В Новосибирске создан новый метод соединения алюминия и стали

Раньше соединить их можно было только опасным способом «сварки взрывом», который требует много ресурсов. Новый метод соединения алюминия и стали разработан учёными из Сибири. Чтобы достичь такого же результата теперь не нужно использовать взрывчатые вещества. Магнитно-импульсную сварку можно проводить в относительно небольшом помещении – достаточно использовать высокий разряд тока. Новый сплав прошел испытания и скоро будет внедрен в работу.

«ЧС» пообщалась с аспиранткой кафедры материаловедения в машиностроении Новосибирского государственного технического университета (НГТУ НЭТИ) Алиной Неделько, чтобы узнать об удивительном открытии поподробнее.

— Алина, расскажите, в чем особенность данного открытия?

— Сталь и алюминий являются очень разными материалами с точки зрения физико-химических свойств. И при обычной сварке плавлением образуются хрупкие интерметаллидные включения (дефекты в металле в виде кристаллов), которые приводят к разрушению сварного соединения. Чтобы избежать данного эффекта, придумали метод, который относится к сварке высокоскоростным соударением и называется магнитно-импульсная сварка. Также к высокоскоростному соударению относится сварка взрывом. Она является более распространенной, так как исследования в этой области ведутся довольно давно. Есть очень большой минус в том, что для сварки взрывом нужны полигоны или специальные места и вредные взрывчатые вещества. При магнитно-импульсной сварке используются специальные установки, и несмотря на наличие высоких напряжений, прямого взаимодействия нет, а для самой сварки достаточно нажать одну кнопку.

— Как происходит сам процесс?

— В одном месте стоит установка, там всё подготовили, вышли в другую комнату, включили, всё сварилось. Это более простой и безопасный метод. Сварное соединение получается хорошим за счет того, что этот удар происходит очень быстро и негативные процессы не успевают произойти.

— Расскажите о вашей роли в этом открытии?

— Саму идею подсказали на кафедре. Теоретическую и опытную работу в данном направлением возглавляет профессор, доктор наук Батаев Иван Анатольевич. Для проведения эксперимента по МИС обратились к кандидату физико-математических наук, старшему научному сотруднику лаборатории синтеза композиционных материалов в Институте гидродинамики имени М.А. Лаврентьева СО РАН Александру Георгиевичу Анисимову, который, к слову, сам разработал специальную установку.

В основном магнитно-импульсная сварка использовалась для соединения трубчатых деталей. Это более исследованное направление. Плоские детали сваривать начали не так давно, и имелся ряд проблем. Например, непровары, небольшое пятно контакта или деформации.

На установке, которая находится в Институте гидродинамики можно сварить плоские детали, причем достаточно неплохого размера, которые провариваются по всей длине. После получения пластины, она разрезается, заливается в шлифы, полируется. Далее исследуется микроструктура сварного соединения, например, на оптическом и растровом электронном микроскопе. В данный момент планируется исследование на просвечивающем электронном микроскопе. Также была проведена термическая обработка, но данные еще не проанализированы. Очень важно, чтобы сварное соединение между разнородными материалами у нас не развалилось, соответственно нужно смотреть, до каких температур можно нагревать.

Так же были и исследования на твердость, всё проводилось вручную. Посмотрели, что алюминий уплотнился в районе сварного соединения, это характерно для данного вида сварки.

— Что происходило на следующем этапе?

— Планируется, что подобного рода пластинки будут использоваться при конструировании различных крупногабаритных изделий. Для того, чтобы их облегчить, часть стальной конструкции делают из алюминия. Соответственно к полученному металлическому композиту алюминий будет вариться к алюминию, а сталь к стали.

— Как это будут использовать в практических целях?

— Планируется внедрять на производство. Сейчас это очень популярное направление облегчения конструкции, потому что в основном привыкли всё делать из «тяжелой» стали. Чем тяжелее машины, тем больше надо топлива, тем больше выбросов, а сейчас очень следят за экологией.

— Какие следующие задачи уже намечены?

— На данный момент варились, грубо говоря, чистые материалы — простые черновые. Так как необходимо было посмотреть подходят ли данные параметры установки для определенного размера и толщины пластинок. В дальнейшем планируется брать более сложные, то есть те, которые используются в производстве. Вполне возможно, что определенные параметры установки для данных чистых материалов подходят, а для каких-то более сложных могут и не подойти. Потому что там и другие элементы имеются – например, легирующиеся (химические элементы, которые добавляются в состав с целью улучшения их свойств). Сейчас мы хотим попробовать поменять некоторые параметры, посмотреть, что получится. Может быть, окажется лучше, а может быть, они не окажут какого-то видимого влияния.

— Как вам кажется, в чём уникальность такого метода соединения?

— Это не только сварка алюминия и стали, это очень хороший метод для того, чтобы сваривать разнородные материалы, а главное быстрый и безопасный. Можно создавать не только соединения их двух материалов, но и, например, из трех. На мой взгляд, это достаточно прогрессивное направление. За рубежом сейчас тоже активно этим занимаются.

Алексей Попович

Справка:

Алюминий и сталь активно используются в машиностроении и авиастроении. Их соединение сильно облегчит важнейшие конструкции. К примеру, самолеты станут легче и маневреннее, что сделает их производство экономичнее.