свариваемых кромок в 4-6 местах ручной сваркой.

Согласно ОСТ для данного материала (АМг-6) и толщины (7 мм) выбираются следующие параметры сварки:

·        ток - J, А;

·        напряжение - U, В;

·        скорость сварки - V, м/мин;

·        расход газа (аргон) - Q, л/мин.

для первого и второго проходов.

По этим параметрам определяется время сварки

и объем израсходованного газа:

Результаты сведены в таблицу:

1.5.1.2 Базирование подсборок при сварке

Одной из задач проектирования и реализации техпроцессов сборки-сварки является обеспечение с заданной точностью правильного взаимного расположения собираемых деталей или сборочных единиц. Решение этой задачи требует выбора сборочных и установочных баз, т.е. тех поверхностей деталей, которые при сборке будут совмещаться с соответствующими поверхностями других деталей (сборочные базы) или сборочно-сварочного приспособления (установочные базы).

При совмещении установочных баз деталей с соответствующими поверхностями приспособления детали займут определённое положение относительно приспособления и, следовательно, относительно друг друга. При сборке с использованием установочных баз обычно имеется несколько вариантов их выбора. При назначении этих баз следует руководствоваться общими правилами базирования-единства и постоянства баз.

Особенностью элементов конструкций большинства элементов летательных аппаратов является их малая жёсткость. Поэтому выбранная для сборки-сварки схема базирования должна обеспечить достаточную технологическую жёсткость как сборочной единицы в целом, так и её элементов.

Совокупность схем базирования и способов обеспечения технологической жёсткости конструкции характеризует метод сборки.

Для сварки элементов конструкции летательных аппаратов в приспособлении используются в основном две схемы базирования: по наружной и внутренней поверхности обшивки.

Схема базирования по внешней поверхности обшивки характерна для сварки кольцевых швов обечаек

При сборке сварных элементов конструкции ЛА используются сварочные приспособления. Исходными данными при проектировании сборочно-сварочных приспособлений являются: сборочные чертежи собираемого изделия, карты техпроцесса сборки-сварки, технические условия на проектирования приспособлений.

Проектируемое сборочно-сварочное приспособление должно обеспечивать:

а). установленное пространственное расположение элементов конструкции ЛА, их фиксацию и зажим, предотвращающие смещение в процессе сборки и сварки и уменьшающие последующее коробление;

б). соблюдение заданного техпроцесса сборки и сварки - доступность и удобство сварки и подвода сварочного оборудования к месту сварки, соблюдение рациональных режимов сварки;

в) терморегулирование свариваемой зоны;

г) удобство наблюдения и контроля сборки и сварки.

Конструктивно сборочно-сварочные приспособления состоят из несущих, установочных, фиксирующих и зажимных элементов. Выбор фиксирующих и зажимных элементов производится по результатам анализа точности сборки, техпроцесса сварки. Формы и габаритов свариваемой конструкции, темпа и объёма производств. Зажимное устройство должно удерживать детали сварной конструкции в заданном положении и не допускать их смещения при нагреве и охлаждении.

В проектируемом технологическом процессе набор корпуса производится последовательно, начиная с нижнего днища, на все подсборки, входящие в состав собираемого изделия были нанесены оси стабилизации, в рамках технологических процессов на их изготовление.

Перед проведением сварочных операций производится монтаж и выставление сварочной: сварочных, калибровочных и бандажных колец, согласно схеме.

После установки каждой последующей обечайки на приспособление для сварки производится выставление по осям стабилизации, после совмещения свариваемых кромок и установки сварочной оснастки производится контроль совпадения осей стабилизации. На шпангоутах днищ наносятся реперные точки по осям стабилизации и проверяется отсутствие скрутки днищ.

Требования по параллельность плоскостей Е и Ж изделия, а также их развороту обеспечиваются оснасткой, согласно техническим требованиям сборочного чертежа.

После сварочных операций проводится контроль длины корпуса, согласно схеме контроля размеров, торцуется технологический припуск.

Для автоматической АДС используются автоматы, состоящие из сварочной головки, направляющих механизмов для её передвижения и приспособления для установки и перемещения свариваемой конструкции.

1.5.2 Выбор метода испытаний и контроля сборочной единицы-корпуса бака горючего.

Важнейшими требованиями при производстве корпуса бака является обеспечение прочности и герметичности бака, обеспечение чистоты его внутренних поверхностей. Многократный контроль позволит обеспечить максимальную надежность изделию.

Все баки, как ёмкостные конструкции, работающие под ёмкостным давлением в процессе серийного производства проходят испытания на прочность и герметичность, которые носят автономный и комплексный характер. Для этого в технологическом процессе необходимо предусмотреть соответствующие этапы, которые позволят оценить качество всех ранее произведённых работ в их совокупности на специальных стендах по определённому регламенту, с соответствующим документированием результатов. По результатам этих испытаний принимают решение о возможности продолжения дальнейшего исполнения изделия.

1.5.2.1 Дефектоскопия сварных соединений

Стыковые сварные швы бака относят к I категории: в соответствии с ОСТ 92-1114-80 "Сварные соединения. Общие технологические требования", их прочность составляет 0.9 от прочности основного материала, а коэффициент запаса прочности - не более 2.5 К швам этой категории предъявляют повышенные требования по температурным условия, действующим нагрузкам, уровню агрессивности среды и герметичности конструкции. Жёстко регламентированы требования подготовки кромок под сварку, а также допускаемые дефекты в сварных швах.

К характеристикам основных дефектов сварных швов I категории из алюминиевых относятся: непровар, проплав, смещение кромок (нависание), занижение размеров шва по сечению (вогнутость шва), усиление сварного шва (валик), подрез, трещины, поры, вольфрамовые включения и другие дефекты.

Для выявления дефектов сварных швов применяют методы неразрушающего контроля, в рассматриваемом технологическом процессе для выявления дефектов сварного шва применяется рентгеноконтроль. Этот метод предназначен для выявления непроваров, трещин, оксидных плен, шлаковых и вольфрамовых включений, проплавлений в сварных швах. С помощью него также можно выявить зазоры, разностность, правильность взаимного расположения деталей и несплошность материала.

Метод позволяет выявить непровары и трещины с раскрытием >0.1 мм. Однако необходимо, чтобы направление плоскости дефектов совпадало с направлением излучения, иначе выявление дефектов минимального размера не гарантированно. Глубину залегания дефектов и их размер в направлении просвечивания определить нельзя.

В рассматриваемом технологическом процессе применяется рентгеновский аппарат РУП-120 и рентгеновскую плёнку плёнку РТ-5 с чувствительностью 3*p¹ и коэффициентом контрастности 4; размер листа 75х400 мм.

Фокусное расстояние рентгеновской трубки от поверхности кассеты с плёнкой на практике 100…1000 мм. Максимальная длина просвечиваемого участка за одну экспозицию составляет 0.7 F. Длина плёнки должна обеспечивать отсутствие возможных пропусков на стыках изображения просвечиваемых участков изделия (размер стыков должен быть не менее 20 мм каждый). Ширина плёнки должна обеспечивать получение изображения шва сварного соединения и прилегающих к нему участков с каждой стороны шириной не менее 5 мм.

Таким образом нам потребуется разделить шов на количество участков, равное

 участка

При контроле конструкции делают два и более снимков сварного шва.

Перед просвечиванием сварной шов делят на участки в соответствии с картой рентгеноконтроля. На каждом из них устанавливают ограничительные метки, эталоны чувствительности и маркировочные знаки, изготовленные из свинца, сплава ЛН или других материалов, обеспечивающих чёткое изображение информации на снимке контролируемого изделия. Ограничительные метки помещают на расстоянии не менее, чем 3…4 мм от сварного шва; эталоны чувствительности - на расстоянии 6.7 мм от шва (канавчатые и пластинчатые эталоны) или непосредственно на шов (проволочные эталоны); маркировочные знаки-на расстоянии 20-25 мм от шва. Эталоны чувствительности предпочтительнее устанавливать со стороны источника излучения. Одну сторону кассеты с рентгеновской плёнкой плотно прижимают к стенке контролируемого изделия, а с другой её стороны устанавливают листовой свинец толщиной 1,5 мм. Крепление меток, эталонов, знаков и кассет осуществляют липкими лентами. Время экспозиции 2 минуты или 120 секунд

1.5.2.2 Испытания на прочность

Режим испытаний корпуса бака на прочность обычно приближен к реальным условиям эксплуатации (характер действующих нагрузок, имитация рабочей и окружающей среды, а также реальных положений бака во время эксплуатации) с целью исследования процессов заправки и опорожнения, действия наддува, влияния гидроудара. Прочностные испытания проводят нагружением баков внутренним избыточным давлением Pисп, значение которого зависит от рабочего давления в баке в процессе его эксплуатации Pраб, т.е. определяется с помощью принятого расчётного коэффициента безопасности;

Pисп=η*Pраб

Где η-коэффициент безопасности.

В нашем случае ppaб=24.43 атм η=1.25, тогда pисп=36.65 атм.

При больших внутренних объёмах изделия условия его испытаний достаточно сложные, так как связаны с выполнением требований по эксплуатации испытательных установок и по технике безопасности проводимых работ. Стенды для испытаний на прочность рассчитываются с коэффициентом безопасности >4/

В качестве рабочей среды для нагружения бака внутренним давлением применяется жидкость, которая в силу своей несжимаемости позволяет избежать опасного накопления энергии. Применение воды в качестве рабочей жидкости удовлетворяет требованиям стандартов, условиям пожаровзрывобезопасности и нетоксичности. Для придания воде антикоррозионных свойств в ней растворяют 0.02-0.05 % двухромовокислого калия, получая так называемый раствор хромопика.

Суть испытаний баков на прочность-создание в них избыточного давления воды Pисп за указанное время. При этом давление не должно превышать 2% от начального. После сброса давления изделие считается успешно прошедшим прочностные испытания. Кроме того оно не должно иметь видимых отклонений формы (например, вспучиваний стенки, поверхностных трещин и следов отпотевания стенки, фиксируемых визуально или отпечатком на фильтровальной бумаге).

При испытаниях поддерживают нормальную температуру (20±5ºС) и относительную влажность (до 80%). Визуальный осмотр наружной поверхности бака может быть произведён как после окончания цикла нагружения давлением, так и в период самих испытаний. В последнем случае, после создания в изделии максимального испытательного давления и выдержки его в течении заданного времени, снижают уровень давления вдвое (0.5 от Рисп), если в технологической карте нет других указаний о выдерживаемом давлении и проводят визуальный осмотр при простукивании корпуса бака резиновым молотком, после чего давление сбрасывают. Испытания считаются оконченными.

Перед началом испытаний изделию придают положение, наиболее полно отвечающее его конструктивным особенностям. Цилиндрические баки ставят вертикально.

При испытании на прочность давление поддерживают с точностью ±1-2%. Класс точности применяемых манометров не более 1.5 Шкала манометра должна быть рассчитана не более, чем на 3-х кратное значение измеряемого параметра.

Значение остаточной деформации определяют путём замеров начального, максимального и конечного объёмов жидкости. Разность между конечным Vк и начальным V0 объёмами (значение, характеризующее остаточную деформацию) должна составлять не более 1% от разности между максимальным Vм и конечным Vк объёмами (значение, характеризующее упругую деформацию):

Остаточные деформации бака после гидроиспытаний могут быть замерены методом мерной ленты или курвиметром.

1.5.2.3 Испытания на герметичность

Испытания на герметичность проводятся после испытания изделия на прочность, если последние имели положительный результат. Место испытаний на герметичность в технологической цепочке производства емкостной конструкции обусловлено также некоторыми другими необходимыми операциями: до проведения испытаний на герметичность не наносятся химические, гальванические, лакокрасочные, теплозащитные и другие покрытия. Вместе с тем перед испытаниями на герметичность предусматриваются операции, позволяющие создать более благоприятные условия для выявления дефектов герметичности (или течей). Такими операциями являются очистка полостей и поверхностей изделия от механических и жировых загрязнений (продувки сжатым воздухом, промывки моющими составами, травление в химических реагентах, обезжиривание органическими растворителями или парами активных сред), а также сушка материала стенок изделия с целью удаления влаги, которая, закупоривая течи, затрудняет их выявление при испытаниях.

Норма герметичности испытываемой конструкции выражается через поток Q контрольной среды через течи, создающий в объеме V [м3] изделия падение или повышение давления на 1 Па за время t [сек]:

, [Вт]

Норма герметичности для разрабатываемого топливного бака, вследствие того, что он представляет собой тонкостенную емкость значительного объема, не должна превышать 10-7-10-8 Вт. С целью поиска течей и их устранения на более ранних этапах технологического процесса производства бака осуществляется контроль локальной герметичности сборочных единиц, входящих в состав бака, и отдельных мест (сварные швы, разъемы и т.д.). Для реализации установленных норм герметичности используются различные методы испытаний на герметичность.

Все методы предусматривают нагружение испытываемой емкости внутренним избыточным давлением газа. Контрольный газ должен содержать не более допустимого количества механических примесей и влаги, для чего его подвергают очистке и сушке (обычно до точки росы не выше - 250С). Кроме того, контрольный газ должен быть нетоксичным, химически инертным, экологически чистым, пожаро- и взрывобезопасным, не конденсироваться при температурах и давлениях испытаний, а также обладать низкой стоимостью.

Несмотря на то, что топливный бак в процессе эксплуатации контактирует с жидкостью, испытания проводятся газами, вязкость которых во много раз меньше вязкостей жидкостей, что открывает возможности надежного выявления более мелких течей и при более простых технологических требованиях к режимам проведения испытаний (уровень давлений, время регистрации утечек и т.п.).

Время выдержки под давлением при испытаниях на герметичность принимается равным 10 мин, если оно не оговорено особо в технологической документации на изделие (но это время не может быть менее 1 мин). Для осмотра изделия и обнаружения мест негерметичности предусматривается в режиме нагружения сброс давления на 10.20% от испытательного.

Для разрабатываемого технологического процесса в качестве способа Испытания проводят методом "щупа" по ОСТ 92-1527-79 воздушно-гелиевой смесью с концентрацией гелия 30) % при внутреннем избыточном давлении. Течи по гелию более 1x10-7Вт не допускаются.

1.5.2.3.1 Расчёт параметров испытаний на герметичность

Согласно техническим требованиям в баке объемом V =44,7 м3, заполненном газом при рабочем давлении ppaб=24.43 атм. допускается в течение времени хранения (работы) t = 1 год = 3.11∙107 падение давления, не превышающее р=0,1 атм=7,6∙10^4.

. Определение максимально допускаемого значения суммарной утечки (степень герметичности).

Согласно формуле

Примем, что определение суммарной утечки производится в литрах, при давлении мк рт. ст., за время, выражаемое в секундах, т.е.

Qбака= 0,583 л∙мк/сек

В этом случае на чертеже отсека или в технических условиях на отсек следует указать: степень герметичности (суммарная утечка) не выше Qбака= 0.321 л∙мк/сек

2. Определение степени герметичности участка (местной утечки)

В данном случае предположим, что утечка газа возможна только через сварные швы, при этом длина сварного шва

L = 9106 мм, ширина сварного шва b = 4 мм.

В нашем конкретном случае F - площадь сварного шва, а площадь участка разового замера f=100 мм2

, ,

В этом случае на чертеже отсека или в технических условиях на отсек следует указать: степень герметичности участка сварного шва размером в 1 см2 (местная утечка) не должна превышать Qуч=1.6∙10-3 л∙мк рт. ст. /се

. Выбор способа проверки местной утечки (герметичности) согласно требованиям и определение основных параметров процесса проверки.

По номограмме определим способ проверки герметичности. Примем, что проверка герметичности (местной утечки) производится масс-спектрометрическим методом, способом при атмосферном давлении (способ щупа) в статическом режиме с площадью насадки щупа (площадь участка разового замера) см2. Давление испытания принимаем равным рабочему:

pисп = ppaб=24.43 атм.

По таблице определим рекомендуемое в этом случае содержание гелия в контрольном веществе. Принимаем 20% -ное содержание гелия в смеси (80% воздуха). Так как количество гелия в смеси 20%, то чувствительность проверки (к потоку гелия) должна быть увеличена в 5 раз, т.е. чувствительность испытания должна быть не менее Qуч=3.2∙10-4 л∙мк рт. ст. /сек. В этом случае в директивной технологии на проверку герметичности отсека следует записать: "Проверить герметичность отсека масс-спектрометрическим методом, способом при атмосферном давлении (способ щупа) в статическом режиме с площадью насадки щупа см2 при давлении ppaб=24.43 атм. воздушно-гелиевой смесью (20 + 2% гелия, остальное воздух) с помощью течеискателя ПТИ-7. Течи с потоком по гелию Qуч=3.2∙10-4 л∙мк рт. ст. /сек и более не допускаются.

Расчет парциального давления, до которого необходимо заполнить отсек гелием.

1.5.3 Проектирование технологического процесса сборки-сварки корпуса бака

Технологический процесс разработан на основании конструкторской документации. Перед началом изготовления изделия рабочие места и оборудование, приспособления и инструмент, а также транспортные средства должны быть очищены от механических загрязнений, влаги и масла. Рабочий персонал и другие работники, производящие работу с изделием, должны быть в чистой спецодежде.

Перед началом сварки рабочий обязан предъявить оборудование и приспособление на чистоту БТК. Режимы сварки предварительно отработаны на технологических образцах. Перед началом проведения нового объёма работ проверяется наличие оформленных документов на окончание и приёмку предыдущих работ. При сборочно-сварочных работах должны быть установлены заглушки, замаркированные номером чертежа фланца, на который она ставится и индивидуальным номером заглушки.

При перемещении изделия по цеху расстояние между изделием и организационной оснасткой должно быть не менее одного метра. При работе на стремянках обеспечивается их неподвижность путём застопоривания колёс. Опоры, ложементы, траверсы должны обеспечивать предохранение от царапин и следов крепления. При выполнении работы на корпусах необходимо, чтобы корпуса были заземлены.

Установка люнета на сборочно-сварочный стапель производится перед монтажом обечайки корпуса бака на разжимное устройство задней бабки станка, после подвода люнета под обечайку ролики люнета выставляются в нулевое положение с целью контроля по рискам на люнете; перемещения люнета вдоль корпуса производится только при зафиксированных торцах бака в корзинах сварной установки. Для предохранения полости корпуса от попадания посторонних предметов, пыли и др. после окончания работ производится установка заглушек на платы корпуса. При работе с корпусом, покрытым анодной плёнкой, требуется соблюдать особую осторожность в целях предотвращения повреждения покрытия, а именно:

·   перед сборкой корпуса проверяется технологическая оснастка на предмет отсутствия забоин и царапин на соприкасаемой с корпусом поверхностью (сварочные, калибровочные кольца);

·   перед выполнением работ внутри корпуса проверяется состояние технологической одежды и инструмента;

·   на зону покрытия запрещается становиться ногами без специальной обуви, а также класть инструменты и детали;

·   до и после выполнения сменно-суточного задания мастер и БТК производят контроль зоны работ внутри корпуса.

При сборке под сварку стыковых швов деталей и узлов не допускается сдавливание стыка свариваемых кромок с усилием. Необходимо обеспечить лёгкое касание кромок в зонах их наибольшего сближения; в остальных зонах стыковых соединений длиной более одного метра зазор не должен превышать величину, указанную в операциях подготовки под сварку.

На всех этапах сборки, испытаний, протирки и хранения производится заземление изделий и технологического оборудования. Заземление изделий осуществляется путём подсоединения одного конца провода заземления к изделию, а другого - к контуру заземления цеха. Подготовка мест заземления производится зачисткой поверхности изделия и крепёжных деталей наждачной зернистой бумагой ГОСТ 6456-82 и обезжириванием бензином.

При выполнении сварочных работ необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, изложенные в ГОСТе 12.3.003-86 и принимать меры, предохраняющие сварщиков и окружающих работников от поражения электрическим током, от излучения электрической дуги, а также принимать меры безопасности при эксплуатации баллонов с защитными газами.

Технологический процесс изготовления корпуса топливного бака представляет собой последовательное соединение составляющих элементов (обечаек и днищ) автоматической аргонодуговой сваркой. При этом для сокращения трудоемкости и стоимости изготовления предполагается следующий ход операций:

Набор корпуса производится последовательно, начиная с нижнего днища, к которому приваривается обечайка, затем к полученной подсборке приваривается следующая обечайка и т.д., последним приваривается верхнее днище. Перед сваркой очередной подсборки торцуется технологический припуск, переставляется сварочная оснастка: бандажные, сварочные и калибровочные кольца, перемещаются люнеты, на продольных швах обечаек снимается усиление на "ус". Проверяется выставление по осям стабилизации и совпадение торцов.

Затем корпус демонтируется со сварочной установки, производится рентгеноконтроль сварных швов, испытания на прочность и герметичность, взвешивание корпуса и контроль размеров.

Характерной операцией в технологическом процессе сборки баков является очистка их внутренней поверхности от промышленных загрязнений, при этом используют промывку спиртом и другими органическими растворителями.

Такой технологический процесс обеспечит максимальную уверенность в качестве проведения каждой операции. Важнейшими требованиями здесь выступают обеспечение прочности и герметичности бака, обеспечение чистоты его внутренних поверхностей. Многократный контроль позволит обеспечить максимальную надежность изделию.

1.5.4 Маршрутный технологический процесс

1. Входной контроль

2. Слесарная

Установка нижнего днища на сварочную установку

3. Слесарная

Торцовка технологического припуска

4. Слесарная

Установка калибровочного кольца в обечайку.

5. Слесарная.

Установка обечайки 5 на сварочную установку

6. Слесарная.

Снятие усиления на продольных швах обечайки 5

7. Слесарная.

Установка сварочной оснастки

8. Сварка

Прихватка обечайки и днища ручной сваркой

9. Сварка

Сварка кольцевого шва обечайки 5 с днищем.

10. Слесарная

Демонтаж сварочной оснастки

11. Слесарная

Торцовка т.п. на обечайке 5

12. Слесарная

Установка обечайки 4 на сварочную установку

13. Слесарная

Совмещение свариваемых кромок

14. Слесарная

Установка сварочной оснастки в обечайку 4.

15. Слесарная.

Снятия усиления на продольных швах обечаек 4 и 5.

16. Слесарная

Совмещение сварочных кромок

17. Слесарная

Установка сварочной оснастки

18. Сварка.

Прихватка соединения обечаек 4 и 5 ручной сваркой.

19. Сварка

Автоматическая сварка кольцевого шва обечаек 4 и 5.

20. Слесарно-сварочная

Повторение операций 4-19 данного технологического процесса для обечаек 2, 3,4

21. Слесарная

Демонтаж разжимного устройства.

22. Слесарная.

Установка на сварочную установку переходной корзины.

23. Слесарная

Установка верхнего днища на сварочную установку.

24. Слесарная.

Демонтаж сварочного оборудования

25. Слесарная

Торцовка тех. припуска. на обечайке 2, контроль длины корпуса

26. Слесарная

Торцовка тех. припуска на шпангоуте днища.

27. Слесарная.

Снятие усиления на продольном шве обечайки 2, подготовка кромок.

28. Слесарная

29. Слесарная.

Совмещение свариваемых кромок

30. Контроль

Контроль скрутки днищ.

31. Слесарная.

Установка бандажного кольца на обечайку 2.

32. Сварка

Прихватка соединения обечайки 2 и днища верхнего ручной сваркой.

33. Контроль

Контроль скрутки днищ.

34. Сварка.

Сварить кольцевой шов обечайки 2 и шпангоута днища верхнего

35. Слесарная.

Демонтаж сварочной оснастки

36. Контроль.

Контроль относительной скрутки днищ

37. Слесарная.

Отсоединение корпуса от сварочной установки, установка на люнеты.

38. Слесарная.

Установка такелажных узлов, установка корпуса на тележку.

39. Слесарная.

Демонтаж калибровочного кольца.

40. Слесарная.

Зачистка проплава.

41. Контроль

Очистка корпуса от мех. Загрязнений, визуальный контроль качества сварных швов

42. Рентгеноконтроль.

43. Слесарная.

Очистка корпуса.

44. Испытания.

Продувка на точку росы.

45. Консервация.

46. Сушка.

47. Испытания

Испытания на прочность

48. Испытания

Испытание на герметичность

49. Сушка.

50. Консервация наддувом.

51. Сушка.

52. Контроль

Визуальный контроль

53. Слесарная.

Установка корпуса в сварочную установку на люнеты.

54. Слесарная.

Подготовка оборудования к работе.

55. Слесарная.

Торцовка тех. припуска.

56. Слесарная.

Перестановка фрезерной головки

57. Слесарная.

Торцовка тех. припуска, контроль длины.

58. Слесарная.

Закрепление корпуса для обмеров.

59. Контроль

Обмер корпуса.

60. Слесарная.

Демонтаж корпуса, установка на ложементы

61. Контроль.

Взвешивание корпуса.

62. Слесарная.

Подготовка к сдаче.

63. Сдача корпуса.

2. Конструкторская часть

2.1 Краткое технико-конструктивное описание используемой технологической оснастки и используемого инструмента

2.1.1 Используемый инструмент

Для проведения сборки и сварки топливного бака предполагается использовать сборочно-сварочное приспособление с автоматической сварочной установкой которая позволит закрепить и обработать свариваемые элементы с заданной точностью, а также выполнить необходимые контрольные операции в ходе сборки и сварки изделия.

Для проведения прихватки можно использовать универсальную горелку (типа УДГ-300). Выбор типа горелки определяется маркой свариваемого материала, толщиной, массой и конструкцией изделия, возможностью подхода к труднодоступным местам. В качестве источника питания для сварочного оборудования используются ТИР - 315, ТИР-500, ТИР - 630.

Перед сваркой отдельных участков на границе соединения устанавливаются вспомогательные кольца: подкладные, калибровочные, бандажные.

Для механической обработки подготавливаемых к сварке поверхностей используются фрезы, после чего поверхности также обрабатываются шабром или шарошкой и очищаются металлической щеткой, с использованием пылесоса и пневмодрели.

При транспортировке, перемещении и поддержке составляющих узлов и агрегатов используются транспортные тележки и подставки.

Контроль сварных швов на отсутствие трещин и непроваров в ходе процесса осуществляется с помощью рентгеноаппарата (типа РУП-120). Для контроля отсутствия механических повреждений и загрязнения используется лупа четырехкратного увеличения (ГОСТ7594-75).

Для контроля линейных размеров используются следующие измерительные инструменты:

·   аттестованные рулетки

·   спецштангенциркуль;

·   набор щупов (для контроля зазора в стыках и смещения свариваемых кромок);

·   калибр на высоту сварного шва.

Для контроля весовых характеристик используются 3-ое весов типа ТИГ-ВПГ-500 и контрольный груз ГПМ 28.

Для контроля шероховатости после зачистки сварочного шва используются образцы шероховатости, а для контроля угловых смещений подсборок друг относительно друга используется нивелир НА-1.

2.1.2 Корзина для сварки

Корзина для сварки устанавливается на заднюю или переднюю бабку приспособления для сварки кольцевых швов, служит для крепления днища бака к приспособлению. Конструктивно состоит из кольца 1, к которому за технологические отверстия на шпангоуте крепится днище, соединённого с планшайбой 5, которой корзина крепится к приспособлению для сварки кольцевых швов, при помощи стяжек 2,4 и пластин.3

К точности расположения отверстий предъявляются высокие требования, т.к. она должна обеспечивать технические требования по несоосности и непараллельности плоскостей Е и Ж корпуса рассматриваемого бака

2.1.3 Кольцо для сварки

Кольцо для сварки применяется при сварочных операциях, оно устанавливается согласно схеме установки сварочной оснастки под свариваемые кромки, по центру канавки.

Сварочное кольцо должно быть разборным, так как его необходимо демонтировать после финальной сварочной операции через люк-лаз. Поэтому кольцо конструктивно состоит из восьми сегментов 3, попарно соединённых системой из тяг, болтов, осей и штырей, натяжение тяг производится с помощью вращения рукоятки 11, с помощью штопорного кольца7 и прижимающего стержня 11. Для предотвращения корсетности кольца устанавливаются две вертикальные 2и одна горизонтальная 1 стяжки.

Благодаря такой системе при ослаблении тяг кольцо легко может быть демонтировано через отверстие люк-лаза.

2.1.4 Приспособления для сварки кольцевых швов

Данное приспособление предназначено для сварки кольцевых швов обечайки и сварки обечайки с днищем.

В состав приспособления входят следующие элементы и узлы:

коробка скоростей на передней бабке, установленной неподвижно на фундаменте. Передняя бабка снабжена сменными корзинами, что позволяет сваривать изделия разного диаметра. На вал через коробку скоростей сообщается вращательное движение, скорость которого выбирается в зависимости от режимов сварки.

задняя бабка также снабжена набором сменяемых корзин, которые устанавливаются при приварке второго днища. Если производится сварка обечайки с днищем, то на заднюю бабку устанавливается разжимное кольцо которое работает по пневматической схеме. Доступ на заднюю бабку обеспечивается лестницей, а в перспективе возможность применения лифта. Задняя бабка способна перемещаться в продольном направлении по рельсам, что позволяет варьировать длину свариваемого изделия в достаточно широком диапазоне. Для подвода обечайки и ликвидации от провисания предусмотрены люнеты

Сварочная колонна с закрепленным на ней сварочным автоматом АрК2-11, способным совершать вертикальные перемещения. Сама колонна может перемещаться вдоль свариваемого изделия по рельсовому пути. Сварочный аппарат располагается вдоль вертикальной оси изделия. К моменту сварки аппарат опускается к поверхности изделия, включается сварочная установка, появляется дуга, одновременно с этим корзина передней бабки осуществляет вращение с заранее установленной скоростью, одновременно вращается корзина задней бабки или разжимное кольцо, но в пассивном режиме.

В состав приспособления входят также фрезерные головки, предназначенные для торцовки свариваемых поверхностей.

Заключение

В курсовой работе был разработан технологический процесс сборки-сварки и испытаний корпуса бака горючего разрабатываемого многоразового космического летательного аппарата, отдельные операции которого снабжены поясняющими операционными эскизами.

Особенностью разработанного технологического процесса является максимальное сокращение переустановок в процессе обработки, что достигается благодаря использованию многооперационных станков. Сокращение переустановок влечет за собой уменьшение времени обработки, количества используемых специальных приспособлений, повышение точности изготовления. Еще одним плюсом использования многооперационных станков является возможность применения активного контроля размеров.

Список используемой литературы

1.       Тарасевич Р.М., Методы и средства проверки герметичности узлов, отсеков и систем летательных аппаратов", Москва, 1974

2.       Справочник технолога-машиностроителя", Машиностроение, Москва, 1985, т.1,2.

.        Карпов В.М., Буланов И.М., Комков М.А. Методические указания по проведению второй технологической практики студентов. - М: Изд-во МВТУ, 1985. - 32с.

.        И.М. Буланов, В.С. Камалов, И.И. Портнов. Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу "Спецтехнология" - М: Изд-во МВТУ, 1983. - 27с.

.        В.Ф. Горнев, И.И. Портнов, В.В. Белов, А.В. Фролов; Под ред. В.Ф. Горнева. Методические указания по выполнению технологического курсового проекта. - М: Изд-во МВТУ, 1985. - 32с.

.        Применение ГОСТов ЕСКД в курсовом и дипломном проектировании. Методические указания, Ч.I. Под ред. М.Н. Бокина. - Л-М.: Изд-во ЛМИ, 1986. - 60с.

.        Контроль и испытание в производстве баков: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. В.А. Калинчев, М.А. Комков, А.Г. Бакланов; Под ред. В.А. Калинчева. - М-.: Изд-во МГТУ, 1992. - 58с.

.        Бакланов А.Г., Буланов ИМ. Сварка в производстве летательных аппаратов: Учебное пособие. - М: Изд-во МВТУ, 1986. - 32с, 4.1 (режимы сварки); 1988. - 32с, 4.2 (приспособления и оборудование).

.        Калинчев В.А. Герметизация машиностроительных конструкций: Учебное пособие. - М.: Изд-во УНПЦ "Энергомаш", 2001. - 146с.