Создана новая технология сварки трением алюминиевых сплавов

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.