Лазерный мир

Стремясь сократить время строительства судов, ведущие компании мира активно внедряют в производство новые технологии. Гибридную лазерно-дуговую сварку первыми использовали в судостроении европейские верфи, строящие пассажирские лайнеры. Два десятилетия назад немецкая Meyer Werft заменила несколько комплексов дуговой сварки на линии, использующие лазеры. В России технология гибридной лазерно-дуговой сварки известна давно, но активный интерес к ней отечественные судостроители проявили буквально год назад. Что мешало внедрению гибридной сварки на российских верфях: высокие стартовые затраты, консервативность судостроителей или какая-то другая причина? Мы попросили ответить на этот вопрос Вячеслава Осипова, заместителя директора Института лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ.

 – Сегодняшний уровень технологии и оборудования гибридной лазерно-дуговой сварки (ГЛДС) позволяет эффективно применять этот вид сварки в судостроении и модернизировать существующие производства. Стоимость лазерного оборудования существенно выше, чем дугового. Это, конечно, тормозило внедрение гибридной сварки в России. Также к причинам, которые препятствовали распространению ГЛДС, можно отнести отсутствие одобрения упомянутой технологии Российским морским регистром судоходства (РМРС). Эту причину мы трансформировали в задачу, которую в настоящее время решает ИЛИСТ, выполняя научно-исследовательскую работу по заказу РМСР.  
 
 – Каковы основные преимущества ГЛДС по сравнению с традиционными видами сварки, применяемыми в судостроении? Для каких работ эти преимущества наиболее эффективны?
 
  – Основные преимущества ГЛДС по отношению к традиционным видам сварки – скорость сварки и качество получаемых сварных соединений. Применение гибридной сварки позволяет в 3-5 раз повысить производительность сварочных работ при таком же снижении затрат. А учитывая, что при строительстве корпусов трудоемкость и расходы на сварку составляют около 40% от общей стоимости строительства корпуса судна, эффект от внедрения ГЛДС может играть решающую роль для повышения эффективности  судостроительного производства.  
 
 – Почему интерес к вашим разработкам (в сегменте ГЛДС) со стороны судостроителей существенно вырос после февраля 2022 года?
  
 
 – С февраля прошлого года остро встал вопрос импортоопережения, в том числе в части оборудования и технологий, при существующей и ранее задаче повышения производительности судостроительных производств. Наша технология ГЛДС является полностью отечественной разработкой и реализуется на установках собственного производства.
 
 Выступая на евразийском экономическом форуме, а позднее и на Петербургском международном экономическом форуме в 2022 году, президент РФ подчеркнул, что «мы будем развивать свою промышленность и технологии». И мы четко следуем этому заданному курсу.
 
 – ИЛИСТ проводит сегодня аттестацию технологии гибридной лазерно-дуговой сварки. Что показывают испытания на Балтийском заводе?
 
 – Испытания демонстрируют высокие характеристики сварных соединений. Швы обладают равнопрочностью, а ударная вязкость металла шва и околошовной зоны при отрицательной температуре имеет двукратный запас. Работы с Балтийским заводом начались в 2021 году. СПбГМТУ и АО «Балтийский завод» подписали дорожную карту о внедрении технологии ГЛДС на предприятии. В рамках этого проекта предусмотрена работа по одобрению технологии ГЛДС, которую мы выполняем в рамках НИР по теме «Разработка требований к лазерной (лазерно-дуговой) сварке» по заказу Российского морского регистра судоходства. Также мы ведем работы, связанные с подготовкой к модернизации действующего оборудования для сварки плоских секций.
 
– На каком этапе сейчас находится создание установки ГЛДС?
  
 – Если говорить о Балтийском заводе, то в процессе очередной рабочей встречи с руководителем Объединенной судостроительной корпорации Алексеем Рахмановым было решено разработать концептуальный проект с предложениями по повышению производительности АО «Балтийский завод».
 
 В этом году руководством АО «ОСК» было принято решение пилотный проект по внедрению ГЛДС реализовать в АО «Южный центр судостроения и судоремонта». Мы готовимся сейчас к поездке на Волгу, чтобы ознакомиться с их производственными мощностями. Тем не менее, Балтийский завод нам, конечно, ближе. Его производственные мощности, подлежащие модернизации, нами уже достаточно изучены. 
 
 – Технология гибридной сварки разрабатывалась для того, чтобы компенсировать слабые стороны лазерной и дуговой сварки. С деформацией все понятно. А насколько у лазерно-дугового метода велики требования к подготовке металла по сравнению с лазерной сваркой?
 
 – По сравнению с лазерной сваркой гибридная сварка существенно снижает требования по предварительной сборке стыка (возможность варить по зазору) и позволяет управлять металлургией шва за счет применения присадочной проволоки.
 
 
 Образец сварного соединения / Фото: ИЛИСТ СПбГМТУ
 – Как конструкционно реализован комплекс ГЛДС?
  
 
 – Наши комплексы мы создаем по модульному принципу. Это увеличивает диапазон настроек взаимного расположения элементов, входящих в состав комплекса. Также возрастает количество вариантов комплектации и упрощается модернизация. Расширяются возможности адаптации для решения конкретных  задач.
  
 
 – Какие операции комплекс способен выполнять?
 
 – Сварку, резку, термообработку, наплавку.
 
  
 
 – Конструкции какой формы и габаритов может сваривать? С листами металла какого размера работать?
  
 
 – Плоские и объемные конструкции. Стыковые соединения при укрупнении полотнищ. Тавровые и угловые – при приварке наборов основного и поперечного направления и при изготовлении объемных конструкций (например, балок, фундаментов). Габариты рабочей зоны масштабируются. Важно отметить, что новый способ сварки требует уточнения методов контроля, которые позволят удостовериться в качестве полученного соединения. Выполняемая нами НИР предусматривает разработку порядка проведения неразрушающего приемочного контроля сварных соединений, выполненных лазерной сваркой и лазерно-дуговой гибридной сваркой.
  
 
 – Для сварки каких металлов может использоваться гибридная лазерно-дуговая сварка?
  
 
 – Для сплавов на основе железа, титана, алюминия, меди, никеля. На сегодняшний день промышленностью наиболее востребованы технологии гибридной сварки для конструкционных сталей нормальной и повышенной прочности, а также высокопрочных сталей.
  
 
 
 Ультразвуковой контроль качества сварного соединения / Фото: ИЛИСТ СПбГМТУ
 – Возможно ли модернизировать существующие линии дуговой сварки, превратив их в лазерно-дуговые, или необходимо создавать технологический комплекс с нуля?
  
 
 – Существующие линии дуговой сварки возможно модернизировать, но в каждом конкретном случае будет своя глубина модернизации. Основные требования предъявляются к перемещениям рабочего инструмента, коим для ГЛДС является лазерно-дуговой модуль. Он, в свою очередь, должен обеспечить повышенные по отношению к дуговому модулю требования по точности позиционирования и поддержания траектории.
 
 В одном случае потребуется модернизировать систему перемещения рабочего инструмента, в другом – просто заменить ее, например, на самоходные тракторы и каретки. Помимо этого, в состав линий будет включаться комплекс лазерного и прочего оборудования, сопутствующего технологии ГЛДС.
 
 – В рамках проекта «цифровой верфи» на Онежском ССЗ планируется установить оборудование для гибридной лазерно-дуговой сварки объемных конструкций?  
 
 – Это планируется сделать. Еще в 2021 году нами было подготовлено и направлено ТКП в адрес завода с описанием оборудования для лазерно-дуговой сварки объемных конструкций, в частности, фундаментов и балок различного назначения и конфигураций.
  
 
 – Линии гибридной сварки выпускает целый ряд зарубежных компаний. Какие отличия имеет комплекс ИЛИСТ?  
 
 – На сегодняшний день зарубежные поставщики под санкциями. И прежде всего страдает техническое обслуживание комплексов. Оборудование сейчас в принципе недоступно. Но даже без этих факторов отечественные комплексы имеют существенный плюс – они значительно выигрывают по стоимости.
 
 В нашем институте разработана и изготовлена элементная база ГЛДС на основе самоходных тракторов и кареток, позволяющих сваривать как плоские изделия, так и крупногабаритные криволинейные конструкции. Применение их в качестве систем перемещения рабочего инструмента более целесообразно, чем использование тяжелых порталов машиностроительного класса.
 
 – Готовы ли вы к производству ГЛДС-комплексов?
 
 – Да. На сегодняшний день в условиях ограничения поставок комплектующих изделий конструкторско-компоновочные решения наших комплексов уточнены. По большей части мы перешли на комплектующие отечественных производителей. Логистические цепочки поставщиков также выстроены, их работа проверена реальными заказами. Срок изготовления установки составляет от 9 до 12 месяцев в зависимости от требуемой технологической отработки заложенных заказчиком решений.
 
 Процесс гибридной лазерно-дуговой сварки / Фото: ИЛИСТ СПбГМТУ
 – Сварщики какой квалификации могут обслуживать комплексы?
 
 – Работать на лазерных комплексах могут сварщики-операторы автоматической и роботизированной сварки,

 имеющие базовый уровень знаний в области лазерной обработки материалов – сварки, резки, наплавки. ИЛИСТ проводит курсы дополнительного профобразования в области промышленных лазерных технологий.
 
 – Лазерно-дуговая сварка появилась на рынке судостроения еще в прошлом  тысячелетии. Как технология эволюционировала за это время?
 
 
 – Главным событием в области лазерно-дуговой сварки, да и лазерной технологии в целом, стало совершенствование лазерных систем. Разработка и появление на рынке надежных, эффективных волоконных лазеров позволили сделать лазерные технологии обыденными, не требующими глубоких теоретических познаний. Стоит сказать, что за прошедшие двадцать лет наряду с увеличением выходной мощности лазерного излучения также повысилась надежность установок. Расширилась линейка выпускаемого оборудования, включая появление лазеров для использования в цеховых условиях и различных рабочих инструментов для резки, сварки, термообработки, наплавки и выращивания. Одновременно следует отметить появление достаточно простых в эксплуатации лазерных установок для ручной сварки.
 
 Развитие оборудования позволило реализовать новые возможности лазерно-дуговой сварки. В первую очередь речь идет об увеличении толщины свариваемых деталей. Если раньше характерная толщина листов не превышала 5 мм, то сейчас в промышленности варят за один проход листы толщиной до 10-15 мм. Можно и больше, но объем расплавленного металла станет таким, что силы поверхностного натяжения не хватит, чтобы удержать его на весу. Тогда придется использовать приемы принудительного формирования корня шва или проводить доводочные операции.
  
 В лабораториях удается варить за один проход листы толщиной 20-25 мм. Однако масштабировать процесс на реальные изделия и внедрить в производство не получается ввиду усложнения и так непростой операции. По этой причине на производстве толстолистовой металл варят по традиции многопроходной сваркой, в ряде случаев двусторонней.
 
 Что касается подвидов гибридной сварки, то за полвека с момента ее появления ученые и инженеры применяли и разные типы лазеров (углекислотные, твердотельные, диодные, волоконные), и разные дуговые источники (с плавящимся и неплавящимся электродом, плазменные).
  
 – Где в мировом судостроении применяется ГЛДС?
 
 – Гибридная лазерно-дуговая сварка сегодня используется на верфях Германии, Норвегии, Японии.
 
 – Насколько в российском судостроении востребована лазерная сварка?
 
 – В судовом машиностроении используется лазерная сварка и ремонтная наплавка при производстве деталей теплообменных аппаратов, энергетического оборудования, трубопроводов и арматуры. Т. е. изделий из трудносвариваемых материалов, при создании которых необходимо обеспечить высокую прецизионность обработки.
  
 ГЛДС востребована в корпусном производстве для изготовления элементов обшивки, перекрытий, фундаментов, надстройки и т. п. – изделий, для которых точность подготовки и сборки под лазерную сварку невозможно обеспечить. Более простые для сварки материалы позволяют добавлять дуговую составляющую в процесс, нивелируя тем самым огрехи сборки.
 
 Источник: https://www.korabel.ru/news/comments/chem_gibridnaya_svarka_pomozhet_nashim_verfyam.html