Interfax-Russia.ru — Алтайские ученые запатентовали новый способ сварки деталей из разнородной стали. А их новосибирские коллеги получили сварной шов такой же прочности, как и соединяемые материалы.
Коллектив ученых Алтайского государственного аграрного университета (АГАУ, Барнаул) под руководством доцента Виктора Иванайского разработал конструкцию составного электрода для ручной дуговой сварки деталей из разнородных сталей и новый способ электросварки.
"Такой электрод состоит из двух компонентов — двух стержней. Первый — стальной стержень, выполнен из металла с обмазкой близкими по химическому составу и механическим свойствам с металлом одной из свариваемых деталей. Второй стержень электрода размещен параллельно первому и соприкасается с ним по всей длине смежной стороны. Он выполнен из металла с обмазкой близкими по химическому составу и механическими свойствами металлу второй детали", — сообщила пресс-служба вуза.
Электроды скреплены друг с другом медными скобами, а смежные поверхности стальных стержней освобождены от обмазки на одну четвертую их диаметра на протяжении всей длины электрода.
Таким образом, химический состав каждой части электрода соответствует или близок к химическому составу соединяемой сваркой стали, а при сварке происходит плавление и смешивание в сварном шве его частей с образованием нового сварочного материала — стали с усредненным химическим составом.
Отмечается, что новый способ сварки деталей уже опробовали в мастерских АГАУ.
"Из листовых сталей 50 и 12Х10Н10Т вырезали образцы свариваемых деталей размером 80х50х6 мм по 6 штук каждой. Образцы из сталей 50 и 12Х10Н10Т перед сваркой прихватывали между собой. Сварку разнородных металлов осуществляли сварочным инвертором "Ресанта" (на режимах: ток-120 А, полярность — обратная)", — рассказали в университете.
Эксперимент оказался удачным. Как оказалось, при сварке деталей из нержавеющей и конструкционной сталей новым способом в сварном шве и зоне сплавления не образуются трещины и другие дефекты, а новая сталь формируется непосредственно в процессе сварки путем плавления и перемешивания в сварочной ванне материалов, близких к ним по составу.
"Мы будем предлагать наше изобретение индустриальным партнерам. Думаю, что новый способ сварки найдет применение не только в пищевой промышленности (упростит сборку производственных линий — ИФ). Он актуален для производства и монтажа емкостей и трубопроводов для хранения и перемещения агрессивных жидкостей, жидких минеральных удобрений, нефтепродуктов", — отметил Виктор Иванайский.
Как отмечают в университете, до сих пор электросварка деталей из нержавеющей и конструкционной сталей считалась невозможной из-за хрупкости сварного шва. Поэтому емкости из нержавеющей стали, используемые в пищевой промышленности, как правило, соединяли с трубопроводами для подачи или удаления жидкости из конструкционной стали или цветных металлов обычным хомутом. Последний, к сожалению, не гарантировал прочность такого соединения, а технология требовала дополнительных финансовых затрат.
Также в создании новых методик по сварке металлов преуспели специалисты Института теоретической и прикладной механики (ИТПМ) им. С. А. Христиановича СО РАН, Института химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ) СО РАН и Института ядерной физики (ИЯФ) им. Г. И. Будкера СО РАН. Ученые впервые получили сварной шов с таким же пределом прочности, как у основного материала.
"Мы провели хорошую фундаментальную работу — получили для всех алюминий-литиевых сплавов, в том числе для сплава В-1469 (самый современный алюминий-литиевый сплав, чей предел прочности равен 550 мегапаскаль (МПа) — ИФ), прочностные свойства швов на уровне прочности основного материала", — сообщил заведующий лабораторией лазерных технологий ИТПМ СО РАН, доктор технических наук Александр Маликов.
Также, по его словам, ученые изучили структурно-фазовое состояние сварного шва в процессе лазерного воздействия.
"Обладая такой информацией, мы можем управлять процессом лазерной сварки. В науке так всегда, если ты на хорошем физическом уровне понимаешь, что ты сделал, можно этим процессом управлять и развивать его", — добавил Маликов.
По данным института, в рамках этой научной работы специалисты Сибирского отделения РАН впервые в мире применили синхротронное излучение 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 проводились в ЦКП "Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения" (ЦКП СЦСТИ) ИЯФ СО РАН.
Ученые подобрали температурные режимы лазерной сварки таким образом, чтобы упрочняющие добавки (например, медь) не вытеснялись из сплава, а упрочняющая фаза (структурное состояние, отвечающее за прочность сплава) была распределена по объему шва, а не концентрировалась на так называемых дендритах — структурах, образующихся при остывании металла и делающих его хрупким. С помощью методов посттермообработки специалистам удалось вернуть нужное фазовое состояние и получить прочный сварной шов.
"При этом, мы сумели сохранить прочность и самого сплава (...) При помощи термообработки мы добились перераспределения упрочняющей фазы и получили предел прочности 550 Мпа", — отметил Маликов.
Лазерная сварка, в отличие от классических способов, обладает уникальным свойством — кинжальным проплавлением. Благодаря применению наночастиц специальной керамики, которые перемешиваются с материалом в расплаве и становятся центрами кристаллизации, удается избежать образования длинных кристаллов-дендритов, и прочность соединения увеличивается в несколько раз. В авиастроении этот метод в перспективе позволит перейти от клепаных соединений к сварным, что сделает самолет легче и дешевле в производстве и эксплуатации.
