Новосибирские ученые из Института теоретической и прикладной механики СО РАН (ИТПМ СО РАН) разработали технологию, которая поможет строить летательные аппараты нового поколения.

Одна из задач современного самолетостроения – облегчение конструкции летательного аппарата. Замена от 50 до 30 млн. заклепок, используемых сегодня при изготовлении корпуса большого пассажирского самолета, на сварные швы позволила бы значительно облегчить его, удешевить производство и существенно улучшить эксплуатационные характеристики.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Такая замена возможна только при выполнении условия равенства прочности сварного шва и прочности свариваемого материала. Конструкция самолета должна иметь все детали с одинаковой прочностью. Однако современные методы сварки авиационных материалов (алюминиевых и титановых сплавов) не позволяют в полной мере выполнять это требование.

Ученые ИТПМ разработали лазерную сварку с применением наночастиц, позволяющую существенно улучшить прочностные свойства сварного шва. Основная идея новой технологии – управление процессом кристаллизации при сварке с помощью наночастиц тугоплавкого соединения (например, карбида титана), которые вводят в сварной шов.

Введение нанопорошка в сварной шов кардинальным образом изменяет процесс зародышеобразования, которое происходит на наноразмерных частицах на границе контакта трех фаз (наночастица – зародыш - расплав) и резко изменяет морфологию и дисперсность растущего зерна. Структура шва вместо игольчато-дендритной становится квазиравноосной и мелкодисперсной. Уменьшается размер неметаллических включений. Соответственно повышаются механические свойства (прочность и пластичность) металла шва, возрастает в несколько раз относительное удлинение, увеличиваются предел прочности и предел текучести.

Напомним, что давным-давно, 100-150 лет назад, по морям ходили суда с клепанными корпусами. Когда была разработана технология сварки стали, обеспечивающая необходимую прочность, все корабельные корпуса стали сварными. Так и сварные самолеты, возможно, скоро заменят клепанные. Тем более что опыт изготовления сварных самолетов, правда пока только военных, уже есть.

(На фото - автоматизированный лазерный технологический комплекс для сварки).