Отчет по практике специальности «Машиностроение»

— блоки сопловых аппаратов;

— топливные коллекторы и т.д. [8, с. 19].

Использование технологии пайки в процессе изготовления некоторых деталей современных ГДТ объясняется невозможностью осуществлять сварочный процесс вследствие возможной деформации деталей и узлов.

Особые проблемы возникают при разработке технологий соединения жаропрочных литейных сплавов, в том числе содержащих рений и рутений, получаемых по технологии высокоградиентной направленной кристаллизации (ВГНК).

При пластической деформации в случае сварки в твердой фазе и при последующем нагреве происходят процессы поверхностной рекристаллизации в деформированных областях, что приводит к разрушению монокристаллической структуры со значительным снижением прочностных характеристик сплавов [4, с. 15].

Пайка в таких случаях является единственным выходом.

Рассмотрим основные достоинства пайки:

1) возможность автоматизации процесса и одновременного соединения нескольких узлов сложной геометрической формы или деталей со значительной протяженностью паяного шва, в том числе в труднодоступных местах;

2) достижение высокой производительности и более низкой себестоимости продукции по сравнению с любыми другими способами соединения [11, с. 54].

Вместе с тем к паяным соединениям предъявляются достаточно высокие требования в отношении прочности и использования рабочих температур, которая может достигать 1150°С.

Выполнение таких требований возможно только с использованием сложнолегированных припоев с системой легирования. Из-за сложного химического состава многие припои являются недеформируемыми и не могут быть получены традиционными методами в виде полос, фольги или прутков. Наиболее технологичными полуфабрикатами таких припоев являются порошки, ленты и пасты порошковых припоев на органическом связующем.

Для производства порошков припоев опробованы разнообразные методы изготовления:

— центробежное распыление;

— газоструйное распыление;

— механическое легирование;

— размол микрокристаллических лент, волокон, стружки и слитков.

За последние годы были достигнуты значительные результаты в области создания нового поколения жаропрочных литейных и деформируемых сплавов и сталей в соответствии со Стратегическими направлениями развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года.

При выполнении Государственного контракта с Минпромторгом России в рамках целевой федеральной программы (ФЦП) «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации до 2020 года» во ФГУП «ВИАМ» совместно с АО «ОДК»: НИИД и ОКБ им. А. Люльки разработаны промышленные технологии, изготовлены полуфабрикаты, детали и сборочные единицы из материалов нового поколения для перспективного двигателя «Изделие 30».

Впервые в истории отечественного двигателестроения:

— разработана технология электронно-лучевой сварки и изготовлен сварной ротор компрессора высокого давления из жаропрочного сплава ВЖ172, не имеющий болтовых соединений;

— разработана технология электронно-лучевой сварки и изготовлен сварной барабан первой, второй и третьей ступеней КВД конструкции типа «блиск» из жаропрочного титанового сплава ВТ41.

Внедрение материала нового поколения позволило обеспечить:

— повышение весовой эффективности на 30-40% благодаря применению интерметаллидных титановых сплавов ВТИ-4 и ВИТ-1;

— снижение массы конструкций на 15-20% за счет исключения болтовых соединений;

— повышение максимальной рабочей температуры стенки камеры сгорания на 250 С путем применения нового монокристаллического сплава ВКНА-1В.

Технология газоструйного распыления является наиболее эффективной в серийном производстве.

С целью реализации технологии газоструйного распыления ФГУП «ВИАМ» осуществил запуск специальной установки HERMIGA 10 / 100 V1, с помощью которой появилась возможность получать металлические гранулы сферической формы распылением струей нейтрального газа с узким интервалом размеров частиц порошка и минимальным содержанием газов.

На сегодняшний день разработаны специальные технологии производства порошков никелевых жаропрочных припоев, которые обеспечивают выполнение следующих условий:

1) сферическую форму гранул;

2) широкую номенклатуру фракционного состава порошков:

— 1 класс – частицы с размером от 10 до 40 мкм;

— 2 класс – частицы с размером от 40 до 100 мкм;

— 3 класс – частицы с размером от 10 до 200 мкм;

— 4 класс – частицы с размером от 10 до 100 мкм;

— низкое содержание кислорода – менее 0,010%.

Отличительными особенностями порошка припоя, получаемого на установке HERMIGA 10 / 100 V1, являются содержание большого количества мелкой фракции и сферическая форма частиц. Применение мелкого порошка припоя затрудняется ввиду его малой сыпучести и склонности к комкованию. Для повышения удобства использования и точности дозировки порошковых припоев за рубежом используют ленты и пасты порошковых припоев на органическом связующем. При этом порошок припоя связывается органическим связующем в единую массу и наносится на паяемую деталь в пастообразном состоянии либо в виде ленты заданных геометрических размеров.

Существующие отечественные технологии изготовления лент и паст порошковых припоев не позволяют организовывать серийные поставки готовых полуфабрикатов предприятиям-потребителям ввиду малого срока годности:

— не более 1 месяца для паст;

— не более 3 месяцев для лент.

Поэтому проведены исследования и разработаны составы органических связующих для лент и паст порошковых припоев, а для организации централизованных поставок припоев приобретены и освоены в производстве вакуумный смеситель СДВ-2, пресс гидравлический ПС-3033, и валковая машина SCAMEX M88 / 150 R3.

Проведены исследования различных органических веществ и разработаны составы органических связующих для изготовления лент и паст порошковых припоев. Основным требованием к основе органического связующего для лент и паст порошковых припоев является способность полного разложения связующего при нагреве в вакууме без образования зольного остатка. Наличие зольного остатка от органического связующего при начале плавления припоя может привести к появлению неметаллических включений в паяном шве или к значительному повышению содержания углерода в припое, что негативно скажется на качестве и прочности паяных соединений. С целью оценки полноты разложения различных органических веществ проведена серия экспериментов по исследованию наличия остатков органического связующего после нагрева в вакууме до температуры 900°С.

Исследованию подвергали следующие органические связующие:

— смола эпоксидная Э-41;

— смола полиамидная П0-300;

— смола эпоксидная ЭД-20;

— лак фторполиуретановый МАОК;

— фторкаучук СКФ-32;

— дисперсия поливинилацетата;

— сополимер БМК-5.

Внешний вид образцов после испытаний приведен на рисунке 1.

Рис. 1 – Внешний виц проб на наличие зольного остатка после нагрева в вакууме цо температуры 900°С: а — смола эпоксицная Э-41; б — смола полиамицная П0-300; в — смола эпоксицная ЭД-20; г — лак фторполиуретановый МА0К; д — фторкаучук СКФ-32; е — цисперсия поливинилацетата; ж — сополимер БМК-5

Видно, что только два вещества полностью разлагаются при нагреве в вакууме – сополимер акриловой смолы БМК-5 и дисперсия поливинилацетата. При разложении органического связующего возможно протекание процессов взаимодействия остатков связующего с порошком припоя, результатом которых может стать насыщение припоя углеродом, что может негативно сказаться на его технологических или эксплуатационных свойствах. Для выявления процессов взаимодействия органического связующего с припоем при высокотемпературном нагреве проведены исследования содержания углерода в исходном состоянии и после нагрева в вакууме (рис. 2).

Рис. 2 – Результаты определения примесей в припое в исходном состоянии и после нагрева с различными основами органического связующего

Как видно из приведенных данных, сополимер БМК-5 не оказывает существенного влияния на состав припоя в отличие от дисперсии поливинилацетата, которая увеличивает содержание углерода в припое в 30-50 раз. Увеличение содержания углерода в припое более чем на 0,35% не может не сказаться на технологических и эксплуатационных характеристиках припоя. Поэтому в качестве основы органического связующего для лент и паст порошковых припоев выбран сополимер акриловой смолы БМК-5 [12, с. 81].

Для обеспечения оптимального комплекса технологических характеристик лент и паст на органическом связующем в состав органического связующего необходимо введение модифицирующих добавок:

— для обеспечения высокой пластичности лент в сочетании со способностью длительного сохранения геометрических размеров при хранении в связующее для лент припоев необходимо введение пластификатора;

— для обеспечения длительного срока хранения паст припоев без расслоения в состав связующего необходимо введение гелеобразующих компонентов.

Для выбора оптимального содержания пластификатора в связующем для изготовления лент проведены серии экспериментов по определению влияния содержания пластификатора на технологические и эксплуатационные свойства лент порошковых припоев на органическом связующем:

— Нт.п – минимальная толщина ленты, исключающая налипание ленты на валки при изготовлении;

— ЯтП – минимальный радиус изгиба ленты без появления растрескивания при нанесении на криволинейные поверхности.

Результаты исследований представлены на рисунке 3.

Рис. 3 – Влияние содержания пластификатора в органическом связующем на технологические характеристики лент порошкового припоя

На основании проведенных исследований разработан состав связующего, и технология изготовления лент порошковых припоев, обеспечивающие:

— широкую номенклатуру размеров (толщина — от 0,4 до 10 мм, ширина — до 200 мм, длина — до 300 мм);

— высокую пластичность (допускают многократное изгибание с радиусом изгиба 1 мм);

— удобство использования (не требуют специального инструмента для раскроя);

— надежную фиксацию припоя при сборке и пайке (могут покрываться специальным клеевым слоем для фиксации лент на деталях);

— длительный срок хранения (не менее 12 месяцев) без формоизменения и потери технологических характеристик.

Основным требованием к составу органического связующего для изготовления паст порошковых припоев является обеспечение высокого сопротивления расслоению паст на составляющие (порошок и органическое связующее) в процессе хранения. Введение геле-образующих веществ в состав органического связующего обеспечивает высокие статическую вязкость и динамическую жидкотекучесть. Выбор гелеобразующего вещества определяется в первую очередь типом применяемого растворителя. Так, для водных дисперсий различных органических связующих используют органические вещества типа поливинилового спирта, а для связующих на основе органических растворителей – микронизированный диоксид кремния Аэросил. Применение второго типа гелеобразующих веществ нежелательно, так как при нагреве в вакууме диоксид кремния не разлагается, а остается в расплаве припоя и может быть внесен в паяемый шов. Поэтому в качестве основы целесообразно применять водорастворимые дисперсии с добавлением гелеобразующих веществ типа поливинилового спирта.