Не расплавляя пузырьков: испытана технология бережной сварки вспененного металла
Начнём с пояснений к иллюстрации, чтобы читателя сразу оценили преимущества изобретения. На картинке — два куска металлической пены, которые соединяют с помощью сварочной машины. Всего в нескольких сантиметрах от раскалённого сварного шва металл достаточно прохладный, чтобы к нему можно было прикасаться.
Речь идёт о технологии сварки композитной металлической пены (CMF) без ухудшения её свойств. Разработали способ в Университете штата Северная Каролина. Метод, вероятно, будет пользоваться спросом, так как CMF перспективны для широкого спектра применений. Из преимуществ — лёгкость, прочность и защита от экстремальных температур.
CMF — это пены на основе полых сфер из нержавеющей стали либо титана, которые встроены в основу из стали, титана, алюминия или других металлических сплавов. Полученный материал одновременно лёгкий и удивительно прочный. А используется, он, например, для изготовления крыльев самолётов, как защитные элементы автотранспорта и в бронежилетах.
Сочетание малого веса, высокой прочности и теплоизоляции означает, что CMF также перспективен для хранения и перевозки опасных грузов, ядерных материалов, взрывчатых веществ, а также всего, что зависит от поддержания определённой температуры.
Однако у использования были ограничения, так всё с этими вспененными металлами было прекрасно, пока не требовалась сварка.
Автор статьи о новом исследовании — Афсане Рабиеи, профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии в университете Северной Каролины. В публикации о достижении в журнале Advanced Engineering Materials («Передовые инженерные материалы») она отметила, что традиционная сварка плавлением для CMF не очень-то подходила. Дело в том, электрод, плавясь, конечно, соединит детали из композитной металлической пены. Но шов не будет пористым. Да и любой тип сварки с прямым нагреванием приводит к частичной потере пористости, что ухудшает свойства CMF. Короче говоря, большинство способов традиционной сварки не годились для соединения вспененных металлов.
И вот исследователи подобрали подходящую технологию — индукционную. Для неё используется индукционная катушка, чтобы создавать электромагнитное поле, нагревающее свариваемый металл.
Профессор рассказала, что CMF состоит из металла всего на 30–35%, и электромагнитное поле способно глубоко проникать в материал, обеспечивая хороший сварной шов. Воздушные полости, которых в CMF, соответственно, 65–70% от объёма, защищают структуру материала от воздействия тепла. В результате индукционная сварка нагревает целевую область в достаточной степени, что сварить куски CMF воедино, но предотвращает распространение тепла от места соединения. Результат — максимально возможное сохранение свойств CMF.
Профессор подчеркнула, что это важный шаг вперёд, ведь именно ценные свойства этого материала и дают ему шанс получить теперь ещё большее распространение.
Речь идёт о технологии сварки композитной металлической пены (CMF) без ухудшения её свойств. Разработали способ в Университете штата Северная Каролина. Метод, вероятно, будет пользоваться спросом, так как CMF перспективны для широкого спектра применений. Из преимуществ — лёгкость, прочность и защита от экстремальных температур.
CMF — это пены на основе полых сфер из нержавеющей стали либо титана, которые встроены в основу из стали, титана, алюминия или других металлических сплавов. Полученный материал одновременно лёгкий и удивительно прочный. А используется, он, например, для изготовления крыльев самолётов, как защитные элементы автотранспорта и в бронежилетах.
Сочетание малого веса, высокой прочности и теплоизоляции означает, что CMF также перспективен для хранения и перевозки опасных грузов, ядерных материалов, взрывчатых веществ, а также всего, что зависит от поддержания определённой температуры.
Однако у использования были ограничения, так всё с этими вспененными металлами было прекрасно, пока не требовалась сварка.
Автор статьи о новом исследовании — Афсане Рабиеи, профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии в университете Северной Каролины. В публикации о достижении в журнале Advanced Engineering Materials («Передовые инженерные материалы») она отметила, что традиционная сварка плавлением для CMF не очень-то подходила. Дело в том, электрод, плавясь, конечно, соединит детали из композитной металлической пены. Но шов не будет пористым. Да и любой тип сварки с прямым нагреванием приводит к частичной потере пористости, что ухудшает свойства CMF. Короче говоря, большинство способов традиционной сварки не годились для соединения вспененных металлов.
И вот исследователи подобрали подходящую технологию — индукционную. Для неё используется индукционная катушка, чтобы создавать электромагнитное поле, нагревающее свариваемый металл.
Профессор рассказала, что CMF состоит из металла всего на 30–35%, и электромагнитное поле способно глубоко проникать в материал, обеспечивая хороший сварной шов. Воздушные полости, которых в CMF, соответственно, 65–70% от объёма, защищают структуру материала от воздействия тепла. В результате индукционная сварка нагревает целевую область в достаточной степени, что сварить куски CMF воедино, но предотвращает распространение тепла от места соединения. Результат — максимально возможное сохранение свойств CMF.
Профессор подчеркнула, что это важный шаг вперёд, ведь именно ценные свойства этого материала и дают ему шанс получить теперь ещё большее распространение.
- Дмитрий Ладыгин
- techxplore.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Медный парадокс: почему электричество никогда не придет в каждый дом
Эксперты считают, что развитие цивилизации уперлось в мощный геологический барьер. Кто виноват и как выходить из этой ситуации?...
Новое исследование: Христофор Колумб — вообще не тот, кем его считали историки
Ученые даже назвали подлинное имя великого мореплавателя...
Еще одна тайна Аркаима разгадана: ученые объяснили, почему древний город построен именно на этом месте
Оказалось, что наши далекие предки очень умело использовали природную инфраструктуру и обладали инженерными знаниями...
Что за звуки сводили с ума смотрителей маяков: тайна разгадана учеными
Эксперты из Института поиска внеземного разума говорят: новое открытие в буквальном смысле открыло им глаза и уши...
4600-летний секрет «неубиваемости» Великой пирамиды раскрыт: все дело в специальных камерах
Древние инженеры опередили время на тысячелетия. Строение находится на своей частоте и гасит внешние вибрации...
Трехметровые осетры и тайна древнего русского города: историки раскрыли, как появилась Старая Ладога
Ответы на многие вопросы дали… 67 000 костей. Иногда, чтобы распутать исторический детектив, надо заглядывать не в хроники, а в мусорные кучи...
60 млрд Солнц в одной точке: что скрывает самая тяжелая пара черных дыр?
Секрет абсолютной пустоты, похоже, разгадан. Там нет вообще ничего: Ни пыли, ни газа, ни звезд...
В тени российского орла: сколько раз Петербург спасал Вашингтон от полной гибели?
Когда-то американцы клялись, что США будет дружить с Россией, покуда светят звезды. А сейчас делают вид, что не помнят...
Назад в будущее: почему Швеция запрещает смартфоны в школах и возвращается к бумажным учебникам?
По словам экспертов, отмена цифровизации сейчас происходит во многих странах. Неужели человечество одумалось и начинает выздоравливать?...
Мы все «марсиане»: ученые доказали, что жизнь с Красной планеты могла долететь за несколько лет
Компьютерное моделирование подтвердило: бактерии способны пережить Великий перенос с Марса на Землю. И этот процесс может идти прямо сейчас...
«Печать Евы»: почему у этих женщин рождаются только девочки
Оказалось, что старые теории вообще не работают. Но есть две мутации, которые могут усилить друг друга...
Снова утечка воздуха в российском секторе МКС: чем это грозит нашим и всей станции?
По словам специалистов: в 2026 году поломка вошла в цикл. Космонавты устраняют проблему, радуются, а через три недели — снова проблемы...
СССР был первым в энергии ветра: что помешало стать лидером планеты?
Это был невероятный и прорывной проект советского конструктора Юрия Кондратюка. Того самого, по расчетам которого, американцы полетели на Луну...