«Приоритет 2030»: Аспирант Московского Политеха оптимизировал сварку алюминия
Аспирант Московского Политеха Денис Богуш нашел способ ускорить внедрение передовых технологий сварки в авиа- и машиностроении. Молодой ученый использует алгоритмы машинного обучения для оптимизации процесса соединения алюминиево-магниевых сплавов нового поколения. Работа в рамках гранта имени В.Е. Фортова рассчитана на год, по итогам планируется публикация в международном рецензируемом журнале и участие в научной конференции.
Алюминиево-магниевые сплавы привлекательны сразу по нескольким причинам: они прочные, пластичные, хорошо свариваются и противостоят коррозии. Именно поэтому без них не обходятся ни авиастроители, ни производители транспортных конструкций. Однако сварить такой сплав — задача непростая. Обычные методы сварки плавлением зачастую сопровождаются образованием в металле шва внутренних дефектов в виде пор, трещин и включений оксидной пленки. Также при сварке плавлением возникают деформации тонколистовых конструкций, которые снижают работоспособность и надежность соединений. Выход — сварка трением с перемешиванием материала в твердой фазе без расплавления: инструмент вращается в зоне стыка, разогревает металл до пластичного состояния и перемешивает его, не доводя до жидкой фазы. Шов получается плотным и ультрамелкозернистым, что позволяет избежать большинства дефектов.
Правда, есть особенности. Так, качество шва зависит сразу от нескольких параметров — скорости вращения инструмента, скорости сварки, усилия прижатия, угла наклона. Менять их вручную и каждый раз проверять результат — долго и дорого. Именно здесь в работу включается машинное обучение.
«Мы накапливаем экспериментальные данные и обучаем на них модели, которые учатся видеть связь между параметрами сварки и свойствами шва. В итоге алгоритм сам предлагает режимы, при которых соединение получается без дефектов. Это сокращает объем экспериментов и ускоряет внедрение технологии в производство», — объяснил Денис Богуш.
В центре проекта — сплав 1565чН2, перспективный материал с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. Несмотря на то что сварка трением с перемешиванием изучается уже не первый год, для этого сплава оптимальные режимы до сих пор не определены, как и требования к подготовке заготовок под сварку. Как именно влияют на структуру и долговечность шва толщина заготовок, геометрия инструмента и конкретные сочетания технологических параметров — вопрос открытый.
В ходе исследования аспирант Московского Политеха планирует провести серию сварочных экспериментов, проанализировать макро- и микроструктуру полученных соединений и испытать их механические свойства при стационарных и переменных нагрузках. Все данные войдут в лабораторную базу, на которой будут обучаться модели машинного обучения. На выходе должна появиться экспертная система, способная рекомендовать технологические решения под конкретный сплав и условия производства.
Итогом проекта станет макет сварного соединения, прошедший лабораторные испытания, и полный технологический пакет: рекомендации по режимам сварки, требования к инструменту, требования к подготовке соединения к сварке и методы контроля качества швов. Эти материалы могут лечь в основу нормативной документации и заинтересовать предприятия авиационно-космического и транспортного машиностроения.
Справка: грантовый конкурс имени В. Е. Фортова проводится в рамках федеральной программы «Приоритет 2030», в которой Московский Политех участвует со стратегическими проектами «Модульная платформа компактных электромобилей» и «Локализация автокомпонентов».
