ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Уфимский государственный авиационный технический университет»

КАФЕДРА ОиТСП

% / нед	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10

Разработка технологии сварки плавлением металлоконструкции

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Производство сварных конструкций»

1407.690.000.000 ПЗ

Группа МА-474	Фамилия И.О.	Подпись	Дата	Оценка
Студент	Юнусов И. Р.
Консультант	Паутов А. Н.
Принял	Тефанов К. В.

Уфа 2014 г.

3.1. Введение

Целью курсового проектирования является создание технологического процесса сварки детали крышка, определение перечня возможных способов сварки изделия и выбор проектных вариантов сварки, выбор сварочных материалов и режимов сварки, выбор основного и вспомогательного оборудования, экономическое сравнение вариантов технологического процесса, оформление технологической документации лучшего проектного варианта.

Задачами проектирования, а также возможные направления решения этих задач являются:

- исключение трудоемких ручных операций или сокращение их трудоемкости путем перехода на полуавтоматические или автоматические способы получения неразъемных соединений;

- применение более производительных способов сварки или способов с меньшим потреблением сварочных материалов;

- применение оборудования с меньшей стоимостью и/или с более высоким КПД;

- применение более быстродействующих приспособлений на сборочно-сварочной операции;

- оптимизация производственных затрат путем многовариантной проработки технологического процесса и экономического сравнения вариантов.

3.2. Описание изделия и требований к нему, оценка свариваемости материала изделия

Изделие “крышка” выполнено из титанового сплава ВТ20Л. Служит вспомогательным элементом в авиационных высокотемпературных турбореактивных двухконтурных двигателях АЛ31-ФП. Деталь располагается в коробке двигательных агрегатов. Рабочая среда конструкции : масло-воздух при температуре 140 градусов.

Рисунок 1.1 – Крышка со втулкой в сборе в разрезе.

Материал ВТ20Л – это псевдо α-сплав. Этот сплав обладает высокой механической прочностью при достаточной пластичности и вязкости, низкой теплопроводностью, небольшим коэффициентом линейного расширения, высокой коррозионной стойкостью в некоторых химических средах. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью в различных климатических условиях и в 3%-ном растворе NaCl.

Сплав ВТ20Л отличается высокой технологичностью (при содержании Аl < 3%), высокой жаропрочностью (Аl > 6%), высокой термической стабильностью, хорошей свариваемостью; термически не упрочняется, основной вид термической обработки - отжиг при 590-740 °С. Низкоалюминиевые псевдо-α-сплавы предназначены в основном для изготовления листов, лент, полос, труб, профилей. Листовую штамповку деталей простой формы производят в холодном состоянии, при штамповке деталей сложной формы необходим подогрев до 500 °С. Недостатки этих сплавов - сравнительно невысокая прочность и жаропрочность, большая склонность к водородной хрупкости. Применяются для изготовления сложных в технологическом отношении деталей, работающих при температуре до 350°С.

Таблица 2.1 - Химический состав сплава ВТ20Л. [17]

Элемент	% массы
Ti (титан)	86,2-91,7
Al (алюминий)	5.6-6.8
Sn (олово)	0.4-1.5
Mo (молибден)	0.5-2.0
V (ванадий)	0.10-0.25

Таблица 2.2 - Механические свойства сплава ВТ20Л. [17]

Величина, единица измерения	Значение
σв, МПа - временное сопротивление разрыву	980
δ, % - удлинение	10,0
ψ, % - сужение	25,0
σ-1, МПа - предел многоцикловой выносливости	450
σ0, МПа - предел малоцикловой выносливости	666
t (N=2x107), °C	450
σ-1H, МПа	215
t (N=2x107, Kt=2,33), °C	450
t (N=2x104), °C	450
σ0H, МПа	392
t (N=2x104, Kt=3,35), °C	450
K1C, МПа·м1/2	78-90
Ударная вязкость для образцов с концентратором вида:
KCU, Дж/м2	34,3 (3,5)
KCT, Дж/м2	11,77 (1,2)

Таблица 2.3 - Пределы длительной прочности, ползучести и выносливости. [17]

Температура испытания, оС	σ100/σB, МПа
300°C	803/823
350°C	-
400°C	/793
450°C	666/705
500°C	480/588
550°C	245/
600°C	-

Продолжение таблицы 2.3

Температура испытания, оС	σ0,2/100/500, МПа
300°C	-
350°C	-
400°C	-
450°C	470/392
500°C	294/
550°C	-
600°C	-

Примечание: σ_{100 ,}σ₅₀₀ - длительная прочность (характеризует склонность металла к разупрочнению при постоянной температуре за длительное время испытания).

Псевдо α-сплав ВТ20 принадлежит к системе Ti—Al—Zr—Mo—V. Довольно высокое содержание алюминия обеспечивает значительную прочность и жаропрочность этого сплава. Его пластичность и технологичность при обработке давлением ниже, чем у сплавов типа ОТ4. Тем не менее, он хорошо деформируется в горячем состоянии и поставляется в виде поковок и штамповок толщиной до 250 мм, профилей, прутков, плит и листа. В листовом варианте этот сплав по жаропрочным характеристикам уступает только сплаву ВТ18У. Из этого сплава изготовляют сварные кольца из горячекатаных и прессованных профилей, а также цельнокатаные кольца. Сплав хорошо сваривается всеми видами сварки, применяемыми для титановых сплавов. Механические свойства сварного соединения не уступают свойствам основного металла. Сплав ВТ20 может свариваться с титановыми сплавами ВТЗ-1, ОТ4, ОТ4-1, ВТ5-1, ВТ6, ВТ14, ВТ5Л, ВТ21Л. Cплав ВТ20 поставляется также в виде фасонного литья под маркой ВТ20Л.

Единственным видом термической обработки сплава ВТ20 является отжиг. Полный отжиг проводят при температурах 700—800 °С для снятия наклепа от предшествующих операций обработки давлением. Неполный отжиг листов и прутков для снятия остаточных напряжений проводят при 600—650 °С. Сварные соединения отжигают при 650-750 °С.

Сплав ВТ20 применяют для изготовления обшивок крыла, деталей и сварных узлов, длительно работающих при температурах от —70 до 450 °С (6000 ч) - 500 ºС (3000 ч).

Рисунок 2.1 - Микроструктура термоупрочненного

образца из сплава ВТ20 (Т=1050 ) х 500