Titán y el cielo: la cabina de Su-34 se suelda con una nueva tecnología
En la planta de aviación de Novosibirsk. V.P. Chkalov comenzó a fabricar carlingas de titanio para el bombardero Su-34 utilizando soldadura por haz de electrones. La nueva tecnología ha mejorado uno de los procesos de fabricación más difíciles: la soldadura de titanio.
El nuevo bombardero ruso Su-34 es considerado una de las máquinas más seguras para los pilotos del mundo. aviación. Para protegerlos en condiciones de combate, se usa una armadura de titanio de una pulgada o más de grosor.
Al mismo tiempo, las construcciones de titanio son quizás las más laboriosas de fabricar. Es por eso que el procesamiento de este metal en todas las industrias de alta tecnología (espacio, aviones y construcción de barcos) se considera la operación más difícil.
Hace algunos años, las operaciones principales de soldadura de piezas se realizaban por especialistas en producción de soldaduras (mecánicos y soldadores) de forma manual. Los detalles se conectaron mediante soldadura con arco de argón. El proceso tomó mucho tiempo. Las hojas con un grosor de hasta tres milímetros se soldaron sin un procesamiento preliminar especial de las piezas a unir, pero con un mayor grosor, fue necesario cortar los bordes para soldar.
Instalación de cabina para equipos de soldadura.
En paralelo con el lanzamiento del nuevo avión en Novosibirsk, se desarrolló e introdujo la primera instalación automatizada para soldadura por haz de electrones. Desde una gran cámara con un volumen de 80 y 3, las bombas especiales bombean aire y crean un alto vacío del orden de 10-5 mmHg. Art., Necesario para el funcionamiento del cañón de electrones. La soldadura es controlada por haz de electrones.
Sin embargo, para la producción en masa de aviones, una instalación de este tipo no era adecuada. Para soldar las costuras ubicadas en diferentes planos espaciales, la cabina tenía que retirarse de la cámara cada vez y volver a instalarla en una nueva posición. Después de esto, el proceso de creación de un vacío en la cámara se repitió de nuevo. Tomó demasiado tiempo. Por lo tanto, la fabricación de los primeros stands tardó unos cuatro meses.
Horno de vacío.
Especialistas de la compañía "Sukhoi" y socios durante dos años han creado un conjunto innovador de equipos que ha cambiado radicalmente el proceso tecnológico de soldadura.
La nueva instalación le permite soldar piezas con un grosor de 2 a 200 mm en una pasada de la viga. Además, la soldadura se puede hacer no a lo largo de dos ejes, como antes (horizontalmente y verticalmente), sino de acuerdo con seis coordenadas. Puede soldar tanto las juntas a tope como las esquinas. Un manipulador de acuerdo con un programa dado proporciona el movimiento de un cañón de electrones a lo largo de cualquier camino, a cualquier punto de la cámara.
"Si llevamos a cabo una analogía visual, entonces imagine una araña que se mueve por el techo: este es el principio de construcción utilizado en nuestra instalación", explica el ingeniero de procesos líder Leonid Egornov.
Anillo de soldadura de costuras de tanque.
Desde el punto de vista de la tecnología, el cuerpo de la cabina es una construcción soldada de piezas 19, que se sueldan mediante una instalación de haz de electrones. La longitud total de las costuras - medidor 21, velocidad de soldadura - milímetros 720 por minuto. Ahora, para la fabricación de la cabina de titanio Su-34, solo se requieren cuatro instalaciones operativas del producto en la cámara de vacío, mientras que anteriormente era necesario producir instalaciones 26 en la cámara.
En la siguiente habitación hay un nuevo horno de recocido al vacío, en el que se coloca una estructura ya soldada. "El recocido le permite eliminar las tensiones internas obtenidas durante el proceso de soldadura, que es necesario para evitar la destrucción de uniones soldadas", explica Leonid Egornov.
Paralelamente a la creación de la instalación (diseño, fabricación e instalación en el NAZ que lleva el nombre de V.P. Chkalov), varios jóvenes prometedores fueron enviados a estudiar. Así, el soldador Alexander Dyrin, en el momento del lanzamiento de una nueva unidad de haz de electrones, se graduó en el Departamento de Producción de Soldadura de la Universidad Politécnica de Tomsk. Antes de eso, Alexander se dedicaba a la soldadura con arco de argón, fabricaba estructuras de titanio de acuerdo con la tecnología tradicional. Ahora su principal herramienta de trabajo es más como un joystick de un juego de computadora. Con él, la pistola de haz de electrones se mueve en una cámara de vacío. Y en la consola de la cámara, Alexander supervisa docenas de parámetros de instalación.
El ingeniero de instalación Gennady Vershinin y el soldador Pavel Suslikov recibieron capacitación adicional en Izhevsk en el Progreso de NITI. Aleksey Pugachenko, un especialista competente, fue nombrado jefe del sitio. La edad promedio del equipo es 30 años.
El diseño de los tanques de combustible usado Su-34 también está hecho de titanio. Están soldadas a la misma instalación. El diseño de los tanques le permite utilizarlos como elementos de potencia de todo el avión. La tecnología de fabricación de los tanques de combustible se basa en el principio de soldar piezas terminadas con un margen mínimo y un posterior mecanizado mínimo.
Prácticamente todos los equipos de soldadura fueron creados por un proveedor nacional, NITI Progress de Izhevsk. El Instituto Nacional de Tecnologías de Aviación, los especialistas de la Oficina de Diseño Sukhoi y la NAZ ellos. V.P. Chkalov.
Se planea utilizar instalaciones similares para la soldadura por haz de electrones en la creación de nuevos aviones y unidades individuales en otras empresas de UAC.
Titanio entre los metales
El titanio es un metal liviano y duradero de color blanco plateado. Tiene una alta viscosidad, durante el mecanizado es propenso a adherirse a la herramienta de corte. Por lo tanto, requiere la aplicación de recubrimientos especiales en la herramienta, varios lubricantes. A la temperatura normal, se cubre con una película protectora de óxido, debido a la cual es resistente a la corrosión en la mayoría de los medios.
Por fuerza específica, el titanio no tiene rival entre los metales industriales. Incluso un metal como el aluminio dio paso al titanio, que es solo una vez y media más pesado que el aluminio, pero seis veces más fuerte. Y, lo que es más importante, el titanio conserva su resistencia a altas temperaturas (hasta + 500 ° С, y con la adición de elementos de aleación, hasta + 650 ° С), mientras que la resistencia de la mayoría de las aleaciones de aluminio desciende considerablemente a + 300 ° С. El titanio es un metal muy duro: es 12 veces más duro que el aluminio, 4 es hierro y cobre.
El metal recibió su nombre en honor a los titanes, los personajes de la mitología griega antigua, los niños de Gaia. El nombre del elemento fue dado por el químico alemán Martin Klaproth. Fue uno de los pioneros de este elemento químico, encontrándolo en 1795 en el mineral rutilo, que consiste en óxido de titanio mezclado con hierro, estaño, niobio y tantalio. En ese momento, los nombres franceses de los elementos químicos, que reflejan sus propiedades químicas, se usaban a menudo. Klaproth ofreció llamar al nuevo metal "titanio". Señaló que es imposible determinar sus propiedades solo por su óxido. Por lo tanto, Klaport eligió un nombre para él de la mitología, enfatizando la "naturaleza mitológica" y la incomprensibilidad del elemento en ese momento. Anteriormente, el alemán también de la mitología eligió el nombre de otro elemento descubierto por él: el uranio.
El titanio en forma de aleaciones es el material estructural más importante en la producción de aviones y cohetes. Agregar otros metales o materiales de relleno al titanio le permite crear aleaciones con una macro, micro, cristal, sub y nanoestructura dada, gracias a la cual la aleación misma y sus estructuras adquieren un cierto nivel de características mecánicas y de rendimiento.
La industria aeronáutica es la industria con mayor uso de titanio en la que se utiliza lámina de titanio para fabricar tornillos de motor, carcasas, alas, motores, placas, tuberías, sujetadores y más. En la estructura del avión (estructura de soporte de la aeronave), la aeronave civil moderna utiliza 15 - 20% piezas de titanio. Por ejemplo, IL-76 e IL-76T tienen 15% de piezas de titanio del peso total de la célula, y en la producción de Boeing del nuevo tipo 787 Dreamliner, las varillas de titanio VT16 de Rusia se utilizan en 30% de las unidades de ensamblaje del tren de aterrizaje de los aviones. Esto se explica por el hecho de que las aeronaves supersónicas modernas requieren materiales que puedan garantizar el funcionamiento confiable de los nodos bajo la influencia de poderosos campos de fuerza y temperatura, radiación y altas presiones. Además, con un aumento en la proporción de materiales compuestos en los diseños de aeronaves, se requiere un material que no se corroe al interactuar con ellos. Las aleaciones de titanio VT23, BT23М cumplen idealmente todos estos requisitos, proporcionan a los aviones con una reducción en el peso y el costo de construcción del 20-30%, en comparación con otros materiales, y también aumentan su confiabilidad operativa en 25-35%.
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