Преимущество лазерной технологии в интеллектуальном производстве широко известно, а то, что убеждает большинство пользователей в использовании лазера на практике, — это, прежде всего, высокая скорость процесса, точность, воспроизводимое качество конечного продукта, простота автоматизации и низкие эксплуатационные расходы. Если к этому добавить регулярное снижение исходных цен, то мы имеем дело с ситуацией, когда все большее число компаний выбирают лазерную сварку в качестве предпочтительной альтернативы традиционным методам.
Сварка лазерным лучом быстро проникает во многие инновационные отрасли — это уже не только автомобильная область — лазеры используются в производстве аккумуляторов и элементов, в легкой промышленности, медицине и энергетике. Общим знаменателем компаний, работающих в этих отраслях, является стремление повысить конкурентоспособность за счет повышения качества и значительного снижения себестоимости продукции.
Лазерная сварка – путь в будущее
Современные производственные компании, желающие на 100% использовать преимущества лазерной сварки, ищут эффективные методы контроля качества сварки. Оптимизируя свои производственные затраты, они сосредотачиваются на надежных методах управления в режиме реального времени (онлайн), которые экономят время и обеспечивают полную воспроизводимость процесса. Среди нескольких альтернативных методов, доступных на рынке, можно упомянуть, среди прочего, процедуры контроля, основанные на измерении собственного излучения плазмы и излучения измерительного лазера в виде отраженного луча.
AIC SA - предшественник современных решений в области теплообменников
AIC SA, мировой поставщик специализированных теплообменников, входит в число компаний, нашедших широкое применение лазерным технологиям в производстве. В соответствии с философией постоянного самосовершенствования, которая на протяжении многих лет направляет деятельность завода, процессы производства и контроля постоянно корректируются и совершенствуются, чтобы иметь возможность предоставлять клиентам продукцию самого высокого качества. Являясь лидером в использовании лазера (сварка, 3D-резка, абляция, структурирование), AIC проектирует и разрабатывает решения, которые используются как в высокотехнологичных конструкциях блоков, так и в массовом производстве, осуществляемом на автоматизированных производственных линиях.. Такой подход позволил создать очень компактные, эффективные и в то же время конкурентоспособные по цене продукты.
Степень использования лазера в производстве варьируется в зависимости от типа теплообменника в среднем от 50% до 95% всех сварных соединений. В течение года с завода уходит несколько тысяч километров лазерной сварки, что создает соизмеримую проблему в области контроля качества . Многолетняя репутация производителя не позволяет идти на какие-либо уступки в этой области. При выборе оптимальных решений в области контроля качества в режиме реального времени AIC во многом полагается на свою команду, сосредоточенную в RMA – отделе лазерных технологий AIC SA.
Онлайн мониторинг качества лазерных швов
В третьем квартале 2020 года команда RMA после серии лабораторных испытаний теплообменника VC внедрила систему мониторинга сварки в режиме реального времени на основе решения LWM (Laser Welding Monitor) от Precitec GmbH & Co. КГ. Precitec, являясь одним из лидеров в области лазерной резки, уже много лет успешно разрабатывает средства управления, в основном для автомобильной промышленности. Они используются, в том числе, для контроля процесса сварки элементов кузова ведущими производителями автомобильного рынка, такими как BMW, VW или GM. Precitec одним из первых обнаружил дефекты «ложных друзей», когда при стыковке оцинкованных листов из-за недостаточного давления материал не стыкуется, несмотря на наличие следов сварки на обоих элементах.
Как работает система LWM? (Монитор лазерной сварки)
Решение LWM с помощью ряда датчиков, расположенных на оптическом пути сварочной головки, регистрирует явления, сопровождающие лазерную сварку. Уникальной особенностью системы является использование целых трех диапазонов излучения: видимого света, отраженного лазерного излучения и теплового инфракрасного излучения (SWIR). Каждое из этих значений имеет различный ход в зависимости от времени сварки и представляет собой уникальный «отпечаток пальца» для эталонного сварного шва. Заранее определенный дефект или отклонение от заданных параметров сварки сразу видно в наборе записанных данных процесса и соответствующим образом представлено на соответствующих графиках. Автоматическая система независимо классифицирует зарегистрированные аномалии как дефекты сварки или технологические дефекты (например, слишком мало защитного газа или грязная оптика).
Процесс контроля лазерной сварки на примере сварки теплообменников
Область, в которой система оперативного контроля лазерной сварки будет особенно полезна, — это процесс лазерной сварки кожухотрубных теплообменников VC (рис. 1). Это осуществляется с помощью набора зеркальных головок, которые позволяют выполнить более двухсот соединений трубка-экран менее чем за 4 минуты. Суть процесса заключается в выполнении сварки встык (соединение «труба-труба-лист» по ASME) между трубой Ø16x1 мм, изготовленной из ферритной стали UNS S43932, и трубной решеткой толщиной 1,6 мм, изготовленной из того же материала. Трубки размещены в системе концентрических контуров (рис. 2).
Требуемый проплав колеблется в пределах 1,25-1,5 мм, отсчитываемых от лицевой стороны шва, при сохранении выступания трубы на уровне 0,4 ± 0,4 мм над поверхностью экрана (рис. 3). Необходимо соблюдать стандарт ASME, раздел IV, и пройти испытания под давлением (75 фунтов на квадратный дюйм).Наиболее распространенной проблемой при выполнении этого типа сварки является уникальное положение элементов после сборки, то есть слишком высокий или слишком мелкий выступ трубы, или переменной ширины зазора между трубой и отверстием сита. Изредка бывают и такие помехи, как снижение мощности лазера из-за грязной оптики, нехватки защитного газа или изменения фокусного расстояния. Все вышеперечисленное влияет на непосредственную возможность дефекта сварки, такого как слишком малое проплавление, неоднородность поверхности сварного шва или его закупорка.
Какие дефекты сварки можно обнаружить с помощью онлайн-системы контроля?
Резюме и выводы
Опыт, полученный в ходе испытаний внедрения системы контроля качества в режиме онлайн, ясно показывает, что использование такого типа решений может принести компаниям определенные преимущества. Возможность обнаружения дефекта сварки непосредственно в процессе производства позволяет эффективно реагировать на отклонения от заданных параметров процесса и корректировать их, не неся ненужных потерь. Анализ данных, собранных в ходе интенсивного крупносерийного производства, позволяет связать потенциальные дефекты (в том числе тип, частоту и место возникновения) с проблемами, возникающими в процессе сборки, подготовки и контроля качества исходных деталей, непосредственно предшествующих процессу сварки.
Согласно предположениям Индустрии 4.0 и концепции «Умная фабрика», информация, получаемая из системы оперативного контроля качества, позволяет еще лучше выполнять задачи, которые ставятся перед отделами контроля качества в производственных компаниях. Возможность непрерывной передачи данных в специальное программное обеспечение, поддерживающее интеллектуальное управление производством, качеством и цепочками поставок, создает дополнительную ценность, которая непосредственно выражается в легко измеримых выгодах (стоимость, качество и имидж). Интуитивно понятный метод архивирования данных о качестве, интегрированный с системой управления, позволяет оптимально связать записи о качестве с конкретными сварными швами. В финале
