Новосибирские учёные разрабатывают технологию лазерной сварки для авиастроения

Несмотря на широкое использование композитных материалов в авиастроении, наиболее сложные и ответственные детали, способные выдерживать высокие нагрузки и работать в условиях высоких температур изготавливают из традиционных для отрасли металлов — титана и алюминия. Однако, крепление эти технологичных металлов происходит по старинке — заклёпками.

Это довольно трудоёмкий процесс, к тому же вредный для здоровья тех, кто им занимается, из-за сильного шума и вибрации. Но основным минусом данной технологии для авиакосмической отрасли является то, что она утяжеляет конструкцию летательного аппарата. По оценкам экспертов ВНИИ авиационных материалов замена заклёпок на сварку позволит снизить вес конструкции почти на четверть.

Как поясняет заведующий лабораторией лазерных технологий ИТПМ СО РАН Александр Маликов: «Метод заклепочного соединения давно перестал быть технологичным. Сравните: скорость автоматической клепки 0,2-0,3 метра в минуту, тогда как лазерная сварка позволяет сваривать за минуту четыре метра.»

Учёные уже много лет предпринимают попытки заменить заклёпочную технологию сваркой, но пока это не получается из-за того, что прочностные характеристики сварного соединения составляют лишь 50-80% от прочности исходного сплава. А это недопустимо при строительстве самолёта или ракеты.

Совместные исследования учёных ИТПМ СО РАН с коллегами из Новосибирского Академгородка, которые позволили значительно увеличить прочность сварного шва, стали настоящим прорывом.

"При сварке металлических деталей в зоне плавления происходит перераспределение примесей, что приводит к качественным изменениям прочностных характеристик материала. Он становится менее прочным, более твердым и, следовательно, подверженным быстрому распространению трещин в шовном материале. Наша задача состоит в том, чтобы понять, что происходит в зоне плавления, как перераспределяются примеси, какие они образуют соединения, какие интерметаллические фазы проходят, и отработать те режимы лазерной сварки, при которых все эти негативные процессы не успевали бы развиться," - отмечает старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН Алексей Анчаров

Чтобы изучить то, что происходит при сварке титана и алюминия специалисты воспользовались возможностями Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения, расположенного в Институте Ядерной Физики (ИЯФ) СО РАН.

"Совместные исследования показали, что применение синхротронного излучения для диагностики создаваемых материалов - насущная необходимость, - отмечает Александр Маликов. - Высокая интенсивность и разрешающая способность источника синхротронного излучения позволили нам на качественно новом уровне понимать, как взаимодействуют сплавы. А ввод в строй Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ), проект которого реализуется в Новосибирске, улучшит эти возможности в разы. Наша конечная цель - получить сварную технологию, которую можно будет внедрять в авиацию".