В статье рассмотрены и проанализированы перспективные направления использования лазерного резания. Таковыми являются: разрабатываемое английской фирмой TWI глубоководное резание металлов; утилизация отработанных элементов ядерных реакторов, которой успешно занимается немецкая фирма OnET TECнNоLOGIES. Для расширения применения лазерного резания металлов под водой был создан совместный проект AZULa, проблематика которого решается  немецким лазерным центром LZH и французской фирмой Orano.

 

Какие направления применения лазерного резания являются приоритетными в настоящее время и что делается и еще придется сделать для их реализации, становится понятным из статей, опубликованных европейскими фирмами, известными многолетней успешной деятельностью в лазерном резании. В настоящем тексте приведены основные достигнутые в период 2017–2019 г г. результаты.

 

 

Лазерное резание мягкой стали в воде на большой глубине

 

В 2017 г. была опубликована статья английской фирмы, названная ее авторами «TWI to Develop remote Underwater Laser Cutting for Decommissioning» (TWI разрабатывает лазерное резание под водой для разгерметизации) [1]. Основной целью этой фирмы являлась разработка технологии разгерметизации металлических конструкций, используемых на большой глубине с опасным давлением воды. Лазерное резание в такой среде должно быть дистанционно управляемым для того, чтобы избежать потребности в водолазах.

 

В связи с этим в проекте было предусмотрено конструирование прототипа обрабатывающей аппаратуры, соответствующей лазерной технологии, которая могла бы быть эффективной для резания под водой мягкой стали толщиной 50 мм на глубине 100 метров. Заявленные толщины и сам метод проведения не могут не производить впечатления.

 

Чтобы сделать максимальной эффективность аппаратуры, необходимо реализовать достаточную гибкость резания стали толщиной от 50 мм и до 100 мм, проводимого конкретным устройством, управляемым без ограничения геометрии резания при использовании бесконтактной лазерной обработки. Это устранит риск механического заклинивания, и тем минимизируются потери времени. За счет этого новый режим будет в четыре раза превышать возможности существующей технологии резания под водой. К тому же он понизит суточную стоимость, требуемую для работы в море.

 

 

Для чего может быть использовано лазерное резание под слоем воды

 

В 2018 г. была опубликована статья «The use laser cutting under water», написанная сотрудниками Лазерного центра (LZH), находящегося в немецком городе Ганновер. [2] Приведенные в ней данные важны тем, что показывают, как развиваются применения лазерного резания, для чего они используются и каким областям экономики необходимы. Важным рассмотренным аспектом является также время процесса резания, определяющее физический стресс водолазов. В связи с этим LZH развивает автоматизированный процесс обработки, базирующийся на лазерном резании под водой с быстрым и эффективным его проведением.

 

По мнению сотрудников LZH, к настоящему моменту основными применениями подводного лазерного резания являются:
— демонтаж дефектных листов на неплоской их поверхности;
— восстановление береговых структур;
— демонтаж мощных агрегатов;
— разделение на части вышедших из строя кораблей;
— ремонт кораблей;
— подводная проходка по контуру реза.

 

Реализация этих применений должна осуществляться использованием лазера мощностью 4 кВт. При этом скорость резания может быть равной 20 мм/с. Ассистирующий газ О₂ подается в зону резания под давлением 5,5 бар. Диаметр сопла, через которое проходит излучение и подается ассистирующий газ, равен 1,7 мм.
Утилизация отработанных элементов ядерных реакторов лазерным резанием.

 

В ноябре 2018 г. немецкая фирма Onet technologies опубликовала статью с названием «Laser Cutting Solu-tions for Nuclear Decommissioning» [3]. В этой статье представлена киносъемка утилизации отработавших свой срок деталей и устройств атомного реактора или процессы лазерного резания в расположенных рядом с ним зонах.
 

 

Рис. 1. Ручное резание оператором для вывода из эксплуатации одного из устройств атомного реактора [3]

 

 

Рис. 1 демонстрирует в том числе способ разрезания в среде ассистирующего газа, которым, наиболее вероятно, является сжатый воздух. При этом устройство подачи излучения и этого газа в зону резания крупного устройства, предназначенного для атомного котла, находится в руках оператора, защищенного от воздействия радиации специальным костюмом. Он управляет направлением перемещения выходящего из сопла излучения и газа по нужному контуру резания и расстоянием между соплом и деталями. На рис. 2 и 3 показано лазерное резание деталей атомного реактора, проводимого с использованием программно управляемого робота.

 

 

LaserSnake — универсальная технология вывода ядерных объектов из эксплуатации на месте

 

Рис. 2. Роботизированное резание детали атомного реактора [3]
 

 

Рис. 3. Роботизированное лазерное резание с программным управлением для вывода из эксплуатации резание мощным лазером труб из нержавеющей стали, использованных в устройствах атомных станций [3]
 

 

Немецкая фирма использовала не только свои кадры киносъемок резания деталей, но и те, которые были получены английской фирмой TWI. Ниже показан только отдельный кадр этих киносъемок, демонстрирующие различные способы резания. В целом они не нуждаются в каких-либо комментариях.

 

 

Совместные проекты европейских фирм, предназначенные для расширения использования лазерного резания под водой

 

 

Исследования, проводимые до 2019 г., показали, что одним из основных применений лазерного резания под водой является решение проблем атомной энергетики, заключающихся в необходимости разборки ее многочисленных различных устройств, выработавших допустимое время их эксплуатации.

 

Видимо, исходя из этого, в 2019 году появилось сообщение о совместном проекте AZULА немецкого центра LZH и французской фирмы Orano (Париж), спонсируемого Федеральным министерством образования и научных исследований. Гарантом и координатором проекта является Общество безопасности установок и реакторов (GRS, Koln, Germany). Постановка данного проекта определяется, наиболее вероятно, тем, что в мировой практике предполагается увеличение числа использования атомных реакторов до 76 [4].

 

Для аналитического рассмотрения в настоящем тексте написанной сотрудниками LZH статьи с названием «Feasibility study tackles effective beam setting under water» приведен типичный пример применения лазерного резания элементов атомных реакторов, производимого под водой [5]. Как проводится такое резание, демонстрируют фото на рис. 4.

 

 

Рис. 4. Лазерное резание под водой расширяет возможности демонтажа ядерного реактора [5]
 

 

 

В этой статье сообщается два характерных для данного времени фактора. Первый из них заключался в том, что Лазерный центр в Ганновере (LZH) совместно с Институтом металловедения из Ганноверского университета имени Лейбница совместно разрабатывают базирующийся на лазере процесс автоматизированного резания листов штабелированного металла [5].

 

Вторым важным фактором является то, что такое резание имеет широкий спектр использования. Например, к нему относятся листы, ограждающие зону побережья для ее укрепления, или их используют для высушивания такой зоны, необходимого для ее ремонта. Если эти листы демонтированы, то на их поверхности использованием подводного резания надо вырезать маленькие полоски. Притом водолаз должен в день разрезать 20 метров, что соответствует скорости 0,7 м/мин.

 

В проекте с названием LuWaPro указанные фирмы разработали процесс такого резания с использованием дискового лазера. Притом водолазы должны выполнять только надзорную роль. Такая обработка может быть применена на разделенных металлических листах с обычной толщиной, равной 10 мм, на скорости 0,9 м/мин. Научные сотрудники LZH контролируют ее совместно с партнерами по проекту и также с сотрудниками фирмы Laser on Demand GmbH и организации Unterwassertechnikum Hannover (UWTH).

 

 

Литература

1. Статья сотрудников английской фирмы TWI «TWI to Develop remote Underwater Laser Cutting for Decommissioning», 2017 г.
2. Статья сотрудников немецкого лазерного центра LZH «The use laser cutting under water», 2018 г. 
3. Статья сотрудников немецкой фирмы Onet technologies «Laser Cutting Solutions for Nuclear Decommissioning», 2018 г. 
4. Сообщение немецкого лазерного центра LZH и французской фирмы Orano, 2019 г.
5. David Belforte «Feasibility study tackles effective beam setting under water», Industrial Laser Solutions. MARCH/APRIL 2019. Р.6. 

 

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 4-2020