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
Парадокс Великой Зеленой стены: Китай посадил 78 миллиардов новых деревьев, но климат стал только хуже. Как так вышло?
Ученые назвали причины, почему самый грандиозный экологический проект за всю историю в итоге обернулся головной болью для миллионов китайских граждан...
Марс отменяется: три причины, почему российские эксперты ставят крест на Красной планете
Почему пробирка с Марса опаснее любого астероида, как галактические лучи «взрывают» мозг и при чем тут Китай? Честный разбор рисков от Российской академии наук...
«Не повторяйте наших ошибок!» 100 лет борьбы с лесными пожарами обернулись катастрофой для США
Эксперты рассказали, почему, казалось бы, проверенная тактика только усугубила ситуацию с лесным огнем...
Мегамонстры с 7-го этажа: в древних океанах шла такая война хищников, где у современных косаток не было бы ни единого шанса
Ученые рассказали, куда исчезли «боги» мезозойских морей и почему сейчас их существование было бы невозможно...
ДНК 4000-летней овцы оказалось ключом к древней тайне, стоившей жизни миллионам
Поразительно, но археологи нашли штамм древней чумы, кошмаривший всю Евразию, в самом таинственном российском городе — Аркаиме. Почему же так получилось?...
Супертелескоп James Webb только запутал ученых, а планета-«близнец» Земли стала еще загадочнее
Эксперты рассказали, почему самый мощный телескоп в истории не смог разобраться с атмосферой TRAPPIST-1e. Аппарат не виноват. Но тогда кто?...
Мощнее леса в десятки раз: в ЮАР нашли «живые камни», которые выкачивают CO₂ с бешеной скоростью
Микробиалиты могли бы спасти Землю от потепления, но у этих «каменных насосов» есть один нюанс...
Новое исследование показало: если бы не этот «российский ген», древние люди вряд ли бы заселили Америку
Ученые рассказали, почему Алтай в ДНК — это главный секрет феноменального здоровья индейцев...
Первая «чернокожая британка» оказалась белой: новое исследование заставило историков полностью пересмотреть портрет женщины из Бичи-Хед
Почему ученые так сильно ошиблись с ее внешностью? И стоит ли после этого доверять реконструкциям по ДНК?...
Грядет научный прорыв: Зачем в последние годы ученые по всему миру создают очень странные компьютеры?
Новые аппараты… не просто живые: они стирают различия между ЭВМ и человеческим мозгом...
20-летнее наблюдение со спутников «сломало климат»: Теперь ученым придется полностью менять все теории
Зато теперь понятно, почему в двух близких городах могут быть... разные времена года...
Она нам больше не праматерь! Почему легендарную Люси могут «изгнать» из числа наших предков?
Ведущие антропологи мира схлестнулись в настоящей войне. Кто же окажется победителем?...
Главная тайна Черного моря разгадана: Ученые рассказали, почему там на дне очень прозрачная пресная вода
Чтобы найти ответ, исследователям пришлось заглянуть на 8 тысяч лет назад...