О перспективах применения гибридной лазерно-дуговой сварки в России рассказывает Вячеслав Осипов, заместитель директора Института лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ.
Одна из самых масштабных на сегодня практик применения гибридной лазерно-дуговой сварки (ГЛДС) накоплена судостроительной отраслью. Пионерами в использовании технологии стали европейские верфи, строящие пассажирские лайнеры. В России технология гибридной лазерно-дуговой сварки известна давно, но активный интерес к ней отечественные судостроители проявили сравнительно недавно.
Новые технологии – новые возможности
Лазерно-дуговая сварка появилась на рынке судостроения еще в прошлом тысячелетии. За прошедшее с этого момента время технология заметно эволюционировала. В основе этой трансформации лежит совершенствование лазерных систем. Разработка и появление на рынке надежных, эффективных волоконных лазеров позволили сделать лазерные технологии обыденными, не требующими глубоких теоретических познаний. 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 появились достаточно простые в эксплуатации лазерные установки для ручной сварки.
Развитие оборудования стало основой для появления новых возможностей лазерно-дуговой сварки. Речь в первую очередь об увеличении толщины свариваемых деталей. Раньше характерная толщина листов не превышала 5 мм, сейчас же в промышленности за один проход варят листы толщиной до 10–15 мм. Еще более значительных результатов добиваются в лабораториях, где за один проход удается варить листы толщиной 20–25 мм. Однако масштабировать лабораторный процесс на реальные изделия и внедрить его 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.
ГЛДС – прочность и производительность
Уровень технологии и оборудования гибридной лазерно-дуговой сварки позволяет эффективно применять этот вид сварки в судостроении и модернизировать существующие производства. Однако широкое применение ГЛДС в России тормозит ряд причин. Ключевые из них – высокая стоимость лазерного оборудования, в сравнении с оборудованием дуговым, и отсутствие одобрения технологии Российским морским регистром судоходства (РМРС).
Тем не менее востребованность гибридной лазерно-дуговой сварки год от года растет. Этот вид сварки дает фору традиционным подходам как по скорости работ, так и по качеству получаемых сварных соединений. Так, ГЛДС 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 возрастает кратно. Высокие характеристики сварных соединений подтверждает ряд испытаний ГЛДС. Швы обладают равнопрочностью, а ударная вязкость металла шва и околошовной зоны при отрицательной температуре имеет двукратный запас.
Важную роль в развитии практики использования технологии сыграли и геополитические потрясения 2022 года, которые обострили вопрос импортоопережения. В том числе он коснулся оборудования и технологий, а ГЛДС, как технология полностью отечественная и реализуемая на установках собственного производства, от этой ситуации только выиграла. Продвижению технологии способствуют и использующие ее крупные предприятия. Так, СПбГМТУ и АО «Балтийский завод» подписали дорожную карту о внедрении технологии ГЛДС на производстве. В рамках проекта предусмотрена работа по одобрению технологии ГЛДС. Ведутся работы, связанные с подготовкой к модернизации действующего оборудования для сварки плоских секций.
Под разные задачи
В разговорах о гибридной лазерно-дуговой сварке неизбежно возникает вопрос о сравнении этой технологии с традиционными видами сварки. Ответом на него может служить история появления технологии: ГЛДС разрабатывалась для того, чтобы компенсировать слабые стороны лазерной и дуговой сварки. Так, 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.
Определенные преимущества есть и у конструкции комплекса ГЛДС, которые создаются по модульному принципу. Такая конструкция 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. Таким образом, ГЛДС одновременно способна выполнять сварку, резку, термообработку, наплавку.
Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет сваривать как плоские, так и объемные конструкции. К примеру, стыковые соединения при укрупнении полотнищ. Тавровые и угловые – при приварке наборов основного и поперечного направления и при изготовлении объемных конструкций (например, балок, фундаментов). Важнейшее преимущество – возможность масштабировать габариты рабочей зоны. При этом этот способ сварки требует уточнения методов контроля, которые позволят удостовериться в качестве полученного соединения.
Фокус на прочность
Гибридная лазерно-дуговая сварка может использоваться для сварки разных металлов – 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.
Драйвером развития технологии служит тот факт, что при определенных условиях существующие линии дуговой сварки могут быть модернизированы в лазерно-дуговые. Основные требования в этом случае предъявляются к перемещениям рабочего инструмента – лазерно-дугового модуля. 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.
На сегодня ГЛДС преимущественно 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. Работать на лазерных комплексах могут сварщики-операторы автоматической и роботизированной сварки, имеющие базовый уровень знаний в области лазерной обработки материалов – сварки, резки, наплавки.
текст: Кристина Симонова, фото: tec-option.com