Лазерная сварка деталей сложной формы из титановых сплавов Докладчик: Андреев С.В.. Авторы:А.Г. Сухов, М.М Малыш, И.Б.Кетов, Ю.С. Коробов. - презентация

1 Лазерная сварка деталей сложной формы из титановых сплавов Докладчик: Андреев С.В.. Авторы:А.Г. Сухов, М.М Малыш, И.Б.Кетов, Ю.С. Коробов.

2 Сегодня на Земле уже нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы ни применялись устройства на основе лазерных технологий. Отличительные свойства лазерного излучения : - Лазерный луч практически не имеет массы и может распространяться практически мгновенно на очень на большие расстояния. - Лазерный луч практически не имеет массы и может распространяться практически мгновенно на очень на большие расстояния. - способность фокусировать энергию излучения в диаметр до 0,1 мкм; - способность создавать плотности энергии до 10 30, недостижимые ни для одного из известных на Земле источников энергии; - способность создавать плотности энергии до Вт/см 2, недостижимые ни для одного из известных на Земле источников энергии; - способность производить воздействие на вещество с любых расстояний и управляться в пространстве и во времени со скоростью света. - способность производить воздействие на вещество с любых расстояний и управляться в пространстве и во времени со скоростью света. - Лазерный луч не оказывает механических воздействий на обрабатываемую заготовку и не изнашивается Благодаря этим достоинствам ЛТ, Благодаря этим достоинствам ЛТ, по заключению Комиссии Евросоюза, являются одним из основных локомотивов инновационного развития мировой экономики. Признанием этого факта в нашей стране стало принятие Правительством РФ технологической платформы «Инновационные лазерные, оптические и оптоэлектронные технологии - Фотоника».

3 Спрос на оборудование и услуги по лазерной обработке Спрос на услуги Тип технологии Доля в потребности раскрой 35% сварка 17% сверление 20% маркировка 12% термоупрочнение 16% Спрос на оборудование По результатам обращений в НП «УралЛИТЦ» 619 предприятий По результатам анкетирования 670 предприятий УрФО Прогнозный объём рынка услуг по лазерной сварке около 100,0 млн. рублей в год Прогнозный объём рынка оборудования по лазерной сварке от 100,0 до 300 млн. рублей в год Тип технологии Доля в потребности раскрой 47% сварка 18% сверление 15% маркировка 11% термоупрочнение 8%

4 О предприятиях Региональный центр листообработки создан в 1997 году на основании постановления Правительства Свердловской области Региональный центр листообработки – один из крупнейших специализированных центров России в области лазерной обработки листового металла и металлоконструкций Технологический потенциал РЦЛ позволяет детально проработать и изготовить изделие в течении трех суток Cертифицирован по ISO в TUV-NORD Лицензия на производство ПТО НП УралЛИТЦ создан в рамках программы межгосударственного сотрудничества ФРГ и РФ в области лазерных и оптических технологий в 2008 г. Решением совместного расширенного заседания Президиумов Союза предприятий оборонных отраслей промышленности и Союза машиностроительных предприятий Свердловской области (от г) на Региональный центр кооперации возложены функции координатора по организации производственных связей между предприятиями по эффективному размещению заказов на основе субконтрактинга ЗАО "Региональный центр кооперации" создано для развития как внутриотраслевой, так и межотраслевой производственной кооперации предприятий оборонно-промышленного и машиностроительного комплекса Свердловской области.

5 Наши производственные возможности 3D - лазерная объемная обработка: резка, сварка, поверхностная термообработка, наплавка – единственная компания в Уральском регионе. 2D Резка листового и сортового проката из сплавов Ti, Al, а также из меди, углеродистых и нержавеющих сталей толщиной - до 25 мм и других материалов. Высокоточная гибка Изготовление высокоточных металлоконструкций весом до 15 тонн с точностью линейных размеров до ±1-2 мм на длине до 7 м. Сертифицированы на ISO9001(2008) TUV NORD/ Аттестация на изготовление подъемно-транспортного оборудования по п.7 «Грузозахватные приспособления» ЗАО «РЦЛ» и ЗАО «РЦК» включены в «Перечень организаций промышленности, за которыми закреплены военные представительства Министерства обороны Российской Федерации».

6 Наше Оборудование Лазерные комплексы 2D резки листового и трубного проката TRUMPF TRULASER 5030 CLASSIC 6kW TRUMPF TRULASER 3030(L20) 5kW LVD AXEL SL kW 3 х 1,5 м, Ø 440 мм, погрешность ± 0,03 мм Штампо-лазерный комплекс TRUMPF TRUMATIC TC600L Гибочные пресса TRUMPF V130 3 м LVD 80 2,5 м Обрабатывающий центр MAZAK VARIAXIS 730-5x Вертикально-фрезерный 5-осевой Лазерный комплекс 3D обработки R=3 м, 10kW Лазерные комплексы 3D лазерной обработки TRUMPF LASERCELL 1005 СО2 лазер Tru Flow – 5kW 3 х 1,5 х 1,2 м 5 осей точность ±0.05 мм Масса детали до 3 тн

7 Основные трудности при сварке титана и его сплавов: 1. Высокая химическая активность металла при высокой температуре, и особенно в расплавленном состоянии, по отношению к кислороду и водороду. 2. Склонность к росту зерна при нагреве до высокой температуры (выше 330°С ). 3. Повышенная склонность к образованию холодных трещин при увеличении содержания в основном металле и шве примесей газов. Для устранения влияния этих особенностей на получение качественных соединений требуется как можно меньшая погонная энергия при сварке. Этого можно достичь путем использования таких концентрированных источников, как лазерный луч. Проблемы внедрения лазерных технологий: 1. Отсутствие ЛТ в перечне критических и приоритетных технологий РФ, а также недостаточная информированность; 2. Недостаточная оснащённость предприятий современным лазерным оборудованием; 3. Отсутствие разработанных и утверждённых технологических регламентов по применению лазерного оборудования; регламентов по применению лазерного оборудования; 4. Неподготовленность технологического персонала.

8 Главные преимущества лазерной сварки Высокое значение Wp, при лазерной сварке, открывает новые возможности: высокая скорость нагрева и охлаждения при сварке обеспечивает узкую зону термического влияния; прочность сварного соединения сравнимую с прочностью основного металла; низкую деформацию сварных изделий или полное её отсутствие; до 10 раз большую производительность ; до 10 раз большую производительность ; сварные швы с глубоким проплавлением; высокую сопротивляемость сварных соединений образованию горячих и холодных трещин; для лазерной сварки не требуется вакуум. а - лазерная сварка; б - ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом Сравнение плотности мощности, различных видов сварочных источников энергии.

9 Сравнение технологий лазерной и электронно-лучевой сварки титановых сплавов Макроструктура и микроструктура титановых образцов, полученных лазерной и электронно-лучевой сваркой. лазерная сварка электронно-лучевая сварка Выводы: Пригодны обе технологии. Преимущество лазерной сварки: более простая и технологичная, сварные швы, выполненные лазерной сваркой, оказались более узкими и глубокими, а их структура – более однородной и мелкозернистой. Исследования проведены совместно с ОАО Корпорация ВСМПО-АВИСМА

10 Лазерная сварка длинномерных швеллеров (сплавОТ-4 0) Швеллер входит в каркас 3760 х 281 х 54 мм. Плоскостность - 0,2 мм Задача - сварить встык уже загнутые швеллера 1880 х 54 х 15 мм. Газовая защита лицевой стороны сварного шва обеспечивалась предусмотренной конструкцией подачей защитного газа (гелий) через сварочную головку, защита корня шва оснасткой.

11 Лазерная сварка при изготовлении крупногабаритных рам (3880 х 1300 х 300 мм) из титановых балок (сплав ПТ3В) Рама состоит из прямоугольных сварных трубы с поперечным сечением 300 х 30 мм из листового проката титанового сплава ПТ3В толщиной 3-5 мм. Длина балок различная и составляет от 850 до 1770 мм. Плоскостность 0,2 мм.

12 Сварка балок производится на лазерном комплексе. Для предотвращения окисления поверхности шва во время сварки разработана система защиты сварного шва с внутренней и вешней стороны. На лазерном комплексе сначала вырезали заготовки, а потом сваривали их. Режущий газ - гелий. Кромки деталей после резки гелием не требовали дополнительной зачистки под сварку. Лазерная сварка при изготовлении крупногабаритных рам (3880 х 1300 х 300 мм) из титановых балок (сплав ПТ3В)

13 Испытания механических свойств сварных соединений - Испытания на изгиб и ударную вязкость проводились в сертифицированной испытательной лаборатории Маркировка образца Характеристика образца Угол изгиба, град. Условия завершения испытаний 7.1Сплав ПТ-3В (основной металл)81 Зарождение трещины на растянутой части образца 1 Сварное соединение с удаленным усилением 80 Растянутая часть образца - лицевая сторона сварного соединения. Окончание испытаний – при появлении зародыша трещины в растянутой зоне образца Сварное соединение без удаления усиления шва 50 Растянутая часть образца - лицевая сторона сварного соединения. Окончание испытаний – при появлении зародыша трещины в растянутой зоне образца 1137 Таблица. Результаты испытаний на изгиб образцов основного металла и сварного соединения, выполненного лазерной сваркой из сплава ПТ-3В

14 Результаты испытаний на растяжение сварных образцов сплава ПТ-3В, выполненных лазерной сваркой Номер образца Характеристика образца Размер рабочего сечении, мм 2 Предел текучести, МПа Временное сопротивление, МПа Относительное удлинение, % Относительное сужение, % 2 Сварной шов с присадочной проволокой, со снятым усилением 3,08*20 = 61, ,847,5 5 Сварной шов с присадочной проволокой, со снятым усилением 3,08*20 = 61, , Основной металл 2,96*20,20 = 59, , Основной металл 2,96*20 = 59, ,640 8 Сварной шов без присадки, без механообработки 2,90*19,40 = 56, ,055 Испытания механических свойств сварных соединений При испытаниях образцов на растяжение, разрушение произошло по основному металлу.

15 Разработана «Методика оценки качества сварных соединений из титановых сплавов, выполненных лазерной сваркой» Титан в силу своих теплофизических характеристик подвержен деформациям в 2 раза сильнее, чем обычная низкоуглеродистая сталь Расчеты показали, что при лазерной сварке деформации в 7 – 8 раз меньше, чем при аргонно-дуговой сварке. Разработаны ТУ на лазерную сварку сплава ПТ-3В Механические свойства образцов, выполненных ЛС выше, чем при аргоно-дуговой сварке и удовлетворяют требованиям КД.

16 Видео сварки титана

17 Изготовленный методом лазерной сварки нестандартный лист из обрезков нержавеющей стали толщиной 4 мм листа размерами 2500 х 1250 мм. Изготовленное из сварного листа (слайд слева) сито размерами 1080 х 1700 мм Сито из сварного листа в месте сварки Вид сварного шва Комплексные технологии лазерной обработки Сито, вырезанное из сварной заготовки Материал - высоколегированная нержавеющая сталь толщиной 6 мм

18 Спасибо за внимание!