Популярные Нано Технологии

Кадры

Фотогалерея

Новости

Сшивая металл. Немного о лазерной сварке и легировании скандием / 16.03.2016

Источник: Popnano.RU

 
Каждый, кто хоть раз сидел на месте у крыла самолета, видел и длинные ряды заклепок, соединяющих элементы между собой. Такой способ изготовления «летучих кораблей» зарекомендовал себя много лет назад – эта, безусловно, надежная технология используется до сих пор, потому что лучшей пока не придумали. 
 
Однако клепать, как незатейливо сообщил в марте 2016 г научный сотрудник Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН кандидат технических наук А. Маликов долго и дорого, так как это увеличивает вес самолета, соответственно, и расход топлива.
 
Выход, казалось бы, очевиден – нужно варить, но если бы все было так просто, то и мы бы не считали заклепки в долгом полете над облаками, когда считать уже надоело, а до приземления в точке В еще долго.
 
Проблем много.

Материалы для авиатехники должны сочетать максимальную эксплуатационную надежность при массовой эффективности.

Поэтому, прочность сварного шва должна не уступать такому же показателю основной части металла. 

Добиться этого достаточно сложно: самый простой путь – увеличить объем самого шва, но тогда можно попрощаться с экономией веса. 
Однако именно повышение весового совершенства и надежности самолетов и их частей являлется важнейшей задачей научного прогресса. 
 
К 2025 г, согласно принятой государственной программе,  Россия намерена утвердиться на высоких позициях мирового рынка авиапромышленности, а основная точка роста самолетостроения – создание специальных материалов, легких и надежных.
Обычно, это алюминиевые сплавы, и вот их как раз, по признанию специалистов, варить не так уж просто. 
Уже известно, что качество сплавов можно повысить легированием магнием и скандием.
 
 А. Маликов считает этот редкоземельный элемент скандий, упрочняющий алюминиевые сплавы, а также метод сварки лазером, развивающийся в ИТПМ СО РАН панацеей.
На отработку предложенной технологии молодой пытливый ученый получил грант Президента Российской Федерации.
 
На сегодняшний момент изделия соединяются при помощи клепок, а это процесс не быстрый
Его скорость – 0,2 м/мин.  У лазерной сварки  – 6 м/мин, то есть, производительность повышается в 30 раз.
К тому же, если варить, то экономия металла получается около 1 тонны на самолет.
В среднем машина эксплуатируется 25 лет, соответственно, за эти годы за счет облегчения веса аэроплана на топливо понадобится потратить примерно на 10 млн долл США меньше. 
 
Такие расчеты вызывают энтузиазм, и для того, чтобы приблизиться к их практическому воплощению, нужно, на 1й взгляд, совсем немного: добиться высокой прочности сварного шва, не увеличивая его объемы, а улучшив свойства. 
 
А. Маликов рассказывает школьникам о лазерной сварке
 
«Одна из идей, которую я предложил, – непринужденно поведал А. Маликов, – добавить скандий. Он известен давно, применяется при изготовлении алюминиевых сплавов и повышает их надежность.
Правда, этот элемент очень дорогой: если вы хотите получить лист такого металла, вам нужно 0,2 % Sc, и стоимость готового материала увеличивается в несколько раз.
Собственно, я подумал: мы нанесем скандий только на место будущего сварного шва, попробуем пройтись лазером, посмотреть изменение структуры и узнать, повышается ли прочность».
 
В этом процессе, по словам молодого ученого, очень важно отработать методику нанесения добавки, а также энергетические режимы лазера (мощность, скорость, положение фокуса).
Лазер создает так называемую ванну расплава (ту самую «кастрюльку», в которой перемешиваются различные частицы).
Ученые называют ее маленькой доменной печью.
В ней, где все кипит и бурлит, скандий равномерно распределяется на всю толщину листа. Дальше мы уже изучаем сварное соединение на разрыв. 
 
Еще один значимый момент – рассчитать количество Sc, нужного для определенного объема сварочной ванны, ведь избыток элемента действует обратным образом: соединение становится хрупким, а не пластичным.
 
Оптимальный объем скандия ученые будут подбирать экспериментально. Кроме того, шов должен пройти различные виды обработки, которые применяются на авиазаводах, а потом, опять же, проверку крепости. 
 
«В нашем институте есть проект по титановым сплавам – показано, что для них применение определенных наночастиц позволяет увеличить прочность сварного участка, причем, ее показатели получаются выше, чем у основного материала.
Опираясь на тот опыт, мы хотим получить нечто похожее и на алюминиевых сплавах».
 
Дальше полученные сварные соединения должны пройти аттестацию во Всероссийском институте авиационных материалов.
Он уже дает сертификацию и дальше продвигает технологию в самолетостроение. Собственно, программа гранта включает лишь научные исследования, в результате которых должны получиться высокопрочные швы.
 
«Работа предстоит тяжелая, но интересная. Здесь стараешься быть и химиком, и металлургом, и механиком, хотя моя специализация – лазерное воздействие на вещество». 

Другие новости по теме:
27.09.20 - Перовскитным солнечным элементам продлили жизнь
14.09.20 - Магнитный насос за $3,89
10.09.20 - В ТПУ разработали новый способ производства карбида вольфрама и других сверхтвердых материалов
02.09.20 - В БелГУ повысили прочность многоэлементных сплавов
31.08.20 - Американцы работают над батареей из ядерных отходов
TOP100 самых популярных
новостей
за месяц
Место Наименование Показов
1

Нанотехнологи из США и Японии разделили премию Испании

2 японских и 3 американских ученых стали лауреатами престижной премии принца Астурийского за научные и технические разработки в области нанотехнологий. Испания присудила награды японским ученым Сум

1676
2

Одноколесный велосипед с электромотором (видео)

Enicycle - это моторизованный одноколесный велосипед, сконструированный изобретателем из Словении Александером Полутником (Aleksander Polutnik). Научиться ездить на этом необычном средстве передвижени

188
3

Над Европой обнаружен радиоактивный йод - 131

Следы радиоактивного йода были обнаружены в атмосфере многих европейских стран. Источник утечки пока не определен. Йод-131 в основном используется в фармацевтике. Он является побочным продуктом

186
4

Ученые обнаружили неизвестный ранее вирус

Способ глубокого секвенирования помог международной команде исследователей открыть новую разновидность рабдовирусов, которые вызывают заболевание бешенством у животных и людей. При этом, обнаруженный

182
5

Лунный камень стал источником кислорода

Исследователи из Кембриджа создали небольшой химический реактор, способный проводить процессы окисления и производство кислорода из лунного камня. В основе работы реактора лежит просто электромеханиче

178

Анонсы событий