В рамках выставки Weldex состоялась конференция «Лазерная сварка. Аддитивные технологии», которая привлекла большое внимание посетителей и еще раз подчеркнула огромные и разноплановые возможности данных технологий для обработки материалов.
Первым прозвучало выступление от компании «НТО «ИРЭ-Полюс» (корпорация IPG Photonics), что, по словам модератора Евгения Землякова, довольно символично, поскольку благодаря этой компании в России появились мощные лазеры, c применением которых технология лазерной сварки получила значительное развитие.
Николай Грезев, начальник отдела разработки лазерных технологий НТО «ИРЭ-Полюс», поделился примерами технологических задач, успешно решенных компанией с помощью разработанных и изготовленных станков на базе мощных волоконных лазеров.
В технологическом центре, расположенном в подмосковном г. Фрязино, в технологических стендах представлен полный спектр лазеров, выпускаемых компанией (рис. 1). Здесь можно найти технологические стенды гибридной сварки с лазером мощностью 30 кВт, серию ультракомпактных лазеров, используемых в роботизированных стендах наплавки и сварки, лазер с функцией AMB, который создает двойное лазерное пятно по центру и по окружности и который эффективно используется для обработки цветных сплавов. В лаборатории микрообработки представлены лазеры с ультракороткими импульсами (наносекундные, пикосекундные, фемтосекундные).
Рис. 1. Линейка лазеров и оптических голов компании «НТО «ИРЭ-Полюс».
Фото: «НТО «ИРЭ-Полюс»
Компания также производит линейку оптических головок: серии FLW D30 — для лазеров мощности 6 кВт, серии FLW D50 — для лазеров мощностью до 30 кВт, FLW D85 (большой диаметр линзы) — для лазеров мощностью от 50 до 100 кВт.
Для достижения высокого качества лазерной обработки помимо волоконного лазера, оптической головки и системы перемещения требуется в зону ванны расплава подавать защитный газ, присадочную проволоку и осуществлять наведение на стык. Все это реализуется дополнительными специальными насадками, которые в компании также изготавливаются в серийном промышленном формате.
Выпускаемая номенклатура лазеров позволяет как самой компании, так и ее интеграторам разрабатывать и производить разнообразные лазерные системы. Оборудование, предлагаемое НТО «ИРЭ-Полюс», зачастую используется в сложных проектах, на стыке новых технологий и решений. Это роботизированные системы, консольные системы, специализированные машины и др.
В зависимости от типа оптической головки и лазера можно выполнять разные виды лазерной обработки: резки, сварки, наплавки, термообработки, гравировки, маркировки и т. д. Например, интересным стал проект роботизированного станка со сменными оптическими головками: для сварки, удаленной обработки (сканер), наплавки и термообработки.
В докладе основное внимание было уделено технологии лазерной сварки, которая является примером передовой лазерной технологии, способной достигать технико-экономических показателей, превосходящих возможности классических технологий на порядок.
Технология лазерной сварки отличается от традиционных дуговых способов в первую очередь «кинжальной» формой сварного шва и высокими скоростями. Такая технология обеспечивает жесткие термические циклы, в результате которых можно получить сварной шов с малой зоной термического влияния, не имеющий разупрочняющих свойств. Сварка обычно выполняется без разделки кромок в среде защитного газа. Сваривать можно различные материалы: низколегированные и высоколегированные стали, титановые, алюминиевые и цветные сплавы. Лазерная сварка обеспечивает высокое качество, контролируемость процесса и полностью автоматизируется.
Ярким примером является применение лазерной сварки боковин вагонов метро (две установки работают в России), реализованной взамен контактной сварки (рис. 2). Сварка осуществляется внахлест без повреждения лицевой стороны листа. По сравнению с традиционной контактной сваркой лазерная обеспечила рост производительности в 3–4 раза. Время сварки одной панели, в которой более 1000 сварных швов, составляет 25–40 минут. Такой эффект достигается за счет применения сканирующей оптики с рабочим полем 200х200 мм, которая за одно позиционирование позволяет сваривать до 16 сварных швов в виде кольца.
Рис. 2. Роботизированная установка лазерной сварки боковин вагонов метро.
Фото: «НТО «ИРЭ-Полюс»
В настоящий момент осуществляется работа над установкой для сварки железнодорожных балок. Разработка технологии гибридной лазерно-дуговой сварки заняла несколько месяцев, итогом которой стало успешное прохождение циклических испытаний сваренной балки на 10 млн циклов. Применение совместно лазерного и дугового источников (рис. 3) позволяет регулировать термические циклы и получать более качественные сварные соединения. Сварка осуществляется без разделки кромок на полную толщину свариваемого изделия со скоростью 1,5 м/мин.
Рис. 3. Установка гибридной сварки. Фото: «НТО «ИРЭ-Полюс»
Для внедрения технологии гибридной сварки с минимальными капитальными вложениями в компании был разработан сварочный трактор LWT‑10000. Это инновационный продукт, который позволяет эффективно выполнять сварку тавровых и стыковых соединений. В оборудовании применена система, которая с высокой точностью отслеживает стык и автоматически наводит фокус на центр стыка.
FL‑CPM — универсальная консольная система для обработки тел вращения и не только — недорогое решение, которое применяется для различных лазерных процессов: резки, сварки, наплавки или термообработки. Например, FL‑CPM применяется для сварки скважинных пружинных центраторов, которые массово применяются при бурении скважин. Применение лазерной сварки позволило обеспечить высокую производительность: 4 центратора за 1 минуту. Сварка выполняется полностью автоматически. Люди привлекаются для загрузки и выгрузки центраторов в сборочную оснастку.
Tong-Weld — это мобильная установка лазерной сварки обсадных труб, разработанная для работы непосредственно на буровых платформах для различных климатических условий. Технология лазерной сварки позволила эффективно заменить муфтовые соединения на сварочные, не увеличивая время спуска колонны. Процесс лазерной сварки осуществляется за 35 секунд. Общее время всех операций на опускание одной трубы занимает 4–5 минут. После проведения различных проверок технологии и оборудование были аттестованы в системе НАКС. В России находятся в эксплуатации три таких установки, и с их помощью выполнено более 200 нефтяных скважин. Благодаря использованию лазерной сварки удалось снизить стоимость скважинных колонн в 2,5 раза.
Аппарат ручной лазерной сварки LIGHTWELD1500 уже хорошо зарекомендовал себя на рынке для эффективной сварки тонкостенных конструкций. К выпуску готовится обновленная модель LIGHTWELD ХR (рис. 4) — одномодовый аппарат, который позволит работать с алюминиевыми и цветными сплавами. Повышенная плотность мощности даст возможность более эффективно очищать поверхность металла от различных загрязнений и выполнять сварку больших толщин, а именно до 7 мм стали. В планах оснастить его соплом для лазерной резки и технологией ручной лазерной наплавки.
Рис. 4. Аппарат LIGHTWELD RX. Фото: «НТО «ИРЭ-Полюс»
Аппарат ручной лазерной очистки LightCLEAN, в отличие от зарубежных аналогов, оснащен импульсным наносекундным волоконным лазером мощностью 1 кВт. Такой лазер позволяет в режиме абляции эффективно удалять с поверхностей различные загрязнения: ржавчину, окалину, краску, масло и т. д. — без повреждения основы.
Евгений Земляков, заместитель директора ИЛИСТ СПбГМТУ по научной и проектной деятельности, отметил высокие компетенции своей компании в области лазерной сварки и многолетний опыт решения промышленных задач на ее основе.
По сути, лазерная сварка является базовой и для других технологий, развиваемых ИЛИСТ СПбГМТУ. Родственными являются: лазерно-дуговая сварка, лазерная наплавка и термоупрочнение поверхности, технология прямого лазерного выращивания, роботизированная лазерная 3D-резка.
Докладчик остановился подробно на технологии прямого лазерного выращивания. Данная технология позволяет путем лазерной наплавки металлического порошка формировать крупногабаритные сложнопрофильные высокоточные металлические заготовки.
На данный момент технология позволяет работать со всеми свариваемыми металлическими материалами. Производительность процесса — до 2,5 кг/ч (средняя 1 кг/ч при плотности материала 8 г/см3). Размер изделия: максимальный диаметр 3000 мм, максимальная высота 2000 мм. Точность заготовок — 10–13 квалитет (±1 мм на 2 м). Качество: объемная пористость не более 0,01 об. %, наилучшая шероховатость Ra 6,3 мкм. Компанией опробовано более 50 материалов (металлопорошковых композиций 20–200 мкм, сферических и несферических). Технология позволяет не только производить изделие из одного материала, но и комбинировать материалы в одном изделии, например, выполнить переход от стали к титану через промежуточные слои, создать биметаллические изделия из сплавов с разными теплофизическими характеристиками Cu-Fe, Cu-Ni, получать градиентные слои.
Важной задачей для данной технологии является история прогнозирования напряжений, термических деформаций при выращивании крупногабаритных изделий. Необходим учет технологических параметров, оптимизация стратегии, направленная коррекция исходной геометрии.
Докладчик подробно остановился на одном из примеров создания сложного промышленного изделия — газосборника камеры сгорания ГТЭ‑65.1, в производстве которого использовались три лазерные технологии, причем две из них реализовывались на одной технологической машине (рис. 5, 6).
Рис. 5. Газосборник камеры сгорания ГТЭ‑65.1. Фото: ИЛИСТ СПбГМТУ
Рис. 6. Этапы создания внутреннего кожуха газосборника камеры сгорания ГЕЭ‑65.1. Фото: ИЛИСТ СПбГМТУ
Газосборник представляет из себя два кожуха и шпангоут. Наружный кожух из нержавейки, внутренний — из жаропрочного никелевого сплава. Причем этот никелевый сплав, ограниченно свариваемый, склонен к трещинообразованию. Наружную оболочку из нержавейки нужно было не только вырастить, но и термообработать, вырезать с помощью лазера отверстия, разделить ее пополам, чтобы надеть на внутреннюю оболочку. А внутренняя оболочка приваривалась к выращенному кольцу.
Это та прекрасная демонстрация, когда технология лазерной обработки, аддитивная технология позволили сделать сложное изделие за полгода. За это время никакая другая технология не способна сделать новое изделие.
ИЛИСТ СПбГМТУ работает со всеми высокотехнологичными корпорациями России в области авиастроения, двигателестроения, ракетостроения, атомной и тепловой энергетики, судостроения (рис. 7). Докладчик привел многочисленные примеры сложных изделий, которые испытываются, проходят аттестацию или уже применяются. Данные изделия изготавливаются на собственном оборудовании. На данный момент ИЛИСТ СПбГМТУ предлагает рынку три серийно выпускаемые машины «ИЛИСТ» в габаритах L, M, XL. Возможно производство специализированной машины под задачи заказчика.
Рис. 7. Примеры напечатанных изделий для судостроения. Фото: ИЛИСТ СПбГМТУ
Александр Ахметов, инженер технологического отдела ОПЛиЭФТ ИЛИСТ, дополнил выступление своего коллеги по части внедрения лазерно-дуговой сварки в судостроении (рис. 8). Традиционно в судостроении для сварки больших толщин используется многопроходная дуговая технология, которая чревата большими деформациями, требующими правки. Отсюда большие затраты времени и средств. Переход на лазерно-дуговую сварку позволяет значительно сократить количество проходов и деформаций. Используя лазерно-дуговую сварку, также можно предлагать новые подходы к конструированию. Например, переход от плоских секций с набором к сэндвич-панелям.
Рис. 8. Оборудование для реализации лазерно-дуговой сварки.
Фото: ИЛИСТ СПбГМТУ
В настоящее время ИЛИСТ СПбГМТУ по техзаданию заказчика разрабатывает технологию сварки деталей разных толщин, начата ее сертификация, после чего на Онежской судостроительной верфи будет создан участок для ее реализации.
Важными этапами для внедрения лазерно-дуговой сварки являются: моделирование, прогнозирование структуры получаемых сварных швов, геометрии, термического цикла, исследования характера переноса присадочного материала в сварочную ванну. Все эти работы были проведены в компании. На текущий момент технология проходит аттестацию Морского регистра.
В целом технология лазерно-дуговой сварки довольно универсальная. На рис. 9 показаны разного рода установки, на которых она реализуется. Это может быть трактор, установки портального типа, роботизированные комплексы.
Еще один доклад от компании ИЛИСТ был посвящен лазерной сварке деталей промышленных газотрубинных установок из разнородных материалов. Дмитрий Савельев, инженер технологического отдела АТ ИЛИСТ, рассмотрел пример изготовления форсунки камеры сгорания газотурбинной установки ГТЭ‑65.1 (рис. 9), применение разнородных материалов в которой оправдано экономической целесообразностью.
Рис. 9. Форсунка камеры сгорания газотурбинной установки ГТЭ‑65.1. Фото: ИЛИСТ СПбГМТУ
Были продемонстрированы возможности лазерных технологий на примере роботизированной лазерной сварки цилиндрического разнородного соединения жаропрочного никелевого сплава ВЖ159 с нержавеющей сталью 12Х18Р10T. По результатам проделанных работ было получено бездефектное разнородное сварное соединение, удовлетворяющее требованиям технического задания.
Михаил Олегин, генеральный директор ООО «Поккельс», рассказал о возможностях повышения производительности с помощью лазерной сварки на реальных кейсах.
Компания занимается внедрением лазерных технологий в российскую промышленность — от идеи до конечной реализации. В 2023 году компания Pokkels разработала автоматизированную систему лазерной сварки, которая применяется при сборке рулевого управления автомобиля (рис. 10). Лазерная сварка была выбрана как альтернатива склеиванию деталей при монтаже, поскольку она позволяет выполнять монтаж деталей быстро, надежно и обеспечивает высокую повторяемость.
Рис. 10. Автоматизированная система Pokkels для сварки элементов электроусилителя руля. Фото: ООО «Поккельс»
Система, разработанная компанией Pokkels, позволила сократить разрыв между этапами производства с нескольких часов до нескольких минут — полный цикл сварки занимает 15 секунд, установка может работать в непрерывном режиме 24/7.
Оборудование было запущено, протестировано, в т. ч. «АвтоВАЗом» и экспертными организациями, которые подтвердили, что полученные характеристики превышают ранее достижимые. Все гидроусилители руля, которые ставятся в LADA Granta, теперь выполняются с помощью лазерной сварки. Идут переговоры о замене текущего процесса стыковки на лазерную сварку и на других сериях «Автоваза».
Следующая довольно интересная задача — это сборка электрошкафов с применением лазерной сварки, которая дала увеличение производительности в 2 раза. Впоследствии процесс лазерной сварки был роботизирован, за счет чего скорость производства шкафов выросла в 8 раз.
Сейчас компания работает над задачей внедрения лазерной сварки теплообменников на пищевом производстве. Автоматизированная лазерная сварка ускорит процесс до 22 раз, а также позволит создавать такую форму шва, которая обеспечит ламинарный поток жидкости в теплообменник и увеличит его эффективность.
По мнению докладчика, одна из причин, по которой предприятия с осторожностью внедряют лазерные технологии, — кадровая проблема. Не хватает специалистов, которые смогли бы выполнять данные работы качественно. Поэтому ООО «Поккельс» совместно с партнерами, Школой сварки РВТ, открыл учебный центр по подготовке специалистов в области ручной лазерной сварки.
О нем участникам конференции рассказал Михаил Павленко, генеральный директор Национальной школы сварки РВТ.
Рассмотренные задачи, примеры, внедрения демонстрируют высокий потенциал таких отечественных современных технологий, как лазерная сварка и аддитивные технологии, которые могут внести существенный вклад в решение задач импортозамещения, в повышение эффективности и конкурентоспособности производств, вывести продукцию предприятий заказчиков на качественно новый уровень.
Видеозапись конференции https://weldex.ru/ru/
Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 1-2024
Еще больше новостей |  |