Метод электронно-лучевой сварки сегодня широко используется в авиационно-космической технике, приборостроении, микроэлектронике, атомной энергетике. Лучевая технология позволяет сваривать за один проход детали толщиной от 0,1 мм до 400 мм. Главным преимуществом электронно-лучевой сварки является высокое качество и надежность сварных швов. Однако недостаточный контроль процесса может вызывать брак. Серьезным дефектом является провисание сварного шва при сварке с полным проплавлением, который увеличивает риск местного разрыва и трещин при нагрузке соединения. Объединенный коллектив Пермского Политеха, Московского энергетического института и Хуанджунского института науки и технологии (Китай) разработали и научно обосновали метод, который позволит управлять характеристиками сварного соединения и повышать его качество.
Результаты работы ученых опубликованы в одном из самых престижных журналов в области металловедения и материаловедения «Metallurgical and Materials Transactions» в секции «А», специализирующейся на вопросах касающихся технологий обработки и свойств материалов. Разработка выполнена при поддержке Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030» двумя российскими университетами.
— При электронно-лучевой сварке образуются узкие глубокие швы. Это происходит за счет образования тонкого канала из пара и расплавленного металла вокруг луча. Процессы, происходящие в канале проплавления, скрыты от исследователя как игла Кощея от известного героя. Моделирование становится единственным методом заглянуть «внутрь», — рассказывает доктор технических наук, проректор по разработкам и инновациям, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского Политеха Дмитрий Трушников.
Электронно-лучевая сварка со сканированием луча — современный метод, который способен предотвратить провисание сварного шва. С помощью компьютерного моделирования данных ученые установили, какие параметры могут препятствовать возникновению дефектов.
— Применение осцилляции — технологического приема, который предотвращает корневые дефекты в сварном шве — при электронно-лучевой сварке позволяет перераспределить энергию в области взаимодействия пучка с материалом. Эффект удержания металла от вытекания из сквозного канала проплавления проявляется только на определенных режимах осцилляции. Использование моделирования для определения необходимых режимов позволит снизить временные и материальные издержки, — поясняет кандидат технических наук, доцент кафедры технологии металлов Национального исследовательского университета «МЭИ» Андрей Слива.
В перспективе исследование ученых позволит улучшить качество сварных соединений.
— Сейчас перед страной стоит большой вызов в обеспечении технологической независимости в авиационном двигателестроении. Необходимо в кратчайшие сроки провести сертификацию новых авиационных двигателей и ускоренными темпами наладить их серийное производство. Именно в этом случае обеспечение качества на этапе всех технологических операций приобретает огромное значение. Электронно-лучевая сварка применяется как заключительная при изготовлении особо ответственных узлов сложных дорогостоящих изделий (космические аппараты, детали авиационных газотурбинных двигателей, шестерни редукторов вертолетов и т.д.). Возникающие на этом этапе дефекты могут иметь катастрофические последствия, — сообщает ученый Пермского Политеха.
Разработка уже внедряется на предприятиях авиационного двигателестроения и Росатома.
По словам ученого из «МЭИ» Андрея Сливы, кроме повышения качества сварного соединения, применение осцилляции потенциально может влиять на микроструктуру и свойства сварных швов. В этом направлении сейчас ведутся исследования.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.