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.