Передовая сварная технология, которая помогла спасти жизни в F1

Когда автомобиль Haas Romain Grosjean разделился на два и ворвался во время Гран -при Бахрейна 2020 года, это был титан ореол, который в конечном итоге спас его жизнь. Но немногие люди знают, что новаторская техника сварки сыграла решающую роль в создании гало достаточно сильным, чтобы выступить, как это было разработано в этот ужасный момент.

Ореол, в настоящее время неотъемлемая часть пакета безопасности Формулы 1, столкнувшись с сильной оппозицией, когда он был впервые введен в 2018 году. Однако несколько громких аварий — включая огненную аварию Грожеяна, драматический перевернут Чжоу Гуанью в Сильверстоуне в 2022 году, и с тех пор завел критики версии. Устройство защиты кабины доказало, что его стоит снова и снова.

Но не многие люди знают, что производство ореола для соответствия стандартам безопасности FIA — чтобы противостоять огромным силам, с которым он может столкнуться, Halo должен был быть способен поддерживать вес лондонского двухэтажного автобуса — представлял собой серьезную техническую задачу, которая не может решить традиционные методы производства. Это требовало не только высокого уровня титана, но и безупречного, инновационного процесса сварки для сохранения свойств материала.

Задача сварки титана

К концу 2017 года компании, которые участвовали в тендере FIA для производства Halo, включая партию, которая в конечном итоге выиграла контракт, не имели внутренних технических возможностей для приготовления пяти титановых частей ореола до максимально возможного качества. Именно тогда они повернулись к LKN Weldtitan, специфическому дивизии голландской компании LKN Weldcompany Bv. После почти четырех недель интенсивных исследований и разработок им удалось сварки части вместе, чтобы полностью сохранить технические свойства титана, гарантируя, что Halo соответствует строгим стандартам FIA.

«Титан является реактивным металлом, что означает, что он реагирует с элементами в воздухе — даже при комнатной температуре, в некотором смысле, что происходит окисление», — объясняет Патрик Вутерс, основатель и генеральный директор LKN Weldcompany, разговаривая с AutoSport. «Вот почему он очень устойчив к коррозии: после того, как образуется тонкий оксидный слой, он защищает металл от дальнейшего окисления, свойства, которое делает титановый идеальным для химической промышленности».

Zhou Guanyu, Alfa Romeo C42 сбои в начале гонки

Фото: Марк Саттон / Motorsport Images

Но для ореола ключевое свойство не было только коррозионным сопротивлением, но и соотношением силы к весу. «Титан, особенно сплав 5 класса, используемый для ореола, намного сильнее, чем сталь, но и значительно легче», — продолжает Вутерсе. «Там, где вам понадобится 15 миллиметров из нержавеющей стали для определенной прочности, вам может потребоваться только 5 миллиметров титана. Вот почему он широко используется в аэрокосмической промышленности и почему он был выбран для ореола. Вы хотите максимально сильную структуру, не добавляя слишком большого веса в автомобиль».

Тем не менее, сварка титана является тонким процессом, так как нагревание металла приводит к тому, что он становится еще более реактивным, делая его поглощать такие элементы, как кислород и водород, как губку в ведре с водой ». Даже малейшее загрязнение, такое как микроскопические следы грязи или масла из отпечатка пальца, уже может иметь катастрофические последствия для прочности титана в районе, где находится сварка.

«Как только титан поглощает эти элементы, он меняет композицию металла и резко ослабляет его, до 75% в пораженной области», — объясняет Вутерс. «Чтобы предотвратить это, вам необходимо создать среду, в которой во время сварки ни один другие элементы не могут достичь металла».

Инновация: безупречный процесс сварки внутри камеры чистки

Обычно сварщики защищают область локальным потоком инертного газа, как аргона, чтобы защитить расплавленный металл. Но с титаном этого недостаточно. «Тепло излучается наружу — окружающий материал может достигать 1000 градусов по Цельсию. Но при всего 150 градусов титан уже начинает поглощать кислород», — говорит Вутерс.

«На самом деле вы можете увидеть повреждение — титановый цвет меняет цвет. Серебро означает, что свойства не повреждены, в то время как золото указывает, что было очень небольшое, но приемлемое ухудшение. Но если оно становится синим, фиолетовым или зеленым, материал по существу разрушен».

Титановый ореол

Фото: LKN Weldcompany BV

Чтобы решить это, Вутерс и его команда провели годы, совершенствуя уникальный процесс сварки, создавая специализированные камеры сварки, чтобы сварка могла проходить в атмосфере инертного газа.

«Это звучит просто — просто положите части в коробку и наполните их аргоном — но это очень сложно», — говорит Вутерс. Проблема в том, что в камере чистки всегда остается небольшое количество кислорода. «Мы заполняем камеру в основном аргоном, гелием и неоновым. Но аргон тяжелый, кислород — легкий, а гелий еще легче. Даже малейшая турбулентность от перемещения рук внутрь перчаток может смешивать газы и повысить уровень кислорода».

«Мы должны были найти способы снизить концентрацию кислорода до нескольких частей на миллион», — продолжает Вутерс. «Все, от формы камеры до стены, влияет на результат. Так что это очень сложно. И есть, по крайней мере, пятнадцать других переменных, которые должны быть идеальными, чтобы получить правильные значения».

За последние два десятилетия Wouterse специализировался на этом процессе. Через LKN Weldcompany BV он создал сильную репутацию, что привело к глобальному спросу на опыт его компании в специализированных сварных проектах в разных отраслях, таких как аэрокосмическая, энергетическая, химическая, ядерная, фармацевтическая и автомобильная. Кроме того, Wouterse часто нанимается компаниями для разработки процессов и контроля качества.

После того, как поставщик Halo от FIA обратился к LKN через взаимное соединение, компания, основанная на Amersfoort, разработала пользовательскую сварочную камеру, достаточно большую, чтобы разместить весь джиг ореола, принимая во внимание сложную, асимметричную конструкцию структуры. «Затем мы квалифицировали процесс в соответствии со стандартами EN ISO, сварли прототип и проверили его — он легко соответствовал стандартам FIA», — вспоминает Вутерс. «После этого мы быстро перешли в производство. В итоге мы сварлились первые сотню ореолов для Формулы 1 в начале 2018 года».

Ромен Гросайан, Хаас Формул, появляется из пламени после ужасного крушения на первом круге Гран -при Бахрейна, маршалы посещают аварию

Фото: Энди Хон / Motorsport Images

Спасительное наследие

Для Вутерсе, видение ореола в действии — особенно во время аварий, таких как Грожан — является источником огромной гордости. «Конечно, вы всегда надеетесь, что ничего плохого не произойдет. Но когда это произойдет, приятно знать, что на этой машине есть ореол. Это заставляет вас с гордостью думать:« Мы помогли сделать это ».

«Особенно в начале, так много людей ненавидели ореол — они думали, что это было уродливым, в то время как некоторые из водителей сказали, что это препятствовало их точке зрения. Но после первой большой аварии, где ореол изменил разницу, вся критика прекратилась. Все согласились, что это было правильным».

Авария Гросана оставила неизгладимое впечатление на Вутерсе. «Когда вы смотрите на симуляции, которые были сделаны после инцидента, вы видите, как ореол деформировал барьер, достаточно, чтобы защитить голову Гросана. Без него он не выжил бы. И поскольку ореол держался, он также смог взобраться из горящих обломков».

Вутерс даже обменивался сообщениями с Гросайном впоследствии. «Я обратился к LinkedIn и объяснил нашу роль в гало. Он ответил:« Тогда я думаю, мне нужно поблагодарить вас ». Как огромный фанат Формулы 1, это много значит ».

Позже в этом году Wouterse планирует посетить выставку F1 в Амстердаме, чтобы лично увидеть сожженное шасси Grosjean-мощное напоминание о технологии спасительной жизни, которую он и его команда помогли идеально.