19.Изготовление паяных и клееных слоистых панелей. Сборка сухих отсеков из слоистых панелей.

Слоистая панель состоит, чаще всего, из трех слоев, соединенных между собой:

1) внешняя обшивка,

2) заполнитель,

3) внутренняя обшивка.

Обшивки имеют толщину примерно 0,5-3 мм, вся панель имеет толщину примерно 10-30 мм. Заполнитель располагается между обшивками и соединяется с ними или пайкой, или склеиванием. Заполнитель делается из легкого материала сотовой, пористой или другой структуры. В целом вся панель благодаря тонким обшивкам и легкому заполнителю получается достаточно легкой.

Из таких трехслойных панелей изготавливают ГО РН и сухие отсеки РН и КА, которые получаются более легкие, чем традиционные ГО и сухие отсеки, сделанные из металлических материалов. Это достигается за счет того, что трехслойная панель обладает достаточной прочностью и жесткостью, чтобы заменить собой часть стрингеров и промежуточных шпангоутов.

Сухой отсек или ГО из слоистых панелей, представляют собой оболочку из слоистых панелей, металлические стыковочные шпангоуты, промежуточные шпангоуты, стрингера, соединительные детали. Металлические шпангоуты, стрингера и соединительные детали изготавливаются теми же методами, что и для обычных металлических сухих отсеков.

Сухой отсек из трехслойных панелей обладает следующими преимущества:

1) меньшая масса,

2) равномерное восприятие сил, действующих на отсек, всем сечением оболочки,

3) высокие термоизоляционные и звукоизоляционные свойства – за счет оболочки,

4) более гладкие аэродинамические обводы – наружная поверхность.

Недостатки сухого отсека из трехслойной оболочки:

1) сложность конструкции для соединения трехслойных панелей между собой по их краям (кромкам), и для соединения (стыковки) отсека со смежными отсеками РН или КА,

2) необходимость усиления заполнителя в тех местах, где на отсек действуют сосредоточенные местные силы (соты заполняются пастой, что усложняет конструкцию и увеличивает массу отсека),

3) сложность средств контроля для проверки качества соединения (пайка или склеивание) обшивок панелей с заполнителем, используют сложное и дорогое рентгеновское и ультразвуковое оборудование, невозможность устранения брака – непроклеи и непропаи.

Конструктивно сухой отсек или ГО состоит из трехслойной оболочки, состоящей, как правило, из двух трехслойных панелей. Панели соединяются в отсек с помощью металлических шпангоутов, стрингеров и соединительных деталей отсека.

Трехслойные панели классифицируют по различным признакам:

1. по методу соединения обшивок с заполнителем:

а) паяные - соединение пайкой,

б) клееные – соединение клеем,

2. по материалам, применяемым для обшивок и заполнителя:

а) металлические – обе обшивки и заполнитель металлические,

б) неметаллические – обе обшивки и заполнитель неметаллические,

в) комбинированные – например, обшивки неметаллические, а заполнитель металлический,

3. по структуре, конструкции, материалу заполнителя:

а) сотовые заполнители с шестигранными или четырехгранными ячейками, которые могут быть металлическими (алюминиевые, титановые, стальные) и неметаллическими (стеклотекстолитовые, углепластиковые, боропластиковые),

б) с гофрированными заполнителями (преимущественно, металлическими),

в) с ячеистыми (вафельного типа) заполнителями,

г) с неметаллическими монолитными пенопластовыми заполнителями,

д) с неметаллическими (полиуритановыми) вспенивающимися заполнителями (порошок под действием температуры вспенивается и застывает).

По форме обводов (внешняя форма) слоистые панели могут быть:

1) плоскими – например, плоские панели корпуса спутника,

2) одинарной кривизны - например, цилиндрические панели сухого отсека,

3) двойной кривизны – например, сферическая поверхность носовой части ГО,

4) со сложными аэродинамическими формами – например, панели ГО представляют собой сочетание цилиндрических, конических и сферических поверхностей.

Изготовление и сборка паяных слоистых панелей.

Паяные слоистые панели по сравнению с клееными слоистыми панелями обладают более высокой прочностью и способностью работать при более высоких температурах (до 370-540 град.С). Все детали паяной панели – обшивки, заполнитель, окантовочные детали – изготавливаются из металла.

Заполнитель у паяных панелей - сотовой формы с шести- или четырехгранными ячейками, гофрированной или ячеистой (вафельной) формы. Окантовочные детали, образующие края панели и служащие для соединения панелей между собой, изготовляются или фрезерованием из брусков, или штампуются из листовой заготовки, или изготовляются из стандартных профилей. По конфигурации окантовочные детали могут быть Z-образными, швеллерного (П-образного) типа, сплошными или сложного сечения. По габаритам паяные панели обычно бывают небольших размеров; из них собираются крупные панели и оболочки.

Материалами для них служат металлы, пригодные для пайки высокотемпературными припоями: алюминиевые сплавы, нержавеющие стали, сплавы на основе никеля, жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы, титановые сплавы. Припои выбираются исходя из паяных материалов, технологии изготовления и условий эксплуатации. Основными требованиями к припоям, кроме температуры плавления, является сродство их с паяемыми металлами, коррозионная стойкость, прочностные свойства, возможность совмещения пайки с термообработкой обшивок и заполнителей, что часто предусматривается в технологии изготовления стальных слоистых панелей.

Изготовление обшивок паяных слоистых панелей аналогично изготовлению обшивок для обычных сухих отсеков, но они часто имеют малую толщину (0,3-1,5 мм).

Наиболее распространенным типом заполнителя для паяных слоистых панелей являются соты. Заготовкой для них служат листы фольги, раскроенные в требуемый размер, с пробитыми дренажными отверстиями (для отвода газов при пайке). Листовые заготовки собирают в пакет. Соединение лент пакета заполнителя осуществляется точечной сваркой на автоматических установках. Пакет, состоящий из приваренных друг к другу лент, растягивают на специальном приспособлении до получения сот требуемой формы.

Гофрированные заполнители изготавливаются из листовой заготовки или штамповкой, или прокаткой на специальных профилированных валках. Ячеистые (вафелные) заполнители изготовляются штамповкой или прокаткой.

Процесс сборки и пайки панелей осуществляется в несколько этапов. Вначале все входящие в сборку паяемые детали очищают для удаления следов масел, оксидной пленки, загрязнений обезжириванием, травлением в кислотных и щелочных ваннах, промывкой в дистиллированной воде, сушкой.

Для обеспечения плотного прилегания обшивки к заполнителю собранная панель устанавливается в приспособление с вакуумным или пневматическим прижимом. В этих же приспособлениях создается необходимая атмосфера для пайки (аргон, азот). Пайка панелей производится в нейтральной атмосфере и может производится в печи или в специальных электрообогревательных приспособлениях. При температуре пайки (около 900 ^ОС) производится выдержка в течение 15 минут, после чего панель поступает на остывание или на дальнейшую термообработку (ниже температуры пайки).

После остывания к панели могут присоединяться отдельные детали (фитинги, накладки, кронштейны, крепежные узлы) пайкой ацетилено-кислородной горелкой или сваркой (точечной или дуговой). Качество пайки контролируется рентгеновским или ультразвуковым методом.

Изготовление и сборка клееных слоистых панелей.

Клееные слоистые панели более легкие, чем паяные из-за применения неметаллов. Клееные панели по сравнению с паяными позволяют создавать панели из разнородных материалов, исключают коррозию в соединениях благодаря клею.

Недостатком клееных панелей является более низкая прочность, по сравнению с металлическими слоистыми панелями. Недостатком клееных панелей в космических условиях является способность полимерных клеев изменять свои свойства с течением времени и потеря. Эти недостатки не исключают применения клееных соединений, эти недостатки частично можно снять за счет лако-красочных покрытий.

Наряду с трехслойными панелями встречаются двухслойные, состоящие из плоской и гофрированной обшивки, приклеенной к плоской.

Клееные слоистые панели изготовляют из металлических и неметаллических материалов и их сочетаний. Материалом для обшивки могут быть алюминиевые и магниевые сплавы (Д16, Д18, Д20, АМц, АМг и др.), применяемые и для обшивок обычных сухих отсеков, нержавеющие стали (12Х18Н9Е, ЭП100, 30ХГСА и др.) и титановые сплавы (ОТ4, ВТ16 и др.). Изготовление таких обшивок аналогично изготовление обшивок обычных сухих отсеков. Широкое распространение для обшивок слоистых панелей наряду с металлами находят неметаллы, например стеклотекстолиты марок типа КАСТ, КАСТ-В, ВПС-1, СТ-911 и т.п. и стеклопластики типа АГ-4С и СВАМ. Эти материалы могут работать в конструкциях до температур 200-300 град.С, а некоторые из них (СТ-911, ЭФ-32-301 и ФН) кратковременно выдерживают температуры до 500-600 град.С. Обшивки делают также из углепластика и бороплатика. Часто встречаются сложные панели комбинированной конструкции.

Заполнители для клееных слоистых панелей могут быть металлическими (алюминиевые, титановые) и неметаллическими (стекло-, угле-, боропластики). Заготовкой для металлических заполнителей служат обычно фольга толщиной 0,02-0,1мм марок А1Е, АД1Н, АМгН и т.д. Металлические сотовые заполнители собираются с помощью сварки, изготовляются аналогично заполнителям для паяных панелей.

Основные этапы технологического процесса изготовления слоистых панелей:

1) изготовление элементов конструкций - обшивок, кромочных деталей, заполнителя;

2) подготовка поверхностей под склеивание;

3) нанесение клея;

4) открытая выдержка деталей с нанесенным слоем клея;

5) сборка всех деталей;

6) запрессовка панелей (прижимают обшивки и заполнитель);

7) выдержка после запрессовки;

8) рентгеновский или ультразвуковой контроль готовых панелей. Для затвердевания клея (его полимеризации) возможно помещать панель в печь.

Слоистые панели с самовспенивающимися пенопластами - порошок засыпается во внутреннюю полость панели, панель подается на термообработку при температуре до 150 град.С, при которой происходит вспенивание и отверждение пенопласта.

Контроль состоит из внешнего визуального осмотра и ультразвуковой резонансной дефектоскопии.

Сборка сухих отсеков и ГО из слоистых панелей.

Проводится аналогично сухим отсекам