Сварка в космосе реферат
Обновлено: 08.07.2024
В конце 50-х годов нашего столетия родилась новая отрасль человеческой деятельности — космонавтика. Об этом на весь мир возвестили сигналы первого советского спутника Земли, утвердив тем самым ведущую роль нашей страны в освоении космического пространства.
Космонавтика поставила широкий круг задач и перед сварщиками: потребовалось в корне пересмотреть и усовершенствовать многие технологические процессы, создать технологию сварки специальных легких и жаропрочных сплавов, разработать и освоить изготовление высоконадежного автоматизированного сварочного оборудования. А в начале 60-х годов по инициативе главного конструктора ракетно-космических систем академика С. П. Королева была поставлена принципиально новая задача — исследовать возможность выполнения сварки непосредственно в космосе. Решение этой задачи было поручено Институту электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. К исследованиям были привлечены ведущие коллективы института, руководимые Д. А. Дудко, И. К. Походной, В. К. Лебедевым, Б. А. Мовчаном, В. Е. Патоном, О. К. Назаренко. Научным руководителем всего комплекса исследований являлся академик Б. Е. Патон.
1. История сварки в космосе
При проведении исследований предполагалось, что сварка в космосе будет использоваться в основном для выполнения следующих работ:
а) ремонт космических кораблей, орбитальных станций и различных металлоконструкций, находящихся в космическом полете или на Луне и других планетах;
б) сборка и монтаж металлоконструкций, находящихся в орбитальном полете или расположенных на поверхности Луны и других планет.
Необходимо было разработать технику и технологию выполнения сварочных работ в принципиально новой для человека среде — космическом пространстве, основными отличиями которого являются:
2) глубокий вакуум при высокой скорости откачки (диффузии) газов и паров,
3) широкий интервал температур, при которых может находиться свариваемое изделие (ориентировочно от 180 до 400 К).
Следовало учитывать и ряд дополнительных неблагоприятных факторов, которые оказывают отрицательное воздействие на качество свариваемых соединений (крайне ограниченная подвижность оператора в открытом космосе, сложность фиксации и ориентации, наличие различного рода излучений и т. п.).
Приступая к выполнению поставленной задачи, прежде всего, предстояло из всего многообразия существующих способов сварки выбрать наиболее перспективные в отношении возможности их использования в столь необычных условиях. При этом руководствовались специфически сварочными критериями оценки (универсальность, технологичность, простота, возможность выполнения резки), а также критериями, принятыми для космического оборудования (высокая надежность, безопасность, малая энергоемкость, минимальные масса и объем и т. п. На первых этапах исследований были отобраны следующие способы сварки: электронно-лучевая, дуговая плавящимся электродом, плазменная, контактная, холодная и диффузионная.
Накопленный на Земле опыт позволил сделать вывод, что такие способы сварки, как диффузионная, холодная и контактная, не связанные с наличием газов в зоне сварки, с интенсивным нагревом и расплавлением большого объема металла, могут быть вполне работоспособными в условиях космического вакуума и невесомости. Поэтому использование их в космосе не потребует проведения каких-либо специальных исследований.
Однако область применения этих способов ограничена их малой универсальностью и необходимостью тщательной подготовки и подгонки свариваемых поверхностей. В то же время такие достаточно универсальные и эффективные способы сварки, как электронно-лучевая, плазменная и дуговая, отличаются относительно большим объемом расплавляемого металла и выделением в зоне сварки различных газов и паров, что делает их применение в космосе проблематичным. Поэтому перед использованием этих способов необходимо было провести тщательные исследования в условиях, имитирующих космические.
Впервые такие исследования были выполнены в 1965 г. на летающей лаборатории ТУ-104, позволяющей кратковременно (до 25—30 с) воспроизводить состояние невесомости. Для проведения исследований был создан комплекс оборудования А-1084, состоящий из ряда вакуумных камер, механических форвакуумных и сорбционно-геттерных высоковакуумных насосов, регистрирующих приборов (обычные и скоростные кинокамеры, осциллографы) и аппаратуры управления. Весь комплекс оборудования размещался в салоне летающей лаборатории (рис. 1).
На крышках каждой из камер могли устанавливаться автоматические устройства для сварки различными методами —
электронным лучом, сжатой дугой низкого давления и дугой с плавящимся электродом.
Поскольку в конструкциях космических объектов, как правило, не используется металл большой толщины, мощность этих сварочных устройств не превышала 1,5 кВт. Проведенные исследования позволили выявить наиболее характерные особенности сварки в условиях невесомости и вакуума. Вкратце они сводятся к следующему .
Рис. 1. Размещение сварочного оборудования в салоне летающей лаборатории ТУ 104
При электронно-лучевой сварке и резке давление пучка и реактивное давление паров металла стремятся вытеснить жидкую ванночку из зоны плавления. Поэтому очень важно было установить, сможет ли расплавленный металл удерживаться в шве или в полости реза при работе в невесомости. Эксперименты показали, что величина силы поверхностного натяжения при электронно-лучевой сварке вполне достаточна для надежного удержания металла и нормального формирования шва. Так же надежно выполнялась и резка. Причем расплавленный металл не удалялся из полости реза в виде капель, чего можно было опасаться, а локализовался на кромках разрезаемых листов.
Значительные трудности пришлось преодолеть при сварке сжатой дугой низкого давления плавящимся и неплавящимся электродами. Необходимо было разработать надежные методы контрагирования плазмы дуги в глубоком вакууме при высокой скорости откачки и приемы активного управления плавлением и переносом электродного металла в невесомости. Дело в том, что дуговые процессы при низком давлении связаны со значительной расфокусировкой дуги и, как следствие, с резким уменьшением ее проплавляющей способности, а расплавляемый в невесомости электродный металл переходит в шов в виде капель чрезвычайно большого размера. Поэтому исследователям пришлось уделить большое внимание разработке специальных способов и устройств для фокусировки дуги и плазмы в вакууме, а также поискам путей эффективного управления плавлением и переносом электродного металла.
Эксперименты на летающей лаборатории помогли решить и эти задачи. Тем самым были созданы предпосылки для проведения сварочных работ непосредственно в космосе.
Выполненный в космосе эксперимент подтвердил сделанные ранее основные предположения и результаты исследований, полученные на летающей лаборатории. Было показано, что непосредственно в космосе процессы плавления, сварки и резки электронным лучом протекают стабильно; обеспечиваются необходимые условия для нормального формирования сварных соединений и резов.
Таким образом, к началу 70-х годов вопрос о принципиальной возможности выполнения автоматической сварки в космосе был решен положительно. В то же время существовала большая категория работ, в том числе почти все виды ремонта, которые практически не могли бы быть выполнены с использованием автоматической сварки. Поэтому весьма актуальной представлялась задача по исследованию возможности выполнения ручной сварки в космосе. Причем были веские основания опасаться, что космонавт-оператор, снаряженный в космический скафандр под значительным избыточным давлением, из-за крайне ограниченной подвижности не сможет качественно выполнять такой профессионально сложный процесс, как сварка. Задача осложнялась еще и необходимостью обеспечения полной безопасности оператора.
Все сказанное заставило на первоначальных этапах отказаться от работы в космическом скафандре непосредственно в вакууме. Было найдено компромиссное решение. Для проведения исследований по ручной сварке в условиях, максимально приближенных к космическим, Институтом электросварки им. Е. О. Патона в 1972 г. разработан специальный испытательный стенд 06-1469 (рис. 3).
Рис. 3. Стенд тренажер для исследования ручной сварки в условиях, имитирующих космические
Стенд представлял собой герметичную рабочую камеру объемом около 0,8 м3, на передней стенке которой монтировался специальный фрагмент космического скафандра. Между фрагментом и камерой мог создаваться требуемый перепад давления, наиболее полно воспроизводящий реальные условия работы космонавта. Внутри рабочей камеры размещались инструменты и ручные сварочные устройства. Остекление гермошлема скафандра снабжалось набором сменных светофильтров, позволяющих работать с источниками нагрева различной яркости. Наиболее важным конструктивным преимуществом стенда являлось надежное обеспечение безопасности оператора при случайных разгерметизациях, что обеспечивало благоприятную психологическую обстановку при работе с высокотемпературными объектами. Большое значение имели также возможность свободного медико-биологического контроля за состоянием оператора и удобство проведения различных эргономических исследований.
Одновременно со стендом в Институте электросварки им. Е. О. Патона разработан комплекс специальных космических инструментов А-1500, позволяющих выполнять сварку различными способами. Вначале эксперименты проводились в наземных лабораториях, причем в этом случае рабочая камера обычно заполнялась инертным или углекислым газом.
На более поздних этапах исследования были перенесены на летающую лабораторию и в вакуум. Эксперименты не подтвердили высказанных выше опасений. Напротив, оказалось, что после определенной непродолжительной тренировки операторы (даже не профессиональные сварщики) могли качественно выполнять ручную сварку различных сварных соединений — стыковых, угловых, нахлесточных — на таких металлах, как нержавеющие стали, алюминиевые и титановые сплавы. Выяснилось также, что при дуговой сварке в инертном газе плавящимся электродом при невесомости опасность прожогов значительно меньше, чем на Земле. Это было объяснено специфическими условиями существования сварочной ванны при отсутствии силы тяжести.
Такие обнадеживающие результаты позволили сделать попытку выполнить вручную и электронно-лучевую сварку — процесс, отличающийся очень высокой концентрацией тепловой энергии в пятне нагрева. Для этой цели разработана специальная ручная электронная пушка (рис. 4), которая позволила с использованием стенда 06-1469 успешно провести ряд экспериментов по ручной электронно-лучевой сварке. Эксперименты показали, что этот способ имеет большие потенциальные возможности для применения его в космических условиях.
Работа в открытом космосе предъявляет очень высокие требования к эргономическим аспектам конструирования сварочного оборудования, в особенности для ручной сварки. В этом направлении Институтом электросварки и Центром подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина в 1972—1977 гг. выполнен ряд важных экспериментальных исследований. В эти же годы продолжались и технологические исследования, касающиеся, в частности, отработки технологии сварки наиболее перспективных для космического аппаратостроения алюминиевых сплавов. Был обнаружен ряд характерных особенностей сварки этих сплавов в условиях невесомости. Предприняты попытки изыскать меры борьбы с повышенной пористостью.
Рис. 4. Электронная пушка для ручной сварки
Следует отметить, что на протяжении 70-х годов работы по сварке в космосе проводились широким фронтом. Было предложено использовать в космических условиях ряд новых перспективных способов сварки, таких, например, как гелиосварка, магнитоимпульсная сварка, сварка взрывом, экзотермическая сварка и пайка и т. п. Кроме Института электросварки, в проведение исследований включились Институт проблем материаловедения АН УССР, МВТУ им. Н. Э. Баумана, Московский авиационный институт им. С. Орджоникидзе, Институт металлургии им. А. А. Байкова АН СССР, Институт космических исследований АН СССР и др. Это способствует ускоренному решению проблем, стоящих перед сварщиками, работающими в области космических исследований.
2. Методы и способы сварки в космосе
2.1 Плазменная сварка
Один из перспективных способов сварки - плазменная сварка - производится плазменной горелкой. Сущность этого способа сварки состоит в том, что дуга горит между вольфрамовым электродом и изделием и продувается потоком газа, в результате чего образуется плазма, используемая для высокотемпературного нагрева металла. Перспективная разновидность плазменной сварки - сварка сжатой дугой (газы столба дуги, проходя через калиброванный канал сопла горелки, вытягиваются в тонкую струю). При сжатии дуги меняются её свойства: значительно повышается напряжение дуги, резко возрастает температура (до 20000-30000 С). Плазменная сварка получила промышленное применение для соединения тугоплавких металлов, причём автоматы и полуавтоматы для дуговой сварки легко могут быть приспособлены для плазменной при соответствующей замене горелки. Плазменную сварку используют как для соединения металлов больших толщин (многослойная сварка с защитой аргоном), так и для соединения пластин и проволоки толщиной от десятков мкм до 1 мм (микросварка, сварка. игольчатой дугой). Плазменной струей можно осуществлять также др. виды плазменной обработки, в том числе плазменную резку металлов.
2.2 Электронно-лучевая (электронная) сварка
Электронно-лучевая (электронная) сварка производится сфокусированным потоком электронов. Изделие помещается в камеру, в которой поддерживается вакуум (10-2-10-4 н/м2), необходимый для свободного движения электронов и сохранения концентрированного пучка электронов. От мощного источника электронов (электронной пушки) на изделие направляется управляемый электронный луч, фокусируемый магнитным и электростатическими полями. Концентрация энергии в сфокусированном пятне до 109 вт/см2. Перемещая луч по линии сварки , можно сваривать швы любой конфигурации при высокой скорости. Вакуум способствует меньшему окислению металла шва. Электронный луч плавит и доводит до кипения практически все металлы и используется не только для сварки , но и для резки, сверления отверстий и т. п. Скорость сварки этим способом в 1,5- 2 раза превышает скорость дуговой при аналогичных операциях. Недостаток этого способа - большие затраты на создание вакуума и необходимость высокого напряжения для обеспечения достаточно мощного излучения. Этих недостатков лишён др. способ лучевой сварки - фотонная (световая) сварка. В отличие от электронного луча, световой луч может проходить значительные расстояния в воздухе, не теряя заметно энергии (т. е. отпадает необходимость в вакууме), может почти без ослабления просвечивать прозрачные материалы (стекло, кварц и т. п.), т. е. обеспечивается стерильность зоны сварки при пропускании луча через прозрачную оболочку. Луч фокусируется зеркалом и концентрируется оптической системой (например, кварцевой линзой). При потребляемой мощности 50 квт в луче удаётся сконцентрировать около 15 квт.
Для создания светового луча может служить не только искусственный источник света, но и естественный - Солнце. Этот способ сварки , называется гелиосваркой, применяется в условиях значительной солнечной радиации, Для сварки используется также излучение оптических квантовых генераторов - лазеров, Лазерная сварка занимает видное место в лазерной технологии.
Отметим важную сторону проводимых исследований по сварке в космосе: разработанные для космических условий малогабаритные высоконадежные сварочные установки, например для электронно-лучевой сварки или сварки сжатой дугой низкого давления, все чаще находят применение в промышленности на Земле.
Учёные Технологического института штата Джорджия заявляют, что радиоволны можно использовать для изменения формы массивных конструкций и их сварки в космосе. Ранее учёными была доказана возможность управлять мельчайшими частицами вещества с помощью звуковых и световых волн, и, судя по всему, эта же технология должна сработать и для больших кусков твёрдых веществ.
1. Бернадский В.Н. (в соавторстве с Патоном Б.Е., Дудко Д.А., Загребельным А.А., Лапчинским В.Ф.). О возможности ручной электронно-лучевой сварки в космосе//Космическое материаловедение и технологии.-1977.- "НАУКА" - М. - с. 17-22.
2. Бондарев А.А., Лапчинский В.Ф. ,Лозовская А.В. и др. Исследование структуры и распределения элементов в сварных соединениях, выполненных электронным лучом на сплавах 1201 и Ам-Г6 в условиях невесомости.- М.: Наука, 1978.
3. Загребельный А.А., Цыганков О.С. Сварка в космосе // Сварочное производство -№12 2002
4. Патон Б.Е., Дудко Д.А., Бернадский В.Н. Применение сварки для ремонта сварных космических объектов. - Киев: Наук.думка, 1976.
5. Патон Б.Е., Кубасов В.Н. Эксперимент по сварке в космосе. // Автомат. Сварка, 1970, №5.
6. Патон Б.Е., Патон В.Е., Дудко Д.А. и др. Космические исследования на Украине. –Киев: Наук.думка, 1973.
В конце 50-х годов нашего столетия родилась новая отрасль человеческой деятельности — космонавтика. Об этом на весь мир возвестили сигналы первого советского спутника Земли, утвердив тем самым ведущую роль нашей страны в освоении космического пространства.
Космонавтика поставила широкий круг задач и перед сварщиками: потребовалось в корне пересмотреть и усовершенствовать многие технологические процессы, создать технологию сварки специальных легких и жаропрочных сплавов, разработать и освоить изготовление высоконадежного автоматизированного сварочного оборудования. А в начале 60-х годов по инициативе главного конструктора ракетно-космических систем академика С. П. Королева была поставлена принципиально новая задача — исследовать возможность выполнения сварки непосредственно в космосе. Решение этой задачи было поручено Институту электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. К исследованиям были привлечены ведущие коллективы института, руководимые Д. А. Дудко, И. К. Походной, В. К. Лебедевым, Б. А. Мовчаном, В. Е. Патоном, О. К. Назаренко. Научным руководителем всего комплекса исследований являлся академик Б. Е. Патон.
1. История сварки в космосе
При проведении исследований предполагалось, что сварка в космосе будет использоваться в основном для выполнения следующих работ:
а) ремонт космических кораблей, орбитальных станций и различных металлоконструкций, находящихся в космическом полете или на Луне и других планетах;
б) сборка и монтаж металлоконструкций, находящихся в орбитальном полете или расположенных на поверхности Луны и других планет.
Необходимо было разработать технику и технологию выполнения сварочных работ в принципиально новой для человека среде — космическом пространстве, основными отличиями которого являются:
2) глубокий вакуум при высокой скорости откачки (диффузии) газов и паров,
3) широкий интервал температур, при которых может находиться свариваемое изделие (ориентировочно от 180 до 400 К).
Следовало учитывать и ряд дополнительных неблагоприятных факторов, которые оказывают отрицательное воздействие на качество свариваемых соединений (крайне ограниченная подвижность оператора в открытом космосе, сложность фиксации и ориентации, наличие различного рода излучений и т. п.).
Приступая к выполнению поставленной задачи, прежде всего, предстояло из всего многообразия существующих способов сварки выбрать наиболее перспективные в отношении возможности их использования в столь необычных условиях. При этом руководствовались специфически сварочными критериями оценки (универсальность, технологичность, простота, возможность выполнения резки), а также критериями, принятыми для космического оборудования (высокая надежность, безопасность, малая энергоемкость, минимальные масса и объем и т. п. На первых этапах исследований были отобраны следующие способы сварки: электронно-лучевая, дуговая плавящимся электродом, плазменная, контактная, холодная и диффузионная.
Накопленный на Земле опыт позволил сделать вывод, что такие способы сварки, как диффузионная, холодная и контактная, не связанные с наличием газов в зоне сварки, с интенсивным нагревом и расплавлением большого объема металла, могут быть вполне работоспособными в условиях космического вакуума и невесомости. Поэтому использование их в космосе не потребует проведения каких-либо специальных исследований.
Однако область применения этих способов ограничена их малой универсальностью и необходимостью тщательной подготовки и подгонки свариваемых поверхностей. В то же время такие достаточно универсальные и эффективные способы сварки, как электронно-лучевая, плазменная и дуговая, отличаются относительно большим объемом расплавляемого металла и выделением в зоне сварки различных газов и паров, что делает их применение в космосе проблематичным. Поэтому перед использованием этих способов необходимо было провести тщательные исследования в условиях, имитирующих космические.
Впервые такие исследования были выполнены в 1965 г. на летающей лаборатории ТУ-104, позволяющей кратковременно (до 25—30 с) воспроизводить состояние невесомости. Для проведения исследований был создан комплекс оборудования А-1084, состоящий из ряда вакуумных камер, механических форвакуумных и сорбционно-геттерных высоковакуумных насосов, регистрирующих приборов (обычные и скоростные кинокамеры, осциллографы) и аппаратуры управления. Весь комплекс оборудования размещался в салоне летающей лаборатории (рис. 1).
На крышках каждой из камер могли устанавливаться автоматические устройства для сварки различными методами —
электронным лучом, сжатой дугой низкого давления и дугой с плавящимся электродом.
Поскольку в конструкциях космических объектов, как правило, не используется металл большой толщины, мощность этих сварочных устройств не превышала 1,5 кВт. Проведенные исследования позволили выявить наиболее характерные особенности сварки в условиях невесомости и вакуума. Вкратце они сводятся к следующему .
Рис. 1. Размещение сварочного оборудования в салоне летающей лаборатории ТУ 104
При электронно-лучевой сварке и резке давление пучка и реактивное давление паров металла стремятся вытеснить жидкую ванночку из зоны плавления. Поэтому очень важно было установить, сможет ли расплавленный металл удерживаться в шве или в полости реза при работе в невесомости. Эксперименты показали, что величина силы поверхностного натяжения при электронно-лучевой сварке вполне достаточна для надежного удержания металла и нормального формирования шва. Так же надежно выполнялась и резка. Причем расплавленный металл не удалялся из полости реза в виде капель, чего можно было опасаться, а локализовался на кромках разрезаемых листов.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Выполнил: Сайдалиев Мардон Группа 34 Руководитель: Исманов Эдуард Тургунбекович Исследовательская работа
Основополагающий вопрос: какие виды сварки наиболее эффективны в космосе? Цели и задачи: ознакомиться с принципами сварки на земле, лично освоить технологию сварки, изучить способы и оборудование для сварки в космосе, сделать собственные выводы
Актуальность: космос – самая активно развивающаяся часть науки и технологий, двадцать пять лет назад впервые в истории именно советские космонавты провели электросварку в открытом космосе
Рассмотрим два способа сварки: Электродуговую Плазменную
Электродуговая сварка Главная роль дугового разряда - преобразование электрической энергии в теплоту. При температуре около 5500 ° С газ в разряде представляет собой смесь ионизированных частиц.
Плазменная сварка это сварка плавлением, при которой нагрев кромок деталей, которые необходимо соединить, происходит за счет тепла потока плазмы, образованной дуговым разрядом и направленной на детали через сопло.
СВАРКА В КОСМОСЕ Работа по изобретению сварочного аппарата для сварки и резки в условиях космоса началась в 50-х годах по инициативе С. П. Королева, так как возникла необходимость проводить ремонт и техническое обслуживание космического корабля непосредственно в космосе.
Требования предъявляемые к сварочному аппарату в космосе: - универсальность; - возможность выполнения резки материалов; - высокая надежность; - возможность автоматизации; - работоспособность в вакууме и невесомости.
25 июля 1984 г. космонавты В. Джанибеков и С. Савицкая вышли в открытый космос и в течении 3 часов осуществляли первую космическую сварку
Перед началом сварочного процесса я составил схематический чертеж Этапы создания макета космической ракеты
Я делаю первую в своей жизни сварку
Смотреть на сварку без специальной маски очень опасно!
Результат еще не достигнут
Окончательный результат моих усилий
В ходе этой работы я освоил основы процесса сварки в земных условиях, то есть в условиях действия силы земного притяжения. Я понял, что на самом деле с виду кажущийся простым процесс сварки очень трудоемок и сложен в техническом и физическом исполнении.
- подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- по всем предметам 1-11 классов
Курс повышения квалификации
Охрана труда
- Сейчас обучается 124 человека из 45 регионов
Курс профессиональной переподготовки
Охрана труда
Курс профессиональной переподготовки
Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе
- ЗП до 91 000 руб.
- Гибкий график
- Удаленная работа
Дистанционные курсы для педагогов
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
5 595 641 материал в базе
Самые массовые международные дистанционные
Школьные Инфоконкурсы 2022
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Другие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
- 16.02.2018 1021
- PPTX 1.3 мбайт
- 5 скачиваний
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Исманов Эдуард Тургунбекович. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Автор материала
40%
- Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- Для учеников 1-11 классов
Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов
Дистанционные курсы
для педагогов
663 курса от 690 рублей
Выбрать курс со скидкой
Выдаём документы
установленного образца!
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
В Ростовской и Воронежской областях организуют обучение эвакуированных из Донбасса детей
Время чтения: 1 минута
Минпросвещения России подготовит учителей для обучения детей из Донбасса
Время чтения: 1 минута
РДШ организовало сбор гуманитарной помощи для детей из ДНР
Время чтения: 1 минута
В ростовских школах рассматривают гибридный формат обучения с учетом эвакуированных
Время чтения: 1 минута
В Белгородской области отменяют занятия в школах и детсадах на границе с Украиной
Время чтения: 0 минут
Минобрнауки и Минпросвещения запустили горячие линии по оказанию психологической помощи
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
О сварке уже известно многое. Инструменты появляются, новые техники разрабатываются и осваиваются, и совершенству здесь действительно нет предела. Существуют труднейшие виды сварки, которые поддаются только профессионалам, но ни один из этих видов не сравнится со сваркой в космосе. А ведь там тоже есть металлические конструкции, которые нужно скреплять, собирать и ремонтировать. Но как это делать, если нет ни воздуха, ни знакомой гравитации, а движения ограничены громоздкими скафандрами? Подробнее о том, что такое сварка в космосе, расскажет этот материал.
История развития
Когда речь заходит о сварке в космосе, можно предположить, что необходимые технологии появились только к моменту создания Международной Космической Станции, что была запущена в 1998 году. Однако, сварочные работы в космосе проводились и до ее создания, и первые разработки и эксперименты в этой области принадлежали СССР.
Саму идею создать аппарат для космической сварки приписывают отцу советской космонавтики, Сергею Павловичу Королеву. Изначально идея, озвученная еще в 1965 году, не была высоко оценена инженерным сообществом, так как сварка в космосе считалась априори невозможной.
Скорость диффузии газов высока, воздуха нет, гравитации нет, перепады температуры могут быть катастрофическими — и это далеко не все физические трудности. Также проблемой была сама конструкция сварочного аппарата, которую просто невозможно использовать в открытом космосе. Дополнительно большие вопросы вызывала сама безопасность сварочного процесса в космосе, так как малейшая ошибка могла привести к повреждению модуля космического аппарата, корабля или станции, или, что еще хуже, к порче скафандра космонавта.
Так были сделаны первые шаги к работе с металлами в открытом космосе, а Борис Евгеньевич Патон, ученый, руководивший группой разработчиков космического сварочного аппарата, стал всемирно известным.
Изначально идея, озвученная еще в 1965 году, не была высоко оценена инженерным сообществом, так как сварка в космосе считалась априори невозможной. Но несмотря на все сомнения, спустя всего 4 года после появления идеи, были проведены первые испытания сварочного аппарата в космосе.
Усовершенствование и доработка
Перед советскими учеными и инженерами была поставлена задача разработать специальный инвертор — устройство, которое будет преобразовывать постоянный ток, получаемый от солнечных батарей в переменный. Кстати, сварочный аппарат должен был тратить энергию экономно, так как вся станция работает только на том, что производит сама.
Также были добавлены трансформаторы, чтобы не терять напряжение. Была проведена работа и над снижением веса сварочного аппарата, и упаковываться он стал компактнее.
Дополнительно появилась электростатическая фокусировка вместо обычной магнитной.
Далее появились разработки, которые должны были позволить использовать тонкопленочные покрытия в невесомости. Для этого использовали метод термического испарения.
Первыми доработками стали снижение веса и уменьшение габаритов аппарата, а также экономичностью энергопотребления.
Первая сварка в космосе
Сварка в космосе в наше время
Технологии продолжают развиваться, и сегодня сварка в открытом космосе почти не отличается от того же процесса на Земле. Устройство примерно такое же — есть плавящийся электрод и луч со сжатой дугой низкого давления. Для того чтобы следить за температурой свариваемых деталей добавлены инфракрасные датчики.
Конструкция меняется разве что для того, чтобы вес был как можно меньше, мобильность улучшалась, а КПД при этом не менялся. А помещается сегодня сварочный аппарат в жесткую трубчатую конструкцию по типу ранца, которую космонавт легко подсоединяет к скафандру и отсоединяет от него.
Сварка в космосе так же сложна, как и на Земле. И только благодаря развитию технологий в этой области на Земле позволяет сварке в космическом пространстве становиться проще, удобнее и безопаснее. Настолько, что даже космонавты, которые не обучаются сварке всю жизнь, справляются с соединением металлических деталей подобным способом.
Сварка в космосе сопряжена со множеством сложностей, таких как скорость диффузии газов, отсутствие гравитации. Как решались эти проблемы рассмотрим далее.
Идея проведения сварочных работ в открытом космосе приписывается Сергею Павловичу Королеву — отцу советской космонавтики. Изначально подобная идея была встречена с большой долей скепсиса, а многие инженеры и вовсе считали, что сварка в космосе невозможна. На то было несколько причин.
В подобной среде перепады температур соединяемых материалов могут достигать нескольких сотен градусов, скорость диффузии газов крайне высока, а главное — полностью отсутствует гравитация. Также стоило учитывать и другие нюансы: будущие сварочные аппараты необходимо было адаптировать для использования в плотном скафандре, в котором мелкая моторика космонавта практически сводилась на нет. Большое внимание стоило уделить и безопасности работ, ведь повреждения защитной оболочки космонавта ставило его жизнь и выполнение миссии под угрозу.
Как итог: первые шаги к работе с металлом в космосе были сделаны, но установки нуждались в существенной модернизации и уменьшении веса.
Развитие идеи
Эксперименты показали, что именно электронно-лучевая сварка показывает наиболее высокий КПД в условиях невесомости. Это потребовало от советских инженеров вплотную заняться разработкой эффективных инверторов — устройств, преобразовывающих постоянный ток от солнечных батарей и аккумуляторов в переменный. Забегая наперед, эти наработки затем были успешно использованы для повышения КПД солнечных батарей и развития альтернативных источников энергии.
Основным недостатком использования такой схемы стало существенное снижение напряжения, поэтому в цель добавили трансформаторы. Также большая работа была проведена над снижением габаритов и веса установки — каждый лишний килограмм существенно увеличивал стоимость запуска. Поэтому впоследствии вместо магнитной фокусировки (как в обычных сварочных аппаратах) использовалась электростатическая.
Как видно из приведенных выше фактов, советским ученым удалось развить идеи предшественников и воплотить задумку в реальность.
Доработка и расширение возможностей
Отдельного упоминания заслуживает функционал устройства. С помощью УРИ в условиях невесомости и значительных перепадов температуры стали возможными:
- пайка;
- резка;
- нагрев детали;
- нанесение тонких покрытий.
Сварка в космосе сейчас
Современные виды сварки в космосе слабо отличаются от такового в земных условиях. Для этих целей используется электронный луч со сжатой дугой низкого давления с использованием плавящегося электрода. Конкретно же для точечной сварки даже не пришлось разрабатывать новые модели аппаратов: процесс сводился лишь в минимизации веса и повышении КПД. Для этого была использована жесткая трубчатая конструкция в форме ранца, обеспечивавшая космонавту максимальную подвижность. Единственная сложность заключается лишь в контроле за температурой свариваемых деталей: в условиях вакуума формирование оксидной пленки (побежалости) попросту невозможно. Для контроля применяют инфракрасные температурные датчики.
Статья носит обзорный характер и лишь в общих чертах описывает историю развития отрасли и ее текущее состояние. Если у вас имеется более подробная информация об установках или современных методов сварки в космосе — можете поделиться ими в комментариях.
Читайте также: