Разработка технологий и оборудования для орбитальной сварки и ремонта трубопроводов в космосе

Лобанов, ЛМ, Аснис, ЕА, Терновой, ЕГ, Шулым, ВФ, Булацев, АР, Крюков, ВА, Ликаренко, ТА
Косм. наука технол. 2018, 24 ;(4):41-50
Мова публікації: Украинский
Анотація: 
На станциях, которые функционируют в космических условиях, используют большое количество трубопроводов, изготовленных из различных коррозионностойких материалов (нержавеющая сталь, титановые сплавы и др.). Они расположены как в средине станции, так и за ее бортом. В процессе длительной эксплуатации станций трубопроводы по различным причинам (коррозия, механические повреждения и др.) могут приходить в негодность и требуют ремонта в космических условиях. Исследованиями, проведенными в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, установлено, что надежным и перспективным технологическим процессом для ремонта трубопроводов в космических условиях является сварка.
       Целью данной работы является разработка специализированного оборудования и технологий сварки для ремонта трубопроводов внутри и за бортом космических пилотируемых станций. Для проведения исследований по сварке трубчатых соединений было создано лабораторное оборудование, разработаны технологии сварки и ремонта неповоротных трубопроводов для космических условий. Для этого были разработаны технологии орбитальной сварки труб из нержавеющих сталей и титановых сплавов аргонно-дуговым и электронно-лучевым способами. Определены режимы сварки (ток сварки, напряжение дуги и ускоряющее напряжение электронного пучка, скорости сварки). Исследованы предварительные режимы орбитального проплавлення сплошных трубчатых образцов, и режимы сварки неповоротных стыковых соединений одно- и многопроходными швами. При первом проходе сварку выполняли со сквозным проплавлением для формирования корневого валика, а повторные проходы по первому и последующему швам выполняли как наплавочные с завершающим формированием верхнего валика и постепенным выводом кратера. Изучены механические свойства полученных сварных соединений при комнатных и низких температурах и их химический состав. Исследованы макро-и микроструктура и твердость полученных сварных соединений. Проведены испытания стойкости сварных соединений на межкристаллитную коррозию. Полученные результаты испытаний на временное сопротивление разрыву стыковых трубчатых соединений нержавеющих и титановых сплавов при температурах испытаний +20 °С и –196 °С показали, что сварка орбитальными аргонно-дуговым и электронно-лучевым способами позволяет получить соединения, близкие по прочности к основному металлу . Проведенные исследования на химическую неоднородность показали, что сваркые соединения, полученные аргонно-дуговым и электронно-лучевым способами, равнозначны по химическому составу с основным металлом. Исследования макро-и микроструктур, геометрии и твердости соединений из нержавеющих и титановых сплавов, полученных орбитальными способами, показали удовлетворительное и стабильное качество этих соединений. Проведенные испытания на МКК свидетельствуют о стойкости к межкристаллитной коррозии трубчатых соединений из стали 12Х18Н10Т и титанового сплава ПТ-3В, которые получены орбитальными способами аргонно-дуговой и электронно-лучевой сваркой. Впервые разработаны и изготовлены опытные образцы оборудования и принципиальные технологии орбитальной аргонно-дуговой и электронно-лучевой сварки внутри и снаружи функционирующей космической станции. Проведены испытания изготовленного оборудования, на котором получены орбитальным способом опытные образцы стыковых трубчатых соединений для механических и физико-химических исследований.
       Результаты механических и физико-химических исследований показали, что орбитальные способы аргонно-дуговой и электронно-лучевой сварки позволяют получить качественные соединения, близкие по прочности и химическому составу к основному металлу.
Ключові слова: автоопрессовка, аргонно-дуговая сварка, внешние дефекты, внутренние дефекты, космические станции, макро- и микроструктура, межкристаллитная коррозия, механические свойства, микрокамера, микротвердость, неповоротные стыки, нержавеющие стали, режимы сварки, титановые сплавы, трубопроводы, трубчатые соединения, химические свойства, электронно-лучевая сварка, электронно-лучевой нагреватель
References: 
1. А. с. SU 1299375 А1, МКИ 6Н01J 1/20. Электронный кольцевой нагреватель / Коновалов А. И., Никонов А. В. — Опубл. 10. 11. 95. — Бюл. № 31.
2. Боровик В. М., Шубин Ф. В., Фролов О. В. ЭЛС неповоротных стыков трубчатых изделий // Всесоюз. научно-техн. конф. «Прогрессивные процессы сварки в машиностроении»: Тез. докл., 25 – 30 мая 1991. — Красноярск, 1991. — С. 123—124.
3. Букаров В. А., Ищенко Ю. С. Технология автоматической дуговой сварки трубных соединений и перспективы ее совершенствования // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Сварка в ядерной технике. — 1985. — Вып. 1. — С. 52—63.
4. Гриненко В. И., Белкин С. А., Астафурова Н. И. Сварка неповоротных стыков труб из стали 1Х18Н9Т методом автоопрессовки // Сварочное производство. — 1993. — № 10. — С. 27—29.
5. Ильинский А. М. Особенности разработки оборудования для сварки полым термоэмиссионным катодом в невесомости // Изб. тр. Юбилейный сборник «Ракетно-космические технологии». — М.: Техномаш, 2003. — С. 17—23.
6. КОСМОС: технологии, материаловедение, конструкции: сбор. научн. тр. / Под ред. Б. Е. Патона. — Киев: ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, 2000. — 528 + 24 с. вкл.
7. Патон Б. Е. Космические технологии на рубeже третьего тысячелетия // Автомат. сварка. — 2000. — № 4. — С. 3—5.
8. Патон Б. Е., Дудко Д. А., Бернадский В. Н. и др. Применение сварки для ремонта космических объектов // Космич. исслед. на Украине. — 1976. — Вып. 9. — С. 3—5.
9. Патон Б. Е., Лапчинский В. Ф. Сварка и родственные технологии в космосе. — Киев: Наук. думка, 1998. — 182 с.
10. Патон Б. Е., Лапчинский В. Ф., Стесин В. В. и др. Некоторые принципы конструирования оборудования для технологических работ в космосе // Технология в космосе: Тем. cб. докл. IV гагаринских чтений. — М., 1977. — С. 16—23.