​Специалисты Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича (ИТПМ СО РАН) совместно с коллегами из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) отрабатывают технологию, которая позволит изучить структуру металла во время лазерной сварки. Задача ученых – понять, что происходит с металлическими сплавами в момент перехода (несколько миллисекунд) из жидкого состояния в твердое.

Подобные знания необходимы для разработок в сфере самолетостроения, например, для более технологичного способа сборки частей фюзеляжа и для развития аддитивных технологий. Эксперименты проводятся в Центре коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» (ЦКП «СЦСТИ») ИЯФ СО РАН.

В настоящее время алюминий-литиевые сплавы широко применяются в мировом авиастроении для создания перспективных летательных аппаратов с улучшенными техническими характеристиками. Главное преимущество этих сплавов в том, что их можно сваривать, перейдя таким образом от традиционной для сшивки частей фюзеляжа и крыльев самолета технологии клепки металла к сварным соединениям. Однако в настоящий момент одной из основных проблем является низкий уровень прочности сварного шва по сравнению с основным материалом. Это связанно с изменением структуры материала, возникающем при быстром его нагреве лазерным излучением и процессами, происходящими во время последующего остывания, кристаллизации сплава.


«При сварке металлических деталей в зоне плавления происходит изменение распределения примесей, что приводит к качественным изменениям прочностных характеристик материала, – рассказывает старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, кандидат химических наук Алексей Анчаров. – Он становится менее прочным, более твердым и, следовательно, подвержен 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 процессы не успевали бы развиться».

По словам заведующего лабораторией лазерных технологий ИТПМ СО РАН, кандидата технических наук Александра Маликова, актуальность таких работ для нашей страны определяется тем, что на сегодняшний момент при создании как пассажирских, так и военных самолетов в России лазерная сварка в качестве технологической операции на авиационных заводах не внедрена. «Внедрение данной технологи в авиакосмической промышленности, при создании определенных конструкции, применяющихся в сборке различных частей самолетов и ракет, позволит увеличить производительность процесса приблизительно в 30 раз, а также создать новые высокотехнологичные рабочие места, снизить себестоимость продукции и понизить вредные факторы на производстве за счет замены технологии заклепочного соединения на технологию сварки», – добавляет Александр Маликов.

Чтобы отработать технологию, которая позволит изучить структуру металла во время лазерной сварки, была проведена серия экспериментов на пользовательской станции «Фазоконтрастная рентгеноскопия и рентгено-флуоресцентный анализ в жестком спектре СИ» ЦКП «СЦСТИ».

«Сочетание высокоинтенсивного источника излучения в «жестком» рентгеновском диапазоне и лазерного пучка позволило нам разработать методику изучения изменения структуры металлов с высоким временным разрешением», – рассказывает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Константин Купер. – Суть эксперимента заключается в том, что мы проводим рентгеноструктурный анализ материала сварочной ванны с разрешением 0.5 миллисекунд, что позволяет нам изучить всю последовательность кристаллизации металлических сплавов, возникающих во время лазерной сварки».

Центр коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» (ЦКП «СЦСТИ») специализируется на фундаментальных и прикладных работах, связанных с использованием пучков синхротронного и терагерцового излучения, на разработке и создании экспериментальной аппаратуры и оборудования для таких работ, на разработке и создании специализированных источников синхротронного и терагерцового излучения. Ежегодно Центр предоставляет услуги по профилю своей деятельности десяткам российских (СО РАН, РАН и пр.) и зарубежных организаций.

Источники

Физики провели эксперимент по изучению зоны плавления алюминий-литиевых сплавов
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 12/02/2020
Сибирские ученые исследуют структуру металла во время лазерной сварки
Наука в Сибири (sbras.info), 12/02/2020
Физики провели эксперимент по изучению зоны плавления алюминий-литиевых сплавов
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 13/02/2020
Физики из Академгородка изучают структуру металлов во время лазерной сварки
Академия новостей (academ.info), 13/02/2020
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 13/02/2020
Физики изучают плавление алюминий-литиевых сплавов
Upweek (upweek.ru), 14/02/2020
Физики изучают плавление алюминий-литиевых сплавов
Seldon.News (news.myseldon.com), 14/02/2020
Физики изучают плавление алюминий-литиевых сплавов
Media Mag (mag-m.com), 15/02/2020
Сибирские ученые исследуют структуру металла во время лазерной сварки
RusCable.Ru, 17/02/2020
Сварить самолет будущего
Честное слово (chslovo.com), 19/02/2020

Похожие новости

  • 03/07/2018

    Российские и корейские ученые разработали нанопену для звукоизоляции

    ​Командой учёных из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), научных центров России и Республики Кореи разработана эффективная и дешёвая в производстве звукопоглощающая нанопена. Материал способен снижать уровень шума на 100% больше стандартных аналогов, реагируя на звуковые волны не только высоких, но и низких частот, особенно опасных для здоровья человека.
    1682
  • 14/03/2019

    Как реализовать возможности российского рынка многокомпонентных материалов

    ​Недавняя новость о том, что из-за международных санкций российские авиастроители не смогут получать из США компоненты, необходимые для выпуска отечественного лайнера МС-21, вызвала бурное обсуждение, так или иначе связанное с проблемой преодоления зависимости от импорта.
    605
  • 21/09/2018

    В Новосибирске построят «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике, машиностроению и энергетике»

     В рамках проекта «Академгородок 2.0» сибирские ученые предлагают построить центр коллективного пользования «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике, машиностроению и энергетике».
    1405
  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    715
  • 29/08/2018

    В Новосибирске обсудили перспективы развития технологической кооперации науки и производства

    ​Заседание Совета главных инженеров предприятий Сибирского федерального округа на VI Международном форуме и выставке технологического развития "Технопром-2018" было посвящено перспективам развития технологической кооперации науки и производства.
    943
  • 20/06/2017

    Международная выставка «НТИ ЭКСПО» в Новосибирске

    ​​​Уникальная международная выставка достижений технологического развития "НТИ ЭКСПО" пройдет в рамках V Международного форума технологического развития "Технопром-2017" 20-22 июня в Новосибирске при поддержке правительства РФ, коллегии ВПК, Минпромторга России, Минэкономразвития России, МИДа РФ, правительства Новосибирской области.
    3207
  • 25/12/2019

    Синхротрон СКИФ запустят в 2023 году под Новосибирском

    ​Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ) будет готов в конце 2023 года, заявил губернатор Андрей Травников в ходе большой пресс-конференции 24 декабря. Уже начата разработка проектно-сметной документации, параллельно идет подготовка производственной базы.
    241
  • 29/04/2019

    Сибирские учёные участвуют в российских космических проектах

    Научные институты со ран работают в проектах «миллиметрон» и «федерация», наращивают группировку глонасс и не возражают против сотрудничества с частными космическими корпорациями. Первая в России негосударственная космическая компания появилась в Красноярске.
    481
  • 21/10/2019

    Как делают науку в Сибири

    Чем живет сибирская наука? Обычно мы слышим об ученых либо в связи с прорывными и особо интересными открытиями. Либо благодаря созданию новых научных объектов, таких как ЦКП СКИФ. Либо, как это ни печально, из-за каких-либо конфликтов.
    773
  • 10/07/2019

    В России пройдут испытания новой модели сверхзвукового самолёта

    В России в 2019 году пройдут испытания модели сверхзвукового делового самолета разработки "Туполева" со сниженным уровнем звукового удара. Его испытают в аэродинамической трубе, сообщил "Интерфаксу" источник в авиапроме.
    942