Науково-дослідна робота:


Назва наукової школи: «Зварювання в твердій фазі».
Рік заснування: 2002.
Засновник школи – Харченко Г.К., доктор технічних наук, професор.
Галузь науки: «Технічні науки» (05.03.06 –  «Зварювання та споріднені процеси і технології»).
Напрями науково-технічної діяльності:
-    фундаментальні дослідження поверхневих явищ при зварюванні в твердій фазі;
-    розробка технологічних процесів з’єднання різнорідних матеріалів з метою отримання нових властивостей зварних вузлів і використання їх у виробах сучасної техніки;
-    розробка і дослідження джерел енергії для зварювальних процесів;
пошук нових технологічних інструментів впливу на властивості матеріалів, що з’єднуються.
•    Розроблено нову методику електрохімічного зварювання скло-кремнієвих вузлів датчикової апаратури.
•    Розроблено нові технологічні процеси зварювання типових з'єднань електронної техніки з використанням нанорозмірних та наноструктурних прошарків.
•    Розроблено спосіб модифікації поверхонь при зварюванні у твердій фазі.
•    Розроблено новий спосіб дифузійного зварювання через нанорозмірні сублімовані прошарки.
•    Розроблено нову технологію алмазно-твердосплавних пластин з твердим сплавом щодо виготовлення ріжучого та бурового інструменту.
•    Розроблено новий спосіб дифузійного зварювання металевих деталей через прошарок.
•    Розроблено нове джерело нагріву при дифузійному зварюванні та паянні.

Розробки кафедри ТЗБ ЧНТУ
•    Розроблено технологію зварювання в твердій фазі в електростатичному полі високої напруги вузлів п’єзорезистивних напівпровідникових датчиків тиску типу кремній-скло-кремній та типу кремній-скло. Розроблено та виготовлено спеціалізоване обладнання.
•    Розроблено технологію вакуумного паяння гілок напівпровідникових датчиків теплового поля зовнішньої стінки ядерного реактора.
•    Розроблено технологію виготовлення хром-мідних катодів за допомогою дифузійного зварювання у вакуумі, з використанням спеціалізованого оснащення.
•    Розроблено технологію дифузійного зварювання у вакуумі твердосплавного ріжучого штампового інструменту.
•    Розроблено технологію хіміко-термічного зміцнення поверхонь деталей машин обробки у плазмі тліючого розряду.
•    Розроблений новий спосіб дифузійного зварювання через сублімовані прошарки (патент на корисну модель №41718 від 10.06.2009 р. Бюл. №11).
•    Спосіб дифузійного зварювання металевих деталей через прошарок. Пат. №60407, МПК (2011); заявл. 16.07.2010 р.; опубл. 25.06.2011 р., Бюл. №12.
•    Спосіб електроконтактного точкового зварювання металевих деталей через прошарок. Патент на корисну модель 89671, публікація відомостей 25.04.2014, Бюл. №8.
•    Спосіб дифузійного зварювання через пористу фольгу. Патент на корисну модель 94079, публікація відомостей 27.10.2014, Бюл. №20.
•    Спосіб прецизійного дифузійного з’єднання алюмінію та його сплавів. Патент на корисну модель №94095 від 27.10.2014,  Бюл. №20.
•    Джерело енергії для дифузійного зварювання та паяння на основі тліючого розряду з порожнистим катодом. Патент №93483 Україна, МПК В23К 20/14 № u 2014 00483; заявл. 20.01.14; опубл. 10.10.14, Бюл. №19.
•    Спільно з Інститутом надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля розроблено технологію зварювання алмазно-твердосплавних пластин та різців з вольфрамокобальтовим сплавом.
Крім цього, за останні десять років всі викладачі кафедри підвищили свою кваліфікацію шляхом стажування у провідних навчальних та наукових установах України, зокрема, у ІЕЗ ім. Є.О.Патона НАНУ, а також шляхом захисту дисертаційних робіт.
З 2003 року кафедра впритул працює з декількох напрямків з ІЕЗ ім. Є.О. Патона. Проводяться спільні роботи з розробки технології низькотемпературного зварювання алюмінію з нержавіючою сталлю, стосовно виготовлення теплових труб (Китай), ведуться переговори про можливість розробки прецизійної технології зварювання алюмінієвих сплавів, стосовно виготовлення двигунів внутрішнього згоряння (Японія).
У 2014 році спільно з ІЕЗ ім. Є.О. Патона продовжено співпрацю в проведенні дослідженнь за трьома напрямками (в рамках договору про створення та спільне використання науково-дослідної лабораторії дифузійного зварювання від 21.12.09 р. між Чернігівським національним технологічним університетом та Інститутом електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України):
1 – дослідження силового впливу на зварювальні поверхні при протіканні саморозповсюджувуючогося високотемпературного синтезу у наношаруватих фольгах;
2 – дослідження зварювання різнорідних металевих матеріалів з використанням наношарових фольг;
3 – дослідження електроконтакних явищ в металах при імпульсному навантаженні.
 

Спільні наукові дослідження з відділом парофазних технологій неорганічних матеріалів (завідувач – д.ф.-м.н., професор Устінов А.І.) та з відділом фізико-металургійних процесів зварювання легких металів і сплавів (завідувач – д.т.н., проф. Фальченко Ю.В.) Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України.

Спільні наукові дослідження з кафедрою зварювання Херсонської філії щодо можливості використання газу-замінника під час газополуменевого напилення сплавів, що сам офлюсуються та Національним університетом кораблебудування імені адмірала Макарова, НДІ Компресоробудування (м. Суми).

Спільні роботи з ТОВ «Сталепласт» та ТОВ «Чернігівбудпроект» м. Чернігів по проектуванню металевих конструкцій.

За останні десять років, кафедраТЗБнадала рекомендацію до вступу в аспірантуру 16-ти випускникам кафедри, з яких три вступили на навчання до аспірантури при ІЕЗ ім. Є.О. Патона.

Доценти кафедри Новомлинець О.О. та Болотов М.Г. за результатами науково-дослідної роботи, проведеної в 2012 році, стали лауреатами премії Кабінету Міністрів України у номінації «Наукові досягнення молоді у розбудові України». 

Крім того кафедрою протягом останніх п’яти років проводиться наукова робота в наступних напрямках згідно з тематичним планом, затвердженим Вченою радою університету:

 

Інформація про заходи з наукової та науково-технічної діяльності, здійснені спільно з облдержадміністрацією:

Наукові розробки співробітників кафедри «Технологія зварювання твердих сплавів, щодо виготовлення штампів, ріжучого та бурового інструменту» та «Спосіб прецизійного з’єднання алюмінію та його сплавів» вибороли перше місце у обласному конкурсі “Краща науково-технічна розробка регіону”, який щорічно проводиться Чернігівською облдержадміністрацією спільно з Чернігівським центром науково-технічної і економічної інформації.

 

Міжнародна діяльність:

У 2014/2015 році, в рамках договору про співпрацю від 10.06.2008 року, проводилась науково-дослідна робота з розробки технології зварювання в твердій фазі різнорідних та однорідних матеріалів з мінімальним рівнем деформації спільно із науково-дослідним інститутом «Центр перспективных исследований с использованием синхротронного излучения» при Єреванському державного університеті (Вірменія) (кер. доц. Прибитько І.О.).

 

Наукова робота кафедри ТЗБ за 2014-2017 рік (анотований звіт та план)

 

Вдосконалення технології зварювання в твердій фазі металевих матеріалів (керівник проф. Харченко Г.К.) 2014-2015 рр.

Розроблена схема обробки металів тліючим розрядом у порожнистому катоді, при якій послідовно у одному циклі можуть проводитись технологічні операції іонного очищення поверхонь металів–зварювання–хіміко-термічна обробка.

Встановлено, що іонне азотування в плазмі тліючого розряду з порожнистим катодом дозволяє здійснювати структурно-фазове модифікування сталей та їх сплавів. Розроблені способи керування енергетичними характеристиками тліючого розряду в порожнистому катоді.

Визначено параметри процесу обробки деталей з алюмінієвих сплавів в полі тліючого розряду з порожнистим катодом, що забезпечують якісний процес подальшого їх дифузійного зварювання.

Встановлено принципову можливість впливу іонної обробки на швидкість дифузії атомів металів, що зварюються. Так іонна обробка збільшує ширину дифузійної зони міді в молібдені у 4-5 разів. При цьому міцність з’єднання зростає в два рази до 100-110 МПа.

Проведені дослідження по отриманню вакуумщільних вузлів мідь-графіт в твердій фазі з використанням електричного поля високої напруги в атмосфері повітря і вакууму. Встановлено, що отримання зазначених з’єднань в атмосфері повітря не представляється можливім, із-за утворення при нагріві на поверхні міді окису міді – пухкої оксидної плівки. Отримання працездатного з’єднання можливо  при утворенні на поверхні міді плівки закису міді при температурах 600-700 0С у вакуумі не нижче  10-4 мм. рт. ст. Розпочата робота по створенню технологічних процесів реальних вузлів.

 

Пошук шляхів зменшення металоємності будівельних металевих конструкцій (керівник проф. Харченко Г.К.) 2014-2015 рр.

Встановлено зв’язок між максимально допустимим навантаженням на балку перерізу 200×500 мм та розміщенням арматури. Арматурні стержні, що  виготовлені з композитного скловолокна, можуть замінити металеві стержні лише для балок з відношенням висоти до ширини не менше 1,85.

Госпдоговірні НДР:

  1. На підставі виконання науково-технічної роботи за договором №437 проведено розрахунок напруженого стану вузлів та елементів металоконструкції, проведено оптимізацію форми конструкції та зменшено металоємність на 18%.2.
  2. На підставі виконання науково-технічної роботи за договором №439 виконано розробку технології виготовлення решітчастої конструкції (опорні стійки, ферми перекриття) та запропоновано більш раціональну схему розміщення опорних стійок, що дозволило зменшити металоємність ферм перекриття на 8% в порівнянні з попереднім проектом.

 

Дослідження, розробка та вдосконалення методів зварювання різнорідних матеріалів (керівник проф. Болотов Г.П.) 2015-2017 рр. 0115U005440

В результаті дослідження ефективності використання наноструктурного антидифузійного матеріалу була створена математична модель термоелектричного вузла.

Досліджено процеси масопереносу в контакті напівпровідниковий матеріал-антидифузійний шар-комутуюча пластина дозволили розробити рекомендації щодо вибору антидифузійного матеріалу та його фізико-хімічних властивостей в залежності від виду напівпровідникового матеріалу та матеріалу комутуючої пластини. Запропонована нова технологія створення антидифузійних шарів, а також досліджено процес адгезії антидифузійного матеріалу та його вплив на поверхневі шари напівпровідника та комутуючої пластини.

Визначені технічні та технологічні можливості отримання вузлів алюміній-мідь-ситал в твердій фазі на основі послідовного використання процесів дифузійного зварювання у вакуумі та зварювання в електричному полі високої напруги.

Досліджено вплив низькочастотної модуляції зварювального струму на характеристики металу шва при ручному дуговому зварюванні на струмах дуги до 70 А. Встановлено, що частота імпульсів струму в межах 10-30 Гц при шпаруватості 1,5-2 забезпечує збільшення глибини проплавлення основного металу зі зниженням зернистості наплавленого.

Досліджено вплив хімічного складу наплавленого матеріалу та термічної обробки на мікроструктуру та твердість бронепластин на основі вуглецевої сталі звичайної якості. Встановлено вплив послідовності створення наплавлених шарів на бронестійкість отриманих пластин

Досліджено принципово можливий напрямок підвищення рівня балістичної стійкості титанових бронежилетів як військового, так і цивільного призначення шляхом використання шарів високотвердого інтерметаліду системи Ti-Al. За результатами досліджень встановлено, що використання шаруватих титанових бронепластин, зміцнених інтерметалідом – алюмінідом титану, дозволяє підвищити рівень бронезахисту та знизити загальну вагу бронежилету в порівнянні з існуючими аналогами металевих бронежилетів на 15-20 %.

Розроблено основи технології електродугової металізації поверхні графіту молібденом в середовищі аргону.

 

Пошук шляхів збільшення експлуатаційного ресурсу будівельних конструкцій (керівник доц. Прибитько І.О.) 2015-2017 рр. 0115U005441

Проведено оцінку сучасного стану методів руйнівного та неруйнівного контролю міцністних та фізико-хімічних властивостей цегли, що дало змогув

Встановлено, що міцність цегли укладеної на постільну грань приблизно на 30% вища за ложкову. Також, досліджена принципова можливість використання імпульсного ультразвукового методу для контролю структурної неоднорідності цегли.

 

Госпдоговірні НДР:

На підставі виконання науково-технічної роботи за договором №443 проведено науково-дослідну роботу з дослідження матеріалу труби, з метою визначання оптимальних режимів зварювання та вибору зварювальних матеріалів.

 

Вдосконалення і розробка конструкцій і технологій у машинобудівній галузі. (керівник проф. Пилипенко О.І.)

Результатами роботи є подальше застосування розроблених інтегрованих конструкцій деталей машин, що виготовляються за одну технологічну операцію литвом під тиском на термопластавтоматі, що кардинально (в рази, а не на відсотки) зменшує трудомісткість виготовлення деталей машин. З таких ланок складаються одно-, дво, три- та багаторядні приводні ланцюги для різних застосувань в машинах і обладнанні.

Продовжує впроваджуватись один з типорозмірів запатентованих ланцюгівнауково-дослідним інститутом технології машинобудування (м. Дніпропетровськ) в більш потужних установках знежирення та анодування фольгидля виготовлення стільникових заповнювачів конструкцій авіакосмічної техніки.

В результаті досліджень отримана уточнена і конкретизована прикладами методика визначення оптимального технічного рішення з множини наведених прикладів, етапи якої містять потенціал для подальшої аналітичної проробки.

Результатом досліджень є знаходження особливостей різних видів моделювання – приведення реального об’єкту доступними фізичними або математичними засобами як інструментами вивчення форми. Систематизація і аналіз методів відображення форми можуть бути корисними як у промисловій практиці, так і в навчальному процесі.

Розроблена математична модель дала змогу якісно оцінити ефект від застосування гасителя вібрацій та уточнити діапазон його ефективної роботи на прецизійному токарно-гвинторізному верстаті УТ16А.

 

“Проблеми динаміки оптимальних структурно-неоднорідних неідеально-пружних елементів конструкцій механізмів і машин” (керівник проф. Дубенець В.Г.)

 

В межах теми наукової роботи розроблено методи та моделі аналізу нестаціонарних коливань тонкостінних конструкцій із в’язкопружних матеріалів при дії силових навантажень у вигляді імпульсів та ударів, а також  кінематичних навантажень.

Розглянуто задачу визначення реакції жорстко закріпленої на одному торці балки невеликої товщини із в’язкопружного матеріалу на дію теплового імпульсу, що розподіляється по одній з поверхонь. Проведено аналіз поздовжніх коливань, які виникають при дії імпульсу температури. Для розв’язання задачі використано метод скінченно-елементного моделювання у просторі інтегральних перетворень Фур’є. Це дає можливість використати експериментальні дані про властивості в’язкопружних матеріалів – частотно-залежні комплексні модулі, тобто врахувати демпфірування коливань, що виникають від температурних деформацій.

Представлено приклади пошуку оптимальних проектів пакетів шарів для 15-шарової пологої оболонки.

Показано, що використання скінченно-елементних моделей конструкцій з електро-в’язкопружних матеріалів у просторі інтегральних перетворень Фур’є  дає можливість обґрунтовано врахувати комплексні модулі, в тому числі і при нестаціонарних і багаточастотних коливаннях, а також врахувати початкові умови. Розглянуто методи пасивного демпфірування, які становлять особливий інтерес, оскільки забезпечують стабільність і оптимальне управління в широкій смузі частот, хоча вимагають оптимальних конфігурацій електричних контурів і оптимізації структури композиту для максимізації демпфірування коливань за допомогою електромеханічних зв’язків.

Розроблено уточнені математичні моделі напруженого стану тіл намотки, проведено аналіз у програмі ANSYS.

Розроблено дві методики визначення ефективних в’язкопружних, п’єзоелектричних та діелектричних динамічних характеристик композиційного матеріалу з п’єзоелектричними шарами. За першою методикою композиційна структура розглядається як квазіоднорідний матеріал з використанням гіпотез Фойхта-Рейсса; за другою – проводиться чисельний аналіз ефективних характеристик композиційного макронеоднорідного матеріалу за допомогою методу скінченних елементів. Проведено порівняння результатів досліджень.

Показано, що застосування п’єзоелектричних накладок у тонкостінних елементах конструкцій, на які діють ударні та імпульсні навантаження, дозволяє зменшити амплітуди нестаціонарних коливань і збільшити декремент коливань. Використання п’єзоелектричних матеріалів як активних елементів, так званих актуаторів, для збудження коливань або зменшення їх амплітуд в елементах конструкцій потребує вивчення явища оберненого п’єзоелектричного ефекту – виникнення деформацій при прикладенні до тіла електричного навантаження. 

Методику скінченно-елементного моделювання у частотному просторі інтегральних перетворень Фур’є застосовано для розрахунку нестаціонарних коливань електров’язкопружних елементів конструкцій, збуджених електричним імпульсом, та визначення еквівалентних напружень у конструкції з п’єзоелектри.