[go: up one dir, main page]

RU2306364C2 - Composite material, method of manufacture of envelope-like case from this material and devices for realization of this method - Google Patents

Composite material, method of manufacture of envelope-like case from this material and devices for realization of this method Download PDF

Info

Publication number
RU2306364C2
RU2306364C2 RU2002132948/02A RU2002132948A RU2306364C2 RU 2306364 C2 RU2306364 C2 RU 2306364C2 RU 2002132948/02 A RU2002132948/02 A RU 2002132948/02A RU 2002132948 A RU2002132948 A RU 2002132948A RU 2306364 C2 RU2306364 C2 RU 2306364C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shell
polymer binder
carbon
metal
binder
Prior art date
Application number
RU2002132948/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002132948A (en
Inventor
Александр Валерь нович Полетаев (RU)
Александр Валерьянович Полетаев
Игорь Владимирович Анисимов (RU)
Игорь Владимирович Анисимов
Original Assignee
Александр Валерьянович Полетаев
Игорь Владимирович Анисимов
Варавин Илья Иванович
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Гермес"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Валерьянович Полетаев, Игорь Владимирович Анисимов, Варавин Илья Иванович, Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Гермес" filed Critical Александр Валерьянович Полетаев
Priority to RU2002132948/02A priority Critical patent/RU2306364C2/en
Publication of RU2002132948A publication Critical patent/RU2002132948A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2306364C2 publication Critical patent/RU2306364C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: aeronautical and space engineering.
SUBSTANCE: proposed composite material contains metal matrix made from aluminum-lithium alloy and magnesium-lithium alloy and strengthened with carbon fibers and carbon part strengthened with carbon fibers with outer layer of carbo-nitride compounds of titanium. Metal matrix and carbon part are connected by intermediate layer of carbonized polymer binder at heating within interval of polymer binder carbonization temperatures at simultaneous cooling of metal part with gas-and-liquid flow on base of nitrogen. Envelope-like case is assembled of at least two ferrules. Layer of polymer binder is applied on metal surface of welded zone between end bases of carbon parts strengthened with carbon fibers and carbon half-rings strengthened with carbon fibers are laid on it. Clearances are filled with polymer binder which is subjected to gas-dynamic sealing and heating for removal of hydrogen. Then binder is subjected to carbonization in clearance at simultaneous cooling of inner metal surface in zone of action of thermal source and graphitization of binder at simultaneous forming of outer layer from carbo-nitride titanium compounds by means of laser flame. Plasma torch is provided with Venturi nozzle with holes in nozzle body found after throat section for feeding the titanium powder into plasma flame.
EFFECT: enhanced strength and heat-resistance of articles; possibility of retaining preset geometric parameters.
7 cl, 6 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к технологии изготовления оболочек из композиционного материала.The invention relates to a technology for manufacturing shells from composite material.

Известен углерод-углеродный (С-С) композиционный материал (КМ), содержащий углеродную ткань и армированный углеродным волокном (См. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. М.: Металлургия, 1986, с.186-190).Known carbon-carbon (C-C) composite material (CM) containing carbon fabric and reinforced with carbon fiber (See Tuchinsky LI Composite materials obtained by the method of impregnation. M .: Metallurgy, 1986, p.186-190) .

Недостатками известного КМ являются:The disadvantages of the known KM are:

- низкая жаростойкость при эксплуатации его в воздушной среде;- low heat resistance when used in air;

- низкая герметичность материала.- low tightness of the material.

Наиболее близок к предлагаемому КМ на основе алюминиево-литиевого и магниево-литиевых сплавов, упрочненный углеродным волокном (патент РФ №2171311, БИПМ №21-2001).Closest to the proposed CM based on aluminum-lithium and magnesium-lithium alloys, reinforced with carbon fiber (RF patent No. 2171311, BIPM No. 21-2001).

Недостатком известного КМ является низкая жаропрочность и жаростойкость при его эксплуатации в воздушной среде.A disadvantage of the known KM is low heat resistance and heat resistance during its operation in air.

Известен способ и устройство изготовления деталей типа обечаек из металлического композиционного материала, включающий формирование композиции из металлической матрицы и углеродного волокна с последующей пропиткой жидким металлом, горячим прессованием и диффузионной сваркой (Патент РФ №2171311, БИПМ №21-2001).A known method and device for the manufacture of parts such as shells of a metal composite material, comprising forming a composition of a metal matrix and carbon fiber, followed by impregnation with liquid metal, hot pressing and diffusion welding (RF Patent No. 2171311, BIPM No. 21-2001).

Однако при изготовлении полуфабриката из композиционного углерод-углеродного материала по аналогичному способу в известном устройстве трудно обеспечить герметичное уплотнение наружного торцового слоя основания из-за повышенной упругости материала.However, in the manufacture of a semi-finished product from a composite carbon-carbon material by a similar method in the known device it is difficult to provide a tight seal of the outer end layer of the base due to the increased elasticity of the material.

Известны способ и устройство электронно-лучевой сварки корпусов типа оболочек, включающее вакуумную камеру, механизм перемещения и вращения обрабатываемого изделия, манипулятор для сканирования обрабатываемых поверхностей сварочной головкой по заданной траектории (А.И.Чвертка и др. Оборудование для электронно-лучевой сварки. Киев: Наукова думка, 1973 г.)A known method and device for electron beam welding of shell-type housings, including a vacuum chamber, a mechanism for moving and rotating the workpiece, a manipulator for scanning the treated surfaces with a welding head along a given path (A.I. Chvertka and other equipment for electron beam welding. Kiev : Naukova Dumka, 1973)

Использование электронно-лучевой сварки требует применения герметичной камеры для создания необходимого разрежения.The use of electron beam welding requires the use of a sealed chamber to create the necessary vacuum.

Целью настоящего изобретения является разработка КМ с внутренней металлической и наружной неметаллической частями матрицы, упрочненной углеродным волокном, имеющим внешний наружный жаростойкий слой, и способа изготовления из него цельных корпусов типа оболочек с повышенными показателями удельной прочности, жаропрочности и жаростойкости, герметичности, а также устройств, обеспечивающих эффективное осуществление способа.The aim of the present invention is to develop a CM with internal metal and external non-metal parts of the matrix reinforced with carbon fiber having an external external heat-resistant layer, and a method of manufacturing from it solid bodies such as shells with increased rates of specific strength, heat resistance and heat resistance, tightness, as well as devices, providing effective implementation of the method.

Техническим результатом, получаемым в результате осуществления изобретения, является достижение высоких показателей удельной прочности, герметичности, жаропрочности и жаростойкости КМ в конструкциях корпусов типа оболочки, что приводит к существенному снижению массы, повышению сопротивления температурным воздействиям и увеличению надежности авиационных, ракетных и космических изделий.The technical result obtained as a result of the invention is the achievement of high indicators of specific strength, tightness, heat resistance and heat resistance of KM in the construction of shell-type housings, which leads to a significant reduction in mass, increased resistance to thermal effects and increased reliability of aviation, rocket and space products.

Поставленная цель достигается путем получения КМ, содержащего металлическую матрицу, выполненную из алюминиево-литиевого сплава и магниево-литевых сплавов, упрочненную углеродным волокном, согласно изобретению он снабжен углеродной частью, упрочненной углеродным волокном, соединенной промежуточным слоем из карбонизированного полимерного связующего с металлической матрицей, и наружным слоем из карбонитридных соединений титана.The goal is achieved by obtaining a CM containing a metal matrix made of aluminum-lithium alloy and magnesium-alloy alloys, hardened with carbon fiber, according to the invention it is equipped with a carbon part, hardened by carbon fiber, connected by an intermediate layer of a carbonized polymer binder with a metal matrix, and the outer layer of titanium carbonitride compounds.

Способ изготовления деталей типа оболочек из заявляемого композиционного материала состоит из нескольких этапов.A method of manufacturing parts such as shells of the inventive composite material consists of several stages.

Он включает изготовление металлической части обечайки, упрочненной углеродным волокном, изготовление углеродной части, упрочненной углеродным волокном и наружным слоем карбонтридных соединений титана, сборку частей путем надевания углеродной части на металлическую, заполнение зазора между ними полимерным связующим посредством вакуумного всасывания под избыточным давлением инертного газа и нагревают в интервале температур карбонизации полимерного связующего с одновременным охлаждением металлической части обечайки.It includes the manufacture of the metal part of the shell reinforced with carbon fiber, the manufacture of the carbon part reinforced with the carbon fiber and the outer layer of titanium carbide compounds, the assembly of the parts by putting the carbon part on the metal part, filling the gap between them with a polymer binder by vacuum absorption under inert gas overpressure and heated in the temperature range of carbonization of the polymer binder with simultaneous cooling of the metal part of the shell.

Кроме того, охлаждение металлической части обечайки в зоне воздействия теплового источника ведут газожидкостным потоком на основе азота.In addition, the cooling of the metal part of the shell in the zone of influence of the heat source is carried out by a gas-liquid stream based on nitrogen.

Корпус типа оболочки из КМ изготавливают путем сварки металлических частей обечаек, согласно изобретению корпус собирают не менее чем из двух обечаек, на металлическую поверхность сварной зоны между торцовыми основаниями упрочненных углеродным волокном углеродных частей обечаек наносят слой полимерного связующего, на который укладывают упрочненные углеродным волокном углеродные полукольца, заполняют зазоры полимерным связующим, углеродным волокном и одновременно проводят газодинамическое уплотнение связующего, прогревают для удаления водорода, проводят карбонизацию полимерного связующего в зазоре с одновременным охлаждением внутренней металлической поверхности в зоне воздействия теплового источника, и графитацию связующего с одновременным формированием наружного слоя из карбонитридных соединений титана плазменным факелом, в который подают титановый порошок, а в качестве плазмообразующей среды используют газообразный азот.A shell type case of KM is made by welding metal parts of the shells, according to the invention, the body is assembled of at least two shells, a layer of polymer binder is applied onto the metal surface of the welded zone between the end bases of the carbon fiber-reinforced carbon parts of the shells, onto which carbon half-rings reinforced with carbon fiber are laid , fill the gaps with a polymer binder, carbon fiber and simultaneously conduct gas-dynamic compaction of the binder, warm up for hydrogen, conduct carbonization of the polymer binder in the gap with simultaneous cooling of the inner metal surface in the zone of influence of the heat source, and graphite the binder with the simultaneous formation of the outer layer of titanium carbonitride compounds by a plasma torch into which titanium powder is fed, and nitrogen gas is used as the plasma-forming medium .

Для изготовления обечайки для корпуса типа оболочки из КМ используют устройство, содержащее системы нагрева, вакуумирования и напуска инертного газа, сборную оправку для формирования и монтажа частей обечайки, опорные и фиксирующие кольца, уплотнительные прокладки, установленные на верхние и нижние торцевые площадки обечайки, и полую составную стойку, согласно изобретению оно снабжено механизмом уплотнения торцовых поверхностей металлической и неметаллической частей обечайки, связанным с верхним опорным кольцом, а нижняя часть полой составной стойки заполнена полимерным связующим.For the manufacture of a shell for a housing such as a shell from KM, a device containing heating, vacuum and inert gas inlet systems, a prefabricated mandrel for forming and mounting parts of the shell, support and retaining rings, gaskets installed on the upper and lower end platforms of the shell, and a hollow shell are used composite rack, according to the invention, it is equipped with a mechanism for sealing the end surfaces of the metal and nonmetallic parts of the shell associated with the upper support ring, and the lower part is hollow The composite rack is filled with a polymer binder.

Кроме того, устройство снабжено системой подачи и отвода охлаждающей среды, при этом оправка имеет внутренние полости для прохода охлаждающей среды.In addition, the device is equipped with a system for supplying and discharging the cooling medium, while the mandrel has internal cavities for the passage of the cooling medium.

Устройство для изготовления корпуса типа оболочки из КМ содержит стапель с приводами вращения и перемещения, согласно изобретению оно снабжено манипулятором с форсункой подачи полимерного связующего и одновременного его газодинамического уплотнения для соединения торцевых упрочненных углеродным волокном углеродных частей обечаек корпуса оболочки, включающей сопло Вентури, подвижный кольцевой нагреватель для нагрева наружной металлической поверхности сварной зоны, подвижный кольцевой охладитель для охлаждения внутренней металлической поверхности сварной зоны и манипулятор с плазменной горелкой, включающей сопло Вентури с отверстиями в корпусе сопла после критического сечения для подачи в плазменный факел титанового порошка.A device for manufacturing a shell type of a shell made of KM contains a slipway with rotation and displacement drives, according to the invention it is equipped with a manipulator with a nozzle for supplying a polymer binder and its gas-dynamic seal for connecting the carbon-fiber reinforced carbon parts of the shells of the shell housing, including the Venturi nozzle, a movable ring heater for heating the outer metal surface of the welded zone, a movable ring cooler for cooling the inner metal the surface of the welded zone and a manipulator with a plasma torch, including a Venturi nozzle with holes in the nozzle body after a critical section for feeding titanium powder into the plasma torch.

Для образования нитридных соединений титана в плазменный факел подают титановый порошок, а в качестве плазмообразующей среды используют газообразный азот.To form titanium nitride compounds, titanium powder is fed into the plasma torch, and nitrogen gas is used as the plasma-forming medium.

С целью исключения окисления углерода в процессе карбонизации и графитации указанные процессы ведут в инертной среде, предварительно удалив кислород.In order to eliminate carbon oxidation during carbonization and graphitization, these processes are carried out in an inert medium, having previously removed oxygen.

С целью эффективного удаления водорода из полимерного связующего последнее дегазируют путем нагрева и эвакуации молекул водорода с поверхности потоком инертного газа.In order to effectively remove hydrogen from the polymer binder, the latter is degassed by heating and evacuating hydrogen molecules from the surface with an inert gas stream.

Образованию пористого промежуточного слоя из карбонизированного полимерного связующего способствует термоизоляция металлической части КМ от внешних температурных воздействий в процессе эксплуатации изделия.The formation of a porous intermediate layer of a carbonized polymer binder is promoted by thermal insulation of the metal part of KM from external temperature influences during operation of the product.

В таблице 1 приведены расчетные характеристики предлагаемого КМ с металлической и неметаллической частями матрицы и жаростойким наружным слоем из карбонитридных соединений титана в сравнении с эксплуатационными характеристиками алюминиево-литиевого сплава и углерод-углеродного КМ.Table 1 shows the calculated characteristics of the proposed CM with metal and nonmetallic parts of the matrix and a heat-resistant outer layer of titanium carbonitride compounds in comparison with the operational characteristics of aluminum-lithium alloy and carbon-carbon CM.

Таблица 1Table 1 МатериалыMaterials ρ, г/см3 ρ, g / cm 3 σв, МПаσв, MPa Е, ГПаE, GPa

Figure 00000002
Figure 00000002
Тпл, °СMp, ° C Тжс, °СTJS, ° C ГерметичGermetich Примеч.Note 1. Предлагаемый композиционный материал, включающий:1. The proposed composite material, including: 1,71.7 761,8761.8 204,0204.0 448,1448.1 45004500 24002400 1,01,0 Расчетные данныеEstimated data 1.1. Алюминиево-литиевый и магниево-литиевые сплавы, упрочненные углеродным волокном1.1. Carbon Fiber Reinforced Aluminum Lithium and Magnesium Lithium Alloys 1.2. Пористый теплоизоляционный материал из карбонизированного углерода1.2. Porous carbonized carbon insulating material 1.3.Углерод-углеродный материал с жаростойким наружным слоем из карбо-нитридных соединений титана1.3. Carbon-carbon material with a heat-resistant outer layer of titanium carbo-nitride compounds 2. 01420 (алюминиево-литиевый сплав)2. 01420 (aluminum-lithium alloy) 2,42,4 420420 90,090.0 175,0175.0 600600 400400 1,01,0 Справочные данныеReference data 3. КМ С-С (углерод-углеродный композиционный материал)3. KM S-C (carbon-carbon composite material) 2,02.0 870,0870.0 220,0220.0 435,0435.0 45004500 400400 <1,0<1.0 Справочные данныеReference data

Как видно из таблицы 1, величины прочностных характеристик, удельной прочности, герметичности и жаростойкости значительно превышают аналогичные показатели у известных сплавов и материалов.As can be seen from table 1, the values of strength characteristics, specific strength, tightness and heat resistance significantly exceed the same parameters for known alloys and materials.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображено: на фиг.1 - поперечный разрез предложенного КМ корпуса типа оболочки с металлической частью матрицы на основе алюминиево-литиевого сплава и магниево-литиевых сплавов, упрочненной углеродным волокном, и углерод-углеродной части с наружным слоем из карбонитридных соединений титана, а также промежуточного слоя из карбонизированного полимерного связующего между ними; на фиг.2 - график процессов вакуумирования, пропитки (заполнения) и карбонизации полимерного связующего; на фиг.3 - схема устройства для дегазации и заполнения полимерным связующим зазора между металлической и неметаллической частями обечайки; на фиг.4 - схема устройства для изготовления корпусов типа оболочки (сборки полуколец из С-С КМ на поверхности сварной зоны металлической части двух обечаек, заполнения зазоров полимерным связующим с последующей его карбонизацией, графитацией и формированием поверхностного слоя карбонитридных соединений титана); на фиг.5 - схема работы форсунки для нанесения полимерного связующего; на фиг.6 - схема работы плазменной горелки для графитации полимерного связующего и формирования поверхностного слоя карбонитридных соединений титана.The invention is illustrated in the drawing, which shows: Fig. 1 is a cross-sectional view of a proposed KM shell type case with a metal part of a matrix based on aluminum-lithium alloy and magnesium-lithium alloys reinforced with carbon fiber, and a carbon-carbon part with an outer layer of carbonitride compounds titanium, as well as an intermediate layer of carbonized polymer binder between them; figure 2 is a graph of the processes of evacuation, impregnation (filling) and carbonization of the polymer binder; figure 3 is a diagram of a device for degassing and filling with a polymer binder the gap between the metal and nonmetallic parts of the shell; figure 4 is a diagram of a device for the manufacture of shell-type housings (assembling half rings from CC CC on the surface of the welded zone of the metal part of the two shells, filling the gaps with a polymer binder, followed by its carbonization, graphite and the formation of a surface layer of titanium carbonitride compounds); figure 5 - diagram of the nozzle for applying a polymer binder; 6 is a diagram of a plasma torch for graphitizing a polymer binder and forming a surface layer of titanium carbonitride compounds.

КМ (см. фиг.1) состоит из следующих элементов:KM (see figure 1) consists of the following elements:

А - алюминиево-литиевый сплав (Al-Li);A - aluminum-lithium alloy (Al-Li);

В - магниево-литиевый сплав (Mg-Li) со структурой (α+β) - твердого раствора:B - magnesium-lithium alloy (Mg-Li) with the structure of (α + β) - solid solution:

С - магниево-литиевый сплав (Mg-Li) со структурой α - твердого раствора;C - magnesium-lithium alloy (Mg-Li) with the structure of α - solid solution;

D - углеродное волокно;D is carbon fiber;

F- магниево-литиевый сплав (Mg-Li) со структурой β - твердого раствора;F - magnesium-lithium alloy (Mg-Li) with the structure of β - solid solution;

Е - карбонизированное полимерное связующее;E - carbonized polymer binder;

К - углерод-углеродная часть КМ;K is the carbon-carbon part of KM;

Т - внешний наружный слой из карбонитридных соединений титана.T is the outer outer layer of titanium carbonitride compounds.

На фиг.2 представлены:Figure 2 presents:

а - график изменения температуры процесса (°С);a is a graph of the process temperature (° C);

б - график изменения наружного избыточного давления прессующего газа (атм);b - graph of changes in the external overpressure of the pressing gas (atm);

в - график изменения давления над поверхностью расплавленного полимерного связующего (атм);in - a graph of pressure changes over the surface of the molten polymer binder (ATM);

г - график изменения всасывающего разряжения внутренней полости между металлической и неметаллической частями КМ (мм рт.ст.);g is a graph of changes in the suction discharge of the internal cavity between the metal and non-metal parts of the CM (mm Hg)

В таблице 2 приведена схема технологического процесса изготовления корпуса оболочки из предлагаемого композиционного материала.Table 2 shows the process flow diagram of manufacturing a shell body from the proposed composite material.

Таблица 2table 2 1. Подготовительные операции1. Preparatory operations 1.1. Сборка части полуфабриката обечайки, шпангоута из KM Al-Mg-C-Mg-Al1.1. Assembly of part of the semi-finished shell, frame from KM Al-Mg-C-Mg-Al Обертывание оправки листом из алюминиево-литиевого сплава, герметичное соединение листа по продольной образующей, обертывание полуфабриката листами из магниево-литиевых сплавов со структурами (α+β)-, α-, и β- твердых растворов, укладка углеродного волокна (намотка), обертывание полуфабриката листами из магниево-литиевых сплавов со структурами β-, α-, (α+β)- твердых растворов, обертывание и герметичное соединение листа из алюминиево-литиевого сплава по продольной образующей.Wrapping the mandrel with a sheet of aluminum-lithium alloy, tightly connecting the sheet along the longitudinal generatrix, wrapping the semi-finished product with sheets of magnesium-lithium alloys with structures (α + β) -, α-, and β- solid solutions, laying carbon fiber (winding), wrapping prefabricated sheets of magnesium-lithium alloys with structures of β-, α-, (α + β) - solid solutions, wrapping and tight connection of the sheet of aluminum-lithium alloy along the longitudinal generatrix. 1.2. Сборка части полуфабриката обечайки, кольца из КМ С-С1.2. Assembly of a part of a semi-finished shell, rings from KM С-С Обертывание оправки листом из малоуглеродистой стали, герметичная сварка листа по продольной образующей, обертывание металлического листа углеродной тканью, прошивка ткани по продольной образующей, намотка (укладка) углеродного волокна, обертывание полуфабриката углеродной тканью и прошивка по продольной образующей, обертывание полуфабриката листом из титанового сплава и герметичная сварка по продольной образующей, контроль герметичности сварных швов.Wrapping the mandrel with a sheet of mild steel, hermetically welding the sheet along the longitudinal generatrix, wrapping the metal sheet with carbon fabric, flashing the fabric along the longitudinal generatrix, winding (laying) carbon fiber, wrapping the semi-finished product with carbon fabric and flashing along the longitudinal generatrix, wrapping the prefabricated sheet with titanium alloy and tight welding along the longitudinal generatrix, tightness control of welds. 2.Пропитка литием, горячее прессование и диффузионная сварка2. Lithium impregnation, hot pressing and diffusion welding KM Al-Mg-Li-C-Li-Mg-Al части обечайкиKM Al-Mg-Li-C-Li-Mg-Al Shell Parts 2.1. Монтаж части полуфабриката с металлической матрицей в технологическую оснастку; загрузка оснастки с полуфабрикатом в печь, подсоединение оснастки к вакуумной откачной системе, системам напуска инертного газа, герметизация, горячее изостатическое прессование через жидкую фазу лития с последующей диффузионной сваркой композиционного материала2.1. Installation of a part of a semi-finished product with a metal matrix in technological equipment; loading accessories with a semi-finished product into the furnace, connecting the accessories to a vacuum pumping system, inert gas inlet systems, sealing, hot isostatic pressing through the liquid phase of lithium, followed by diffusion welding of the composite material Механическое герметичное соединение поверхностных (торцевых) слоев части обечайки с вакуумируемыми полостями оснастки, загрузка внутренней полости стойки металлическим литием, подсоединение оснастки к вакуумной системе и контроль герметичности соединенийMechanical tight connection of the surface (end) layers of the shell part with the evacuated cavities of the tool, loading the inner cavity of the rack with metal lithium, connecting the tool to the vacuum system and monitoring the tightness of the joints 3. Пропитка полимерным связующим, карбонизация и графитация части обечайки из КМ С-С.3. Impregnation with a polymer binder, carbonization and graphitization of part of the shell from KM C-C. 3.1. Монтаж части полуфабриката обечайки с неметаллической матрицей в технологическую оснастку, заполнение внутренней полости стойки полимерным связующим, загрузка оснастки в печь; пропитка полимерным связующим матрицы и упрочняющего волокна, карбонизация полимерного связующего.3.1. Installation of a part of a semi-finished shell with a non-metal matrix in technological equipment, filling the internal cavity of the rack with a polymer binder, loading the equipment into the furnace; impregnation with a polymer binder of a matrix and a reinforcing fiber; carbonization of a polymer binder. Заполнение внутренней полости стойки оснастки полимерным связующим, герметичное соединение торцовых поверхностей металлической и неметаллической частей полуфабриката обечайки с вакуумируемыми полостями оснастки, подсоединение охлаждаемых полостей оснастки к системам подачи охлаждающей среды.Filling the internal cavity of the equipment rack with a polymer binder, tightly connecting the end surfaces of the metal and non-metal parts of the semi-finished shell with the evacuated equipment cavities, connecting the cooled equipment cavities to the cooling medium supply systems. 3.2. Графитация карбонизированного полимерного связующего, азотирование внешнего наружного титанового слоя с одновременной термофиксацией оснований полуфабриката и приложением растягивающих напряжений3.2. Graphitization of a carbonized polymer binder, nitriding of the outer outer titanium layer with simultaneous heat setting of the semifinished product bases and application of tensile stresses Загрузка карбонизированного полуфабриката обечайки в высокотемпературную вакуумную печь, термофиксация оснований обечайки и приложение растягивающего напряжения к материалу обечайки между основаниями.Loading the carbonized prefabricated shell into a high-temperature vacuum furnace, thermofixing the shell bases and applying tensile stress to the shell material between the bases. 4.Сборка металлической и неметаллической частей обечайки (фиг.1). Заполнение зазора между металлической и неметаллической частями обечайки полимерным связующим с последующей его карбонизацией.4. Assembly of metal and non-metal parts of the shell (figure 1). Filling the gap between the metal and nonmetallic parts of the shell with a polymer binder, followed by its carbonization. 4.1. Монтаж полуфабриката обечайки в технологическую оснастку, загрузка оснастки в печь, подсоединение к вакуумной откачной системе, системам напуска инертного газа, охлаждения и герметизации; горячая дегазация полимерного связующего с последующей его карбонизацией (фиг.3)4.1. Installation of a semi-finished shell into technological equipment, loading of equipment into the furnace, connection to a vacuum pumping system, inert gas inlet systems, cooling and sealing systems; hot degassing of the polymer binder followed by its carbonization (figure 3) Заполнение внутренней полсти стойки оснастки полимерным связующим, герметичное соединение торцовых поверхностей металлической и неметаллической частей полуфабриката обечайки с вакуумируемыми полостями оснастки, подсоединение охлаждаемых полостей оснастки к системам подачи охлаждающей среды (согласно режимам обработки на фиг.2)Filling the inner cavity of the equipment rack with a polymer binder, hermetically connecting the end surfaces of the metal and nonmetallic parts of the shell semi-finished product with evacuated equipment cavities, connecting the cooled equipment cavities to the cooling medium supply systems (according to the processing modes in FIG. 2) 5. Сварка смежных металлических торцовых поверхностей обечаек и приварка к внутренней стороне сварной зоны оболочки шпангоута из КМ (Al-Mg-Li-C-Li-Mg-Al)5. Welding adjacent metal end surfaces of the shells and welding to the inner side of the welded zone of the shell of the frame from KM (Al-Mg-Li-C-Li-Mg-Al) 5.1. Подготовка торцовых металлических поверхностей обечаек, сварка их в защитной среде.5.1. Preparation of end metal surfaces of shells, their welding in a protective environment. Механический
Электронно-лучевая сварка
Mechanical
Electron beam welding
5.2. Приварка к внутренней металлической поверхности сварной зоны корпуса оболочки шпангоута из KM (Al-Mg-Li-C-Li-Mg-Al)5.2. Welding to the inner metal surface of the welded zone of the shell body of the frame made of KM (Al-Mg-Li-C-Li-Mg-Al) Механический
Электронно-лучевая сварка
Mechanical
Electron beam welding
6. Нанесение на наружную металлическую поверхность сварной зоны корпуса оболочки полимерного связующего, укладка полуколец из КМ С-С, заполнение зазора полимерным связующим, карбонизация, графитация и формирование поверхностного слоя карбонитридных соединений титана.6. Application of a polymer binder shell on the outer metal surface of the welded zone of the shell body, laying of half rings from KM C-C, filling the gap with a polymer binder, carbonization, graphitization and the formation of a surface layer of titanium carbonitride compounds. 6.1. Загрузка полуфабриката сварной оболочки на стенд (фиг.4), нанесение на наружную металлическую поверхность сварной зоны полимерного связующего, укладка полуколец из КМ С-С с последующей карбонизацией полимерного связующего.6.1. Downloading the welded shell semi-finished product to the stand (Fig. 4), applying a polymer binder to the outer metal surface of the welded zone, laying half rings from KM С-С followed by carbonization of the polymer binder. С помощью форсунки (фиг.5) наносят на металлическую поверхность полимерное связующее, укладывают полукольца из КМ С-С, нагревают полимерное связующее с помощью кольцевого нагревателя (фиг.4) до полного завершения процесса карбонизации, одновременно охлаждают внутреннюю металлическую поверхность сварной зоны газожидкостным потоком на основе жидкого азота.Using a nozzle (Fig. 5), a polymer binder is applied to the metal surface, half rings made of KM C-C are laid, the polymer binder is heated using an annular heater (Fig. 4) until the carbonization process is complete, and the inner metal surface of the welded zone is cooled by gas-liquid flow based on liquid nitrogen. 6.2. Заполнение зазоров полимерным связующим, уплотнение и его карбонизация (фиг.4)6.2. Filling the gaps with a polymer binder, sealing and its carbonization (figure 4) С помощью форсунки (фиг.5) заполняют зазор полимерным связующим с одновременным его газодинамическим уплотнением; с помощью нагревателя (фиг.4) нагревают полимерное связующее до полного удаления водорода; повторно заполняют, уплотняют и прогревают полимерное связующее; заполненный дегазированным связующим зазор нагревают до полного завершения процесса карбонизации с одновременным охлаждением внутренней металлической поверхности сварной зоны газожидкостным потоком на основе жидкого азота.Using the nozzle (figure 5) fill the gap with a polymer binder with its simultaneous gas-dynamic seal; using a heater (Fig. 4), the polymer binder is heated until hydrogen is completely removed; re-fill, compact and warm the polymer binder; the gap filled with a degassed binder is heated until the carbonization process is complete, while the internal metal surface of the weld zone is cooled by a gas-liquid stream based on liquid nitrogen. 6.3. Графитация карбонизированного полимерного связующего в зазоре с одновременным формированием поверхностного слоя карбонитридных соединений титана.6.3. Graphitization of a carbonized polymer binder in the gap with the simultaneous formation of a surface layer of titanium carbonitride compounds. Нагрев карбонизированного наполнителя в зазоре плазменной горелкой (фиг.6) с одновременной подачей в плазменный факел титанового порошка (в качестве плазмообразующей среды используется газообразный азот)Heating the carbonized filler in the gap with a plasma torch (Fig. 6) while supplying titanium powder to the plasma torch (nitrogen gas is used as the plasma-forming medium)

На фиг.3 представлено устройство для реализации способа изготовления обечайки из КМ с металлической и неметаллической частями матрицы путем пропитки заполнения зазора между частями матрицы полимерным связующим с последующей его карбонизацией.Figure 3 presents a device for implementing a method of manufacturing a shell of KM with metal and non-metal parts of the matrix by impregnating the filling of the gap between the parts of the matrix with a polymer binder followed by its carbonization.

Оно включает вакуумную печь 1, теплоизолированный муфель 2 и оснастку для пропитки (заполнения), дегазации и карбонизации полимерного связующего с одновременным горячим изостатическим прессованием материала полуфабриката обечайки.It includes a vacuum furnace 1, a thermally insulated muffle 2 and accessories for impregnation (filling), degassing and carbonization of the polymer binder with simultaneous hot isostatic pressing of the material of the semi-finished shell.

Оснастка включает верхнее 3 и нижнее 4 опорные кольца. Каждое кольцо 3, 4, снабжено кольцевым выступом 5, имеющим форму усеченного конуса.The equipment includes upper 3 and lower 4 support rings. Each ring 3, 4 is provided with an annular protrusion 5 having the shape of a truncated cone.

Кроме того, в оснастку входят фиксирующие внешние кольца 6, соответственно верхнее и нижнее, сборная оправка 7, полая составная стойка 8, 9, радиальные патрубки 10 и соединительные трубопроводы 11 и 12. Патрубки 10 соединены с верхней 9 и нижней 8 частями стойки и с верхним 3 и нижним 4 кольцами соответственно.In addition, snap-in includes external locking rings 6, respectively upper and lower, assembly mandrel 7, hollow composite stand 8, 9, radial pipes 10 and connecting pipes 11 and 12. The pipes 10 are connected to the upper 9 and lower 8 parts of the rack and with upper 3 and lower 4 rings, respectively.

В каждом из колец 3, 4 в центре выступа 5 выполнена кольцевая канавка 13 с центром окружности, совпадающим с центром окружности каждого кольца 3, 4. Кроме того, в кольцах 3, 4 выполнены радиальные каналы 14, которые соединены с патрубками 10, а также сообщаются с кольцевыми канавками 13.In each of the rings 3, 4, in the center of the protrusion 5, an annular groove 13 is made with a center of a circle coinciding with the center of the circumference of each ring 3, 4. In addition, radial channels 14 are made in the rings 3, 4, which are connected to the nozzles 10, and communicate with the annular grooves 13.

Нижняя 8 и верхняя 9 полости стойки разделены герметичной перегородкой 15. Нижняя часть 8 полой стойки скреплена с кольцом 4, а верхняя часть 9 - с кольцом 3 и через соединительные трубопроводы 11,12 сообщены с системой напуска инертного газа и вакуумной системой соответственно. (Последние на чертеже не показаны.)The lower 8 and upper 9 cavities of the rack are separated by a sealed partition 15. The lower part 8 of the hollow rack is fastened to the ring 4, and the upper part 9 to the ring 3 and through the connecting pipes 11,12 are connected with the inert gas inlet system and the vacuum system, respectively. (The latter are not shown in the drawing.)

Сборная оправка 7 имеет цилиндрическую форму и состоит из нескольких частей для монтажа обечайки-полуфабриката 16 и ее демонтажа.The prefabricated mandrel 7 has a cylindrical shape and consists of several parts for mounting the shell-semi-finished product 16 and its dismantling.

Оправка 7 имеет сообщающиеся охлаждаемые полости 25 и подсоединена к системе подачи газожидкостной среды на основе жидкого азота гибким трубопроводом 24 с гибким разъемом и трубопроводом 22 для отвода газообразного азота.The mandrel 7 has communicating cooled cavities 25 and is connected to the liquid-nitrogen gas-liquid supply system by a flexible pipe 24 with a flexible connector and a pipe 22 for removing nitrogen gas.

Верхнее и нижнее фиксирующие кольца 6 соединены технологической обечайкой 17.The upper and lower retaining rings 6 are connected by a technological shell 17.

Фиксирующие внешние кольца 6 с технологической обечайкой 17, верхней и нижней внешними фасками оправки 7 закрепляют через кольцевые уплотнительные прокладки торцевые наружные слои матрицы КМ обечайки полуфабриката 16 на обращенных друг к другу плоских площадках конусных выступов колец 3, 4.The fixing outer rings 6 with the technological shell 17, the upper and lower external chamfers of the mandrel 7 fix the end outer layers of the shell matrix KM of the semi-finished product 16 through the annular sealing gaskets to the flat platforms of the conical protrusions of the rings 3, 4 facing each other.

Полость, образованная технологической обечайкой 17 и внешней наружной поверхностью матрицы КМ полуфабриката обечайки 16, сообщена трубопроводом 18 с гибким разъемом с системой вакуумирования и напуска прессующего инертного газа.The cavity formed by the technological shell 17 and the outer outer surface of the matrix KM of the semi-finished shell 16 is connected by a pipe 18 with a flexible connector with a vacuum and pressurized inert gas injection system.

Для обеспечения равномерного нагрева и охлаждения оснастки и оправки 7 с обечайкой 16 печь 1 снабжена вентилятором 19, теплообменником 20, клапанами 21.To ensure uniform heating and cooling of the tooling and the mandrel 7 with the shell 16, the furnace 1 is equipped with a fan 19, a heat exchanger 20, valves 21.

Верхнее 3 опорное кольцо через разъемное соединение связано с механизмом перемещения (уплотнения) 23.The upper 3 support ring through a detachable connection is connected with the movement mechanism (seal) 23.

Вначале производится сборка полуфабриката обечайки 16 на оправке 7. Для этого на оправку 7 одевают металлическую часть обечайки из KM Al-Mg-Li-C-Li-Mg-Al, затем на металлическую часто обечайки надевают углерод-углеродную часть обечайки.First, the prefabricated shell 16 is assembled on the mandrel 7. For this, the metal part of the shell of KM Al-Mg-Li-C-Li-Mg-Al is put on the mandrel 7, then the carbon-carbon part of the shell is often put on the metal shell.

Далее оправку 7 с полуфабрикатом 16 монтируют в оснастку.Next, the mandrel 7 with the semi-finished product 16 is mounted in a snap.

Внутреннюю нижнюю полость стойки 8 заполняют полимерным связующим.The inner lower cavity of the rack 8 is filled with a polymer binder.

Укладывают на конусный выступ 5 нижнего кольца 4 уплотнительные кольцевые прокладки и устанавливают на них полуфабрикат обечайки 16 с оправкой 7. Производят загрузку кольца 4, полуфабриката 16 с нижней частью стойки 8 в муфель 2 печи 1.Lay the sealing ring gaskets on the conical protrusion 5 of the lower ring 4 and install the semi-finished shell 16 with the mandrel 7. The ring 4, the semi-finished product 16 with the bottom of the rack 8 are loaded into the muffle 2 of the furnace 1.

Затем производят сборку верхнего 3 опорного кольца, радиальных патрубков 10, верхней 9 части стойки с трубопроводами 11, 12. Подвешивают и закрепляют кольцо 3 и верхнюю часть 9 стойки на направляющих штоках механизма перемещения и уплотнения 23 крышки печи 1.Then, the upper 3 of the support ring, the radial pipes 10, the upper 9 of the rack with the pipelines 11, 12 are assembled. The ring 3 and the upper part 9 of the rack are hung and fixed on the guide rods of the movement and sealing mechanism 23 of the furnace lid 1.

Одевают на полуфабрикат обечайки 16 технологическую обечайку 17 с фиксирующими кольцами 6, укладывают уплотнительные кольцевые прокладки.Dress the process shell 17 with the retaining rings 6 on the semi-finished shell 16, and the sealing ring gaskets are laid.

Подсоединяют трубопроводы 11, 12, 18, 24, 22 к системам вакуумирования, напуска инертного газа, подачи и отвода охлаждающей среды.Pipelines 11, 12, 18, 24, 22 are connected to systems of evacuation, inert gas inlet, supply and removal of a cooling medium.

Опускают крышку печи 1 и устанавливают верхнее кольцо 3 в сборе конусным плоским выступом на уплотнительные кольцевые прокладки и механизмом 23 герметизируют зазоры между плоскими и конусными выступами колец 3,4 и торцовыми наружными слоями композиционного материала полуфабриката обечайки 16, а также между верхней 9 и нижней 8 частями стойки.Lower the lid of the furnace 1 and install the upper ring 3 assembly with a conical flat protrusion on the O-rings and the mechanism 23 seals the gaps between the flat and conical protrusions of the rings 3.4 and the end outer layers of the composite material of the semi-finished shell 16, as well as between the upper 9 and lower 8 parts of the rack.

Затем в устройстве (фиг.3) проводят заполнение зазора между металлической и неметаллической частями обечайки полимерным связующим, дегазацию и его карбонизацию. (Параметры заполнения, дегазации и карбонизации приведены на фиг.2.)Then, in the device (Fig. 3), the gap between the metallic and non-metallic parts of the shell of the polymer binder is filled, degassed and carbonized. (The parameters of filling, degassing and carbonization are shown in figure 2.)

После герметизации печи 1 включают насосы и вакуумируют печь 1 и внутренние полости матрицы полуфабриката обечайки 16 (через канавки 13, каналы 14, патрубки 10, трубопровод 12), полость между технологической обечайкой 17 и внешней наружной поверхностью неметаллической части полуфабриката обечайки 16 через трубопровод 18 до заданного разрежения (см. фиг.2, 3).After sealing the furnace 1, turn on the pumps and vacuum the furnace 1 and the internal cavity of the matrix of the semi-finished shell 16 (through grooves 13, channels 14, nozzles 10, pipe 12), the cavity between the technological shell 17 and the outer outer surface of the non-metallic part of the semi-finished shell 16 through the pipe 18 to predetermined vacuum (see figure 2, 3).

При достижении температуры жидкого состояния полимерного связующего (порядка 100...200°С) перекрывают трубопровод 12, нижнюю полость 8 стойки подключают к системе напуска инертного газа и через трубопровод 11 над поверхностью полимерного связующего создают избыточное давление.When the temperature of the liquid state of the polymer binder (about 100 ... 200 ° C) is reached, the pipeline 12 is closed, the lower cavity 8 of the rack is connected to the inert gas inlet system and overpressure is created through the pipe 11 above the surface of the polymer binder.

Отключают вакуумные насосы, одновременно включают вентилятор 19 и рабочий объем печи 1 заполняют инертным газом, подают прессующий инертный газ в полость между технологической обечайкой 17 и внешней наружной поверхностью неметаллической части полуфабриката обечайки.The vacuum pumps are turned off, at the same time, the fan 19 is turned on and the working volume of the furnace 1 is filled with inert gas, an inert gas is pressed into the cavity between the process shell 17 and the external outer surface of the non-metallic part of the shell semi-finished product.

По окончании процесса отключают нагрев, открывают клапаны 21 и в теплообменник 20 подают охлаждающую среду, охлаждают оснастку, оправку 7 с обечайкой 16 до температуры окружающей среды, сбрасывают избыточное давление, выгружают оснастку, оправку 7 с обечайкой 16 и демонтируют оснастку и оправку.At the end of the process, the heating is turned off, the valves 21 are opened and the cooling medium is supplied to the heat exchanger 20, the equipment, the mandrel 7 with the shell 16 are cooled to ambient temperature, the overpressure is relieved, the tool, the mandrel 7 with the shell 16 are unloaded and the equipment and the mandrel are dismantled.

На фиг.4 представлена схема устройства для сборки корпуса оболочки: нанесения на наружную металлическую поверхность сварной зоны полимерного связующего, укладки полуколец из КМ С-С, заполнения зазора полимерным связующим, карбонизации, графитации и формирования поверхностного слоя карбонитридных соединений титана.Figure 4 presents a diagram of a device for assembling a shell body: applying a polymer binder to the welded zone of the welded zone, laying half rings from KM C-C, filling the gap with a polymer binder, carbonization, graphitization, and forming a surface layer of titanium carbonitride compounds.

Устройство включает стапель с приводами перемещения и вращения сварного корпуса оболочки 26, кольцевой нагреватель 27 с приводом перемещения вдоль наружной поверхности корпуса 26, кольцевой охладитель 28 с приводом перемещения вдоль внутренней поверхности корпуса 26, манипулятор 29 с форсункой 30 распыления полимерного связующего и с приводом перемещения вдоль наружной поверхности корпуса 26, манипулятор 31 с плазменной горелкой 32 и приводом перемещения вдоль наружной поверхности корпуса 26. (Приводы на чертеже не показаны, схематично дано направление перемещения от приводов.)The device includes a slipway with drives for moving and rotating the welded shell of the shell 26, an annular heater 27 with a drive for moving along the outer surface of the housing 26, a ring cooler 28 with a drive for moving along the inner surface of the shell 26, a manipulator 29 with a nozzle 30 for spraying a polymer binder and with a drive for moving along the outer surface of the housing 26, the manipulator 31 with a plasma torch 32 and a displacement drive along the outer surface of the housing 26. (The drives are not shown in the drawing, schematically given in The pressure of the displacement drives.)

Кольцевой нагреватель 27 включает теплоизолированный корпус 33, нагревательный элемент 34, кольцевой подвод 35 инертного газа.The ring heater 27 includes a thermally insulated housing 33, a heating element 34, an inert gas ring inlet 35.

Кольцевой охладитель 28 включает спиральный теплоизолированный трубопровод 36 для подачи охлажденного газообразного азота, внутри трубопровода 36 размещен спиральный трубопровод 37 для подачи жидкого азота. Оба трубопровода имеют соосные отверстия со стороны охлаждаемой внутренней металлической поверхности корпуса 26 и предназначены для подачи и формирования охлаждающей газожидкостной среды на основе жидкого азота.The ring cooler 28 includes a spiral insulated pipe 36 for supplying cooled gaseous nitrogen, a spiral pipe 37 for supplying liquid nitrogen is placed inside the pipe 36. Both pipelines have coaxial openings on the side of the cooled inner metal surface of the housing 26 and are intended for supplying and forming a cooling gas-liquid medium based on liquid nitrogen.

Форсунка 30 (фиг.4, 5) включает линию подвода 38 полимерного связующего, подвод 39 газообразного азота, камеру 40 смешивания и сопло Вентури 41.The nozzle 30 (FIGS. 4, 5) includes a supply line 38 of a polymer binder, a supply of nitrogen gas 39, a mixing chamber 40 and a venturi nozzle 41.

Плазменная горелка 32 (фиг.4, 6) включает линию подвода плазмообразующего газообразного азота, сопло Вентури 42 с отверстиями в корпусе сопла после критического сечения для подвода титанового порошка через коллектор 43 в плазменный факел.The plasma torch 32 (FIGS. 4, 6) includes a plasma nitrogen gas supply line, a Venturi nozzle 42 with holes in the nozzle body after a critical section for supplying titanium powder through a collector 43 into a plasma torch.

Способ заполнения зазора полимерным связующим, карбонизации, графитации и формирования поверхностного слоя карбонитридных соединений титана осуществляется следующим образом.The method of filling the gap with a polymer binder, carbonization, graphitization and the formation of the surface layer of titanium carbonitride compounds is as follows.

Полуфабрикат корпуса оболочки, собранный из нескольких обечаек, состоящих из металлической и неметаллической частей с карбонизированной полимерной связкой, и сварной зоной между металлическими торцевыми частями обечаек, устанавливают на приводные ролики стапеля.A prefabricated shell case assembled from several shells, consisting of metal and nonmetallic parts with a carbonized polymer bond, and a welded zone between the metal end parts of the shells, are mounted on the drive rollers of the slipway.

Вводят во внутреннюю металлическую часть полуфабриката корпуса оболочки кольцевой охладитель 28 и устанавливают его напротив внутренней поверхности сварной зоны.An annular cooler 28 is introduced into the inner metal part of the semi-finished shell body of the shell and set it opposite the inner surface of the welded zone.

С помощью привода перемещают манипулятор 29 с форсункой 30 в зону наружного сварного шва металлических частей обечаек.Using the drive, the manipulator 29 with the nozzle 30 is moved to the area of the external weld of the metal parts of the shells.

В форсунку 30 подают полимерное связующее и газообразный азот. Напыляют на металлическую поверхность сварной зоны слой полимерного связующего.In the nozzle 30 serves a polymer binder and gaseous nitrogen. A layer of polymer binder is sprayed onto the metal surface of the welded zone.

Укладывают (приклеивают) полукольца из КМ С-С и заполняют зазоры между ними полимерным связующим с одновременным его газодинамическим уплотнением с помощью сопла Вентури 41 форсунки 30.Stack (glue) the half rings from KM C-C and fill the gaps between them with a polymer binder with its simultaneous gas-dynamic compaction using the Venturi nozzle 41 of the nozzle 30.

Выводят из сварной зоны форсунку 30 и с помощью приводов перемещают напротив внутренней поверхности сварной зоны кольцевой охладитель 28, а напротив наружной поверхности сварной зоны перемещают кольцевой нагреватель 27.The nozzle 30 is removed from the welded zone and the ring cooler 28 is moved against the inner surface of the welded zone with the help of drives, and the ring heater 27 is moved opposite the outer surface of the welded zone.

Кольцевым нагревателем 27 прогревают полимерное связующее до полного удаления водорода (температура 300...400°С).An annular heater 27 heats the polymer binder until hydrogen is completely removed (temperature 300 ... 400 ° C).

Далее нагревают нагревателем 27 дегазированное путем прогрева полимерное связующее до полного завершения процесса его карбонизации с одновременным охлаждением внутренней металлической поверхности сварной зоны с помощью охладителя 28 газожидкостным потоком на основе жидкого азота.Next, the polymer binder, degassed by heating, is heated with a heater 27 until its carbonization is completed while cooling the inner metal surface of the welded zone using cooler 28 with a gas-liquid stream based on liquid nitrogen.

Выводят из сварной зоны нагреватель 27 и с помощью привода перемещают манипулятор 31 с плазменной горелкой 32 в сварную зону.Heater 27 is removed from the welded zone and, using a drive, the manipulator 31 with the plasma torch 32 is moved to the welded zone.

Нагревают карбонизированное полимерное связующее в зазоре между полукольцами из КМ С-С плазменной горелкой 32 с одновременной подачей в плазменный факел титанового порошка через отверстия сопла Вентури 42.The carbonized polymer binder is heated in the gap between the half rings of KM C-C plasma torch 32 with the simultaneous supply of titanium powder to the plasma torch through the holes of the Venturi nozzle 42.

В качестве плазмообразующей среды используют газообразный азот.Nitrogen gas is used as the plasma forming medium.

По завершении процессов графитации и формирования поверхностного слоя карбонитридных соединений титана (путем образования нитридных соединений титана в плазменном факеле и последующего взаимодействия их с углеродной поверхностью) прекращают подачу в плазменный факел горелки 32 титанового порошка, отключают плазму и прекращают подачу газообразного азота.Upon completion of the graphitization processes and the formation of the surface layer of titanium carbonitride compounds (by the formation of titanium nitride compounds in the plasma torch and their subsequent interaction with the carbon surface), the supply of titanium powder 32 to the plasma torch is stopped, the plasma is turned off, and nitrogen gas supply is stopped.

Отключают подачу газообразного и жидкого азота в охладитель 28.Turn off the supply of gaseous and liquid nitrogen to the cooler 28.

С помощью привода стенда выводят из зоны действия манипуляторов 29, 31, нагревателя 27, охладителя 28 элемент оболочки корпуса 26.Using the drive of the stand, the shell element 26 is removed from the range of the manipulators 29, 31, the heater 27, the cooler 28.

По сравнению с известными аналогами предложенный композиционный материал и способ изготовления из него корпусов типа оболочек позволяют получить более высокий уровень прочности, жаростойкости и герметичности, а предлагаемые устройства для осуществления способа потребуют значительно меньших капительных вложений и затрат.Compared with the known analogues, the proposed composite material and the method of manufacturing shell-type housings from it allow a higher level of strength, heat resistance and tightness to be obtained, and the proposed devices for implementing the method will require significantly lower capital investments and costs.

Claims (7)

1. Композиционный материал, содержащий металлическую матрицу, выполненную из алюминиево-литиевого сплава и магниево-литиевых сплавов, упрочненную углеродным волокном, отличающийся тем, что он снабжен углеродной частью, упрочненной углеродным волокном, соединенной промежуточным слоем из карбонизированного полимерного связующего с металлической матрицей и наружным слоем из карбонитридных соединений титана.1. Composite material containing a metal matrix made of aluminum-lithium alloy and magnesium-lithium alloys, hardened with carbon fiber, characterized in that it is provided with a carbon part, hardened by carbon fiber, connected by an intermediate layer of a carbonized polymer binder with a metal matrix and the outer a layer of titanium carbonitride compounds. 2. Способ изготовления обечайки для корпуса типа оболочки из композиционного материала, включающий изготовление металлической части обечайки, упрочненной углеродным волокном, отличающийся тем, что изготавливают упрочненную углеродным волокном углеродную часть обечайки, надевают ее на металлическую, заполняют зазор между ними полимерным связующим посредством вакуумного всасывания под избыточным давлением инертного газа и нагревают в интервале температур карбонизации полимерного связующего с одновременным охлаждением металлической части обечайки.2. A method of manufacturing a shell for a shell type shell made of composite material, comprising manufacturing a metal part of a shell reinforced with carbon fiber, characterized in that the carbon part reinforced with a carbon fiber is fabricated, put on a metal part, and the gap between them is filled with a polymer binder by vacuum suction under overpressure of an inert gas and heated in the temperature range of carbonization of the polymer binder with simultaneous cooling of the metal th part of the shell. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что охлаждение металлической части обечайки в зоне воздействия теплового источника ведут газожидкостным потоком на основе азота.3. The method according to claim 2, characterized in that the cooling of the metal part of the shell in the zone of influence of the heat source is carried out by a gas-liquid stream based on nitrogen. 4. Способ изготовления корпуса типа оболочки из композиционного материала, включающий сварку металлических частей обечаек, отличающийся тем, что корпус собирают не менее чем из двух обечаек, на металлическую поверхность сварной зоны между торцовыми основаниями упрочненных углеродным волокном углеродных частей обечаек наносят слой полимерного связующего, на который укладывают упрочненные углеродным волокном углеродные полукольца, заполняют зазоры полимерным связующим и одновременно проводят газодинамическое уплотнение связующего, прогревают для удаления водорода, проводят карбонизацию полимерного связующего в зазоре с одновременным охлаждением внутренней металлической поверхности в зоне воздействия теплового источника, и графитацию связующего с одновременным формированием наружного слоя из карбонитридных соединений титана плазменным факелом, в который подают титановый порошок, а в качестве плазмообразующей среды используют газообразный азот.4. A method of manufacturing a shell type shell made of composite material, including welding of metal parts of the shells, characterized in that the body is assembled of at least two shells, a layer of polymer binder is applied to the metal surface of the welded zone between the end bases of the carbon parts reinforced with carbon fiber shells, which are laid with carbon fiber-reinforced carbon half rings, fill the gaps with a polymer binder and at the same time conduct gas-dynamic compaction of the binder, they are heated to remove hydrogen, the polymer binder is carbonized in the gap with simultaneous cooling of the inner metal surface in the zone of influence of the heat source, and the binder is graphitized with the formation of the outer layer of titanium carbonitride compounds by a plasma torch into which titanium powder is fed, and as a plasma-forming medium, gaseous nitrogen. 5. Устройство для изготовления обечайки для корпуса типа оболочки из композиционного материала, содержащее системы нагрева, вакуумирования и напуска инертного газа, сборную оправку для формирования и монтажа частей обечайки, опорные и фиксирующие кольца, уплотнительные прокладки, установленные на верхние и нижние торцовые площадки обечайки, и полую составную стойку, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом уплотнения торцовых поверхностей металлической и неметаллической частей обечайки, связанным с верхним опорным кольцом, а нижняя часть полой составной стойки заполнена полимерным связующим.5. A device for manufacturing a shell for a shell type shell made of composite material, containing heating, vacuum and inert gas inlet systems, a prefabricated mandrel for forming and mounting parts of the shell, support and fixing rings, gaskets installed on the upper and lower end pads of the shell, and a hollow composite stand, characterized in that it is equipped with a sealing mechanism for the end surfaces of the metal and nonmetallic parts of the shell associated with the upper support ring, and the bottom nn integral part of the hollow rack filled with a polymer binder. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, оно снабжено системой подачи и отвода охлаждающей среды, при этом оправка имеет внутренние полости для прохода охлаждающей среды.6. The device according to claim 5, characterized in that it is provided with a system for supplying and discharging a cooling medium, while the mandrel has internal cavities for the passage of the cooling medium. 7. Устройство для изготовления корпуса типа оболочки из композиционного материала, содержащее стапель с приводами вращения и перемещения, отличающееся тем, что оно снабжено манипулятором с форсункой подачи полимерного связующего и одновременного его газодинамического уплотнения для соединения торцовых упрочненных углеродным волокном углеродных частей обечаек корпуса оболочки, включающей сопло Вентури, подвижный кольцевой нагреватель для нагрева наружной металлической поверхности сварной зоны, подвижный кольцевой охладитель для охлаждения внутренней металлической поверхности сварной зоны и манипулятор с плазменной горелкой, включающей сопло Вентури с отверстиями в корпусе сопла после критического сечения, для подачи в плазменный факел титанового порошка.7. A device for manufacturing a housing such as a shell made of composite material, containing a slipway with rotation and displacement drives, characterized in that it is equipped with a manipulator with a nozzle for supplying a polymer binder and its gas-dynamic seal to connect the carbon fiber reinforced carbon parts of the shell shell shells, including Venturi nozzle, movable ring heater for heating the outer metal surface of the welded zone, movable ring cooler for cool the inner metal surface of a welded zone and a manipulator with a plasma torch, comprising a venturi nozzle holes in the nozzle body after the critical section, for supplying a plasma torch titanium powder.
RU2002132948/02A 2002-12-06 2002-12-06 Composite material, method of manufacture of envelope-like case from this material and devices for realization of this method RU2306364C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002132948/02A RU2306364C2 (en) 2002-12-06 2002-12-06 Composite material, method of manufacture of envelope-like case from this material and devices for realization of this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002132948/02A RU2306364C2 (en) 2002-12-06 2002-12-06 Composite material, method of manufacture of envelope-like case from this material and devices for realization of this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002132948A RU2002132948A (en) 2004-06-27
RU2306364C2 true RU2306364C2 (en) 2007-09-20

Family

ID=38695465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002132948/02A RU2306364C2 (en) 2002-12-06 2002-12-06 Composite material, method of manufacture of envelope-like case from this material and devices for realization of this method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2306364C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113479873A (en) * 2021-07-01 2021-10-08 海城申合科技有限公司 Continuous graphitization and high-temperature carbonization integrated furnace and working method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЧВЕРТКА А.И. и др. Оборудование для электронно-лучевой сварки. - Киев: Наукова думка, 1973, с.46-60. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113479873A (en) * 2021-07-01 2021-10-08 海城申合科技有限公司 Continuous graphitization and high-temperature carbonization integrated furnace and working method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2575824B2 (en) Impregnated carbonization method and apparatus
US2970042A (en) Vessel with replaceable pliable lining
EP0471642A2 (en) Container for encapsulation of workpieces for high pressure processing
US6904755B2 (en) Rocket motor nozzle assemblies having vacuum plasma-sprayed refractory metal shell throat inserts, methods of making, and rocket motors including same
KR20130031796A (en) Hot isotropic pressure device
RU2306364C2 (en) Composite material, method of manufacture of envelope-like case from this material and devices for realization of this method
US20090098004A1 (en) Method for Hot Isostatic Pressing
CN113732284A (en) Target material hot isostatic pressing forming method and equipment
RU2228917C2 (en) A composite material, a method of manufacture of semifinished shell type items out of the material and a device for the method realization
US10436512B1 (en) Base component for a thermoprocessing system, a thermoprocessing system, and a thermoprocessing method
RU2171311C1 (en) Composite material, method of making components, such as shells, and device for carrying it through
RU2421429C2 (en) Composite multilayer materials, methods of making cowling, cut off half-sphere, shell, half-shell and apparatus for realising said methods
JP3845690B2 (en) Fusion reactor vacuum exhaust system
TW200422575A (en) Seal structure of solid feeding screw, and method of producing reduced metal using the seal structure
CN115635216A (en) Ceramic connecting device
RU2665860C2 (en) Method of metalation of bulky blanks in the reactor of the plant for volumetric metalation, the design of the reactor and the method of its manufacturing
KR101210064B1 (en) Vacuum heat treatment apparatus
US20240253119A1 (en) A method for a press apparatus and a related system
CN118650325B (en) Plunger pump cylinder body processing method and system
CN112935509B (en) Large-size titanium alloy bar processing device
RU2522011C1 (en) Method of producing graphitised articles and apparatus for realising said method
JPH0458428B2 (en)
RU2002132948A (en) COMPOSITE MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING A SHELL TYPE AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION FROM IT
RU2008149C1 (en) Body of revolution-type heat exchanger soldering and calibration device
JPH0515956B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131207