| Главная » Статьи » СВАРКА » РЕЗКА МЕТАЛЛА |
Сварка и родственные технологии в космосе
Изучение космического пространства невозможно без создания в космосе крупногабаритных заселенных космических систем, станций и баз, рассчитанных на длительную работу людей. Для создания таких объектов необходимо применять технологии соединения различных космических конструкционных материалов, таких, как алюминий, титан, магний, их сплавы, высоколегированные и жаропрочные стали, электротехнические и новые материалы. Наиболее перспективными технологиями обработки и соединения материалов в космических условиях является сварка , пайка, резка и напыление в вакууме. При использовании в космосе земных технологий сварки и родственных процессов необходимо учитывать особенности космической среды . Основными отличиями космической среды от земного, которые в той или иной степени влияют как на технологические процессы, так и на условия функционирования устройств и деятельности операторов - космонавтов , являются: невесомость ( микрогравитация ), космический вакуум, существование резких светло-теневых границ, повышенная агрессивность космической среды, что обусловлено высокой концентрацией атомарного и ионизированного кислорода, вакуумное ультрафиолетовое излучение Солнца , воздействие на материалы и их соединения протонов и электронов радиационных поясов Земли, а также влияние микрометеоритних частиц естественного и искусственного происхождения . В связи с влиянием градиента гравитационного поля Земли , функционированием различных агрегатов, неравномерным распределением массы космического корабля, вращением его вокруг центра масс и т.п. на космическом корабле никогда не реализуется состояние, когда силы, действующие на объект , равны нулю. Поэтому обычно применяется термин " микрогравитация " , что характеризует состояние объекта , при котором сумма всех сил , действующих на объект , намного меньше , чем на Земле. Это состояние оценивают с помощью коэффициента , который является соотношением ускорения ( в ) , предоставленного телу действующей силой , к ускорению свободного падения на поверхности Земли ( £ 0 ) Коэффициент в в , находится в интервале 10-7 ... 10-5 для объект объектов , свободно движутся в космическом пространстве ,1СГ6 ... 1СГ2 - для объектов , которые закреплены на борту космического корабля , и может кратковременно возрастать до 5- Ю1 при маневрах космического аппарата . Существование микрогравитации приводит к резким изменениям характера протекания физических процессов в жидких и газовых средах и многофазных системах, имеющих жидкую, твердую и газовую фазы. При этом существенно уменьшается гравитационная конвекция и резко увеличивается роль химической и термокапилярнои конвекции , практически полностью отсутствует разделение фаз за счет разности плотности веществ , значительно возрастает влияние сил поверхностного натяжения и адгезии . Тепло-и массообмен в условиях микрогравитации определяются процессами теплопроводности и диффузии. Микрогравитация существенно влияет также на действия оператора - сварщика . Давление остаточной атмосферы в диапазоне высот 250 ... 500 км составляет около 5 * 10 ^ Па . Такое давление широко применяют при сварке и родственных технологиях в земных условиях. Особенность космического вакуума заключается в очень большой ( мгновенной ) скорости удаления газов , образующихся в ходе процесса , и существенной различия состава газовой среды в земной и космической вакууме. Прежде всего, в космическом вакууме очень большое содержание атомарного и ионизированного кислорода. Например , при высоте полета около 260 км в 1 см3 космической атмосферы суммарное количество атомов и ионов кислорода равна ( 2,1 ... 2,5 ) * 109 , а при росте высоты полета до 500 км - ( 0,39 ... 1,7 ) т 08 . Следует учитывать то , что космическое пространство полностью открытым. Поэтому применение способов сварки , в которых используются пары или газы , является проблематичным . За счет большой скорости перемещения космических объектов в открытом космосе возникает определенный градиент давления между лобной и тыльной сторонами корабля . На лобной стороне происходит уплотнение среды , что приводит к росту давления на величину до 102Па от окружающей среды . На тыльной стороне , наоборот пропадает снижение давления на величину до 103 Па . Это явление называется " вакуумная тень " и его также необходимо учитывать при разработке технологий сварки в космосе. Существование в космосе резких светло- теневых границ имеет два проявления и связано с отсутствием густой атмосферы , что затрудняет процессы теплообмена . При вращении вокруг Земли космические объекты за один оборот дважды переходят из освещенной Солнцем зоны в теневой и наоборот. При этом на освещенной Солнцем стороне космического аппарата поверхность может нагреваться до 150 ° С , а иногда и больше , в то время как на теневой поверхности температура может снижаться до -120 ° С. Близко расположенные освещенные и теневые поверхности могут иметь большой градиент температур , поскольку теплообмен происходит только за счет излучения с поверхности и теплопроводности материала. Систематическое термоциклирования сварных конструкций при вращении вокруг Земли сопровождается термо где формациями и термическими напряжениями, может существенно влиять на продолжительность эксплуатации космических объектов в открытом космосе. Повышенная агрессивность космической среды связана с высоким содержанием в космическом вакууме атомов и ионов кислорода, что приводит к повышению концентрации растворенного кислорода в металле. Это может существенно ухудшить свойства сварного соединения. Еще больше влияет кислород на материалы , которые находятся в паровой фазе в процессе нанесения покрытия. Процессы окисления существенно ускоряются под действием ультрафиолетового излучения Солнца. При этом происходит интенсивное коррозионное разрушение поверхности в качестве основного материала, так и сварных и паяных соединений . Следует отметить также влияние на материалы микрочастиц природного происхождения , таких, как микрометеоритний и космическая пыль . Эти частицы имеют большую кинетическую энергию , которая при их встрече с поверхностью космических аппаратов превращается в тепловую и механическую. | |
| Просмотров: 581 | | |