Авиация России

Сварка трением (Friction Welding, FRW) – это передовая технология соединения разнородных материалов, которые не соединяются при традиционной сварке плавлением. В основе метода лежит использование тепла, которое генерируется трением между соединяемыми поверхностями.

«Необходимая для сварки высокая температура образуется при трении поверхностей под действием вращения одной из деталей и одновременного усилия сжатия. Благодаря этому FRW позволяет получать соединения с улучшенными механическими свойствами и сводит к минимуму дефекты, которые обычно возникают при литье. Сейчас эта технология становится всё более востребованной в авиационном двигателестроении», – рассказали сайту «Авиация России» в пресс-службе Объединённой двигателестроительной корпорации.

Принцип работы FRW прост и элегантен. Механическая энергия трения преобразуется в тепловую, достаточную для того, чтобы материал в зоне соединения перешёл в пластическое состояние. Когда достигается необходимая температура, вращение прекращается и прикладывается осевое давление. Этот процесс обеспечивает вытеснение загрязнений и создаёт условия для диффузионного соединения атомов свариваемых деталей. Фактически, происходит «сращивание» материалов на молекулярном уровне.

Ключевым преимуществом FRW является возможность соединения разнородных материалов, которые практически невозможно соединить традиционными способами. Например, сталь и алюминий, титан и медь. Узкая зона термического влияния сводит к минимуму изменения в микроструктуре материала. Это особенно важно для высокопрочных сплавов, где любые изменения структуры могут привести к ухудшению характеристик. Таким образом, FRW позволяет сохранить исходные свойства материалов в зоне сварки.

Существует несколько разновидностей сварки трением. Ротационная сварка трением (Rotary FRW) – наиболее распространённый метод, который применяется для соединения цилиндрических деталей. Сварка трением с перемешиванием (Friction Stir Welding, FSW) использует вращающийся инструмент для перемешивания материала и широко применяется для алюминиевых сплавов. Линейная сварка трением (Linear FRW) позволяет соединять детали сложной формы с помощью линейных колебательных движений. Ротационная и линейная сварка трением – это критически важные технологии в современном авиадвигателестроении.

Несмотря на все преимущества, у FRW есть и ограничения. Во-первых, необходимо специализированное оборудование. Во-вторых, существуют определённые ограничения по форме свариваемых деталей. В-третьих, после сварки образуется грат, который требует дополнительной обработки. Однако, преимущества FRW часто перевешивают эти недостатки, особенно в тех случаях, когда требуется высокая прочность и надёжность соединения.

Применение FRW в авиационной промышленности – яркий пример её универсальности и эффективности. Она используется для производства лопаток турбин газотурбинных двигателей, где важна высокая прочность и термостойкость соединения. Также перспективным направлением является соединение титановых сплавов в конструкциях фюзеляжа.

Внедрение FRW позволяет снизить вес и увеличить ресурс авиационных двигателей, не снижая при этом прочность сварных соединений. Например, в современных двигателях ПД-14 активно используются технологии сварки трением для изготовления дисков турбин и других ответственных деталей. Это позволило значительно повысить надёжность двигателя, в последующем позволит довести ресурс деталей до уровня иностранных аналогов.

Российские предприятия активно внедряют сварку трением, и перспективы применения технологии выглядят обнадёживающе. Сейчас идёт активное обсуждение возможностей расширения области применения FRW, формулируются конкретные задачи для партнёров. В частности, речь идёт о разработке новых сплавов и режимов сварки, которые будут оптимизированы под конкретные задачи в авиационной промышленности. Это позволит максимально эффективно использовать преимущества FRW при создании авиационных двигателей.

* * *

Артём Кириллов
для сайта «Авиация России»

Подготовлено по материалам ОДК
и открытых специализированных ресурсов:

• Friction Welding and Friction Stir Welding Processes in Aerospace Applications, Journal of Materials Engineering and Performance,
• Advances in Solid-State Joining Technologies for Aerospace Materials, SAE International.

1 822