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.

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

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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»

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.

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

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.