МОСКВА, Россия / EuroWire.IO / – Российские и китайские исследователи разработали технологию ультразвуковой сварки, которая удваивает прочность металлических соединений на растяжение. Этот подход также увеличивает срок службы сварных деталей в 1,9 раза. Проект возглавляли ученые Южно-Уральского государственного университета в Челябинске в тесном сотрудничестве с китайскими коллегами. Результаты, о которых сообщило телевидение BRICS со ссылкой на университет, касаются соединений между металлами с различными свойствами, такими как сталь и алюминий.
Трудности соединения разнородных металлов исторически представляли собой сложную задачу для инженеров из-за образования хрупких интерметаллических слоев в точках контакта. Эти слои склонны к растрескиванию под воздействием напряжения, что подрывает целостность всей конструкции. Инновационный метод направлен на решение этой проблемы при точечной сварке — процессе, широко используемом при изготовлении кузовов автомобилей и различных узлов. Университет объявил о публикации результатов в журналеEngineering Fracture Mechanics .
Новая технология предполагает применение ультразвуковых колебаний мощностью приблизительно 1200 ватт в процессе точечной сварки. Эти колебания влияют на внутреннюю кристаллическую структуру металла, что приводит к уменьшению размера кристаллов почти в пять раз. Кристаллы становятся мелкими и однородными, в отличие от более крупных структур. Кроме того, этот процесс эффективно уменьшает вдвое толщину хрупких интерметаллических слоев на границе соединения.
Ультразвук удаляет воздух, застрявший в сварных швах.
Кроме того, ультразвуковые волны выталкивают пузырьки воздуха из расплавленного металла во время сварки, что приводит к образованию более плотных соединений с меньшим количеством внутренних дефектов. Испытания показали, что прочность сварных соединений при использовании этого метода удваивается. Срок службы компонентов также увеличивается на 90%, или почти вдвое. Ученые подчеркнули, что такие сварные швы лучше выдерживают постоянную вибрацию и механические нагрузки без растрескивания, что является важным свойством для деталей движущихся транспортных средств.
Хотя в объявлении не были указаны точные значения прочности или подробные параметры испытаний, улучшения описаны в относительном смысле. Ученые рассматривают этот подход как средство повышения надежности конструкций, изготовленных из смешанных металлов. Сталь и алюминий часто комбинируются для снижения веса без ущерба для прочности, но слабые соединения исторически ограничивали такие конструкции. Этот проект был реализован в сотрудничестве с китайскими партнерами.
Потенциал для создания более лёгких транспортных средств, самолётов и инфраструктуры.
Исследовательская группа указала, что метод ультразвуковой сварки может применяться в автомобильной , аэрокосмической и строительной отраслях. В автомобилестроении он может обеспечить более прочное соединение между стальным каркасом безопасности и алюминиевыми дверями, капотами и крыльями. Более легкие гибридные конструкции могут позволить электромобилям достигать большего запаса хода на одном заряде. В авиации снижение веса может позволить самолетам перевозить больше пассажиров или грузов, потребляя при этом меньше топлива. Обе отрасли ставят во главу угла снижение веса для повышения эффективности.
В строительстве эта технология может быть использована для металлических соединений в мостах и небоскребах. Университет отметил, что такие соединения могут превосходить по прочности монолитные железобетонные конструкции. Конкретные сроки коммерческого внедрения технологии не были указаны. Южно-Уральский государственный университет в этом году осветил несколько инициатив в области прикладных исследований, подчеркнув, что этот метод открывает новые возможности для создания более легких и одновременно более прочных конструкций.
Статья "Усиленная ультразвуковая сварка повышает прочность металлического соединения в рамках российско-китайского сотрудничества" впервые появилась на сайте газеты Highlander Newspaper .