загальною програмою космічних дослідженьперший в світі експеримент зі зварювання в космосі був виконаний 16 жовтня 1969 р.накосмічному кораблі, В«Союз-6В». льотчиками-космонавтами Г. С. Шонін і В. Н. Кубасовим.Після розгерметизації побутового відсіку космонавт-оператор В. Н. Кубасов,знаходився в спусковому апараті, включив автоматичне зварювання стислою дугоюнизького тиску. Услід за цим він привів у дію автоматичні пристроїдля зварювання електронним променем і плавким електродом. Під час кожного досвідукосмонавт спостерігав за роботою установки по сигнальним табло на пультіуправління. Дані про режим зварювання та умови проведення експериментупередавалися на Землю і фіксувалися самописними приладами.
Виконаний у космосі експеримент підтвердив зробленіраніше основні припущення та результати досліджень, отримані на літаючоїлабораторії. Було показано, що безпосередньо в космосі процеси плавлення,зварювання та різання електронним променем протікають стабільно; забезпечуютьсянеобхідні умови для нормального формування зварних з'єднань і різів.
Основні параметри режиму зварювання плавким електродом, атакож структура шва і зони термічного впливу, отримані на корабліВ«Союз-6В», залишалися практично такими ж, як і на літаючої лабораторії.Форма і якість швів, одержуваних цими способами на нержавіючих сталях класу18-8 і титанових сплавах, були цілком задовільними.
В той же час було виявлено і ряд аномалій, викликаних, подумку дослідників, невагомістю і специфічними умовами космічноговакууму. Так, наприклад, при електронно-променевому зварюванні алюмінієвих сплавів в космосібула виявлена ​​значно більша пористість швів, ніж на Землі (зварюваннястислою дугою низького тиску на установці В«ВулканВ» не дала очікуваних результатів.Мабуть, швидкість дифузії плазмоутворюючого газу в навколишній корабельпростір перевищила очікувану. Тому його концентрація в дуговому проміжкувиявилося недостатньою для контрагірованія стислої дуги.
Малогабаритні зварювальні пристрої, включені в комплексустановки В«ВулканВ», показали достатню надійність і працездатність вумовах космосу. Принципові рішення, прийняті при розробці цихпристроїв, виявилися правильними і придатними для конструювання зварювальнихустановок, призначених для зварювання в космосі конкретних виробів.
Таким чином, до початку 70-х років питання про принциповуможливості виконання автоматичного зварювання в космосі було вирішено позитивно.У той же час існувала велика категорія робіт, в тому числі майже всі видиремонту, які практично не могли б бути виконані з використанням автоматичноїзварювання. Тому досить актуальною представлялася завдання по дослідженнюможливості виконання ручного зварювання в космосі. Причому були вагомі підставипобоюватися, що космонавт-оператор, споряджений в космічний скафандр підзначним надлишковим тиском, через вкрай обмежену рухливості незможе якісно виконувати такий професійно складний процес, як зварювання.Завдання ускладнювалась ще й необхідністю забезпечення повної безпекиоператора.
Все сказане змусило на початкових етапах відмовитисявід роботи в космічному скафандрі безпосередньо у вакуумі. Було знайденокомпромісне рішення. Для проведення досліджень по ручному зварюванні в умовах,максимально наближених до космічних, Інститутом електрозварювання ім. Є. О.Патона в 1972 р. розроблений спеціальний випробувальний стенд 06-1469 (рис. 3).
Рис. 3. Стенд тренажер для дослідження ручного зварювання в умовах, що імітуютькосмічні
Стенд являв собою герметичну робочу камеру об'ємомблизько 0,8 м3, на передній стінці якої монтувався спеціальний фрагменткосмічного скафандра. Між фрагментом і камерою міг створюватися необхідний перепадтиску, найбільш повно відтворює реальні умови роботи космонавта.Усередині робочої камери розміщувалися інструменти та ручні зварювальні пристрої.Скління гермошлема скафандра забезпечувалося набором змінних світлофільтрів,дозволяють працювати з джерелами нагріву різної яскравості. Найбільш важливимконструктивним перевагою стенду було надійне забезпечення безпекиоператора при випадкових розгерметизації, що забезпечувало сприятливепсихологічну обстановку при роботі з високотемпературними об'єктами. Великезначення мали також можливість вільного медико-біологічного контролю застаном оператора і зручність проведення різних ергономічнихдосліджень.
Одночасно зі стендом в Інституті електрозварюванняім. Є. О. Патона розроблено комплекс спеціальних космічних інструментівА-1500, що дозволяють виконувати зварювання різними способами. Спочатку експериментипроводилися в наземних лабораторіях, причому в цьому випадку робоча камера зазвичайзаповнювалася інертним або вуглекислим газом.
На більш пізніх етапах дослідження були перенесені налітаючу лабораторію і в вакуум. Експерименти не підтвердили висловлених вищепобоювань. Навпаки, виявилося, що після певної нетривалої тренуванняоператори (навіть не професійні зварювальники) могли якісно виконуватиручну зварку різних зварних з'єднань - стикових, кутових, напускових -на таких металах, як нержавіючі сталі, алюмінієві і титанові сплави.З'ясувалося також, що при дуговому зварюванні в інертному газі плавким електродомпри невагомості небезпека прожогов значно менше, ніж на Землі. Це булопояснено специфічними умовами існування зварювальної ванни при відсутностісили тяжіння.
Такі обнадійливі результати дозволили зробити спробувиконати вручну і електронно-променеву зварку - процес, що відрізняється дужевисокою концентрацією теплової енергії в плямі нагріву. Для цієї мети розробленаспеціальна ручна електронна гармата (рис. 4), яка дозволила з використаннямстенду 06-1469 успішно провести ряд експериментів по ручний електронно-променевоїзварюванні. Експерименти показали, що цей спосіб має великі потенційніможливості для застосування його в космічних умовах.
Робота у відкритому космосі висуває дуже високівимоги до ергономічним аспектам конструювання зварювального обладнання, вособливості для ручного зварювання. В цьому напрямку Інститутом електрозварювання і Центромпідготовки космонавтів ім. Ю. А. Гагаріна в 1972-1977 рр.. виконано ряд важливихекспериментальних досліджень. У ці ж роки тривали і технологічнідослідження, що стосуються, зокрема, відпрацювання технології зварювання найбільшперспективних для космічного апаратобудування алюмінієвих сплавів. Буввиявлено низку характерних особливостей зварювання цих сплавів в умовах невагомості.Зроблені спроби вишукати заходи боротьби з підвищеною пористістю.
Рис.4. Електронна гармата для ручного зварювання
Слід зазначити, що протягом 70-х років роботи позварюванні в космосі проводилися широким фронтом. Було запропоновано використовувати вкосмічних умовах ряд нових перспективних способів зварювання, таких, наприклад,як геліосварка, магнітоімпульсная зварювання, зварювання вибухом, екзотермічназварювання і пайка і т. п. Крім Інституту електрозварювання, в проведення дослідженьвключилися Інститут проблем матеріалознавства АН УРСР, МВТУ ім. Н. Е. Баумана,Московський авіаційний інститут ім. С. Орджонікідзе, Інститут металургії ім.А. А. Байкова АН СРСР, Інститут космічних досліджень АН СРСР та ін Цесприяє прискореному вирішенню проблем, що стоять перед зварниками, працюючимив галузі космічних досліджень.
2.Методи і способи зварювання в космосі
2.1 Плазмова зварювання
Один з перспективних способів зварювання - плазмовазварювання - проводиться плазмової пальником. Сутність цього способу зварюванняполягає в тому, що дуга горить між вольфрамовим електродом і виробом іпродувається потоком газу, в результаті чого утворюється плазма, використовувана длявисокотемпературного нагріву металу. Перспективна різновид плазмовоїзварювання - зварювання стислою дугою (гази стовпа дуги, проход...
