Лазерное оборудование по сварке

1. Лазерная сварка толкателя топливного насоса дизельного двигателя.

ОАО «Пермское агрегатное объединение «ИНКАР»

2. Отработка технологии лазерной сварки шестерен автомобилей ЗИЛ и ВАЗ.
 
Малое тепловложение при лазерной сварке позволяет получать прецизионные сварные конструкции. Примером может служить лазерная сварка шестерен автомобилей.
 
3. Разработка технологии и оборудования для лазерной сварки труб.
 
1. Из оцинкованной стали (Рис.1)
Рис.1. Лазерный трубосварочный стан сварки трубы из оцинкованной стали.
г. Подольск, «Эволюция».
 
2. Чехловых труб для атомной энергетики Рис.3.

Рис.3 Процесс лазерной сварки 6-ти гранной трубы из стали СЧ80.

3. Газонефтепроводных труб

Рис.4. Процесс лазерной сварки газонефтепроводной трубы.

Лазерная сварка выполняется: 
 
1. без разделки кромок, за один проход на всю свариваемую толщину;
2. без применения дорогостоящих флюсов;
3. потребление присадочной проволоки более чем в 50 раз меньше в сопоставлении с дуговой сваркой под флюсом;
4. скорость лазерной сварки в пределах 2 – 6 м/мин;
5. свойства лазерных сварных соединений находятся на уровне основного металла;
6. срок окупаемости инвестиций в лазерное оборудование по расчетам ОАО «Выксунского металлургического завода» не превышает одного года.
 
4. Труб из нержавеющих сталей аустенитного класса.
Рис.2. Макроструктура и характер проплавления сварного стыка стали 08Х18Н10Т, толщиной 1,7 мм.
Сварка за один проход, без подачи присадочной проволоки на скорости 20 м/мин.
 
Свойства лазерных сварных соединений находятся по всем показателям на уровне основного металла. Производительность лазерной сварки в десять раз выше аргонодуговой сварки. Срок окупаемости инвестиций на оборудование не превышает одного года.
 

4.  Экспериментальное оборудование для проведения работ по лазерной технологии сварки больших толщин металлов.

г. Москва, ул. Лесная 28

Состав оборудования:
1. Лазерные установки оптоволоконные мощностью до 24 кВт;
2. Двух осевой манипулятор для сварки тел вращения;
3. Робот фирмы Fanuc грузоподъемностью до 70 кГ;
4. Перемещатель плоских изделий;
5. Фокусирующая головка металлооптическая.
 
Автоматизированный мобильный лазерный комплекс по сварке кольцевых стыков магистральных газопроводов (Проект).
 
В настоящее время при строительстве газопроводов чаще всего стык заваривают ручной дуговой сваркой (рис.1) Сварка выполняется двумя, а иногда тремя сварщиками в течение почти одних суток (зависит от толщины стенки трубы).
Рис.1. Процесс ручной дуговой сварки стыка трубы газопровода.
Предлагается использовать лазерную сварку стыка трубы, используя автоматизированный модуль рис.2.
Рис. 2. Лазерный  модуль для сварки кольцевых стыков газопроводных труб в полевых условиях.
Центровку труб при сборке осуществлять при помощи устройство рис.3.
Рис.3. Устройство центровки трубы к уже заваренной части газопровода.
 
Основные технические характеристики комплекса:
Тип лазера иттербиевый волоконный
Мощность излучения, кВт 45-50
Диаметр свариваемых труб, мм 1420
Толщина стенки трубы, мм 15-30
Скорость сварки, м/мин 3-6
Тип автотранспорта на гусеничном ходу
Грузоподъемность, кг 10000
Дизель-генератор: мощность, кВт 500

Модуль и устройство можно устанавливать на специализированный мобильный комплекс рис.4 или на палубу корабля и т.д.

Рис. 2. Автоматизированный мобильный комплекс для лазерной сварки 
газопроводных труб в полевых условиях

Основные преимущества лазерной технологии сварки:
- сварное соединение равнопрочное с основным металлом;
- зона термического влияния в сварном соединении не более 1мм;
- отсутствие остаточных напряжений;
- скорость сварки 2-3 м/мин;
- стык трубы будет заварен за один проход не более чем за 4 мин;
- темпы строительства газопровода от одной машины 1 км за 22 дня;
- темпы строительства 1000 км газопровода от одной машины 220 дней.
 
5. Лазерная сварка прочного корпуса АПЛ (Проект).
В настоящее время стальной корпуса АПЛ ведут дуговыми методами сварки. При изготовлении корпуса лодки из титанового сплава большой объем работ занимает электроннолучевая сварка в вакууме.
1. Применение лазерной сварки позволяет поднять производительность сварки прочного корпуса подводных лодок более чем в 50 раз;
2. Снизить затраты на строительство в несколько раз;
3. Прочностные и эксплуатационные характеристики подводных лодок ожидаются на уровне показателей основного металла.
 
Краткая информация о научно-технологическом заделе по тематике:
Технология  лазерной сварки с присадочной проволокой металлов больших толщин нами освоена, в том числе по зазорам в стыке от 0 до 2 мм. Работы проведены на многих марках сталей, в том числе и титановых сплавах. Результаты испытаний лазерных сварных соединений по своим свойствам: механическим, коррозионным близки к показателям основного металла. 
Отличительной особенностью лазерной сварки является следующее: 
- лазерная сварка выполняется за один проход на всю свариваемую толщину металла (рис. 1);
- при лазерной сварке не требуется разделка кромок, а сварка ведется по стыку прижатых  друг к другу листов;
- лазерная сварка выполняется с качественным и стабильным формированием сварного шва  во всех пространственных положениях;
- остаточные деформации при лазерной сварке в 5 – 10 раз ниже, чем при дуговых способах сварки, что позволяет сваривать крупногабаритные конструкции с заданной точностью и обеспечивать дальнейшую сборку без трудоемких подгоночных работ;
- лазерное излучение по оптоволокну доставляется до места сварки на расстояние до 100 м, и технологический процесс легко автоматизируется, в том числе в труднодоступных местах.
Рис. 1. Сварное соединение, полученное на стали АК толщиной 50 мм при скорости сварки 1 м/мин.
 
В России выпускаются оптоволоконные лазеры требуемой мощностью и возможностью доставки лазерного излучения по оптоволокну на расстояния от нескольких метров до 150 м
Предлагается сварку прочного корпуса подводных лодок выполнять лазерами по схемам, представленным на рис. 3 и 4.

Рис. 3. 4-х координатная механическая система для сварки обечаек. 
Лазерную сварку обечаек между собой в единый корпус предлагается выполнять от этих же лазеров роботизированной системой представленной на рис. 4.
Рис. 4. Проект лазерной сварки кольцевого шва корпуса лодки
 
6. Лазерная сварка буровых платформ.
На этом же лазерном оборудование можно выполнять сварку ледостойких буровых платформ типа  МЛСП «ПРИРАЗЛОМНАЯ». Прочный корпус, которой был изготовлен в ФГУП ПО «СЕВМАШ» с помощью дуговых методов сварки. 
Лазерной сварка будет вестись за один проход на всю свариваемую толщину металла, с подачей присадочной проволоки. Производительность сварки возрастет не менее чем в 50 раз в сопоставлении с дуговой сваркой. Свойства сварного соединения будут на уровне основного металла. Технологическое оборудование  планируется разработать автоматизированное и управление программное от ЧПУ.
Рис. 5. Буровая платформа «Приразломная»

 

Лазерная сварка может применяться в промышленности по следующим техническим решениям:
 
1. Разработка и изготовление типового оборудования, которое может использоваться, как и станки по лазерной резки в различных отраслях промышленности.
 
 
 
.
 
 

Рис.1. Лазерное оборудование по сварке нержавеющих труб.

Сварные соединения и трубы прошли полный цикл испытаний на механические, коррозионные свойства и показали результаты по всем видам испытаний на уровне свойств основного металла.

Б. Лазерная сварка шестерен коробки передач автомобилей ВАЗ и ЗИЛ.

Рис. 2. Лазерная сварка шестерен

Лазерная сварка синхронизатора шестерни коробки передач в следствие малого тепловложения исключает поводки конструкции шестерни, сохраняет свойства металла, что обеспечивает высокие эксплуатационные показатели коробки передач автомобиля. Лазерная сварка позволяет принимать новые конструктивные решения, что  снижает вес и габариты коробки передач более чем 25%.
 
в) Лазерная сварка газонефтепроводных труб.
 
Отработка технологии лазерной сварки сталей применяемых в изготовлении труб для нефтяной и газовой отрасли были начаты нашим коллективом в 1987 г. совместно с ВНИИСТ, ВНИИГАЗОМ и трубными заводами ЧТПЗ, ВМЗ. 
 
При лазерной сварке труб рис.в,1 были достигнуты следующие результаты, которые приведены в таблицах 1,2,3.
 
 
Рис.3. Процесс лазерной сварки трубы.
 
В ходе отработки технологических режимов лазерной сварки на трубных сталях 17Г1СУ, 17Г2СУ, 09Г2С, 10Г2БТ, 08Г1НФБ основными трудностями с которыми пришлось столкнуться были следующие:
 
1. Твердость металла шва различных зон термического влияния достигала НV 410, что снижало пластические показатели сварного соединения при прочности на уровне основного металла.
 
2. Кинжальный характер проплавления металла при лазерной сварке рис.2 (а) не позволял выполнять сварку по зазору в стыке более 0,3 мм, т. к. при ширене шва менее 1,3 мм наблюдались по высоте шва не провары кромок, ослабление шва.
 
 
 Рис. 4. Характер проплавления сталей разной толщины при лазерной сварке:
а- толщина стали 17Г1СУ - 10 мм;
б - толщина стали 08Г1НФБ - 8 мм;
в - толщина стали АК 25 - 50 мм.
 
Данные проблемы были решены успешно. На сталях толщиной 8 мм удалось получать качественное сварное соединение по зазору в стыке от 0,3 до 1,0 мм рис.2, (б). Для сведения на сталях толщиной 50 мм сварка с получением качественного формирования сварного шва получалась при зазорах в стыке до 2,8 мм. Во всех представленных на рис.2 фотографиях структур сварные соединения выполнялись за один проход, без разделки кромок и обязательной подачей присадочной проволоки.  
 
Изучение твердости на стали 08Г1НФБ, проведенное в ЦЗЛ ОАО "ЧТПЗ" металла сварного шва и различных зон термического влияние представлены в таблице 1.
 
Таблица 1
 
 
 Механические свойства сварных соединений представлены в таблице 2.