Отчет о патентных исследованиях по НИР «Разработка технологии и исследование процессов сварки фрагментов прототипов интегральных конструкций планера самолета с повышенной весовой эффективностью из высокопрочных Al-Li сплавов»

Проведены патентные исследования по изучению способов и устройств для сварки концентрированными источниками нагрева (лазерный, электронный луч) фрагментов панелей фюзеляжа и крыла, конструкций и технологических приемов. Сделаны следующие выводы: 1) сварка концентрированными источниками нагрева (лазерная сварка, ЭЛС) в настоящее время представляет повышенный интерес для исследователей, при этом электронно-лучевая сварка наиболее перспективна с точки зрения технологических возможностей и защиты металла шва при проведении процесса; 2) в настоящее время наблюдается тенденция к замене заклепочных соединений стрингеров к обшивке фюзеляжа сварными соединениями; 3) с точки зрения обеспечения повышения весовой эффективности конструкций планера самолета наиболее перспективны алюминий-литиевые сплавы систем Al - Li - Mg, Al - Cu - Li, Al - Li - Mg - Cu - Sc, в которых литий, имея меньший модуль упругости, чем алюминий, повышает модуль упругости сплава до 10%, что гарантирует снижение веса конструкции при высоком комплексе механических свойств; 4) при сварке алюминий-литиевых сплавов из-за присутствия легкоплавких составляющих и окисных пленок на свариваемых кромках для получения качественных соединений (отсутствие пористости, раковин и т.п.) необходима разработка новых технологических приемов по подготовке и проведению сварки; 5) абсолютное большинство патентов в части сварки плавлением относится к использованию лазерной сварки для присоединения стрингеров к полотну панелей, в то время как прямого указания на ЭЛС (В23К15/00 по МПК), имеющую ряд существенных достоинств, не обнаружено. В результате проведенных патентных исследований по изучению способов и устройств для сварки в твердой фазе (сварка трением с перемешиванием) фрагментов панелей фюзеляжа и крыла, конструкций и технологических приемов при их выполнении сделаны следующие выводы: 1) способ сварки трением с перемешиванием в настоящее время является областью повышенного интереса для исследователей в связи с использованием разнородных материалов (преимущественно, разноименных алюминиевых сплавов) в сварных конструкциях планера самолета, а также с применением в изделиях авиационной техники высокопрочных алюминиевых сплавов, не свариваемых или ограниченно свариваемых способами сварки плавлением; 2) сварка трением может быть использована как альтернатива заклепочным соединениям, механически обработанным изделиям, а также может быть применена как альтернатива сварке плавлением; 3) на данный момент основные исследования в этой области ведут компании Airbus, Boeing, Embraer (данные исследования имеют теоретическую и практическую основу, но не доведены до промышленного освоения и внедрения, поскольку основной трудностью при промышленном применении сварки трением с перемешиванием является изготовление специальной оснастки для обеспечения необходимой жесткости закрепления); 4) патентные исследования показали возможность применения сварки трением с перемешиванием при изготовлении листовых конструкций типа емкостей, панелей, профилей и узлов из различных конструкционных материалов, в том числе не свариваемых и ограниченно свариваемых плавлением; 5) авторы патентов предлагают улучшенные решения по сборке-сварке, увеличивающие срок службы конструкции, а также требующие меньшего количества исходного материала, что, соответственно, уменьшает общую ее массу; 6) помимо уменьшения массы элементов планера, применение сварки трением с перемешиванием направлено на уменьшение технологических операций при изготовлении конструкций, что, в свою очередь, приводит к экономической эффективности производства.