Лого Сделано у нас
74

Создана новая технология сварки трением алюминиевых сплавов

Сборочный цех авиационного заводаСборочный цех авиационного завода © cdn.iz.ru

Новая технология сварки трением позволит уйти от применения заклепок в авиастроении, сделав фюзеляжи самолетов более легкими. Это приведет к снижению топливных затрат и поможет снизить цены на перелеты. Также инновационный способ сварки планируют использовать при постройке космического корабля «Федерация», корпус которого будет создан из нового сверхлегкого сплава. В основе технологии — механическое воздействие вращающегося сверла, которое разогревает материал и перемешивает его при дополнительном воздействии ультразвука, способствующего размягчению сплава. В результате получается надежный и герметичный шов, прочность которого выше, чем у основного материала изделия.

Алюминиевые сплавы — одни из самых легких и прочных материалов, которые широко используют при создании фюзеляжей самолетов. Однако они имеют существенный недостаток — металлические детали на основе серебристого металла не получается надежно скреплять посредством традиционной сварки плавлением. В результате авиапроизводители вынуждены использовать заклепочные соединения, для создания которых им приходится накладывать элементы друг на друга, увеличивая общий вес конструкции. Как правило, такой подход негативно влияет на грузоподъемность современных самолетов, их расход топлива и в конечном счете на стоимость билетов. Решить данную проблему удалось российским ученым, которые разработали инновационный способ сварки авиационных деталей.

— В основе метода — нагрев металла соединяемых деталей до пластического состояния с помощью вращающегося инструмента из инструментальной стали, — рассказал директор Института физики прочности и материаловедения СО РАН Евгений Колубаев. — В результате воздействия материал из обеих кромок свариваемых деталей размягчается (не достигая плавления), «захватывается» сверлом и перемешивается, образуя прочное и герметичное соединение.

При этом для интенсификации процесса перемешивания и повышения качества сварных швов в процессе обработки было решено использовать мощное ультразвуковое излучение. По словам ученых, в результате исследований были подобраны оптимальные параметры вибрационного воздействия (частота 22 кГц и амплитуда до 15 мкм), при которых достигается наиболее интенсивное перемешивание сплава. Это повышает производительность оборудования, а также уменьшает вероятность появления дефектов и положительно сказывается на прочности соединения. Нововведения коснулись и инструмента для подведения ультразвука к свариваемым поверхностям — так учеными был разработан титановый резонансный волновод, который надежно соединяет источник излучения со свариваемой деталью.

В настоящее время оборудование и создаваемые с его помощью соединения успешно прошли испытания. В результате теста на разрыв пробных образцов сварные швы показали высокую надежность и оказались прочнее основного материала.

Внедрение технологии в авиастроительную отрасль может произойти в самое ближайшее время. Ученые не только создали сварочное оборудование, но и разработали программно-аппаратный комплекс для контроля соединений, которые получаются в результате его применения. По словам экспертов, система позволяет проводить ультразвуковую диагностику, цифровую рентгенографию, а также тепловизионный контроль и контроль методом вихревых токов. Инструментарий предполагается использовать как в процессе проведения сварки — для недопущения брака, так и в ходе испытаний при эксплуатации элементов фюзеляжа.

Однако этим применение технологии не ограничивается.

Макет пилотируемого транспортного корабля нового поколения «Федерация»Макет пилотируемого транспортного корабля нового поколения «Федерация» © cdn.iz.ru

— Помимо соединения авиационных деталей с помощью новой установки можно изготавливать космические аппараты, — подчеркнул Евгений Колубаев. — В частности, нашу технологию планируется использовать при создании корабля «Федерация», поскольку его корпус будет состоять не из традиционного для отрасли сплава АМг6 (алюминий + магний), а из нового более прочного российского, который проблематично сварить с помощью классических методов.

В результате внедрения технологии внешнюю оболочку корабля получится облегчить на 20-30%.

— Сварка трением известна уже давно, однако по отношению к алюминию такой метод ранее практически не использовался, поскольку данный металл обладает очень большой теплопроводностью и его трудно размягчить механическим способом, — пояснил заведующий лабораторией физической химии металлургических расплавов Института металлургии Уральского отделения РАН Алексей Шубин. — Сочетание метода с ультразвуковым воздействием можно считать удачным решением, которое предоставит конструкторам более совершенный способ соединения деталей, чем использование заклепок и клеевых составов.

Рабочий агрегатно-сварочного цехаРабочий агрегатно-сварочного цеха © cdn.iz.ru

Однако, несмотря на возможности, которые открывает применение новой техники, ее внедрение может оказаться сложным делом.

— Подвод к деталям ультразвука с указанными характеристиками требует использования уникального оборудования, поэтому новую технологию не так просто масштабировать для широкого применения на предприятиях, — считает главный научный сотрудник Инжинирингового центра быстрого промышленного прототипирования высокой сложности НИТУ «МИСиС» Александр Громов.

По мнению эксперта, использование установки начнется со сварки изделий для ракетно-космической отрасли и только затем эта практика начнет распространяться на авиацию, вытесняя традиционные заклепки.


  • 1
    alex4spb alex4spb
    09.01.2018:52:10

    «Известия»…

    • 0
      Нет аватара alex_uns
      09.01.2019:18:59

      Института физики прочности и материаловедения

      Где Известия, а где и Институт физики прочности и материаловедения   

  • -2
    Нет аватара yu.f.pan
    09.01.2022:17:12

    Всё хорошо, но представленные фотографии не по теме статьи.

  • 3
    Нет аватара AlexKH
    09.01.2022:38:10

    Это очень-очень классная новость!    ))) Если сделать это в сборочном цеху, то просто прорыв!

    • 1
      Геннадий Тесёлкин Геннадий Тесёлкин
      09.01.2023:18:16

      Этому прорыву «сто лет в субботу» будет.

      Начинал работать на Саравиазаводе аж в 1958 г и уже тогда эта технология применялась.

      Кто-то решил диссертацию из замшелых архивов сделать…

      • 0
        EyeSauronn . EyeSauronn .
        09.01.2023:36:56

        тю, всё эти «прорывы» когда-то при советском союзе были изобретены, даже пресловутая японская 5S, это содранная японцами с советской системы, научной организации труда…один в один.

        Отредактировано: EyeSauronn .~23:37 09.01.20
      • 7
        Нет аватара alex_uns
        09.01.2023:37:22

        Для сталей да. Здесь алюминий. Кстати, и как вы представляете себе процесс сварки трением деталей, уже частично соединенных между собой, но все равно имеющие между собой подвижность… А на конвейерной линии. Ну вот как это было на Саравиазаводе? Расскажите. Какой был тип шва. Какое количество оборотов насадки, как боролись с оксидной пленкой, какой получался шов с внутренней стороны, где не работает вращающийся инструмент…

        Отредактировано: alex_uns~00:04 10.01.20
        • -3
          Геннадий Тесёлкин Геннадий Тесёлкин
          10.01.2000:31:02

          Я тогда был просто электрик-наладчик станков-автоматов и подробности этой технологии не мог знать, но то, что приходилось устранять сбои в работе на этих аппаратах, помню. А на авиазаводе алюмсплавы и магниевые были, а сталных деталей не видел в нашем корпусе (ц. 16, 9, 3, …)

          • 6
            Нет аватара alex_uns
            10.01.2000:44:17

            Коэффициент теплопроводности алюминия 220 у стали 45. Отсюда и различия в технологии сварки этих металлов. Плюс пластичность. Ну и какие сварочные швы. Их десятки типов. На отдельных скорее всего были достигнуты какие-то результаты. Просто технология это не только принцип, но и способы его осуществления. Они развиваются, а в итоге технологию уже и не узнать.

          • 0
            Рамиль Миннигалиев Рамиль Миннигалиев
            10.01.2017:01:52

            В общем ты слышал про сварку трением на своем заводе и поэтому решил тут поносить тему обсуждения, не вникая в детали.

      • 0
        Сергей Ивженко Сергей Ивженко
        10.01.2000:11:06

        Ну и хорошо,хоть применять теперь будут, если применялось. Но, по-моему, принцип похожий, но технология все же другая.

        Отредактировано: Сергей Ивженко~00:12 10.01.20
      • 9
        Badassgoliath Badassgoliath
        10.01.2008:38:24

        Начинал работать на Саравиазаводе аж в 1958 г и уже тогда эта технология применялась.

        Прекрасно. И где-же советские самолёты, сделанные с применением этой технологии? Почему они на заклёпках?

        аж в 1958 г и уже тогда эта технология применялась

        Угу. А из аркебуз стреляли уже в XV веке, не забудьте упомянуть об этом, когда будете комментировать какую-нибудь заметку о новых моделях стрелкового оружия. Типа «ну и что тут нового? По этому принципу ещё конкистадоры ацтеков мочили».

        Отредактировано: Badassgoliath~08:42 10.01.20
        • 0
          Нет аватара savneo
          10.01.2015:06:39

          Здается мне,что самолеты и дальше будут делать на заклепках,из за вибраций,ибо свареный фюзеляж будет просто рваться,а так,на заклепках,у конструкции есть возможность «играть» и не разрушаться.Слышал где-то ;)

          • 0
            Рамиль Миннигалиев Рамиль Миннигалиев
            10.01.2017:05:10

            Я думаю даже если это и так, то найдут как справится, особенно учитывая «20-30% снижение массы и прочность шва выше прочности основного материала».

      • 0
        Нет аватара AlexKH
        10.01.2018:11:32

        В 1958м это была идея, а не технология. Технология это последовательность действий, выполняемая при выпуске серийных изделий. От идеи до реализации надо пройти несколько ступеней. И даже если что-то подобное использовалось при выпуске макетного или опытного образца, то при серийном выпуске не применялось, ввиду каких-то фундаментальных, технологических или экономических трудностей. А по-вашему рассуждая, можно сказать, что уж вовсю развита физическая телепортация: а чего? Фотоны-то телепортируют!

  • 0
    Denis Grabov
    10.01.2016:18:41

    Громко небось.

    А заклепки, как я слышал, ухудшают аэродинамику.

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,