CC BY
218
УДК 621.791
ГИБРИДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ. ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА
А. Г. Папуша Научный руководитель - Н. В. Успенский
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: slasau@yandex.ru
Рассматривается новый вид сварочных технологий сварки - гибридные технологии сварки, использующие так называемый «синергетический эффект». Показаны особенности и преимущества гибридной сварки по сравнению с традиционными видами сварки.
Ключевые слова: гибридные технологии сварки, «синергетический эффект».
HYBRID TECHNOLOGIES OF WELDING. FEATURES AND ADVANTAGES
A. G. Papysha Scientific Supervisor - N. V. Uspenskiy
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: slasau@yandex.ru
We consider a new type of welding technology - hybrid welding technology, using so-called "synergistic effect". The features and advantages of the hybrid welding as compared with traditional welding.
Keywords: hybrid welding technology, "synergistic effect".
Гибридными технологиями в общем случае называются технологии одновременного воздействия различных методов на материал. Это может быть обработка давлением совместно с каким-нибудь тепловыми источниками; обработка резанием с индукционным, импульсным воздействием. Основные преимущества лазерных гибридных технологий заключаются в том, что при объединении двух источников в один источник нагрева, нам удается нивелировать недостатки каждого из этих методов и в то же время добиваться принципиально нового эффекта по технологическим возможностям этого метода. Применительно к сварке использование гибридных лазерных технологий, например, позволяет снизить себестоимость сварки погонного метра шва, повысить качество сварки различных материалов или увеличить производительность традиционных методов сварки.
Гибридная лазерно-дуговая сварка - это совмещение в одном источнике лазерного излучения и дуги. В зависимости от технологических потребностей при изготовлении изделий процесс может осуществляться как с расположением лазера и дуги с одной стороны, так и с противоположных сторон. К настоящему времени дуговой процесс является самым распространенным и самым дешевым сварочным процессом. Однако в своем дальнейшем развитии он наталкивается на ряд трудностей, связанных с недостаточной плотностью энергии этого источника и трудностью осуществления процесса на больших скоростях, когда происходит срыв дуги и получается некачественное проплавле-ние. В то же время и лазерный процесс имеет свои недостатки, которые за счет применения дуги могут быть устранены. Идея совмещения лазерного источника с дуговым была реализована еще в 1978 году. Преимущества гибридных технологий надо рассматривать применительно как к одному источнику, так и к другому. При включении лазера на дугу у нас повышается ток, снижается напряжение и повышается стабильность горения дуги (рис. 1). Для лазерной сварки дуга также оказывает существенную помощь. Во-первых, лазером меньшей мощности можно осуществлять сварку больших толщин за счет проявления так называемого «синергетического эффекта» и повышения КПД проплавле-ния при воздействии двух источников вместе. Также снижается отражательная способность материа-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
ла за счет предварительного его подогрева и соответственно происходит снижение коэффициента отражения дугой перед лазером. Важным фактором является снижение требований по сборке конструкций, которые при лазерной сварке очень высоки, а применение дуги помогает их снизить. Таким образом, сохраняя глубину проплавления и форму проплавления близкую к лазерной, можно увеличить ширину шва и, тем самым, увеличить величину зазора перед сваркой (рис. 2).
ill V V 9
1 2 3
Рис. 2. Сравнение геометрии шва: 1 - лазерной сварки; 2 - гибридной сварки; 3 - MIG/MAG сварки
Дуговая сварка может использоваться как без присадки, так и с присадочной проволокой (рис. 3). Для этой цели зарубежными фирмами, в частности германскими, разработаны специальные головки для осуществления этого процесса. Гибридная лазерно-дуговая сварка находит применение в автомобильной промышленности, в судостроительной промышленности и при сварке трубопроводов. Ла-зерно-дуговая гибридная технология распространена в основном за рубежом. Это Германия, США, Япония. У нас этими проблемами занимаются в Санкт-Петербургском политехническом университете, в МГТУ им. Н. Э. Баумана и некоторых других организациях [1].
Лазерно-плазменная технология - это сочетание лазерного луча с плазменным разрядом. Преимущественно на сегодняшний день рассматриваются так называемые интегрированные плазматро-ны, у которых лазерный луч проходит через плазменную струю. Существует два вида применяемых плазматронов. Это интегрированные плазматроны прямого действия и косвенного. У прямого анодом является изделие, у косвенного анодом является корпус самого плазматрона. Первым видом можно осуществлять процессы сварки, резки, наплавки. Второй вид может осуществлять процессы обработки диэлектрических материалов, применяется для закалки, нанесения покрытий и т. д. Основные преимущества этого метода основаны на том, что лазерный луч, проходя через плазменную струю, значительно увеличивает температуру плазменного факела, тем самым увеличивается электропроводность и соответственно увеличивается концентрация электрической энергии в плазме и дуга становится более концентрированной. Эти возможности большей концентрации плазменной дуги при прохождении лазерного луча тоже создают так называемый «синергетический эффект», повышение эффективности проплавления этого источника. То есть два источника, которые в отдельности не могут, например, проварить толщину в 2 мм, при соединении имеют возможность проварить толщину до 3 мм за счет взаимного воздействия и увеличения плотности каждого источника. Также имеется возможность с помощью лазерно-плазменных технологий осуществлять процессы нанесения покрытий, при соответствующей конструкции плазматрона. Лазерно-плазменные процессы в нашей стране развиты меньше, чем в некоторых зарубежных странах. В частности, в институте имени Е. О. Патона очень серьезно занимаются этим вопросом и там разработаны специальные плазматроны и ведутся соответствующие работы [2].
Развиваясь достаточно быстро, данный способ получает широкое применение. Поиск новых технологических решений часто ведет к синтезу уже развитых технологий. Как следствие такого подхода, возникают качественно новые результаты, которые, в конечном счете, благодаря синергети-ческому эффекту приводят к объединению особенностей различных процессов, причем гибридная сварка в этом отношении является наглядным примером.
Высокая конкурентоспособность - это сумма целого ряда преимуществ. Универсальность метода лазерно-гибридной сварки открывает широкую область применения в технике соединений. Хо-
/
а
Рис. 1. Принцип лазерно-гибридной сварки
рошие возможности есть, прежде всего, там, где большое перекрытие зазора не позволяет использовать только лазерную сварку или для этого требуются большие затраты. Экономия энергии лазера способствует сокращению капитальных затрат. Новые освоенные сферы использования и оптимизированная мощность повышают производительность. Синергетический эффект увеличивает результативность процесса.
Рис. 3. Направление лазера и сварочной проволоки в одно место
Таким образом, лазерно-гибридная сварка расширяет границы новых термических методов соединений в отношении рентабельности, качества шва и надежности процесса.
Библиографические ссылки
1. Корниенко А. Н. Электронно-лучевая сварка // Сварщик. 2012. № 4.
2. Технология сварки, пайки и резки : энциклопедия. М. : Машиностроение, 2006 / под ред. Б. Е. Патона. Т. 3-4.
© Папуша А. Г., 2015
