Лазерный мир

С. Е. Крылова, С. П. Оплеснин, А. П. Фот, А. У. Ибрагимов, В. А. Завьялов // Вестник ИЖГТУ имени М. Т. Калашникова,2020. — Т. 23, № 2. — С. 46-53. . — 8 с.

Рассмотрены результаты разработки режимов роботизированной лазерной сварки пространственных сварных соединений тонкостенных изделий из жаропрочных сталей. Обоснована актуальность применения данного способа получения неразъемных соединений для крупногабаритных тонкостенных конструкций авиационной промышленности. Оговорены технологические сложности и условия модернизации роботизированного лазерного комплекса на базе непрерывного твердотельного лазера ЛС-2 для реализации технологии сварки пространственных элементов из жаропрочных сплавов. На основе структурных и дюрометрических исследований подтверждены преимущества контактной лазерной сварки без присадочной проволоки. Указаны оптимизированные параметры режима лазерной роботизированной сварки для сплава ХН50ВМКТЮР. Показана возможность управления свойствами сварного соединения посредством увеличения вкладываемой мощности лазерного излучения в пределах 0,7…1,8 кВт и скорости сварки в пределах 150…200 м/ч. Приведены сравнительные исследования влияния параметров различных способов производственной сварки на металлографию сварного шва и технологическую прочность сварного соединения.

Анализ микроструктуры показал, что литая структура сварного шва, полученного лазерной сваркой, отличается от структуры, полученной классическими способами сварки, характерным мелкоячеистым дисперсным строением дендритных кристаллов и значительно меньшей по протяженности зоной термического влияния до 2…2,2 мм. Сварное соединение при этом обладает прочностью, не уступающей основному метал- лу, и пластичностью, отвечающей всем эксплуатационным требованиям к изделию. Установлено, что по границам ячеисто-дендритной структуры при охлаждении в интервале 650…850 °С интенсивно выделяются карбидные и интерметаллидные включения сложного химического состава, что формирует эффект упрочнения металла шва.

Выполнена оценка стойкости сварных соединений против образования кристаллизационных (горячих) трещин. Показано, что лазерная сварка сталей с большими скоростями охлаждения металла шва на уровне 2000 °С/сек. в температурном интервале хрупкости благоприятно сказывается на стойкости сварных соединений против образования кристаллизационных горячих трещин. Данному факту способствует минимизация выделения в металле шва нежелательной γ′-фазы при охлаждении.

В настоящее время лазерные технологии в современном производстве закономерно пользуются большим спросом как у крупных производителей, так и в малых фирмах, поскольку они обеспечивают целый ряд преимуществ, непосредственно влияющих на потребительские характеристики продукции: позволяют повысить качество, производительность, снизить себестоимость, обеспечить эко- логическую чистоту производства.

С появлением мощных оптоволоконных лазеров возникли новые возможности использования лазерных технологий в машиностроении. За счет целого ряда факторов лазерная сварка эффективно применяется в области производства деталей авиационной промышленности, позволяя создавать компоненты нового поколения, а также эффективно заменять традиционные методы сварки, обеспечивая ряд технологических преимуществ процесса: характерные скорости сварки могут достигать до 2000 м/ч; зона термического влияния ограничена площадью лазерного пятна, что обеспечивает высокую технологическую прочность и пластичность сварных соединений, минимальные деформации зволило минимизировать влияние человеческо- го фактора при выполнении операций сварки, расширить спектр модифицируемых и контро- лируемых в процессе работы параметров (вид и длину сварного шва, расположение шва в про- странстве, определение последовательности вы- полнения операций, время подачи защитного газа до начала и после окончания сварки, дан- ные для автоматического высвобождения про- волоки при приварке, скорость подачи и оттяги- вания проволоки, геометрию шва) [1]. в зону сварки; жесткость и прочность конструк- ции для исключения эффекта раскачивания) [2].

Условия модернизации оборудования

С учетом вышеуказанных требований, предпочтений и ограничений для реализации поставленной цели принято решение модернизировать существующий в условиях ООО «Технология» (г. Оренбург) роботизированный комплекс лазерной наплавки для реализации техно- логии сварки тонкостенных пространственных элементов из жаропрочных сплавов. Спроектировано необходимое оснащение для монтажа на манипуляторе автомата подачи сварочной проволоки и оптической головки промышленного непрерывного оптоволоконного лазера ИРЭ-Полюс мощностью 2 кВт [3, 4]. Разработка оснащения выполнена в CAD/CAM-системе

Таким образом, появилась возможность перевести сварку крупногабаритных тонкостенных конструкций на новый уровень качества. Учитывая, что перспективные летательные аппараты должны обладать скоростью примерно от 6000 км/ч, а условия работы на таких скоростных режимах связаны с жесткими требованиями к аэродинамике, высокой рабочей температурой (от 700 °С) и вибрационными нагрузками, отработка режимов роботизированной лазерной сварки пространственных сварных соединений тонкостенных изделий из жаропрочных сталей становится все более востребован- ной и актуальной, требующей применения новых конструктивно-технологических решений и материалов.

Полное содержание статьи: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44103510