Будущее за аддитивными технологиями: как лазерная наплавка позволяет восстановить механизмы, сохранив деньги и время
Отечественной горнодобывающей отрасли, как и всему промышленному сектору, за последние полгода пришлось столкнуться с серьёзными вызовами в части поставки и обслуживания горнодобывающей техники. Это и нарушения логистических цепочек, связанных с ограничением импорта, и рост себестоимости продукции, и потеря доступа к технологиям, и вопросы восстановительного ремонта и многое другое. По оценке экспертов, эта сфера — одна из наиболее импортозависимых областей российской промышленности. Так, в соответствии с данными на 2021 год, опубликованными в журнале «Горная промышленность», почти 100 % импорта здесь приходится на многоковшовые экскаваторы, очистные комбайны, бульдозеры и другие. Чуть менее — на одноковшовые экскаваторы, погрузочные машины, проходческие комбайны. И это только одно из направлений.
Вопрос стоит очень остро. Производственная деятельность ряда предприятий на данный момент затруднена либо приостановлена из-за нехватки запасных частей и комплектующих. Властями разрабатывается план мероприятий по господдержке импортозамещения путем организации производства на территории страны оборудования, в том числе для горношахтных работ. Однако, пока эта система в должной степени не выстроена, в условиях ограничения поставок импортных комплектующих использование аддитивных технологий может сыграть ключевую роль в сохранении уже имеющегося оснащения. А именно — заместить изделиями, восстановленными методом лазерной наплавки. Мы в компании Реман-Сервис, имея опыт обслуживания импортного промышленного оборудования, за 12 лет столкнулись с длительным сроком оставки запасных частей из зарубежа, поэтому 4 года назад организовали дочернее предприятие IRS Laser Tech, которое развивает аддитивные лазерные технологии.
Стоит отметить, что за последние годы рынок аддитивных технологий значительно вырос и продолжает развиваться ускоренными темпами. Так, к 2024 году их объем может увеличиться в четыре раза, а к 2030 — в более чем 10 раз. Об этом на полях Международной промышленной выставки ИННО ПРОМ-2022 рассказала исполнительный директор Ассоциации развития аддитивных технологий Ольга Оспенникова. По её словам, на фоне беспрецедентных санкций развитие этих разработок может дать шанс российской промышленности перейти из состояния догоняющего в опережающее. И в подтверждение этому заместитель директора департамента станкостроения и тяжелого машиностроения Минпромторга РФ Александр Львов, участвуя в международном форуме, заявил о готовности государства поддерживать данное направление.
Технология восстановления деталей состоит из трёх основных этапов: механическая очистка детали, лазерная наплавка и механическая обработка с целью приведения в номинальный размер. Более подробно остановлюсь на втором этапе, так как это наиболее высокотехнологичная фаза, и именно она отличает от других способов ремонта.
Рис. 1. Схема подачи газопорошковой лазерной наплавки при подаче порошка сбоку
Наплавку используют для восстановления изношенных деталей машин и оборудования путём нанесения одного расплавленного металла на другой с использованием лазера и наноматериалов. Благодаря локально направленному лазерному лучу удается вернуть изделию исходную форму и целостность, а также добиться более высокой прочности детали за счет того, что зона ремонта не перегревается и структура поверхности не разрушается. Таким образом, восстановленная деталь по своим параметрам не уступает новой, что наиболее актуально в случае с дорогими комплектующими, снятыми с производства или отсутствующими на территории России.
В настоящее время в промышленности разработано несколько реновационных способов наплавки. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, всё зависит от конкретных технико-экономических показателей (табл. 1).
Способ наплавки |
Производительность, кг/час |
Доля основного металла в наплавленном слое, % |
Толщина наплавленного слоя (один проход), мм |
Зона термического влияния, мм |
Аргонодуговая плавящимся электродом в защитном газе |
1,5-9 | 30–60 | 3–5 | 3–4 |
Плазменная порошковая |
0,8–6 | 5-15 | 0,3–6 | 1-2 |
Лазерная* | 4–5 | < 1 | 0,1–4 | < 1 |
*Для волоконного лазера мощностью 10 кВт
Более широко распространена га зопорошковая лазерная наплавка. Она осуществляется тремя способами. В одном из них металлические порошки наносятся в виде пасты. При другом методе газопорошковый состав подается сбоку к лазерному лучу.
В этом методе газопорошковый состав подается сбоку к лазерному лучу и до недавнего времени он являлся наиболее распространенным (рис. 1).
Рис. 2. Схема коаксиальной подачи порошка
В третьем походе, признанном универсальным — используется коаксиальный способ наплавления. Газопорошковая смесь подается в область воздействия лазерного луча через сопло со всех сторон симметрично (поток конусообразно сходится в одну точку-фокус). Формирование такой равномерной симметричной подачи — главная сложность этой технологии (рис. 2).
В целом применение технологий лазерной наплавки позволяет устранить различные повреждения, вызванные сколами, смятием, износом или изломом деталей. Метод рекомендован для ремонта как крупногабаритных, так и мелких изделий.
Нашими специалистами ООО «ИРС Лазер Технолоджи» лазерные технологии отработаны на более чем для 1000 деталей импортного оборудования Caterpillar, Cummins, Komatsu, Sandvik и других лидеров рынка.
Приведу несколько примеров произведенного нами ремонта, когда восстановить изношенную деталь в оптимальном виде можно было только при помощи лазерной наплавки. В каждом из них заказчику удалось избежать длительного простоя и сэкономить до 70 % от стоимости новой детали.
Восстановление оси самосвала САТ 785
Ось самосвала CAT 785 удалось в осстановить лазерной наплавкой. Прежде всего, удалили изношенный слой, наплавили в два прохода износостойкий материал 4 мм на сторону и проточили в чистовой размер. Получили твердость от 58 до 65 hrc и идеальное качество покрытия.
Воостановление посадочной шейки кулака передней подвески самосвала CAT 785
А в посадочных шейках кулака передней подвески того же самосвала удалили изношенный слой, в два прохода наплавили износостойкий материал толщиной 3 мм на сторону и проточили в чистовой размер. Параллельно специалистами была изготовлена оснастка для позиционирования и вращения детали. В результате удалось добиться идеального качества покрытия и твердости материала детали.
Восстановление посадочной части мотор-колеса от карьерного самосвала Komatsu 830Е
В работу поступила посадочная часть мотор-колеса от карьерного самосвала Komatsu 830Е для официального дилера Sumitec International. Масштабы работы были беспрецедентными. Полная снаряженная масса самосвала — около 400 т, а детали — 4,5 т. Диаметр фланца — 1800 мм. Методом наплавки мастера увеличили наружный диаметр на 12 мм, обеспечив достаточный припуск под механическую обработку. Данная работа — яркий пример правильно выбранной заказчиком тактики: ремонт позволил сохранить 18 млн руб. и избежать простоя техники на период не менее 10 месяцев. Подобные детали изготавливаются под заказ и поставляются из США, что в текущих условиях становится трудно выполнимо даже в установленные сроки.
Восстановление штока от Komatsu PC 2000
В другом случае специалистам также с помощью лазерной наплавки за четыре дня удалось восстановить шток гидроцилиндра подворота ковша карьерного экскаватора Komatsu PC2000. Наша технология позволила полностью заменить гальванический хром с увеличением толщины финишного износостойкого покрытия минимум в 10 раз, получив металлургическое сцепление наплавленного металла с основным.
В качестве вывода отмечу, что ряд отечественных производственных площадок находится на этапе изучения и внедрения подобных технологий, поэтому важно знать возможности различных методов лазерной наплавки, а ее эффективность подтверждается практикой и большой материаловедческой и технологической базой.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 3 (57)/сентябрь 2022 г.