Навигация по разделам сайта

 En  ЛК ИСУ

Промышленные лазерные, аддитивные и электрофизические технологии

Проекты

Организация и развитие серийного производства установок прямого лазерного выращивания

Описание проекта

Технология прямого лазерного выращивания (ПЛВ) позволяет изготавливать заготовки из сталей и сплавов на основе никеля, титана, меди, кобальта и алюминия с производительностью до 3 кг/ч.

Уровень механических свойств соответствует требованиям к металлопрокату.

Для реализации технологии ПЛВ в СПбГМТУ разработаны роботизированные установки серии

«ИЛИСТ»

со следующими техническими характеристиками:

  • макс. диаметр рабочей зоны: до 3 м;
  • макс. высота рабочей зоны: до 2 м;
  • масса изделия: до 4 т;
  • мощность лазера: до 12 кВт.

ИЛИСТ-М

  • робот + 2-х осевой позиционер;
  • изделие: Ø 600 мм, h = 400 мм;
  • масса изделия: до 100 кг;
  • производительность: 50 см3/ч;
  • волоконный лазер: 2 кВт;
  • порошковый питатель: 5 л.

ИЛИСТ-L

  • робот + 2-х осевой позиционер;
  • изделие: Ø 1300 мм, h = 800 мм;
  • масса изделия: до 400 кг;
  • производительность: 240 см3/ч;
  • волоконный лазер: 6 кВт;
  • порошковый питатель: 2 × 5 л.

ИЛИСТ-XL

  • робот + 2-х осевой позиционер;
  • изделие: Ø 2200 мм, h = 600 мм;
  • масса изделия: до 1200 кг;
  • производительность: 250 см3/ч;
  • волоконный лазер: 6 кВт;
  • порошковый питатель: 2 × 5 л

Заказчики

Установки прямого лазерного выращивания успешно эксплуатируются на предприятиях АО «ОДК», ГК «Росатом», ГК «Роскосмос»,АО «Композит», АО «ОСК», АО «Русполимет», АО «ЦАТ», ООО «Аэроком», ООО «Нормин», ПНИПУ, ПсковГУ и др.

Установки прямого лазерного выращивания серии «ИЛИСТ» на базе лазера видимого диапазона

Описание проекта

Лабораторная УПЛВ на базе ИЛИСТ-М
  • габариты изделия: Ø 600 мм, h = 600 мм;
  • длина волны: 450 нм;
  • мощность лазера: 2 кВт;
  • герметичная кабина с ФВ;
  • порошковый питатель на 2 колбы.

Назначение

  • ПЛВ из жаропрочных бронз (БрХ1)
  • биметаллические изделия (БрХ1 + Inc718)

Дальнейшее развитие

  • разработка базовой технологии ПЛВ
  • адаптация технологического инструмента
  • усовершенствование защитной атмосферы

Мобильная технологическая установка дуговой наплавки

Описание проекта

  • обрабатываемые материалы: стали нормальной и повышенной прочности (а также черные и цветные металлы и их сплавы, жаропрочные сплавы);
  • производительность: до 6 кг/ч;
  • комплекс дугового оборудования: cварочный ток до 500 А;
  • рабочий инструмент: горелка дуговая;
  • размеры рабочей зоны (типовые): диаметр 1,2 × 1,5 × 1,5 м (возможно масштабирование).

Установка технологическая сварочная лазерно-дуговая (УТСЛД)

Основные технологические характеристики

  • диапазон толщин обрабатываемых материалов (односторонняя сварка): от 1 до 10 мм (за один проход);
  • скорость обработки: до 3 м/мин;
  • размеры рабочей зоны: длина – 6 м, ширина – 1,5 м, высота – 1,5 м.

Основные технические характеристики

  • мощность лазера: не менее 10 кВт;
  • максимальный сварочный ток: до 500 А;
  • диапазон диаметров сварочной проволоки: от 1,2 до 2 мм;
  • диапазон регулировки скорости подачи проволоки: от 3 до 20 м/мин

Заказчик

Комплекс разработан и изготовлен по заказу АО «ОССЗ».

В ПИШ СПбГМТУ функционирует аналогичная установка, где отрабатывается технология ГЛДС объемных конструкций.

Схема размещения УТСЛД

Установка технологическая закалочная комбинированного действия (лазерно‑индукционного нагрева)

Параметры установки

  • тип используемого лазера: волоконный;
  • длина волны излучения: ~1 мкм;
  • мощность лазера: до 6 кВт;
  • мощность индуктора: не менее 6 кВт;
  • система перемещения рабочего инструмента: робот манипулятор + трек;
  • количество координат, не менее: 7(6+1);
  • диапазон регулировки скорости рабочего инструмента: от 0,1 до 6 м/мин;
  • система позиционирования и перемещения обрабатываемого изделия: вращатель-позиционер одноосевой двухстоечный;
  • поворотные перемещения (обрабатываемого изделия): ±180 град;
  • габариты стола: 2500 × 800 мм;
  • грузоподъёмность: не менее 500 кг;
  • мониторинг зоны обработки, система видеонаблюдения;
  • глубина закалки: до 5 мм.

Портальный комплекс гибридной лазерно-дуговой сварки

Описание проекта

Предназначен для серийного строительства судов внутреннего и смешанного плавания нового поколения.

Обеспечивает выполнение гибридной лазерно-дуговой сварки стыковых соединений в нижнем пространственном положении в составе автоматизированной линии сборки и сварки плоских секций на участке укрупнения полотнищ.

Параметры установки

  • максимальный размер обрабатываемого проката: 12 × 3200 × 12000 мм;
  • мощность лазерного излучения: до 16 кВт;
  • сварочный ток: от 50 до 500 А;
  • напряжение на дуге: от 15 до 40 В;
  • скорость подачи сварочной проволоки: от 2 до 18 м/мин;
  • диаметр сварочной проволоки: от 1 до 1,6 мм;
  • толщина свариваемых изделий: до 15 мм за один проход;
  • наибольшая рабочая скорость: 4 м/мин;
  • максимальная скорость холостых перемещений: 10 м/мин;
  • предельное отклонение от прямолинейности при движении: 0,5 мм.
Стыковое соединение, толщина 15 мм

Комплекс гибридной лазерно-дуговой сварки «ОРБИТА»

Описание проекта

Комплекс предназначен для применения на судостроительных предприятиях с целью изготовления сложных пространственных корпусных конструкций (с минимальными допусками) арктических судов и средств морской техники для освоения шельфовых месторождений.

Технологические характеристики

  • обрабатываемые материалы: высокопрочные и специальные стали;
  • технологические операции: лазерная и лазерно-дуговая сварка;
  • скорость обработки: до 3,5 м/мин;
  • диапазон толщин обрабатываемых материалов: от 4 до 50 мм.

Технические характеристики

  • мощность лазерного излучения: не менее 15 кВт;
  • тип используемого лазера: волоконный;
  • сварочный ток: до 400 А;
  • система перемещения рабочего инструмента: сварочная каретка на направляющих.

Установка технологическая сварочная лазерно-дуговая

Описание проекта

Предназначена для реализации процессов сварки в судостроении, отработки технологических процессов автоматической лазерной и лазерно-дуговой сварки элементов корпусных конструкций морской техники из судостроительных сталей, внедрения в промышленное производство на судостроительных верфях.

Технологические характеристики

  • размеры обрабатываемых изделий: до 6 × 1,5 × 1,5 м;
  • масса обрабатываемых изделий: до 40 000 кг;
  • система перемещения рабочего инструмента, количество координат: 7 (6+1);
  • мощность лазерного излучения: до 10 кВт;
  • сварочный ток: до 500 А;
  • толщина свариваемых изделий за один проход: до 10 мм;
  • рабочая скорость: до 6 м/мин.

Проведение исследований в области материаловедения

Описание проекта

Испытательная лаборатория разрушающего и неразрушающего контроля материалов аддитивного производства.

Создание компетентной лаборатории для выполнения конкретных задач по разрушающим методам испытания материалов, изготавливаемых аддитивными и электрофизическими технологиями (соответствующей ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий»).

Свидетельство об аккредитации испытательной лаборатории № ИЛ/ЛРИ-02701, действительно до 24.09.2029 г.

Широкая область деятельности

включает ключевые методы испытаний материалов и весь цикл изготовления испытательных образцов, в который входят следующие работы:

  • вырезка заготовок для дальнейшей подготовки образцов для испытаний;
  • механическая обработка для изготовления образцов в соответствии с требованиями стандартов на проведение испытаний;
  • металлография и подготовка поверхности образцов для проведения коррозионных испытаний дальнейших структурных исследований.
Оснащение лаборатории

Лаборатория оснащена поверенным оборудованием, персонал лаборатории аттестован на проведение разрушающих испытаний по следующим группам методов:

  • механические статические испытания(при нормальной и повышенной температурах);
  • механические динамические испытания (принормальной и пониженной температурах);
  • методы измерения твердости;
  • методы испытаний на коррозионную стойкость;
  • методы исследования структуры материалов;
  • методы определения содержания элементов;
  • специальные методы испытаний
Выполняемые работы (услуги):
  • реализация качественной подготовки проб с использованием специальных техник финишной обработки для элементного, дилатометрического, металлографического, дифракционного рентгеновского, электронно-микроскопического анализа; изготовление образцов для механических испытаний;
  • проведение металлографического анализа с увеличением до 1000 крат с последующей или одновременной количественной обработкой получаемых изображений структуры;
  • исследование структуры на сканирующем электронном микроскопе при увеличении до 1 млн крат с одновременной оценкой общего и локального химического состава исследуемого образца с использованием метода EDS;
  • фазовый и микротекстурный анализ вещества методом EBSD на основе кристаллографических ориентировок структуры материалов;
  • изготовление и проведение механических испытаний различных материалов, в том числе композитов, а также сварных соединений;
  • испытания на статическое разрушение при комнатной и повышенной температуре до 1100 °С;
  • испытания на ударную вязкость при комнатной и отрицательной температуре до – 60 °С;
  • механические испытания на твердость и микротвердость металлов по Виккерсу;
  • исследование характера разрушения различных материалов и сварных соединений после механических испытаний;
  • проведение рентгеновского фазового анализа: определение наличия и доли различных фаз в сплавах на основе титана, никеля, алюминия, меди, железа и др., а также различных металлокерамик, композиционных и функционально-градиентных материалов, высокоэнтропийных сплавов, минералов и пр.;
  • исследование дислокационной структуры различных сплавов с возможностью темнопольного и дифракционного анализов при увеличениях до 1 млн крат с разрешением до 0,1 нм с использованием просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения;
  • проведение элементарного анализа наноразмерных включений в различных материалах на просвечивающем электронном микроскопе
Заказчики испытаний:
  • ПАО «НЛМК»,
  • ООО «ТК»,
  • ООО «Горизонт покрытий»,
  • ООО «ПРО ФЕРРУМ»,
  • АО «Лазерные системы»,
  • ООО «РЭС Инжиниринг»,
  • любые предприятия промышленного комплекса, которые нуждаются в проведении испытаний
Индустриальные партнеры:
  • АО «НИКИЭТ»,
  • АО «Композит»,
  • АО «КБХА»,
  • ПАО «РКК «Энергия»,
  • АО «Силовые машины – ЗТЛ, ЛМЗ,
  • Электросила, Энергомашэкспорт»,
  • АО «Синара – Транспортные Машины»,
  • АО «ВПК «НПО машиностроения»,
  • ПК «Салют» АО «ОДК»

Проведение исследований и разработок в области создания новых металлических материалов на основе использования лазерных, аддитивных и электрофизических технологий

Описание проекта

Проект направлен на разработку новых металлических материалов, которые будут обладать улучшенными физико-механическими свойствами.

Использование современных технологий, таких, как лазерные, аддитивные и электрофизические, позволит создать материалы, отвечающие требованиям современных промышленных и научных задач.

Получение разнородных градиентных материалов при прямом лазерном выращивании

Исследования ОИМ ИЛИСТ сосредоточены на

  • разработке новых способов получения функционально-градиентных материалов (ФГМ) с требуемыми структурами и свойствами;
  • отработке технологических параметров получения ФГМ;
  • детальном исследовании структуры и свойств ФГМ.

Кроме того, ведутся исследования по использованию комбинированных методов получения переходов, включая использование высокоэнтропийных сплавов.

На рисунках представлена структура градиентных переходов.

(а, в) Фотографии оптической микроскопии с демонстрацией структуры градиентного перехода титан-сталь;
(б) Титановая заготовка с градиентным переходом предназначена для вварки в стальной корпус
(а) Макроструктура биметаллических слоев: коррозионно-стойкая сталь и коррозионно-стойкая жаропрочная сталь;
(б) Структура титанового композита: высокопрочный титановый сплав и чистый титан
Получение биметаллических материалов с различными свойствами.

Получение изделий из сталей аддитивными методами производства является перспективной задачей для судостроения, машиностроения, авиастроения и других отраслей промышленности.

Особенностью технологии прямого лазерного выращивания является получение уникальных изделий из композиционных и биметаллических материалов с высокими прочностными и коррозионными свойствами.

Высокоэнтропийные сплавы

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭСы) рассматриваются как перспективные материалы для ряда конструкционных применений, в том числе высокотемпературных.

Исследования ОИМ ИЛИСТ сосредоточены на:

  • использовании высокопроизводительных вычислительных методов для определения составов сплавов с требуемыми структурами и свойствами;
  • отработке технологических параметров получения ВЭСов, в первую очередь на основе тугоплавких элементов, методами аддитивных технологий;
  • детальном исследовании структуры и свойств получаемых сплавов.

Кроме того, ведутся исследования по возможному использованию промежуточного слоя из ВЭСов в процессе разнородной сварки и наплавки.

Одним из возможных применений ВЭСов могут выступать защитные покрытия на лопатки для самых горячих частей тракта газотурбинных двигателей.

На иллюстрациях представлена электронная микроскопия высокоэнтропийных сплавов, полученных прямым лазерным выращиванием и примеры применения ВЭСов:

(a) – сплав CoCrFeMnNi,

(б) – сплавы Fe45(CoNi)39.24Cr14.92C0.8 и Fe55(CoNi)29.24Cr14.92C0.8,

(в) – сплав (NbTi)60Cr40

(г) – пример применения ВЭСов в качестве покрытий для лопаток газотбинных двигателей.

Получение разнородных композиционных градиентных материалов при прямом лазерном выращивании

В современном машиностроении к механическим характеристикам изделий предъявляются строгие требования.

Изделия, полученные методом прямого лазерного выращивания (ПЛВ), демонстрируют высокие показатели твердости, прочности и пластичности, а также обладают отличной коррозионной стойкостью.

Введение керамических частиц в металлическую матрицу способствует улучшению механических свойств при комнатной и повышенных температурах.

Заказчики:

  • ЦКБ МТ «Рубин»
  • АО «НИКИЭТ»
  • АО «Силовые машины»
  • АО ГосМКБ «Радуга» имени А.Я. Березняка
Металломатричный композит (ММК) с градиентным переходом из коррозионно-стойкой жаропрочной стали и карбида вольфрама (WC)

Проведение исследований и разработок в области развития теоретических основ и создания инженерного программного обеспечения процессов лазерной обработки и аддитивного производства металлических материалов

Описание проекта

Система компьютерного инженерного анализа представляет собой цифровой интерактивный автоматизированный инструмент по моделированию процессов лазерной обработки: прямого лазерного выращивания, лазерной и лазерно-дуговой сварки, лазерной термообработки, лазерной порошковой наплавки.

С помощью такой системы можно без длительных экспериментальных исследований подобрать оптимальное сочетание конструкции изделия, материала и режима обработки. Использование адекватных физических моделей и высокопроизводительных вычислительных алгоритмов обеспечит возможность быстрого и гибкого перехода на новые технологии с использованием материалов последнего поколения.

Ключевые направления исследований

  • газопорошковая струя как часть технологии прямого лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки;
  • комплексные численные модели температурного поля микро- и макроуровней для определения пространственно-временного распределения температуры в изделиив процессе его послойного формирования;
  • оптимизация термических показателей процесса с целью минимизации частоты формирования дефектов макроуровня;
  • формирование поверхности изделия при прямом лазерном выращивании и лазерной порошковой наплавке;
  • комплексная оптимизация процессов лазерной обработки с целью поиска решений, обеспечивающих бездефектное формирование внутренней структуры и поверхности изделия.