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
После чудовищного Эль-Ниньо наш мир, возможно, уже не будет прежним
Первой жертвой будет Амазония, но это, как говорят ученые, только начало...
Кто на самом деле сделал Терракотовую армию: историческую сенсацию рассмотрели в отпечатках на древней глине
Поразительно, но открытие китайских ученых перекликается с исследованиями по Древнему Египту и Ближнему Востоку...
«Мы научили медведей видеть в нас добычу»: биолог рассказал, почему хищники нападают на людей по всей России
По словам ученого, совпало сразу несколько факторов, поэтому решить проблему будет сложно...
«Мясной фарш» для Гитлера: как виртуозная операция в 1943 году решила ход битвы за Италию
Дерзко, остроумно и с огромной долей везения: британский план висел на волоске, но Лондону помогли… сами немцы...
Самое древнее кораблекрушение в истории: что нашли турецкие ученые на судне, которое утонуло 4600 лет назад?
Подобные артефакты в свое время находили не только в легендарной Трое, но и рядом с Великой пирамидой в Египте...
Маск только что показал летающий автомобиль: история говорит, что это может не сработать
Почему эксперты Popular Mechanics не верят в успех нового проекта владельца SpaceX и Tesla...
Монетный детектив: российский ученый 10 лет охотился за распроданными сокровищами и раскрыл тайну древнего царства на Боспоре
Пожалуй, это одна из самых интересных исторических загадок, раскрытых в последнее время...
Что массово убивало пингвинов в 2024-м: ученые подозревали птичий грипп, но они ошибались
Поразительно, но виновник массовой гибели птиц больше 20 лет находился под носом у исследователей, а они его не замечали...
Почему ледник Судного дня не перестанет таять, даже если остынут моря и океаны?
Новое исследование показало: у Антарктиды есть поразительные сценарии будущего, от которых зависит судьба всего мира...
Каспийское море снова изменилось: какие острова нанесут на новые карты
Почему географы очень строги к таким объектам и какие требования предъявляют к ним...
Муравьи Дракулы охотятся с первого дня жизни: их мозг может объяснить такую «кровожадность»
По словам ученых, когда-то такими были все муравьи, но что-то заставило их поменять свое поведение...
Летние каникулы длиной… в два с половиной года: как 777 российских детей вернулись домой через Сибирь, Америку и Европу
По этой удивительной истории запросто можно снять отличный сериал. Даже несколько сезонов...