УНИКАЛЬНАЯ РУТИНА. 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.

Спецвыпуск подготовили Аркадий СОСНОВ и Светлана БЕЛЯЕВА.
Фото предоставлено С.Псахье.

Источник: Газета «ПОИСК» №25(2015).