ON DEVELOPMENT AND PROMOTION OF ELECTRON BEAM WELDING TECHNOLOGY OF THIN-WALLED NODES AND PARTS

О РАЗРАБОТКЕ И ПРОДВИЖЕНИИ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ ТОНКОСТЕННЫХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ

Научная статья

Латышенко Г. И. ¹, Соколовская Д. Д.²*

^{1, 2} Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск, Россия

* Корреспондирующий автор (dsokolovskaya98[at]gmail.com)

Аннотация

В статье представляется проект разработки автоматизированного комплекса электронно-лучевой аппаратуры и инновационной технологи сварки тонкостенных узлов и деталей для предприятий аэрокосмической и авиастроительной отраслей, а также рассматривается инновационная и коммерческая составляющие проекта. Создаваемое оборудование предназначено для прецизионной сварки узлов и деталей в диапазоне толщин от 0,05 мм до 5 мм, в том числе с возможностью импульсного формирования сварного шва сканирующим электронным пучком. Приведены основные элементы стратегии продвижения ЭЛС на рынок наукоемких технологий.

Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, тонкостенные узлы и детали, трансфер, коммерциализация.

ON DEVELOPMENT AND PROMOTION OF ELECTRON BEAM WELDING TECHNOLOGY OF THIN-WALLED NODES AND PARTS

Research Article

Latyshenko G.I.¹, Sokolovskaya D.D.²*

^{1, 2} Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Krasnoyarsk, Russia

* Corresponding author (dsokolovskaya98[at]gmail.com)

Abstract

The paper presents the project for the development of an automated complex of electron-beam equipment and innovative technology for welding of thin-walled nodes and parts for companies in the aerospace and aircraft industries, and also considers the innovative and commercial components of the project. The developed devices are intended for precision welding of units and parts in a thickness range from 0.05 mm to 5 mm, including the possibility of pulsed formation of a weld with a scanning electron beam. The main elements of the strategy of promoting ELS on the market of high technology are given.

Keywords: electron beam welding, thin-walled units, and parts, transfer, commercialization.

Одной из важнейших задач развития машиностроения является повышение качества, надежности и долговечности деталей, узлов и механизмов. Эта проблема может быть решена только на основе комплексного подхода, включающего создание нового технологического оборудования и разработку прогрессивных технологий. В первую очередь это относится к технологиям с применением электронного луча. Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) относится к методам сварки высококонцентрированными источниками энергии и обладает широкими технологическими возможностями, позволяя соединять за один проход металлы и сплавы толщиной от 0,1 до 300 мм [10].

В России преимущественно используются электронно-лучевые пушки, разработанные в восьмидесятых годах прошлого столетия ИЭС им. Е.О. Патона с ускоряющим напряжением 60 КВ и током электронного пучка до 500 ма. Созданное на базе этих пушек электронно-лучевое оборудование позволяет сваривать материалы толщиной до 150 мм.  Существующее электронно-лучевое оборудование не приспособлено для прецизионной сварки тонкостенных узлов и деталей по причине следующих особенностей.

Применяемые пушки генерируют электронный пучок с диаметром в диапазоне 0,3-0,6 мм, и уменьшить его не представляется возможным [6].

 Во вторых при сварке малых толщин большой проблемой является формирование обратного валика и занижение шва. С целью уменьшения обратного валика следует уменьшать объем расплавленного металла, что достигается импульсным формированием шва со стабилизацией глубины проплавления, в том числе и сквозного. Существующее технологическое оборудование не приспособлено для импульсной прецизионной сварки малых толщин. Проблема не только в том, как сформировать импульсный режим пучка, а еще и в том, как его сформировать с высокой точностью и синхронизировать с достижением требуемой глубины проплавления. Поэтому существующее электронно-лучевое оборудование не приспособлено для формирования импульсных пучков с частотами десятки и сотни герц. Проблемой является также контроль и стабилизация глубины проплавления особенно в импульсных режимах [7, 8, 9]. Поэтому требуется создание прецизионной быстродействующей электронно-лучевой пушки и систем управления процессом ЭЛС узлов и деталей малых толщин.

Предлагаемый инновационный проект реализуется в рамках решения задачи развития опорного университета Красноярского края, связанной с повышением уровня фундаментальных и прикладных научных исследований, трансфера технологий и коммерциализации научных разработок [5]. Целью представляемого проекта, реализуемого учеными Сибирского государственного университета имени академика М.Ф. Решетнева, является разработка и изготовление опытного образца электронно-лучевого оборудования, а также базовых технологий прецизионной сварки тонкостенных узлов и деталей, обеспечивающих оптимальное качество сварных соединений [1].

Создаваемое автоматизированное оборудование и технология, предназначены для ЭЛС тонкостенных узлов и деталей повышенного качества различного назначения в диапазоне толщин 0,05 - 5 мм [3]. Разрабатываемая технология и оборудование ЭЛС тонкостенных узлов и деталей находит применение в авиационной, ракетно-космической, радиоэлектронной и атомной промышленности. Такие технологические процессы ранее не создавались и представляют собой новые технологические возможности для сварки и расширения номенклатуры свариваемых изделий у нас в стране и за рубежом. В дальнейшем будет развернуто единичное (мелкосерийное) производство автоматизированных комплексов электронно-лучевой аппаратуры и технологий для сварки тонкостенных узлов и деталей по индивидуальным заказам других предприятий [4].

Инновационная составляющая проекта определяется комплексом планируемых к разработке и внедрению научно-технических решений по следующему перечню НИОКР:

• разрабатывается новая технология электронно-лучевой сварки тонкостенных узлов и деталей;
• предлагается новая конструкция электронно-лучевой пушки с безмаслянным подводом высоковольтных проводников и вмонтированных в конструктив блоков управления накала и управления тока пучка;
• разрабатывается новый высоковольтный источник ускоряющего напряжения 60 КВ с погрешностью стабилизации 0,1%, имеющий защиту от высоковольтных пробоев;
• разрабатывается новая структура электронно-лучевой аппаратуры высокого быстро-действия, обеспечивающая прецизионную сварку изделий малых толщин, в том числе при импульсном формировании сварного шва со стабилизацией глубины проплавления;
• разрабатывается новый способ контроля глубины проплавления [2].

Приоритетным сегментом рынка для разрабатываемого комплекса являются предприятия ракетно-космической отрасли, производящие продукцию с высокими требованиями к надежности и безопасности работы свариваемых конструкций особо ответственных узлов и деталей, предназначенных для работы в условиях космоса при большой разнице температур и высоком радиационном излучении.

Несмотря на высокую стоимость данного оборудования, трудоемкость и длительность подготовительных операций к сварке, опыт эксплуатации сварочных установок различного типа показал, что срок их окупаемости обычно не превышает 2 лет. При этом установки для массового сварочного производства могут окупаться еще быстрее.

Применение комплекса на предприятиях различных отраслей промышленного производства обеспечит: высокое качество неразъемных соединений особо ответственных узлов и деталей; надежность и безопасность выпускаемой продукции; высокий уровень автоматизации производства сварочных работ; улучшение условий труда рабочих сварочного производства; устранение вредных факторов производства; обеспечение более низкого уровня цены по сравнению с иностранными аналогами; создание системы послепродажного обслуживания (оказание сервисных услуг в местах размещения оборудования, обучение персонала).

Стратегия продвижения автоматизированного комплекса электронно-лучевой аппаратуры будет строиться на позиционировании продукта как уникального, принципиально нового сварочного оборудования отечественного производства. Разрабатываемый комплекс продвижения продукта позволит осуществлять эффективное стимулирование сбыта путем использования средств рекламы, паблик рилейшнз, персональных продаж и прямого маркетинга, построенных с учетом специфики организации маркетинговых коммуникаций при продаже промышленного оборудования, соответствующего высоким мировым стандартам. Кроме того, планируется подчеркнуть конкурентные преимущества предлагаемого оборудования и проинформировать потенциальных клиентов о последних тенденциях и новых разработках во всей отрасли в целом.

В связи с особой важностью развития ЭЛС и потребностью крупных капиталовложений для внедрения этого наукоемкого и высокотехнологичного процесса требуется серьезная государственная поддержка разработчиков оборудования и технологий, например, в рамках дорожных карт Национальной технологической инициативы, а также программ развития критических технологий.

В настоящее время ведутся работы по поиску инвесторов и партнеров для участия в создании предлагаемой инновационной технологии и аппаратуры ЭЛС тонкостенных соединений. СибГУ приглашает всех заинтересованных в реализации проекта физических и юридических лиц к сотрудничеству.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Латышенко Г. И. Разработка автоматизированного комплекса электронно-лучевой аппаратуры и технологий для сварки тонкостенных узлов и деталей. Наука сегодня: проблемы и пути решения: материалы международной научно-практической конференции, г. Вологда, 28 марта 2018 г.: в 3 частях. Часть 1. – Вологда: ООО «Маркер», 2018. – 152 с.
2. Латышенко Г. И. О научно-технической составляющей инновационного проекта в области электронно-лучевой сварки тонкостенных узлов и деталей: Научный диалог: Экономика и менеджмент. Сборник научных трудов, по материалам XIV международной научно-практической конференции, г. Санкт-Петербург, 8 апреля 2018 г. Изд. ЦНК МОАН, 2018. - 56с.
3. Позиционирование по стыку соединения при электронно-лучевой сварке в условиях действия магнитных помех: монография / А. А. Дружинина, В. Д. Лаптенок, А. В. Мурыгин, П. В. Лаптенок; СибГУ им. М.Ф. Решетнева. – Красноярск, 2017. 150 с.
4. Проект коммерциализации автоматизированного комплекса электронно-лучевой аппаратуры и технологий для сварки тонкостенных узлов и деталей /В. Д. Лаптенок, Г. И. Латышенко, Г.А. Карачёва, Е. М. Сычева, СибГУ, Красноярск, 2017. 55 с.
5. Программа развития (дорожная карта) Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева - опорного университета Красноярского края, Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2016. 70 с.
6. Дружинина, А.А. Компенсация влияния магнитных полей на положение электронного пучка в процессе электронно-лучевой сварки / А.А. Дружинина, В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин, Ю.Н. Серегин // Технологии и оборудование ЭЛС-2014: материалы III Санкт-Петербургской международной научно-технической конференции (24–26 июня 2014, г. Санкт-Петербург). С-Пб., 2014. С. 62–73.
7. Дружинина А.А. Автоматическая компенсация влияния магнитных полей на точность позиционирования по стыку соединения при электронно-лучевой сварке: дис. …канд. техн. наук / Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева. Красноярс, 2015. 116 с.
8. Дружинина А.А. Автоматическое позиционирование по стыку соединения при электронно-лучевой сварке в условиях действия магнитных помех / А.А. Дружинина, В.Д. Лаптенок, П.В. Лаптенок, А.В. Мурыгин // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. Т. 17. № 2. С. 475–483.
9. Дружинина А. А. Анализ влияния магнитных полей на электронный луч в процессе электронно-лучевой сварки // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов; Красноярск: СибГАУ. С. 388–389.
10. Управление электронно-лучевой сваркой: монография / В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин, Ю.Н. Серегин, В.Я. Браверман: Под ред. В.Д. Лаптенка. Красноярск: САА, 2000. 234 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Latyshenko G. I. Development of an automated complex of electron-beam equipment and technologies for welding thin-walled units and parts. Science today: problems and solutions : proceedings of the international scientific and practical conference, Vologda, March 28, 2018: in 3 parts. Part 1. - Vologda: Marker LLC, 2018. - 152 p. [in Russian]
2. Latyshenko G. I. on the scientific and technical component of an innovative project in the field of electron beam welding of thin-walled units and parts : Scientific dialogue: Economics and management. Collection of scientific papers, based on the materials of the XIV international scientific and practical conference, St. Petersburg, April 8, 2018, Ed. CSC MOAN, 2018. – 56 p. [in Russian]
3. Positioning at the junction of the joint in the case of electron beam welding under the action of magnetic interference: monograph [Text] / A. Druzhinina, V. Laptenok, A. Murygin, P. V. Laptenok; Sib. state aerospace. univ. – Krasnoyarsk, 2017. 150 p. [in Russian]
4. Project of commercialization of the automated complex of electron beam equipment and technologies for welding thin-walled parts and components /V. D. Laptenok, G. I., Latyshenko, G. A. Karacheva, E. M. Sycheva, SibSU, Krasnoyarsk, 2017. 55 p. [in Russian]
5. Development program (road map) of the Siberian state aerospace University named after academician M. Reshetnev - support University of Krasnoyarsk Region, Sib. state aerospace. univ.– Krasnoyarsk, 2016. 70 p. [in Russian]
6. Druzhinina, A. A. Compensation of the influence of magnetic fields on the position of the electron beam in the process of electron beam welding / A. A. Druzhinina, V. D. Laptenok, A.V. Murygin, Yu. N. Seregin / / Technologies and equipment ELS-2014: materials of the III St. Petersburg international scientific and technical conference (June 24-26, 2014, Saint Petersburg). SPb., 2014.Pp. 62-73. [in Russian]
7. Druzhinina A. A. Automatic compensation of the influence of magnetic fields on the accuracy of positioning at the junction of the joint during electron-beam welding: dis. ... Cand. tech. science / Siberian state aerospace University. academician M. F. Reshetnev. Krasnoyarsk, 2015. 116 p. [in Russian]
8. Druzhinina A. A. Automatic positioning at the junction of the joint during electron-beam welding under conditions of magnetic interference / A. A. Druzhinina, V. D. Laptenok, P. V. Laptenok, A.V. Murygin // Bulletin of the Siberian state aerospace University. academician M. F. Reshetnev. 2016. Vol. 17, No. 2. Pp. 475-483. [in Russian]
9. Druzhinina A. A. Analysis of the influence of magnetic fields on the electron beam in the process of electron beam welding // Actual problems of aviation and cosmonautics: materials of the all-Russian scientific and practical conference of students, postgraduates and young specialists; Krasnoyarsk: SibGAU. 2011. Pp. 388-389. [in Russian]
10. Management of electron beam welding: monograph / V. D. Laptenok, A.V. Murygin, Yu. N. Seregin, V. Ya. Braverman: Under the editorship of V. D. lapdance. Krasnoyarsk: SAA, 2000. 234 p. [in Russian]