Кто правду несет, тому всех тяжелей Экономика и Мы Народная экономическая газета. Издается с 1990 года
Август
пн вт ср чт пт сб вс
          01 02
03 04 05 06 07 08 09
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31            

БАНК ВАРЕНЬЯ

Новосибирские учёные изобрели революционный метод сварки металлов

БАНК ВАРЕНЬЯ Соединение металла сваркой – технология привычная. Однако все просто, когда нужно слить в одно целое два фрагмента одного и того же материала, но что делать, когда металлы разные и, как говорится, несвариваемые? Учёные Института теоретической и прикладной механики им. С.А.Христиановича СО РАН точно знают ответ на этот вопрос.

– Все обычные методы сварки, которые есть сейчас, основаны на очень простом принципе: есть металл, его нагревают, он плавится и перемешивается, вступая в химическую реакцию. В результате возникает неразъемное соединение, – объясняет заместитель директора ИТПМ СО РАН доктор физико-математических наук Анатолий Митрофанович Оришич, – но есть одна особенность, которая, к сожалению, отрицательно влияет на качество любого классического сварного шва: он становится не особенно прочным. Это, кстати, относится к любым литым материалам из стали, которые обязательно после процесса чем-либо обрабатывают, чтобы повысить прочностные характеристики. Дело в том, что в ходе литья формируются крупные дендридные структуры, то есть, металл собирается крупными кристаллами, между которыми плохие связи, и он становится хрупким. В сварном шве происходят те же самые вещи, но обработать его нельзя, что сказывается на прочности. Недаром на трубах или, например, газопроводах шов почти в два раза толще, чем основной металл, ведь надо сделать его более крепким.

Если при постройке корабля используется сварка, то самолёты до сих пор клепают. Сто лет назад по морям плавали суда с заклепками, вспомнить хотя бы тот же «Титаник», но поскольку люди научились соединять куски стали сваркой, а лишний вес от её упрочнения в данном случае не играет большой роли, то эта технология и используется. Что касается «железных птиц», то здесь повышать массу не стоит. Несмотря на то, что в современном самолете около 30 миллионов заклепок, от них не отказываются из-за необходимых в эксплуатации качеств.

– Перейти к сварке в авиации – суперактуально, – восклицает Анатолий Оришич. – Немцы назвали этот переход такой же революцией, как во время Второй мировой войны смена деревянных аппаратов на металлические. Здесь очень важно сочетание небольшого веса и большой прочности. Вот и наступает проблема: нужна деталь с весом титана, но с характеристиками нержавеющей стали.

На самом деле, соединить сваркой титан и сталь вполне возможно – только ненадолго. Удар о колено – и конструкция разлетится по сварному шву. Это и есть несвариваемость металлов: она связана со сложным физическим явлением, которое называют возникновением интерметаллидов – химических соединений, чьи кристаллы очень хрупки. Так устроено в природе, и изменить это, увы, нельзя. Поэтому нужно искать обходной путь, по которому и пошли сибирские учёные. Имя ему – лазерная сварка.

– В отличие от классических способов она обладает уникальным свойством – кинжальным проплавлением, – поясняет Анатолий Оришич. – Дело в том, что при воздействии на материалы очень важную роль играет плотность мощности. Лазер – это уникальный источник по многим характеристикам, но здесь он позволяет фокусировать в точке приложения настолько большую силу, что там, куда он светит, материал вытесняется. Поэтому при сварке лазером формируется в буквальном смысле кастрюлька. Внутри неё нету вещества, а стенки – из расплавленного металла. В такой кастрюльке можно сварить любой суп, – улыбается ученый, – то есть, создать любую композицию. Мы добавили туда наночастицы специальной керамики, которые перемешиваются с материалом в расплаве и становятся центрами кристаллизации. В результате вместо длинных дендритов образуются маленькие, и это приводит к тому, что прочность увеличивается в разы.

Итак, благодаря трём компонентам – лазерному излучению, формированию с его помощью емкости и наночастицам – исследователям удалось сделать то, что ещё никто не делал: крепкое соединение, по сути, трёх металлов: титана, стали и меди, которая в чистом виде вещь мягкая, но когда интерметаллиды маленькими капельками размазываются внутри неё, обретает прочность.

– Сначала мы применили технологию для однородных материалов: попробовали сварить таким образом два куска титана, – комментирует Анатолий Оришич, – и нам удалось сделать прочность шва такой же, как и у основного металла. Это, кстати, сделано впервые. Тогда, – усмехается он, – мы решили «замахнуться на Вильяма нашего Шекспира», и соединить несвариваемое. Это, как видите, тоже получилось. Так что с помощью нашего способа мы можем создать любую композицию, и этот способ, кстати, нами запатентован.

Задача, которую ставят перед собой учёные на сегодняшний день, делится на две части, как раз в соответствии с названием ИТПМ СО РАН: во-первых, необходимо изучить фундаментальные свойства получившегося шва – композиционного материала. Это планируется делать с помощью коллег из Института физики прочности и материаловедения СО РАН (г. Томск) и Института физики металлов Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург). Во-вторых, стоит вопрос и о внедрении новой технологии.

– В июне этого года наш директор академик Василий Михайлович Фомин поедет на конференцию, которая будет проходить во Всероссийском институте авиационных материалов в Москве. Они заинтересовались нашей разработкой, и есть договорённость, что мы начнём её аттестацию. Ведь мы не имеем право придти на новосибирский завод им. Чкалова и сказать: варите! Нужно заключение комиссии, - делится планами Анатолий Оришич.

Впрочем, уже сейчас в рамках работы по технологической платформе «Фотоника» ИТПМ СО РАН установил контакты с судостроительными предприятиями Санкт-Петербурга, которые высоко оценили технологией сварки несвариваемых металлов. Оказывается, что эта проблема стоит в таких масштабах, что касается не только плавающих или летающих, но и любого из нас, кто ездит на автомобиле: там тоже есть проблема соединения в одной детали железа и меди, которая сейчас решается за счёт болтов, но кто знает…

Петр Бобров.; 11 мая 2012

Поделитесь ссылкой на эту статью

ВКонтакте
Одноклассники

Подпишитесь на «Экономику и Мы»

Почитайте похожие статьи

Подписка

Поиск по сайту

  • ​Самозамкнутость и Традиция

    ​Самозамкнутость и Традиция В детских книжках, которые я очень любил в детстве, поучительные картинки всегда изображали очень кучно и динозавров и электроны атома. В реальной жизни динозавры не смогли бы жить так близко друг от друга, а электрон далёк от ядра атома так же, как булавочная головка на последнем ряду гигантского стадиона была бы далека от теннисного мячика в центре стадиона. Но нарисовать так в книжке нельзя – потому рисуют кучно, сбивая масштабы. Та же беда случается всегда и с историей цивилизации. Оглядывая её ретроспективно, из неё сливают огромные пустоты разреженного протяжения, оставляя близко-близко друг от друга значимые факты духовного развития.

    Читать дальше
  • "...СМЫЧКАМИ СТРАДАНИЙ НА СКРИПКАХ ВРЕМЁН..."

    "...СМЫЧКАМИ СТРАДАНИЙ НА СКРИПКАХ ВРЕМЁН..." Московское издание полной версии романа А.Леонидова "Иго Человеческое" - не оставит равнодушным никого, кто думает о судьбе Отечества, да и просто об устройстве человеческой жизни. В остросюжетной форме исторического повествования автор ставит самые глубинные и "проклятые" вопросы, на которые бесстрашно, порой, может быть, опрометчиво - даёт ответы. Спорить с автором в данном случае ничуть не менее полезно, чем соглашаться: произведение ВЗРОСЛИТ, независимо от отношения читателя к заявленным идеологемам.

    Читать дальше
  • ​«Легенда о Китеже» и западная советология

    ​«Легенда о Китеже» и западная советология Чтобы понять, о чём речь, предлагаю сперва рассмотреть условную, умозрительную модель, которую пока не привязываю ни ко времени, ни к географическому месту. Модель начинается словом «Допустим». Просто допустим, что есть система, в которой житейские доходы человека неопределённые. В силу неопределённости (обозначаемой алгебраическим «х») они могут быть любыми. Есть вероятность любого значения «х». «Х» может быть равен 0, 1, 2, 5, 100 и т.п. Личные доходы человека не ограничены ни сверху, ни снизу. Они строго индивидуальны: могут быть сколь угодно большими, а могут и вообще отсутствовать (=0).

    Читать дальше

Невозможно добиться общественной справед­ливости, не обеспечив справедливости в отношении каждого конкретного человека..