Сварка топливного бака ракеты-носителя семейства "Анагара"

Метод позволяет  выявить непровары и трещины с раскрытием >0.1 мм. Однако необходимо, чтобы направление плоскости дефектов совпадало с направлением излучения, иначе выявление дефектов минимального размера не гарантированно. Глубину залегания дефектов и их размер в направлении просвечивания определить нельзя.

В рассматриваемом  технологическом процессе применяется  рентгеновский аппарат РУП-120 и  рентгеновскую плёнку плёнку РТ-5 с чувствительностью 3*p¹ и коэффициентом контрастности 4; размер листа 75х400 мм.

Фокусное  расстояние рентгеновской трубки от поверхности кассеты с плёнкой  на практике 100…1000 мм. Максимальная длина  просвечиваемого участка за одну экспозицию составляет 0.7 F. Длина плёнки должна обеспечивать отсутствие возможных пропусков на стыках изображения просвечиваемых участков изделия (размер стыков должен быть не менее 20 мм каждый). Ширина плёнки должна обеспечивать получение изображения шва сварного соединения и прилегающих к нему участков с каждой стороны шириной не менее 5 мм.

Таким образом нам потребуется разделить шов на количество участков, равное

 

 участка

 

При контроле конструкции делают два и более снимков сварного шва.

Перед просвечиванием сварной шов делят на участки в соответствии с картой рентгеноконтроля. На каждом из них устанавливают ограничительные метки, эталоны чувствительности и маркировочные знаки, изготовленные из свинца, сплава ЛН или других материалов, обеспечивающих чёткое изображение информации на снимке контролируемого изделия. Ограничительные метки помещают на расстоянии не менее, чем 3…4 мм от сварного шва; эталоны чувствительности - на расстоянии 6.7 мм от шва (канавчатые и пластинчатые эталоны) или непосредственно на шов (проволочные эталоны); маркировочные знаки-на расстоянии 20-25 мм от шва. Эталоны чувствительности предпочтительнее устанавливать со стороны источника излучения. Одну сторону кассеты с рентгеновской плёнкой плотно прижимают к стенке контролируемого изделия, а с другой её стороны устанавливают листовой свинец толщиной 1,5 мм. Крепление меток, эталонов, знаков и кассет осуществляют липкими лентами. Время экспозиции 2 минуты или 120 секунд

1.5.2.2 Испытания  на прочность

Режим испытаний  корпуса бака на прочность обычно приближен к реальным условиям эксплуатации (характер действующих нагрузок, имитация рабочей и окружающей среды, а также реальных положений бака во время эксплуатации) с целью исследования процессов заправки и опорожнения, действия наддува, влияния гидроудара. Прочностные испытания проводят нагружением баков внутренним избыточным давлением Pисп, значение которого зависит от рабочего давления в баке в процессе его эксплуатации Pраб, т.е. определяется с помощью принятого расчётного коэффициента безопасности;

 

Pисп=η*Pраб

 

Где η-коэффициент безопасности.

 

В нашем  случае ppaб=24.43 атм η=1.25, тогда pисп=36.65 атм.

 

При больших  внутренних объёмах изделия условия  его испытаний достаточно сложные, так как связаны с выполнением  требований по эксплуатации испытательных  установок и по технике безопасности проводимых работ. Стенды для испытаний на прочность рассчитываются с коэффициентом безопасности >4/

В качестве рабочей среды для нагружения бака внутренним давлением применяется жидкость, которая в силу своей несжимаемости позволяет избежать опасного накопления энергии. Применение воды в качестве рабочей жидкости удовлетворяет требованиям стандартов, условиям пожаровзрывобезопасности и нетоксичности. Для придания воде антикоррозионных свойств в ней растворяют 0.02-0.05 % двухромовокислого калия, получая так называемый раствор хромопика.

Суть  испытаний баков на прочность-создание в них избыточного давления воды Pисп за указанное время. При этом давление не должно превышать 2% от начального. После сброса давления изделие считается успешно прошедшим прочностные испытания. Кроме того оно не должно иметь видимых отклонений формы (например, вспучиваний стенки, поверхностных трещин и следов отпотевания стенки, фиксируемых визуально или отпечатком на фильтровальной бумаге).

При испытаниях поддерживают нормальную температуру (20±5ºС) и относительную влажность (до 80%). Визуальный осмотр наружной поверхности бака может быть произведён как после окончания цикла нагружения давлением, так и в период самих испытаний. В последнем случае, после создания в изделии максимального испытательного давления и выдержки его в течении заданного времени, снижают уровень давления вдвое (0.5 от Рисп), если в технологической карте нет других указаний о выдерживаемом давлении и проводят визуальный осмотр при простукивании корпуса бака резиновым молотком, после чего давление сбрасывают. Испытания считаются оконченными.

Перед началом  испытаний изделию придают положение, наиболее полно отвечающее его конструктивным особенностям. Цилиндрические баки ставят вертикально.

При испытании  на прочность давление поддерживают с точностью ±1-2%. Класс точности применяемых манометров не более 1.5 Шкала манометра должна быть рассчитана не более, чем на 3-х кратное значение измеряемого параметра.

Значение  остаточной деформации определяют путём замеров начального, максимального и конечного объёмов жидкости. Разность между конечным Vк и начальным V0 объёмами (значение, характеризующее остаточную деформацию) должна составлять не более 1% от разности между максимальным Vм и конечным Vк объёмами (значение, характеризующее упругую деформацию):

Остаточные  деформации бака после гидроиспытаний могут быть замерены методом мерной ленты или курвиметром.

1.5.2.3 Испытания  на герметичность

Испытания на герметичность проводятся после  испытания изделия на прочность, если последние имели положительный результат. Место испытаний на герметичность в технологической цепочке производства емкостной конструкции обусловлено также некоторыми другими необходимыми операциями: до проведения испытаний на герметичность не наносятся химические, гальванические, лакокрасочные, теплозащитные и другие покрытия. Вместе с тем перед испытаниями на герметичность предусматриваются операции, позволяющие создать более благоприятные условия для выявления дефектов герметичности (или течей). Такими операциями являются очистка полостей и поверхностей изделия от механических и жировых загрязнений (продувки сжатым воздухом, промывки моющими составами, травление в химических реагентах, обезжиривание органическими растворителями или парами активных сред), а также сушка материала стенок изделия с целью удаления влаги, которая, закупоривая течи, затрудняет их выявление при испытаниях.

Норма герметичности  испытываемой конструкции выражается через поток Q контрольной среды через течи, создающий в объеме V [м3] изделия падение или повышение давления на 1 Па за время t [сек]:

 

, [Вт]

 

Норма герметичности  для разрабатываемого топливного бака, вследствие того, что он представляет собой тонкостенную емкость значительного объема, не должна превышать 10-7-10-8 Вт. С целью поиска течей и их устранения на более ранних этапах технологического процесса производства бака осуществляется контроль локальной герметичности сборочных единиц, входящих в состав бака, и отдельных мест (сварные швы, разъемы и т.д.). Для реализации установленных норм герметичности используются различные методы испытаний на герметичность.

Все методы предусматривают нагружение испытываемой емкости внутренним избыточным давлением газа. Контрольный газ должен содержать не более допустимого количества механических примесей и влаги, для чего его подвергают очистке и сушке (обычно до точки росы не выше - 250С). Кроме того, контрольный газ должен быть нетоксичным, химически инертным, экологически чистым, пожаро- и взрывобезопасным, не конденсироваться при температурах и давлениях испытаний, а также обладать низкой стоимостью.

Несмотря  на то, что топливный бак в процессе эксплуатации контактирует с жидкостью, испытания проводятся газами, вязкость которых во много раз меньше вязкостей жидкостей, что открывает возможности надежного выявления более мелких течей и при более простых технологических требованиях к режимам проведения испытаний (уровень давлений, время регистрации утечек и т.п.).

Время выдержки под давлением при испытаниях на герметичность принимается равным 10 мин, если оно не оговорено особо в технологической документации на изделие (но это время не может быть менее 1 мин). Для осмотра изделия и обнаружения мест негерметичности предусматривается в режиме нагружения сброс давления на 10.20% от испытательного.

Для разрабатываемого технологического процесса в качестве способа Испытания проводят методом "щупа" по ОСТ 92-1527-79 воздушно-гелиевой смесью с концентрацией гелия 30) % при внутреннем избыточном давлении. Течи по гелию более 1x10-7Вт не допускаются.

1.5.2.3.1 Расчёт  параметров испытаний на герметичность

Согласно  техническим требованиям в баке объемом V =44,7 м3, заполненном газом при рабочем давлении ppaб=24.43 атм. допускается в течение времени хранения (работы) t = 1 год = 3.11∙107 падение давления, не превышающее р=0,1 атм=7,6∙10^4.

. Определение  максимально допускаемого значения  суммарной утечки (степень герметичности).

Согласно формуле

 

 

Примем, что  определение суммарной утечки производится в литрах, при давлении мк рт. ст., за время, выражаемое в секундах, т.е.

Qбака= 0,583 л∙мк/сек

В этом случае на чертеже отсека или в технических  условиях на отсек следует указать: степень герметичности (суммарная  утечка) не выше Qбака= 0.321 л∙мк/сек

2. Определение  степени герметичности участка  (местной утечки)

В данном случае предположим, что утечка газа возможна только через сварные швы, при этом длина сварного шва

L = 9106 мм, ширина сварного шва b = 4 мм.

В нашем  конкретном случае F - площадь сварного шва, а площадь участка разового замера f=100 мм2

 

, ,

 

В этом случае на чертеже отсека или в технических  условиях на отсек следует указать: степень герметичности участка  сварного шва размером в 1 см2 (местная утечка) не должна превышать Qуч=1.6∙10-3 л∙мк рт. ст. /се

. Выбор способа проверки местной утечки (герметичности) согласно требованиям и определение основных параметров процесса проверки.

По номограмме определим способ проверки герметичности. Примем, что проверка герметичности (местной утечки) производится масс-спектрометрическим методом, способом при атмосферном давлении (способ щупа) в статическом режиме с площадью насадки щупа (площадь участка разового замера) см2. Давление испытания принимаем равным рабочему:

 

pисп = ppaб=24.43 атм.

 

По таблице  определим рекомендуемое в этом случае содержание гелия в контрольном  веществе. Принимаем 20% -ное содержание гелия в смеси (80% воздуха). Так как количество гелия в смеси 20%, то чувствительность проверки (к потоку гелия) должна быть увеличена в 5 раз, т.е. чувствительность испытания должна быть не менее Qуч=3.2∙10-4 л∙мк рт. ст. /сек. В этом случае в директивной технологии на проверку герметичности отсека следует записать: "Проверить герметичность отсека масс-спектрометрическим методом, способом при атмосферном давлении (способ щупа) в статическом режиме с площадью насадки щупа см2 при давлении ppaб=24.43 атм. воздушно-гелиевой смесью (20 + 2% гелия, остальное воздух) с помощью течеискателя ПТИ-7. Течи с потоком по гелию Qуч=3.2∙10-4 л∙мк рт. ст. /сек и более не допускаются.

Расчет  парциального давления, до которого необходимо заполнить отсек гелием.

 

 

После заполнения гелием до давления заполнить отсек воздухом до давления испытания и проверить концентрацию гелия в отсеке.

1.5.3 Проектирование  технологического процесса сборки-сварки  корпуса бака

Технологический процесс разработан на основании  конструкторской документации. Перед началом изготовления изделия рабочие места и оборудование, приспособления и инструмент, а также транспортные средства должны быть очищены от механических загрязнений, влаги и масла. Рабочий персонал и другие работники, производящие работу с изделием, должны быть в чистой спецодежде.

Перед началом  сварки рабочий обязан предъявить оборудование и приспособление на чистоту БТК. Режимы сварки предварительно отработаны на технологических образцах. Перед  началом проведения нового объёма работ проверяется наличие оформленных документов на окончание и приёмку предыдущих работ. При сборочно-сварочных работах должны быть установлены заглушки, замаркированные номером чертежа фланца, на который она ставится и индивидуальным номером заглушки.

При перемещении изделия по цеху расстояние между изделием и организационной оснасткой должно быть не менее одного метра. При работе на стремянках обеспечивается их неподвижность путём застопоривания колёс. Опоры, ложементы, траверсы должны обеспечивать предохранение от царапин и следов крепления. При выполнении работы на корпусах необходимо, чтобы корпуса были заземлены.

Установка люнета на сборочно-сварочный стапель  производится перед монтажом обечайки корпуса бака на разжимное устройство задней бабки станка, после подвода люнета под обечайку ролики люнета выставляются в нулевое положение с целью контроля по рискам на люнете; перемещения люнета вдоль корпуса производится только при зафиксированных торцах бака в корзинах сварной установки. Для предохранения полости корпуса от попадания посторонних предметов, пыли и др. после окончания работ производится установка заглушек на платы корпуса. При работе с корпусом, покрытым анодной плёнкой, требуется соблюдать особую осторожность в целях предотвращения повреждения покрытия, а именно:

• перед сборкой корпуса проверяется технологическая оснастка на предмет отсутствия забоин и царапин на соприкасаемой с корпусом поверхностью (сварочные, калибровочные кольца);
• перед выполнением работ внутри корпуса проверяется состояние технологической одежды и инструмента;
• на зону покрытия запрещается становиться ногами без специальной обуви, а также класть инструменты и детали;
• до и после выполнения сменно-суточного задания мастер и БТК производят контроль зоны работ внутри корпуса.