Лазерный мир

Илешина, Клешнина, Григорьев // В сборнике: МОЛОДЕЖЬ И НАУКА: АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. Материалы V Всероссийской национальной научной конференции молодых учёных. Комсомольск-на-Амуре, 2022. С. 19-21.

В данной работе проведен анализ исследований возможности создания неразъѐмного соединения конструкций из алюминиево-магниевых сплавов на роботизированном технологическом комплексе, оснащѐнном роботом KUKA KR-60/3 и лазерной установкой IPG Photonics Corporation YLS-2000/ 20000-QCW (ЛС-2) с целью применения установки для создания неразъемных соединений сплава АМг61.
Abstract. In this paper, the analysis of studies of the possibility of creating an integral connection of structures made of aluminum-magnesium alloys on a robotic technological complex equipped with a KUKA KR-60/3 robot and an IPG Photonics Corporation YLS laser installation is carried out-2000/ 20000- QCW (LS-2) for the purpose of using the installation for the co-building of all- in-one alloy joints AMg61.

Роботизированная лазерная сварка широко применяется в промышленности. Она обладает рядом преимуществ: высокое качество шва, большая точность при высокой скорости сварки, минимальные деформации изделий, экологичность сварочного процесса, чего не имеют классические способы сварки. Данный метод может использоваться для сварки разнородных, трудносвариваемых материалов.
Одним из распространѐнных в судостроении материалов являются алюминиевые сплавы, они обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью, имеют хорошую свариваемость. На ПАО «Амурский судостроительный завод» алюминиево-магниевые сплавы применяются для изготовления переборок корпусных конструкций.
Сварка плавлением алюминиевых сплавов связана с рядом особенностей, которые влияют на режимы и свойства сварных соединений. Алюминиевые сплавы очень чувствительны к влиянию окружающей среды, склонны к образованию оксидных включений и пор при взаимодействии с атмосферой воздуха. В связи с этим при сварке лазерным лучом требуется тщательная защита шва. Для защиты шва можно использовать различные защитные газы, а также их смеси.
Лазерная сварка в сравнении с другими способами обладает рядом преимуществ: сварка без подачи присадочного материала, малые размеры сварного соединения и зоны термического влияния. На территории ПАО «АСЗ» лазерные сварочные технологии не применяются.
Увеличение объема применения алюминиевых сплавов в судостроении связано с их исключительной обрабатываемостью, приемлемой прочностью и отличными антикоррозионными свойствами, способствующими обеспечению энергосбережения и улучшения маневренности судов. Традиционно на ПАО «АСЗ» для сварки алюминиевых сплавов применяется метод TIG сварки, позволяющий достигать балла 3 по ОСТ 5.9413-
83 «Соединения сварные корпусных конструкций из алюминиевых сплавов. Правила контроля». Однако TIG сварка обладает малой производительностью и высокой трудоемкостью. Применение сварки плавящимся электродом в среде аргона (GMAW)
намного производительней, но широкое применение GMAW алюминиевых сплавов ответственных судостроительных конструкций ограничивается проблемами растрескивания при кристаллизации и образованием водородной пористости в металле шва. В частности, при GMAW сварке контрольных образцов алюминиевого сплава АМг6 происходит интенсивное порообразование в металле шва. В настоящее время ПАО «АСЗ» заинтересован в изыскании рациональных режимов роботизированной лазерной сварки алюминиево-магниевых сплавов, в частности АМг61.
В ФГБОУ ВО «КнАГУ» создан научно-образовательный центр «Промышленная робототехника и передовые промышленные технологии». В нем представлена универсальная роботизированная сборочно-сварочная ячейка, которая представляет собой робототехнический комплекс в состав входит: робот KUKA KR60-3 для высокой точности позиционирования сварочной головки, оптическая сварочная головка IPG FLW D30, источник сварки IPG Photonics ЛС-2. Программирование этапов работы осуществляется системой управления KR C4 и программой контроля процессами сварки LaserNet.
Ранее произведены исследования [1] роботизированной лазерной сварки алюминиево- магниевых сплавов с толщиной элементов от 1 до 2 мм.
Для получения сварных соединений роботизированной лазерной сваркой с использованием алюминиево-магниевых сплавов, были вырезаны образцы при помощи гильотинных ножниц марки НД3316 из одного листа сплава АМг5 толщиной 1,5.
В ходе экспериментальных исследований производилась сварка сплавов марок АМг2, АМг3 толщины свариваемых деталей — 2мм. Заготовки под сварку собирались без зазора и разделки кромок. Образцы устанавливались в оснастку. Перед сваркой образцы обрабатывались спиртом для удаления скопившейся влаги. Исследования производились при разной скорости сварки 15, 25, 35, 45, 60 мм/с в ходе визуально-измерительного контроля было установлено, что при скорости сварки от 15 до 30 мм/ наблюдается резкое снижение ширины сварного шва как с лицевой, так и с корневой поверхности соединений, при увеличении скорости сварки с 30 мм/с и более отмечается монотонное убывание ширины шва. В соединениях, полученных при скоростях сварки 50 мм/с и более, фиксируется наличие прожогов. При исследованиях микроструктуры всех образцов установлено, выполнение сварки при скорости до 25 мм/с наблюдается полное проплавление, линия сплавления проглядывается четко, наблюдаются более крупные зерна по сравнению с основным металлом.

Ключевой проблемой при лазерной сварке является отсутствие ровной поверхности кромок после раскроя образцов, что приводит к превышению допусков вогнутости поверхности шва. Для решения вышеуказанной проблемы рекомендуется механическая обработка фрезерованием. Также установлено наличие пор и трещин, для исключения данных дефектов рекомендуется применение химического травления для удаления оксидной пленки.
В связи с заинтересованностью ПАО «АСЗ», связанной с применением роботизированной лазерной сварки в судостроении, необходимо произвести комплексные исследования, включающие в себя:
опытный подбор режимов роботизированной лазерной сварки сплава АМг61 толщиной 4 мм;
проведение полнофакторного эксперимента с получением граничных режимов сварки;
оценку микро-макроструктуры сварных соединений;
неразрушающий контроль качества: визуально-измерительный, капиллярный (цветная дефектоскопия);
разрушающий контроль: статическое растяжение, статический изгиб, ударный изгиб (согласно ГОСТ 6996-66).
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Рубан К.Е., Бахматов П.В. Исследования процесса роботизированной лазерной сварки алюминиево-магниевых сплавов // В сборнике: Металлургия: технологии, инновации, качество. Труды XXI Международной научно-практической конференции. В 2-х частях. Под редакцией Е.В. Протопопова. 2019. С.358-364.