Разработка технологии лазерной сварки судовых микропанелей

- качество  зачистки и обезжиривания;

- правильность  сборки деталей.

6- Прихватки выполняют в условиях, исключающих сквозняки.

В зависимости от размеров свариваемых деталей и применяемого способа сварка выполнение прихваток рекомендуется длиной от 3 до 20 мм, а число прихваток должно быть таким, чтобы обеспечивалась надежная фиксация положений деталей.

Постановка прихваток на месте пересечения швов не допускается.

Качество прихваток и правильность их выполнения (расположение, размеры и количество) должны быть указаны в технологических процессах.

Прихватки должны быть зачищены от шлака, брызг, окислов.

Прихватки, имеющее дефекты, должны быть удалены механическим способом.

7- Собранный под сварку узел подлежит приемке службой ОТК.

Результаты приемки должны фиксироваться в журнале учета контроля сварочных работ.

5.2.2 Технология сборки типовой микропанели.

Сборка осуществляется при помощи манипулятора для установки и прихватки. Для лазерной сварки типовой микропанели необходимо обеспечить сборку профиля и листа свариваемого изделия с максимально допустимым зазором 0,7 мм. Для этих целей манипулятор обладает прижимным усилием 5кН.

Прихватка осуществляется полуавтоматической сваркой в углекислом газе. Длина прихваток должна составлять 30-40 мм, шаг – 320-420 мм, используемая проволока – Св-08Г2С, режимы представлены в таблице 16.

Таблица 16 – Режимы для постановки на прихватки ребер жесткости типовой микропанели.

Тип соединения	Зазор, мм	Проходы	Диаметр проволоки, мм	Сила сварочного тока, А	Напря-  жение сварки, В	Скорость сварки, м/ч	Вылет электрода, мм	Расход газа, л/мин
	0-0,7	1	1,2	200-260	22-26	25-35	10-12	8-10

 

5.3 Сварка микропанелей.

5.3.1 Общие указания.

1- Выполнение сварки производится  пocлe приемки сборочных работ  представителем ОТК.

2- Сварку конструкций следует  производить по технологическим  процессам, разработанным на основании рабочих чертежей.

3-Сварку следует выполнять в  закрытых помещениях при температуре  окружающего воздуха не ниже +5°С.

5.3.2 Технология сварки типовой микропанели.

Параметры режимов.

Основные параметры режимов лазерной сварки:

– мощности лазерных излучений (W1, W2);

– скорость сварки (Vсв);

– скорость подачи проволоки (Vпр)

– диаметр присадочной проволоки (dпр)

– фокусное расстояние (F);

– положение фокуса относительно поверхности разрезаемого материала (∆F);

– диаметр сфокусированного луча (df);

– расстояние между фокусными пятнами (∆l);

– угол наклона первого луча относительно второго (∆φ);

Мощности излучений (W1, W2), Вт – это тепловой параметр, определяющий воздействие непрерывного лазерного излучения на материал в процессе сварки. В технологии лазерной сварки под мощностью понимают излучение, замеренное перед фокусирующей системой.

Скорость сварки (Vсв), м/мин, определяет путь, пройденный источником нагрева относительно поверхности материала в единицу времени. При одной и той же мощности лазерного излучения скорость сварки влияет непосредственно на глубину проплавления.

Скорость подачи проволоки (Vпр), м/мин, определяет путь, пройденный сварочной проволокой в единицу времени. Данный параметр зависит от зазора между свариваемыми деталями (чем выше зазор, тем выше скорость подачи проволоки) и влияет, в свою очередь, на скорость сварки, т.к. часть энергии луча расходуется на расплавление присадочной проволоки.

Диаметр присадочной проволоки (dпр) зависит от толщины свариваемого материала, но как правило при лазерной сварке не превышает 1,2мм из-за небольшой ширины сварочной ванны.

Параметры фокусирующей системы, оказывающие влияние на качество сварных соединений, характеризуются диаметром сфокусированного пятна и фокусным расстоянием линзы оптической головки.

Оптимальный диаметр сфокусированного пятна находится в диапазоне от 0,5 до 1,0 мм. Это объясняется тем, что при диаметре пятна менее 0,5 мм плотность мощности слишком велика, металл интенсивно перегревается и происходит значительное ухудшение качества шва. При диаметре пятна более 1,0 мм эффективность лазерного луча как концентрированного источника снижается.

Выбор фокусного расстояния линзы или объектива определяется тем или иным технологическим процессом, для проведения которого применяется данная установка. Так, для сварки толстолистовых материалов целесообразно использовать длиннофокусные (до 1000 мм) линзы, обеспечивающие большую глубину перетяжки сфокусированного пучка, а для малых толщин линзы с меньшим фокусным расстоянием (150 – 200 мм). Использование слишком малых фокусных расстояний из-за повышения вероятности повреждения линзы вследствие выбросов материала в месте обработки, а также за счет увеличения сферических аберраций, нежелательно.

Расстояние между фокусными пятнами (∆l) – параметр, зависящий в первую очередь от мощности лазерного излучения и скорости сварки. Выбирается таким образом, чтобы термические циклы нагрева и охлаждения были наиболее благоприятны для получения нужной структуры металла шва. Угол наклона лазерного луча меньшей мощности (∆φ) выбирается исходя из расстояния между фокусными пятнами и таким образом, чтобы частично миновать факел приповерхностной плазмы от более мощного луча.

Режимы для сварки типовой микропанели.

Режимы для двухлучевой лазерной сварки типовой микропанели с представлены в таблице 17.

Таблица 17 – режимы сварки типовой микропанели.

Тип сварного соединения	Мощности лазерных излучений, кВт	Скорость сварки, м/мин	Скорость подачи проволоки, м/мин	Диаметр присадочной проволоки, мм	Фокусные расстояния, мм	Заглубление фокуса, мм	Расстояние между фокусными пятнами, мм	Угол наклона луча меньшей мощности, °	Расход газа, л/мин	Используемый газ
	3 и 8	2	18	1,0	F1=270, F2=500	1,5	1,8	13	25	Ar

 

Сварка осуществляется в один проход. Для сварки используется аргон высшего сорта по ГОСТ 10157-79 и сварочная проволока марки Св08Г2С по ГОСТ 2246-70.

5.4. Возможные дефекты сварных швов.

В процессе лазерной сварки могут образоваться различного рода дефекты, их подразделяют на поверхностные (внешние) и глубинные (внутренние). Поверхностные, как правило, выявляются визуальным осмотром, внутренние – с применением физических методов неразрушающего контроля. Основные виды дефектов, возникающих при лазерной сварке, приведены на рисунке 23, а причины их возникновения – в таблице 18.

Рис. 23 – Типы дефектов при лазерной сварке с глубоким проплавлением.

а – непровар, б – занижение 1  и провисание 2 шва, в – кратер в месте окончания шва 1 и выключения луча 2, г – поры 1 и раковины 2, д – трещины в шве 2 и околошовной зоне 1.

Таблица 18 – Основные дефекты лазерной сварки и причины их возникновения.

Дефект	Причины возникновения
Непровар	Недостаточная мощность луча Погрешность совмещения луча с плоскостью стыка
Занижение и провисание	Завышеная мощность луча Заниженная скорость сварки Металлургическая нестабильность ванны
Кратер	Резкое изменение мощности луча (аварийное отключение) Выброс металла ванны в результате металлургической нестабильности ванны
Поры и раковины	Плохая очистка свариваемой поверхности от влаги и органических загрязнений Высокая газонасыщенность металла Высокая скорость сварки Неблагоприятная форма шва
Трещины	Малая деформационная способность металла в температурном интервале хрупкости Неправильно подобранный режим по погонной энергии и плотности мощности Нетехнологичность конструкции узла Большие внутренние напряжения

 

Для выявления указанных дефектов используют следующие методы неразрушающего контроля: визуальный, радиографический, ультразвуковой, магнитный.

 

 

5.5. Контроль качества сварных соединений.

 

Контроль внешним осмотром и измерением

Контроль внешним осмотром и измерением должен выполняться в соответствии с требованиями стандарта EN 1419/ISO DIS 17919 для  всех видов проб стыковых и тавровых соединений для выявления наружных дефектов и несовершенств формы шва: трещины, поверхностные поры, несплавления, подрезы, чрезмерный размер усиления стыкового шва, чрезмерное проплавление или провисание корня одностороннего шва, несовпадение кромок (нарушение соосности) стыкуемых элементов, местное ослабление сечения (провисание поверхности) шва, неполное заполнение разделки, вогнутая поверхность (утяжка) корня одностороннего шва и т.п.. Наружные дефекты и несовершенства формы шва должны находиться в пределах ограничений для балла качества С (средний) упомянутого выше стандарта.

Радиографический контроль

Радиографический контроль должен выполняться применительно к пробам стыковых соединений в соответствии с требованиями для класса B по стандарту EN 1435/ISO 17636 c применением рентгеновских аппаратов, мелкозернистых пленок (типа С в соответствии с EN 584) и усиливающих свинцовых экранов (минимальная чувствительность для проволочных ИКИ согласно EN 462/ISO 2505 соответствует номеру W 13=0,2 мм). Дефекты (трещины, включая кратерные, пористость, газовые каналы и червеобразные поры, твердые/шлаковые включения, непровары, несплавления и т.п.) должны быть оценены в соответствии с требованиями EN 1419/ISO DIS 13919 и находиться в пределах ограничений для балла качества В (строгий).

  Любые  линейные отметки на радиографической  пленке берущие начало от кристаллизационных дефектов должны рассматриваться как трещины и являются неприемлемыми.

Ультразвуковой контроль

Ультразвуковой контроль должен выполняться применительно к пробам стыковых соединений и тавровых соединений с полным проваром в соответствии с требованиями для класса B согласно стандарта EN 1714 c применением прямых ПЭП (для прозвучивания со стороны поверхности фланца тавровых соединений) и наклонных ПЭП (для контроля стыковых соединений и прозвучивания со стороны ребра тавровых соединений).             Подлежат выявлению продольные (L-scan) и поперечные (T-scan) несплошности.

   Все  отметки (эхо сигналы от несплошностей) должны быть оценены в соответствии с требованиями EN 1712 и находиться в пределах ограничений для балла качества 2.

   Параметры  контроля (калибровка оборудования, способ настройки и корректировки чувствительности, направления прозвучивания, углы ввода наклонных ПЭП  и т.п.) должны быть детально установлены в зависимости от толщины материала пробы и соответствовать требованиям для класса B согласно стандарта EN 1714. Дополнительные образцы для изготовления макрошлифов должны быть взяты из мест сварного соединения в которых были отмечены значительные эхо сигналы.

Магнитопорошковый контроль

Магнитопорошковый контроль должен выполняться применительно к пробам стыковых и тавровых соединений в соответствии с требованиями стандарта EN 1290/ISO 17638 для выявления таких недопустимых поверхностных дефектов как трещины, включая кратерные, несплавления и/или непровары. В случае необходимости (в сомнительных случаях) усиление сварных  швов должно быть зашлифовано заподлицо с основным металлом после проведения визуального, радиографического и ультразвукового контроля. Линейные индикаторные следы являются недопустимыми.

 

 

5.6. Предлагаемая технология.

1. Листы микропанелей укладываются как можно ближе друг к другу.
2. Манипулятор для установки и прихватки, входящий в состав портала для установки и прихватки набора, извлекает профиль из кассеты и передает на рабочий стенд.
3. Манипулятор позиционирует и прижимает данный профиль в любом направлении.
4. Сварочным аппаратом МАГ, перемещаемым манипулятором для установки и прихватки, производится прихватка вручную.
5. С помощью роликового механизма микропанели перемещаются в зону сварки.
6. Обход роботом рабочей зоны 12х3,2 м, на которой уложены микропанели и сканирование структуры с помощью системы двойной камеры.
7. Обработка данных по отсканированной структуре на компьютере, загрузка программ сварки.
8. Автоматическая сварка горизонтальных продольных и поперечных швов, в том числе и вертикальных крестообразных соединений набора между собой.
9. Подварка профилей сварочным аппаратом МАГ.

 

5.7. Организация поточного производства. План выпуска.

Для того, чтобы детали долго не простаивали на позиции сборки или сварки необходимо грамотно сопоставить время, затрачиваемое на одной и второй позиции, и при необходимости добавить дополнительный пост. Безусловно, время сборки и сварки, рассматриваемое в данном пункте, является весьма условным, т.к. рассматривается для сварки типовых микропанелей. При изменении размеров, толщин и типов панелей время, требуемое для 1 м сборки и сварки будет меняться не прямо пропорционально друг другу.

Схема укладки типовых микропанелей на стенд представлена на рисунке 24.

Рис. 24 – Схема укладки типовых микропанелей.

Время сборки типовой микропанели.