| 2020-03-23 15:17:00 |
/ | РИА "Сибирь" | / | Новосибирск |
|
Новосибирские ученые увеличили прочность сварки титана и алюминия более чем в два раза
Специалисты Института теоретической и прикладной механики имени С. А. Христиановича СО РАН совместно с коллегами из Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН исследовали особенности лазерной сварки разнородных промышленных сплавов на основе титана и алюминия. В работе впервые структурно-фазовый состав этого сварного соединения был исследован с использованием синхротронного излучения, что позволило оптимизировать режимы сварки и увеличить прочность сварного шва более чем в два раза. Результаты опубликованы в журнале "Прикладная механика и техническая физика".
Для ряда изделий в авиастроительной промышленности требуется соединение титановых и алюминиевых сплавов, благодаря которому производимые конструкции приобретают высокие прочностные характеристики и при этом остаются легкими. Наиболее перспективным методом соединения разнородных сплавов является лазерная сварка - она в 30 раз производительнее традиционной автоматической клёпки. Но различия в химических и физических свойствах титана и алюминия (температура плавления, плотность, теплопроводность) делают технологический процесс сварки достаточно сложным.
"В 2017 году в новосибирский Академгородок приезжала делегация из Объединенной авиастроительной корпорации, специалисты которой знакомились с достижениями ученых, - рассказывает заведующий лабораторией лазерных технологий Института теоретической и прикладной механики, кандидат технических наук Александр Маликов. - Авиастроители предложили сварить титан и алюминий. Одномоментно такую сложную технологичную задачу решить было невозможно, но мы занялись развитием этого направления". Переход к лазерной сварке взамен заклёпочного соединения - ключевая задача авиастроения, а получение "сварного" самолета - "голубая" мечта авиастроителей.
"Метод заклёпочного соединения давно перестал быть технологичным. Сравните, скорость автоматической клепки около 0,2-0,3 метров в минуту, тогда как лазерная сварка позволяет сваривать в минуту четыре метра. Наша лаборатория имеет большой опыт работы с титановыми и алюминиевыми сплавами и давно пропагандирует внедрение лазерной сварки в авиастроение", - добавляет Александр Маликов.
Задача сварки разнородных материалов технологически достаточна сложна, в первую очередь, из-за различий в химических и физических свойствах: у свариваемых материалов отличаются температура плавления, плотность, теплопроводность. Так, разница в химическом составе может привести к появлению нежелательных соединений в ходе сварки и изменению свойств материалов в зоне шва, а различие в теплофизических свойствах приводит к неравномерному нагреву материалов, что является причиной возникновения остаточных термических напряжений. Все это ухудшает механические характеристики разнородных сварных соединений.
Комплекс исследований, проводимых специалистами СО РАН, включал сварку листов, применяемых в авиастроении алюминиевого и титанового сплавов, исследование микроструктуры полученного сварного соединения, в том числе изучение его структурно-фазового состава с применением СИ, а также оптимизацию режимов лазерной сварки.
Лазерная сварка выполнялась на автоматизированном лазерном технологическом комплексе "Сибирь" Института теоретической и прикладной механики СО РАН, дифракционные исследования проводились с использованием инфраструктуры центра коллективного пользования "Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения".
"При помощи синхротронного излучения мы в деталях увидели, что происходит в шве после лазерной сварки встык, - поясняет старший научный сотрудник Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, руководитель станции "Дифрактометрия в жестком рентгеновском излучении", кандидат химических наук Алексей Анчаров. - Высокоинтенсивным пучком с поперечным размером в сто микрон мы посмотрели семь точек в шве и получили полную дифракционную картину. Для данного сварного соединения структурно-фазовый состав, определенный с использованием синхротронного излучения, был получен впервые. Мы увидели различные интерметаллидные образования (соединения двух металлов), большинство из которых оказались твердыми и хрупкими, что понизило прочность сварного шва. Следующей нашей задачей было получение однородного сплава".
Специалисты сместили лазерное излучение в сторону титанового сплава, в результате получив меньшее количество интерметаллидов и увеличив прочность сварного шва в 2,25 раза.
"Мы отрегулировали количество интерметаллидов и получили хорошее прочное соединение, что и увидели благодаря синхротронному излучению, - добавляет Александр Маликов. - Теперь необходимо проанализировать все возможные варианты смещения лазерного пучка – такие работы уже ведутся. Совместные исследования в Институте ядерной физики показали, что применение синхротронного излучения для диагностики создаваемых материалов – это приоритет. Высокая интенсивность и разрешающая способность источника синхротронного излучения уже сейчас позволяют нам на качественно новом уровне понимать, как взаимодействуют сплавы".
Центр коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (СКИФ), проект которого реализуется в Новосибирске, повысит возможности ученых в разы. Тогда и будет достигнута конечная цель - получить сварную технологию, готовую к внедрению в авиастроительную отрасль, отметили в пресс-службе Института ядерной физики СО РАН.
Cмотрите также:
Наука
Новосибирская область
|
