Лазерный мир

Звягина Елена Александровна,  Толстых Сергей Алексеевич // Современные материалы, техники и технологии, сборник научных статей 10-й Международной научно-практической конференции. Курск, 2020. С. 146-149.

Основным направлением деятельности АО «Промприбор» является производство изделий промышленного назначения для нефтегазовой отрасли: установки типа УСН, АСН, насосные станции «Каскад», насосы типа КМЕ, шестеренные электронасосы, счетчики и др. Большая номенклатура продукции и быстрый переход на выпуск новых изделий требует наряду с традиционными заготовительными процессами (литье, обработка давлением, заготовки из проката) внедрять в заготовительное производство новые технологии и технику, повышать качество заготовок и снижать издержки производства.

В последнее время на предприятии активно внедряются процессы по формированию контуров заготовок с применением различных видов энергии: плазменная резка, лазерная обработка, электроискровая обработка и др.

Первая лазерная установка на предприятии была приобретена для изготовления сварной заготовки корпуса (далее «Гильза») цилиндрического линейного двигателя как альтернатива применению электродуговой сварки в среде аргона. Сравнительный анализ 2 способов формирования сварного соединения кромок цилиндрической заготовки Гильзы из листового проката стали 12Х18Н9Т толщиной от 0,22 до 0,5мм электродуговой сваркой в среде аргона на установке  и лазерной сваркой на автоматизированной лазерной установке  позволил установить:

— сварной шов оплавлением кромок заготовки без применения сварной проволоки (рис. 1, а), не соответствует требованиям, предъявляемым к сварному соединению Гильзы. Наблюдается неравномерность термического воздействия на свариваемые кромки, значительное тепловое воздействие на околошовную зону (ОШЗ), что снижает технологическую прочность сварного соединения;

— сварное соединение, сформированное на автоматизированной лазерной установке значительно отличается от соединения, выполненного первым способом. Это связано с особенностями процесса формирования сварного шва при лазерной сварке: высокая концентрация энергии лазерного излучения в процессе сварки обеспечивает малый объем расплавленного металла; незначительные размеры околошовной зоны термического влияния; высокие скорости нагрева и охлаждения сварного шва и ОШЗ. Этими особенностями теплового воздействия предопределяются специфика физико-химических и металлургических процессов в деталях при лазерной сварке, высокая технологическая прочность и характерные свойства получаемых сварных соединений, минимальные де- формации сварных конструкций.

Рабочим органом установки является сфокусированный луч импульсного твердотельного лазера, работающего в режиме свободной генерации. Его энергетическое воздействие позволяет за время от 10-3с до 10-2 с произвести нагрев с последующим локальным плавлением поверхности металла в пятне, диаметром от 0,2 мм до 2 мм.

Путем проведения экспериментальных исследований и построения математической модели, адекватно описывающей процесс лазерной сварки заготовки Гильзы, были установлены оптимальные режимы сварки для по- лучения качественного сварного соединения при различных толщинах листового материала с учетом его свойств. В настоящее время на установке выполняют сварочные работы, раскрой материала и гравировочные работы.

Анализ качества выполнения раскроя листового материала на данной установке позволил установить:

— наличие линейных направляющих с позиционированием по осям X,Y до ±0,05, способствует точному раскрою материала и в целом снижает объем механической обработки заготовки, а в некоторых случаях и исключает ее из общего цикла изготовления изделия; высокая скорость холосто- го хода увеличивает производительность на малых толщинах реза;

— мощность и конструктивные особенности установки позволили с высокой скоростью выполнять раскрой стального листа толщиной до 16 мм и тем самым расширить номенклатуру обрабатываемых заготовок, сократить время заготовительных процессов и уменьшить применение плазменной, газопламенной и электроискровой резки металла, количество технологической оснастки, применяемой при других способах резки;

— наличие зонированных вытяжных каналов позволило уменьшить количество вредных выбросов в воздух производственного помещения и снизить требования к производительности вентиляционной системы.

Вывод. Внедрение на предприятие лазерных технологий позволило качественно выполнять сложные сварочные работы при изготовлении тонко- стенных изделий, повысить точность изготовления сложнопрофильных заготовок, снизить металлоемкость и себестоимость продукции, сократить сроки технологической подготовки производства и увеличить производительность труда на предприятии.