Студенты-сварщики разрабатывают технологию лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра
Современный уровень технологии производства труб большого диаметра достаточно высокопроизводительный и стабильный. Однако в связи с тем, что появляется необходимость в новых трубопроводах, работающих во все более экстремальных условиях, требования к механическим свойствам труб постоянно повышаются, при этом обеспечить их применением стандартной технологией многодуговой сварки под слоем флюса все более и более затруднительно.
Наиболее перспективным является разработка и техническая адаптация к производству труб большого диаметра инновационной и наиболее перспективной альтернативной технологии в области сварки – лазерно-гибридной.
Сущность технологии (рис. 1)заключается в использовании синергетического эффекта от совмещения в одной сварочной ванне двух различных по физическим принципам источников плавления – лазерного луча и электрической дуги. При совмещении двух этих процессов в полном объеме сохраняются преимущества каждого процесса, при этом значительная часть недостатков устраняется. Удается получить узкий сварной шов с большой глубиной проплавления, небольшими размерами зоны термического влияния, при этом сохраняется возможность легирования металла шва за счет применения присадочной проволоки электродугового процесса. В результате механические свойства получаемого сварного соединения обеспечивают уровень свойств, требуемый существующими нормативными документами и стандартами, при этом они значительно выше свойств сварных соединений, получаемых по стандартной технологии многодуговой сварки под слоем флюса.
Внедрение такой технологии позволит производить продукцию со свойствами, недостижимыми стандартной технологией, и соответственно расширить горизонты добычи и транспорта углеводородов.
Проект стартовал в 2020 году. Из-за сложности поставленной задачи, он был разбит на 5 подзадач. Каждый студент активно реализовывал свой фронт работ. Один проводил моделирование в ESI SYSYWELD для оценки температурных полей при сварке, другой в ANSYS для расчета конструкционной прочности и создания классификатора дефектов. Кто-то разрабатывал план эксперимента для построения регрессионных моделей влияния режимов сварки на качества сварного соединения, а кто-то оценивал жидкотекучесть сварочных проволок. Главное в проекте было научиться регулировать величину грата в корне шва, чтобы она не выходила за пределы пластины (рис. 2).
Завод заключил с ЮУрГУ договор для финансирования работ, а также выполнил на своей площадке масштабный эксперимент (рис. 3).
В результате проекты были построены регрессионные модели по основе четырехфакторного эксперимента (рис. 4)
Изучено влияние положения фокуса лазера на форму проплавления (рис .5)
При участии ПАО ЧТПЗ сделаны макрошлифы, которые позволяют оценить положение дефекта сварки и сравнить его с результатами моделирования (рис. 6).
Построены зависимости ширины сварочной ванны в корне шва ЛГС (рис. 7).
Выполнены исследования жидкотекучести в лабораториях Политехнического института (рис. 8).
Проведена оценка прочности сварного соединения с учетом размера дефектов лазерно-гибридной сварки (рис.9).
По результатам обширной работы подготовлены 3 научных статьи. Пожелаем ребятам успешной защиты.
