Революционная технология сварки создается в Томске

В Национальном исследовательском Томском политехническом университете (ТПУ) совместно с Институтом физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ) выполняется проект “Совершенствование технологии сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием для формирования неразъемных соединений дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов транспортного и авиакосмического назначения”. Работа ведется в рамках Мероприятия 1.3 “Проведение прикладных научных исследований и разработок, направленных на создание продукции и технологий”, включенного в ФЦП “Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники в 2014-2020 годы” при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.

По мнению руководителя проекта, директора ИФПМ Сергея Псахье, технологию с не слишком благозвучным названием “сварка трением с перемешиванием” можно отнести к разряду революционных. Это не просто совершенно новый и необычный способ формирования сварных швов, он открывает конструкторам возможность использовать уникальные сплавы с исключительными физико-механическими свойствами, которые ранее применять в конструкциях было проблематично. Кстати, именно поэтому он все шире используется за рубежом, причем не только в авиакосмической отрасли. Такие известные компании, как Boeing (США), Eclipse Aviation Corporation (США), Alstom LHB (Германия), Tower Automotive (США) и другие, применяют его при производстве узлов и деталей авиакосмической, железнодорожной и автомобильной техники.
Суть технологии заключается в том, что формирование сварного шва происходит не путем плавления металла, а за счет интенсивной пластической деформации.

Все бы хорошо, но качество сварки чувствительно к малейшим изменениям параметров процесса. Подбор режимов для каждого сплава - фактически самостоятельное научное исследование. Где же выход? Необходимы глубокие фундаментальные знания в такой сложной области наук о материалах, как пластичность. Именно таким путем можно превратить уникальную технологию в рутинный процесс.

Как известно, сегодня в мире разворачивается своеобразная гонка по развитию “многоуровневого направления” в области наук о материалах. Другими словами, материал рассматривается как сложная многоуровневая конструкция. Это позволяет не просто разрабатывать, но и конструировать материалы со свойствами, которые ранее казались недостижимыми. ИФПМ является одним из признанных лидеров и основателей этого направления. Только в последние два-три года сотрудниками института опубликованы 6 статей в журналах Nature Publishing Group по соответствующей тематике. А это означает авторитетное международное признание фундаментальности и высокого научного уровня работ.

Полученные знания и позволили томским ученым взяться за непростую задачу. Совместными усилиями ИФПМ и ТПУ путь к решению был найден. В основу лег подход, который уже применялся в ИФПМ для других проблем. Идея состояла в том, чтобы разработать способ использования ультразвука для изменения внутренней структуры материала непосредственно в процессе сварки. Это, по прогнозам ученых, позволит, кроме повышения качества и стабильности самого технологического процесса, создавать соединения алюминиевых сплавов с улучшенными прочностными характеристиками, повысить статическую прочность более чем на 10% и циклическую стойкость в два-пять раз. Таким образом, реализация проекта будет способствовать созданию опережающего научно-технического задела в области современных технологий и оборудования с целью повышения надежности элементов конструкций транспортной, ракетно-космической и авиационной техники нового поколения и дальнейшему развитию отрасли.

Выполнение проекта происходит в тесном взаимодействии ТПУ и ИФПМ. В нем принимают участие 20 человек - это коллектив, основная часть исследователей в котором моложе 39 лет. Среди исполнителей проекта 12 докторов и кандидатов наук, 3 аспиранта и студенты. Несмотря на присутствие в команде молодежи, на счету коллектива - более 100 профильных публикаций в рецензируемых журналах. Реализации проекта способствуют глубокие фундаментальные знания, которые позволяют исследовать поведение материала на разных масштабных уровнях и управлять его внутренней структурой.

Сотрудники ТПУ и ИФПМ уже успешно работают по заданиям космической отрасли. В частности, выполняется проект в рамках Постановления Правительства РФ №218. В нем разработана система неразрушающего контроля, которая может быть использована для соединений, полученных методом сварки трением с перемешиванием.

При выполнении нового проекта показана обоснованность и актуальность использования ультразвукового воздействия для улучшения эксплуатационных свойств неразъемных соединений алюминиевых сплавов транспортного и авиакосмического назначения. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния параметров технологических процессов на характеристики получаемых неразъемных соединений алюминиевых сплавов.

Многоуровневый подход невозможен без моделирования в разных масштабах. Это позволило при выполнении проекта проанализировать механизмы процесса и обосновать предлагаемые подходы. Уже сегодня получены лабораторные образцы неразъемных соединений со значительно улучшенными прочностными свойствами - на 10-15% выше, чем у исходного материала. И это для сплавов, которые разрабатывались десятилетиями!

Что же должно получиться на выходе? Как надеются создатели уникального метода, результаты проекта, поддержанного Минобрнауки в рамках ФЦП “Исследования и разработки”, позволят российским ученым занять достойное место среди разработчиков этой перспективной технологии. Будет изготовлено оборудование, необходимое для использования ультразвука при создании неразъемных соединений ответственных узлов и элементов конструкций из перспективных алюминиевых сплавов для нужд авиакосмического комплекса и транспортной промышленности России. Именно поэтому проект одобрен Технологической платформой “Легкие и надежные конструкции”, высоко оценен РКК “Энергия” им. С.П.Королева, а крупнейший отечественный производитель цистерн-полуприцепов из алюминиевых сплавов для химической продукции ЗАО “Сеспель” выступает индустриальным партнером главных исполнителей.

На фото: Обсуждают детали проекта (справа налево): ректор ТПУ П.Чубик, губернатор Томской области С.Жвачкин, руководитель ФАНО России М.Котюков, заместитель председателя Правительства РФ А.Дворкович, директор ИФПМ СО РАН С.Псахье, ответственный исполнитель проекта А.Колубаев

Аркадий СОСНОВ, Светлана БЕЛЯЕВА, Фото С.Псахье

poisknews.ru

• Новые возможности систем компьютерного моделирования технологических процессов сварки
• Технологии лазерной резки и сварки многократно повышают эффективность производства
• Промышленный конгресс юга России с 9 по 11 сентября 2015 г.
• ЦНИИТМаш выполнит работы по проекту РУ Брест-ОД-300
• Простейший сварочный аппарат своими руками
• Cамодельный сварочный апарат для точечной сварки
• Как изготовить в домашних условиях сварочный аппарат.
• Инновационный подход к MIG/MAG сварке