В станках, созданных в цехах Объединенной двигателестроительной корпорации («ОДК») «Ростеха», используют метод, позволяющий получать особо прочные соединения из жаропрочных сплавов, используемых в авиационных двигателях.
Сварка там, где плавить нельзя
Современные двигатели состоят из уникальных материалов, которые выдерживают колоссальные нагрузки и температуры. Однако эти же сплавы крайне капризны при традиционной сварке. Риск дефектов, микротрещин и «усталости» металла в зоне шва был ахиллесовой пятой, ограничивающей как надежность, так и возможность серийного производства.
Эту сложную и важную проблему решил дочерний институт «Ростеха», создав специальный станок – первое подобное оборудование в России, которое работает на предприятии «ОДК-Сатурн».
На нем детали из суперсплавов диаметром до 400 мм соединяются не привычной дугой или лучом, а с помощью трения. При ротационной сварке трением (FRW) – металл не плавится, а разогревается до пластичного состояния за счет тепла от механического трения и давления. В результате детали из сверхпрочных жаропрочных сплавов свариваются в единое целое, почти неотличимое по прочности от монолитной поковки.
Уникальное преимущество технологии - FRW может соединять разнородные материалы, которые практически невозможно соединить традиционными способами. Например, сталь и алюминий, титан и медь.
Крепкие крылья России
Метод «сварки трением с перемешиванием» освоили ученые Центрального научно-исследовательского института технологии судостроения для судовых конструкций (Подробнее в нашем материале). Теперь ее потенциал раскрывают в авиации. Сейчас эта технология становится все более востребованной в авиационном двигателестроении. Требования к сроку жизни самолетов значительно возросли, поэтому повышение надежности материалов, конструкций и двигателей – на первом месте.
Сварку трением применяют при изготовлении ротора компрессора высокого давления перспективного двигателя ПД-35 тягой более 35 тонн, который предназначен для использования на широкофюзеляжных пассажирских и тяжелых транспортных самолетах. ПД-35 может вдохнуть новую жизнь в Ил-96, сделав его востребованным на внутренних и международных авиалиниях. С появлением такого двигателя отечественные авиастроители смогут значительно расширить ассортимент продукции, что, в свою очередь, положительно скажется на экономическом положении всей авиационной отрасли России.
Цифровизация и новые горизонты
До недавнего времени и оборудование, и ноу-хау в области сварки сложнейших сплавов для авиации часто были зарубежными. Это создавало риски для долгосрочных программ, подобных ПД-35. Теперь основное оборудование локализовано, технология и инженерные компетенции находятся под полным контролем. Это не просто станок – это формирование нового технологического ядра для тяжелого высокоточного машиностроения.
Технология ротационной сварки трением востребована везде, где нужны сверхнадежные соединения ответственных узлов: в космической технике, судостроении (что уже доказано), энергетике, производстве спецтехники.
К 2028-2030 годам сварка трением станет стандартом в серийном производстве авиационных силовых установок. К 2035 году будет возможно выйти на серийное производство в 12-20 двигателей в год. Следующий логичный шаг – интеграция процесса с цифровыми технологиями: создание цифровых двойников, предиктивная аналитика, полная автоматизация.
Алмаз Миниахметов, ведущий инженер отдела технологии сварочного производства АО «ОДК» «НИИД»: «Самое главное преимущество ротационной сварки трением – производительность. По сравнению с электронно-лучевой она занимает буквально несколько секунд. Электронно-лучевая – несколько часов».