В Новосибирске разработали технологии лазерной сварки для авиастроения
Сегодня на Новосибирском авиазаводе имени Валерия Чкалова изготавливают истребители-бомбардировщики Су-34, ставшие основой боевой мощи российских ВВС. Тут же производят важнейшие узлы истребителя пятого поколения Су-57 и ближнемагистрального авиалайнера Суперджет 100 - эти машины собирают в Комсомольске-на-Амуре.
В Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ НЭТИ) готовят инженеров для авиастроения. В Сибирском НИИ авиации имени академика Сергея Чаплыгина конструируют перспективные летательные аппараты и проводят их испытания. А в новосибирском Академгородке разрабатывают новые технологии и материалы для авиакосмической отрасли.
Одним из самых "устремленных в небо" по праву считается Институт теоретической и прикладной механики (ИТПМ) Сибирского отделения РАН имени академика Сергея Христиановича. Здесь давно и плодотворно работают над тем, чтобы отечественные самолеты и ракеты летали быстрее и лучше всех в мире. Занимаются в ИТПМ и перспективными технологиями авиастроения - например, лазерной сваркой.
Конечно, сегодня широко используются композитные материалы, но наиболее сложные и ответственные детали, которые могут работать в условиях высоких температур и высоких нагрузок, изготавливают из "крылатых металлов" - титана и алюминия. А скрепляют их по старинке - заклепками. Процесс это трудоемкий и к тому же вредный для здоровья тех, кто этим занимается, - слишком сильные шум и вибрация. Кроме того, заклепочная технология утяжеляет конструкцию, что в авиакосмической отрасли очень большой минус. По оценкам экспертов ВНИИ авиационных материалов, замена заклепок на сварку может снизить вес конструкции летательного объекта до 25 процентов.
- Метод заклепочного со-единения 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, - поясняет заведующий лабораторией лазерных технологий ИТПМ СО РАН Александр Маликов.
Неудивительно, что ученые уже много лет пытаются заменить клепку сваркой, но пока это не получается из-за того, что сварной шов выходит хрупким. Его прочностные характеристики, по оценкам специалистов, составляют лишь 50-80 процентов от значений исходного сплава. При создании самолета или ракеты это недопустимо.
Поэтому настоящим прорывом стали исследования специалистов ИТПМ СО РАН, позволившие значительно увеличить прочность сварного соединения. Надо отметить, что в этой масштабной работе также принимали участие ученые еще нескольких НИИ Сибирского отделения - химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ), ядерной физики (ИЯФ), гидродинамики (ИГ). В этом и состоит ключевое пре-имущество новосибирского Академгородка - специалисты самых разных отраслей знания работают здесь в соседних зданиях, им легко объединять усилия, а настоящие прорывы, как правило, происходят именно на стыках наук.
- При сварке металлических деталей в зоне плавления происходит перераспределение примесей, что приводит к качественным изменениям прочностных характеристик материала, - отмечает старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН Алексей Анчаров. - Он становится менее прочным, более твердым и, следовательно, подверженным быстрому распространению трещин в шовном материале. Наша задача - понять, что происходит в зоне плавления, как перераспределяются примеси, какие они образуют соединения, какие интерметаллические фазы проходят. И после отработать те режимы лазерной сварки, при которых все эти негативные процессы не успевали бы развиться.
Для изучения того, что происходит во время сварки титана и алюминия, ученые использовали возможности Сибирского центра синхротронного и терагерцевого излучения, расположенного в 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.
Научившись качественно сваривать листы алюминия и титана, исследователи пошли дальше и разработали научные основы технологии лазерной сварки уже алюминиево-литиевых сплавов. Так что самый легкий на свете металл, который нашел сегодня широкое применение в аккумуляторах, в ближайшем будущем тоже станет "крылатым".