Сварка без контакта: в НИУ «БелГУ» усовершенствовали технологию сварки для аэрокосмоса

Как сообщает РИА Новости, команде ученых под руководством профессора кафедры материаловедения и нанотехнологий института инженерных и цифровых технологий НИУ «БелГУ», доктора физико-математических наук Сергея Миронова удалось усовершенствовать технологию разнородной сварки трением с перемешиванием по схеме «внахлест».

Сварка трением с перемешиванием (СТП) алюминия и титана очень часто применяется в транспортной индустрии, прежде всего в аэрокосмической отрасли. Соединение этих двух металлов позволяет создавать изделия и конструкции, обладающие высокой прочностью при низком весе. Оба материала характеризуются уникальными свойствами, что делает их особенно востребованными в сферах, где необходимы лёгкость и устойчивость к коррозии.

Одной из основных проблем СТП является необходимость использовать дорогостоящий рабочий инструмент, который к тому же быстро изнашивается при взаимодействии с титаном. Учёным НИУ «БелГУ» удалось найти решение – они разработали технологию, позволяющую получать сварной шов без непосредственного контакта между инструментом и титановой частью соединения.

Как рассказали учёные, в процессе сварки между кончиком инструмента и разнородной поверхностью раздела алюминий/титан сохраняется дистанция до 50 мкм. Это позволяет использовать более дешёвые рабочие инструменты, минимизировать их абразивный износ и предотвратить повреждение алюминиевой части шва титановыми частицами.

Также благодаря снижению температуры замедляется образование нежелательного интерметаллидного слоя на границе раздела алюминий-титан.

– Когда мы исключаем взаимодействие между инструментом и титаном, это значительно снижает температуру на границе свариваемых материалов. В результате мы наблюдаем уменьшение толщины хрупкого интерметаллидного слоя, который часто становится причиной трещин. Предложенный способ не только подавляет образование этих трещин, но и значительно улучшает прочностные характеристики сварного шва, – рассказал Сергей Юрьевич о значимости разработанной технологии.

Профессор Миронов также подчеркнул, что шов, полученный по предложенному методу, демонстрирует отличные результаты как при квазистатическом, так и при усталостном нагружении.

При применении разработанного учёными НИУ «БелГУ» способа соединения разнородных деталей используется сварка по схеме «внахлест», причем менее прочный материал (алюминиевый сплав) располагается в верхней части соединения, а более прочный (титановый сплав) – в нижней. Для обеспечения необходимой величины тепловыделения, используется очень высокая угловая частота вращения инструмента (не менее 1100 оборотов в минуту) при относительно низкой скорости его подачи (не более 75 мм в минуту). Инструмент при этом внедряется только в алюминиевый сплав, причем дистанция между его кончиком и разнородной поверхностью раздела алюминий/титан не должна превышать 50 мкм.

Исследования получили поддержку программы «Приоритет-2030» и выполнялись на базе лаборатории механических свойств наноструктурных и жаропрочных материалов НИИ материаловедения и инновационных технологий Белгородского госуниверситета. Уникальность и новизна разработанного способа получения неразъемного герметичного соединения из разнородных материалов защищены патентом Российской Федерации.

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.