Будущее сварки в мире 3D-печати: как соединить титан и сталь вопреки всему
Варить – и никаких гвоздей!
Возможность соединить два разных металла ─ это гениальная инженерная мысль. Данный способ позволяет объединить и усилить лучшие качества соединяемых материалов. Деталь может состоять из нескольких частей, которые находятся в разных условиях эксплуатации.
При этом какая-то часть испытывает все «прелести» воздействия высоких температур, а другая, например, погружена в воду и может страдать от коррозии, попросту говоря, покрыться ржавчиной. И только использование разных материалов может позволить детали справиться с такими непростыми условиями. Метод сваривания – один из самых простых и доступных для соединения двух разных металлов.
Соединить несоединимое
Несмотря на кажущуюся простоту, такой вид соединения металлов имеет ряд нюансов. Есть такой критерий – «степень свариваемости». Все материалы делятся на хорошо, удовлетворительно, плохо и ограниченно свариваемые.
Например, медь, алюминий, титан и их сплавы плохо свариваются с таким распространенным сплавом, как сталь. Проблемы в соединении могут заключаться в возникновении оксидной пленки на металле, непрочности шва из-за содержания углерода, образовании ломких областей. Решают эту проблему по-разному: от нанесения покрытия на свариваемые металлы до применения «вставок» из других металлов для соединения несоединимого.
Третий не лишний
Институт лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ), основанный на базе Санкт-Петербургского государственного морского технического университета, уже давно занимается исследованием соединений различных металлов. Именно здесь создали один из первых отечественных 3D-принтеров, способных «выращивать» крупногабаритные изделия для судостроения. Специалисты института вплотную занимаются развитием аддитивных технологий.
Так, была поставлена задача соединить титан и сталь. При их обычной дуговой сварке невозможно получить прочный сварной шов. Он выходит очень хрупким, на нём образуются трещины из-за низкого уровня растворимости железа в титане. В таких ситуациях обычно применяют вольфрамовый электрод, используют специальные вставки из бериллиевой бронзы или метод «сварки взрывом».
В производстве такого типа деталей посредством 3D-печати учёные из ИЛИСТ прибегли к использованию промежуточного слоя между титаном и сталью – третьего компонента. Методом прямого лазерного выращивания был создан градиентный слой из молибдена и меди. При этом в качестве соединителя был использован сферичный порошок молибдена производства тульского завода «ПОЛЕМА».
Получить сферичный порошок молибдена не так просто. В мире есть всего несколько производителей сферичного молибдена, подходящего для 3D-печати, один из них – в Туле.
Так как порошок изначально изготавливается с помощью восстановления, его частицы имеют губчатую форму, которая не позволяет им правильно слепляться в один слой при расплаве лазером. Поэтому восстановленный порошок молибдена на специальном оборудовании проходит процесс сфероидизации для придания частицам сферичной формы и обеспечения их надежного соединения друг с другом при плавлении.
Таким образом, технология прямого лазерного выращивания при помощи градиентного слоя позволяет соединить разнородные материалы, не прибегая к сварке. Сложно прогнозировать полное вытеснение сварки 3D-печатью в недалеком будущем, но с уверенностью можно сказать, что границы применения данной технологии будут только расширяться.
Материал подготовлен совместно с ПМХ