Дата и время Sitemap
Ru | En
A A A

ПНИЭР «Исследования и разработка бездеформационных технологий автоматизированного изготовления корпусных конструкций морской техники и средств освоения шельфа на основе использования мощных волоконных лазеров»

Соглашение о предоставлении субсидии: 14.579.21.0153 от 26.09.2017 г.

Тема ПНИЭР: «Исследования и разработка бездеформационных технологий автоматизированного изготовления корпусных конструкций морской техники и средств освоения шельфа на основе использования мощных волоконных лазеров»
Руководитель работ: доктор технических наук, Туричин Глеб Андреевич
Приоритетное направление: Транспортные и космические системы.
Раздел области наук: Промышленные технологии.
Область научных исследований: Машиностроение.
Период выполнения: 26.09.2017 – 30.06.2019 гг.
Головной исполнитель:  Акционерное общество «Центр технологии судостроения и судоремонта»
Индустриальный партнер: Акционерное общество «Центр судоремонта «Звездочка»

1. Описание проблемы, обоснование актуальности исследований

Перспективы строительства новых проектов судов и средств морской техники, эксплуатируемых в условиях северных морей и арктического шельфа, требуют применения высокопроизводительных технологий, обеспечивающих изготовление ответственных металлоконструкций гарантированного качества с требуемыми эксплуатационными характеристиками. Существующие сварочные технологии (многопроходная ручная и автоматизированная дуговая сварка в среде защитного газа либо под флюсом), применяемые для изготовления крупногабаритных конструкций,  обеспечивают требуемые механические характеристики сварного соединения за счет увеличенного объема наплавленного металла и значительной трудоемкости ручных работ по правке конструкций и исправлению дефектов. Кроме того, большинство заводов России, в том числе, в стратегических отраслях, применяют импортное оборудование, нуждающееся в замене для обеспечения технологической независимости.
В связи с этим критической является задача создания высокопроизводительных сварочных технологий, позволяющих оптимизировать процесс изготовления ответственных конструкций, а также обеспечить снижение трудо- и материалоемкости.
Мировой опыт, в том числе и отечественных научных центров, показал возможность эффективного применения гибридных лазерных технологий, обеспечивающих повышение качества и производительности изготовления ответственных конструкций из высокопрочных сталей, по сравнению с существующими технологиями. Однако, лазерные технологии, находясь на начальной стадии промышленного освоения, еще не в полной мере исследованы и апробированы. 
Выдвигаемая тема, направлена на разработку промышленных технологий изготовления протяженных корпусных конструкций в минимальных допусках на основе расчета термодеформационных процессов и использования высокопроизводительных технологий гибридной лазерно-дуговой сварки.
Судостроение – это особая отрасль, характеризующаяся изготовлением крупногабаритных сварных металлических конструкций из специальных судостроительных сталей. Если в большинстве металлообрабатывающих отраслей промышленности применяются стандартные виды профильного проката, то в судостроении значительная часть ответственных корпусных конструкций (тавровые балки, плоские секции и т.п.) изготавливаются по специальным чертежам, являющимся частью проекта судна или средства морской техники.
Наиболее трудоемким при изготовлении таких конструкций является получение протяженных (12 м и более) конструкций с минимальными отклонениями от заданных (теоретических) размеров, т.к. этого требует проектная документация. В случае отклонения готовых конструктивных элементов от требуемых значений необходим значительный объем правочных работ при дополнительных затратах электроэнергии, сварочных материалов и трудовых ресурсов, что значительно увеличивает сроки и повышает стоимость строительства судов и средств морской техники.
Одной из наименее изученных, крайне актуальных, проблем является борьба с остаточными сварочными деформациями при изготовлении протяженных и объемных корпусных конструкций. Необходимо проведение комплекса расчетно-экспериментальных исследований, направленных на подтверждение действенности применения технологии двухсторонней гибридной лазерно-дуговой сварки для изготовления протяженных корпусных конструкций в точный размер.
Выполнение работ по теме позволит достичь повышения качества и производительности производства, а также обеспечит возможность применения принципиально новых конструктивных решений за счет внедрения высокоэффективного комплекса лазерных технологий для прецизионного изготовления судовых конструкций. Созданный научно-технический задел и ноу-хау обеспечат возможность решения наиболее актуальных задач России по освоению ресурсов шельфа и развитию судоходства на трассах Северного морского пути. Разработанные технологии и оборудование смогут быть использованы в других стратегических отраслях отечественной промышленности, обеспечив не только импортозамещение, но и импортоопережение.

2. Цели прикладного научного исследования и экспериментальной разработки (ПНИЭР):

  • Переход к интеллектуальной отечественной производственной технологии строительства средств освоения шельфа в точный размер.
  • Вывод на рынок бездеформационной лазерной технологии мирового уровня для автоматизированного изготовления корпусных конструкций морской техники.
  • Повышение эффективности применения технологического оборудования, находящегося в эксплуатации на сборочно-сварочных участках судостроительных предприятий РФ, за счет внедрения научных результатов работы. 

3. Ожидаемые основные результаты ПНИЭР:

  • Техническое предложение «Многофункциональный комплекс гибридной лазерно-дуговой двухсторонней сварки» (МКДС);
  • Макет МКДС;
  • Методика расчета сварочных деформаций плоских секций корпусных конструкций;
  • Технологическая инструкция процесса гибридной лазерно-дуговой сварки угловых и тавровых сварных соединений;
  • Технология автоматизированного изготовления корпусных конструкций морской техники и средств освоения шельфа на основе использования мощных волоконных лазеров;
  • Проект ТЗ на ОКР «Проектирование, изготовление и внедрение в производство комплекса оборудования для автоматизированного изготовления бездеформационных корпусных конструкций морской техники и средств освоения шельфа на основе использования мощных волоконных лазеров».

4. Результаты работ по этапу 1 ПНИЭР:

  • Промежуточный отчет о ПНИЭР.
  • Комплектность технической документации, разрабатываемой в рамках ПНИЭР.
  • Отчет о патентных исследованиях.
  • Методика расчета остаточных сварочных деформаций тавровых балок.
  • Исходные технические требования к разрабатываемому оборудованию.
  • Комплект документации ТПР.
  • ПМ экспериментальных исследований гибридной лазерно-дуговой сварки угловых и тавровых сварных соединений.
  • Программная документация алгоритма геометрической технологической адаптации (ГТА).
  • Методика процесса сборки протяженных корпусных конструкций с использованием технологии двусторонней гибридной лазерно-дуговой сварки (ДГЛДС).
  • Исходные технические требования на систему ГТА для реализации процесса ДГЛДС.
  • Комплект ЭКД макета МКДС.
  • Акт и протоколы экспериментальных исследований процесса гибридной лазерно-дуговой сварки угловых и тавровых сварных соединений.
  • Исходные технические требования на узел генерации лазерного излучения макета МКДС.
  • Акт об изготовлении узла генерации лазерного излучения макета МКДС.
В целях демонстрации и популяризации результатов и достижений по ПНИЭР в 2017 г. специалисты АО «ЦТСС» приняли участие в X-ой ежегодной научно-практической конференции «Инновационные технологии и технические средства специального назначения», которая прошла 15 ноября 2017 года в БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова. 
В работе конференции приняли участие свыше 180 человек, среди которых представители организаций РФ (промышленные предприятия, в т.ч. ОПК), ведущие ученые, представители сектора исследований и разработок, коммерческого сектора, высшего профессионального образования, молодые ученые, студенты.
Ведущий инженер-технолог лаборатории лазерных технологий в судостроении – Н.А. Носырев выступил с докладом «Разработка бездеформационных технологий изготовления корпусных конструкций транспортных систем на основе использования мощных волоконных лазеров» (авторы - Н.А. Стешенкова, В.К. Букато, Н.А. Афанасьев, Н.А. Носырев). Сборник докладов конференции планируется к изданию в феврале 2018 г.

Подробная информация и ссылка на мероприятие: http://www.voenmeh.ru/science/conferences/innovative


5.     Результаты работ по этапу 2 ПНИЭР:

  • Отчет по результатам анализа планируемых к изготовлению методом ДГЛДС конструкций деталей и узлов.
  • Технологическая инструкция процесса гибридной лазерно-дуговой сварки угловых и тавровых сварных соединений.
  • Методика расчета сварочных деформаций плоских секций корпусных конструкций.
  • Таблицы режимов и геометрических характеристик сварных соединений плоских секций корпусных конструкций.
  • Рекомендации по предотвращению образования сварочных деформаций при гибридной лазерно-дуговой сварке корпусных конструкций.
  • Акт метрологической экспертизы ТД.
  • Маршрутная карта технологического процесса автоматизированного изготовления корпусных конструкций морской техники и средств  освоения шельфа на основе использования мощных волоконных лазеров.
  • ПМ исследовательских испытаний бездеформационной технологии автоматизированного изготовления корпусных конструкций.
  • ПМ исследовательских испытаний макета МКДС.
  • Акт об изготовлении макета МКДС.
  • Программная документация ПО ГТА.
  • Акт изготовления ПО.
  • Акт и протоколы исследовательских испытаний ПО системы ГТА.
  • Акт и протоколы исследовательских испытаний макета МКДС.
  • Акт по результатам доработки ПО.
  • Акты и протоколы исследовательских испытаний технологии автоматизированного изготовления корпусных конструкций.
  • Протоколы экспериментальных исследований влияния взаимного расположения лазерно-дуговых модулей и параметров лазерного          излучения на формирование двухсторонних сварных соединений.
  • Протоколы экспериментальных исследований по оценке снижения уровня сварочных деформаций при использовании                                бездеформационной технологии автоматизированного изготовления корпусных конструкций.
  • Протоколы экспериментальных исследований влияния регламентированных защитных покрытий металлопроката на качество сварных  соединений, полученных при использовании бездеформационной технологии автоматизированного изготовления корпусных      конструкций.
  • Протоколы экспериментальных исследований причин возникновения отклонений размерений корпусных конструкций.
  • Технологическая инструкция изготовления сварных конструкций морской техники с использованием технологии ДГЛДС.
  • Ведомость технологической оснастки.
  • ТЗ на ОКР: «Проектирование, изготовление и внедрение в производство комплекса оборудования для автоматизированного                      изготовления бездеформационных корпусных конструкций морской техники и средств освоения шельфа на основе использования          мощных волоконных лазеров».
  • Предложения и рекомендации по внедрению (промышленному освоению) результатов ПНИЭР.
  • Итоговый научно-технический отчет.

Достигнутые результаты работ были представлены в 2018 г. на авторитетных международных научно-технических конференциях и семинарах: 

– XVIII Международная конференция «Оптика лазеров» (ICLO 2018), Санкт-Петербург, 04-08 июня 2018 г. – представлен доклад «Double sided hybrid welding technologies for hull structures production with high power fiber lasers» («Технология двухсторонней гибридной сварки для изготовления корпусных конструкций с применением высокомощных волоконных лазеров»), авторы – Н.А. Стешенкова, Н.А. Носырев, А.Г. Жмуренков; http://laseroptics.ru/

– Семинар «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность», Санкт-Петербург, 06 июня 2018 г. – представлен доклад «Автоматизированные бездеформационные лазерные технологии для отечественного судостроения», авторы – Н.А. Стешенкова, В.К. Букато, Н.А. Носырев; https://www.newlaser.ru/about/expo2018/laseroptics.php

– 71-ая Международная конференция по технологиям сварки и сварочным соединениям IIW (International Institute of Welding) 2018, Бали, Индонезия, 19-20 июля 2018 г. – представлен доклад “Non-deformational welding technologies for modern shipbuilding» («Бездеформационные сварочные технологии для современного судостроения»), авторы – Г.А.Туричин, В.К.Букато, Н.А.Носырев; https://www.iiw2018.com/theme-and-main-topics/

– 9-ая Международная конференция «Лучевые технологии и применение лазеров» (BTLA), Санкт-Петербург, г. Пушкин, 17-19 сентября 2018 г. – представлены доклады «Технология двухсторонней гибридной лазерно-дуговой сварки для изготовления тавровых балок» (авторы – В.К. Букато, Н.А. Афанасьев, Н.А. Носырев, С.К. Кривогубец) и «Применение системы геометрической и технологической адаптации процесса гибридной лазерно-дуговой сварки для изготовления в минимальных допусках корпусных конструкций средств морской техники» (авторы – Н.А, Стешенкова, Н.А. Афанасьев, И.А. Цибульский, Е.А. Валдайцева) http://www.ilwt-stu.ru/institute/conferences/704_luchevye-tekhnologii-i-primenenie-lazerov-2018.html

Тезисы и тексты докладов опубликованы на английском языке в электронных изданиях, индексируемых международными базами Scopus и Web of Science.

https://ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isnumber=8435185

http://iopscience.iop.org/issue/1742-6596/1109/1

https://www.webofconferences.org/matec-web-of-conferences-forthcoming-conferences