Регистрация / Вход
Прислать материал

Теоретические и экспериментальные исследования комплексной технологии волоконной лазерной сварки листовых деталей из цветного и черного металлопроката для транспортных средств нового поколения.

Номер контракта: 14.577.21.0158

Руководитель: Люхтер Александр Борисович

Должность: Советник ректора

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
технологии сварки, технологии деформирования, остаточные сварочные напряжения, остаточные деформации, задача нестационарной теплопроводности, комплексные научно-технологические исследования, излучение волоконных лазеров

Цель проекта:
Объектом исследования являются сварные соединения, полученные волоконной лазерной сваркой листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины обеспечивающей повышение эксплуатационных характеристик сварных швов для создания легких и надежных конструкций транспортных средств нового поколения. Целью выполнения ПНИЭР является создание комплексной промышленной технологии волоконной лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины, обеспечивающей повышение эксплуатационных характеристик сварных швов для создания легких и надежных конструкций транспортных средств нового поколения. Задачи ПНИЭР: 1 Оптимизация параметров технологических режимов лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины; 2 Разработка карт эскизов технологии лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины; 3 Разработка технологической инструкции лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины; 4 Разработка технического задания на проведение опытно-конструкторских работ по разработке опытного образца лазерного роботизированного технологического комплекса по лазерной сварке листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины

Основные планируемые результаты проекта:
Планируемые результаты:
1 результаты исследовательских испытаний технологии лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины;
2 программа и методики исследования структурных и механических характеристик образцов сварных соединений полученных лазерной сваркой листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины при непрерывном и импульсно-периодическом воздействии лазера;
3 методика оптимизации параметров технологических режимов лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины;
4 результаты работ по оптимизации параметров технологических режимов лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины;
5 карты эскизов технологии лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины;
6 технологическая инструкция лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины;
7 проект технического задания на проведение опытно-конструкторских работ по разработке опытного образца лазерного роботизированного технологического комплекса по лазерной сварке листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины;
8 рекомендации и предложения индустриальному партнеру по применению в его производственном процессе технологии лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины.

Результаты полученные в ходе выполнения ПНИЭР могут использоваться в качестве рекомендаций при осуществлении сварки ответственных конструкций, узлов и деталей, изготовленных из разных материалов, которые используются в автомобильной и авиационной промышленности, что является принципиально новым в отечественных технологиях машиностроения и позволяет перейти на новый качественный уровень осуществления сложных и трудоемких операций, опережающих современный уровень мировых технологий. Предполагается снизить трудозатраты минимум на 15…30%; существенно повысить качество сварки узлов и деталей; увеличить производительность обработки в 1,5…1,8 раза и выйти на новый уровень организации производства.
Масштабность использования разработанных в проекте технологий сварки определяется, во-первых, развивающимся отечественным рынком различных по назначению металлоконструкций, и, во-вторых, рынками производства корпусных узлов и деталей в автомобилестроении. В случае успешной апробации на отечественных предприятиях, возможно внедрение системы на мировом рынке.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом ПНИЭР является технология лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей разной толщины.
Разработанные и применяемые методики являются уникальными и использующими комплексный подход для решения поставленных задач, учитывающих современное состояние оценки качества сварных соединений, полученных лазерной сваркой.
Разрабатываемая технология является востребованной на рынке получения корпусных узлов и деталей, сочетающих сварку алюминиевых сплавов и черных металлов. Подобная технология существует у ограниченного круга фирм, и не передается; однако для Российской Федерации она крайне востребована на железнодорожном и автомобильном транспорте, в специальных производствах.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основным применением результатов данного проекта является получение промышленной технологии лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей различной толщины с использованием излучения волоконных лазеров.
При успешной реализации проекта предполагается дальнейшая коммерциализация полученных решений, что будет связано с лицензированием полученной продукции. Предполагаемый объем потребности в разрабатываемых системах может составлять более 50 млн. руб в год.
Данная технология будет востребована в автомобильной, железнодорожной и самолетостроительной отраслях промышленности, что является принципиально новым в отечественных технологиях машиностроения и позволяет перейти на новый качественный уровень осуществления сложных и трудоемких операций, опережающих современный уровень мировых технологий.
Основными потребителями данной продукции, прежде всего, выступают автомобилестроительные (ООО «Бакулин Моторс Групп») и машиностроительные предприятия, входящие в машиностроительные кластеры Владимирской, Нижегородской, Рязанской и других областей ЦФО, профильные НОЦ, малые и средние предприятия профильного бизнеса.
Промышленное внедрение технологии лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей различной толщины с использованием излучения волоконных лазеров позволит в разы повысить производительность труда, качество продукции, коррозионную стойкость, уменьшить вес изделий и улучшить условия труда.

Текущие результаты проекта:
Разработанные методики по подбору рациональных параметров технологических режимов для лабораторных образцов сварных соединений (ЛОСС), программы и методики исследования механических и структурных характеристик ЛОСС, имитационное моделирование, планирование экспериментов и проведенные исследования (результаты основаны на статистической обработке 495 ЛОСС встык и внахлест с непрерывным и импульсно-периодическим излучением лазера) позволили получить положительные результаты механических испытаний предела прочности на срез для ЛОСС внахлест, удовлетворяющие требованиям п. 4.1.2 ТЗ. Максимальные значения пределов прочности получены для ЛОСС с поперечным сварным швом (100÷125 МПа), которые близки к пределу прочности на срез алюминия АМГ2М (130 МПа).
Результаты теоретического исследования влияния технологических параметров лазерного излучения на прочностные характеристики ЛОСС показали, что снижение предела прочности в сварном соединении происходит вследствие возникновения значительных остаточных напряжений и снижения пластичности из-за температурного перегрева алюминия и образования хрупких интерметаллидных фаз типа FeAl2, Al5Fe2, AlFe3.
Теоретическая и экспериментальная оценки прочности по разрушающей нагрузке для ЛОСС: встык, составила 2,27 %; внахлест, составила 1,82 %, что свидетельствует об адекватности разработанной теоретической модели ЛОСС.
Проведенные на 2-м этапе исследования создали теоретическую базу для проведения и объективной оценки экспериментальных исследований ЛОСС листов разной толщины из алюминиевых сплавов и конструкционных углеродистых и низколегированных сталей. Для большинства ЛОСС экспериментальным путем получены рациональные режимы лазерной сварки, которые будут использованы в технологической инструкции, разрабатываемой на 3-м этапе ПНИЭР.