Соединение частей металлического изделия с помощью промежуточного металла называют пайкой. Ее применяют в электронике, двигателе- и ракетостроении. Сейчас нанесение припоя происходит вручную и занимает до 48 часов, что тормозит производительность и увеличивает влияние человеческого фактора. Ученые ПНИПУ совместно с АО «Протон-ПМ» разрабатывают автоматизированную установку по нанесению ленты припоя на узлы ракетного двигателя. Планируется, что ее применение снизит временные и трудовые затраты на 25–30%.
Разработка заняла первое место на Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Передовые инженерные школы: материалы, технологии, конструкции» в декабре 2023 года. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Пайка применяется в производстве жидкостных ракетных двигателей, чтобы соединить стенки и рубашки сопла, изготовленные из разных материалов. Процесс нанесения лент припоя имеет ключевое значение и влияет на надежность всего двигателя.
До начала сборки под пайку необходимо произвести множество дополнительных операций. Подготовка, нарезание, выкладка лент припоя осуществляются вручную, что увеличивает производственный цикл. В процессе могут возникать различные дефекты. Чтобы их избежать, требуется высокая квалификации рабочего.
Ученые Пермского Политеха совместно с сотрудниками АО «Протон-ПМ» разрабатывают установку, которая автоматизирует процесс нанесения ленты припоя на узлы ракетных двигателей. Это позволит уйти от таких процессов, как нарезание ленты, разметка, сборка отходов припоя. Внедрение установки в производство сократит количество используемого материала и уменьшить процент брака от непроплавов.
— Мы смоделировали влияние качества нанесения ленты припоя и процесса пайки на характеристики узла ракетного двигателя. Выявили дефекты паяных соединений и провели анализ. Сейчас разрабатываем эскизы рабочей головы установки, подбираем её геометрические параметры под особенности материала. Дальше будем тестировать её в условиях реального производства, — поделилась магистрант Передовой инженерной школы ПНИПУ, инженер-технолог АО «Протон-ПМ» Эвелина Патракова.
Принцип работы установки такой: припой поступает лентой шириной 2 мм, рабочая головка имеет два направляющих и центрирующих ролика, датчики расстояния до детали, а также ролик сварки с пружинным механизмом для более стабильной работы. Разработка может обеспечить требуемую жесткость соединения конструкций.
— Предлагаемый метод автоматизации процесса обеспечит более точное положение ленты на детали, позволит сократить время ее нанесения в 3–5 раз, снизит процент брака. Так мы минимизируем использование дорогостоящего материала и избавимся от ряда дефектов, таких как заплавление в каналы охлаждения, следы от прихватки полос припоя, отсутствие припоя в местах соединения ребра стенки и рубашки сопла, — дополнил научный руководитель, начальник технологического бюро цеха механосборки АО «Протон–ПМ» Заур Рустамов.
По предварительной экономической оценке внедрения разработки ученых Пермского Политеха и сотрудников предприятия производительность труда повысится в среднем на 30%, брак за счет минимизации человеческого фактора сократится на 25%, а временные и трудовые затраты — на 25–30%.