Сибирские учёные впервые получили сварной шов с прочностью авиационного сплава

Ученые Сибирского отделения РАН (СО РАН) впервые получили сварной шов с таким же уровнем прочности, как у основного авиационного сплава, что является обязательным требованием для внедрения метода в практическое авиастроение. Об этом сообщили во вторник в пресс-службе Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ) СО РАН.

"Нужно, чтобы прочностной уровень сварного шва был равен прочностному уровню сплава на 100%, и только в этом случае можно говорить о внедрении метода в практику. Мы провели хорошую фундаментальную работу - получили для всех алюминий-литиевых сплавов, в том числе для сплава В-1469, прочностные свойства швов на уровне прочности основного материала", - приводит пресс-служба слова заведующего лабораторией лазерных технологий Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича (ИТПМ) СО РАН Александра Маликова.

В пресс-службе рассказали, что мировое авиастроение стремится к строительству более прочных, но при этом легких летательных аппаратов, для этого создаются сплавы с улучшенными техническими характеристиками, например, алюминий-литиевые, которые можно сваривать, отказавшись от технологии клепки металла в пользу сварных соединений. Однако до недавнего времени большой проблемой было то, что сварной шов проигрывал в прочности самому сплаву. Низкий уровень прочности сварного шва обусловлен изменением структуры материала, которое возникает при быстром нагреве лазерным излучением, и процессами, происходящими во время последующей кристаллизации сплава, перехода из жидкого состояния в твердое.

Специалисты ИТПМ СО РАН, Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) и ИЯФ СО РАН изучили при помощи синхротронного излучения, как меняется структура материала, можно ли ее восстановить и какие режимы лазерной сварки и последующей термообработки позволят достичь и сохранить необходимый уровень прочности шва. Им удалось впервые получить сварной шов с пределом прочности таким же, как у основного материала.

При лазерной сварке металлов, под воздействием высокой температуры, в зоне плавления происходят различные структурные или фазовые превращения, одно вещество трансформируется в другое, характеристики сплава меняются. Раньше для полного понимания закономерностей структурных превращений информации было недостаточно. Сибирские ученые впервые в мире применили синхротронное излучение (СИ) в режиме реального времени на каждом этапе лазерной сварки и начали изучать процессы образования тех или иных структурных состояний, причин их трансформаций и переходов. Исследования были проведены в ЦКП "Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения".

"При добавлении меди и лития происходит упрочнение алюминиевых сплавов - добавленные элементы рассредоточиваются в материале, выстраиваясь между зерен алюминия, и не дают им расплываться, можно сказать, цементируют их. После того, как при помощи лазерного воздействия мы получаем сварной шов, в материале, начинается обратный процесс - кристаллизация, в ходе которой алюминий вытесняет упрочняющие добавки. <…> В ИТПМ подобрали температурные режимы лазерной сварки, при которых все возвращается обратно. При помощи СИ и экспериментов in situ мы увидели и подтвердили, что механизм работает и при определенных параметрах сварки структурное состояние, отвечающее за прочность сплава, можно вернуть", - приводятся слова старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН Константина Купера. Специалистам удалось получить прочный сварной шов, сохранив прочность самого сплава.