Лазерные и электронно-ионно-плазменные технологии в авиастроении

Аннотация. В статье рассматривается одно из перспективных направлений обработки материалов – лазерные и электронно-ионно-плазменные технологии. Проанализирована специфика и определены преимущества применения данных технологий при производстве высокотехнологичных изделий современной авиационной техники. Установлены основные трудности применения данные технологий. Определены основные направления развития и повсеместного использования лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий при проектировании и производстве новейших образцов авиационной техники.
Ключевые слова: лазерная обработка материалов, технология авиастроения, электронно-лучевая сварка.
Современный этап развития авиационной промышленности страны характеризуется ужесточением ряда требований к эксплуатационным характеристикам производимой предприятиями авиационной техники: высокие скорости и форсированные режимы полета, многократно повторяющиеся пиковые нагрузки, минимизация габаритов и массы [1]. В условиях продолжительной и непрекращающейся конкуренции производителей авиационной техники, претерпевают существенные изменения концепции управления высокотехнологичными авиастроительными предприятиями с целью обеспечения и улучшения определенного уровня качества производимой продукции и предоставляемых услуг [2].
Вместе с тем, значительные изменения претерпевают технологические основы авиастроения, характер которых связан с исследованием и практической реализаций ряда новейших методов обработки материалов. В этом виде, главной задачей авиационной науки как таковой, становится формирование научно-технического задела, использование которого поможет отечественным фирмам создавать новые образцы авиационной техники [3].
При проектировании и производстве новейших образцов авиационное техники, значительное внимание уделяется применению передовых методов и способов получения и контроля качества сварных неразъемных соединений, обладающих требуемым набором свойств, а так же резке, наплавке и поверхностному упрочнению материалов. Комплексная реализация совокупности данных направлений, в настоящее время наиболее эффективно достигается применением лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий.
Применение лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий в авиастроении обусловлено необходимостью значительного уменьшения веса конструкции при получении высококачественного сварного шва, что становится затруднительным при использовании таких традиционных видов сварки, как ручная электродуговая, контактная и газовольфрамовая [1].
Проведенный анализ позволил определить ряд совокупных преимуществ использования лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий применительно к процессам сварки, поверхностного упрочнения, резки материалов, используемых в авиастроении [4-6]:
- короткие производственные циклы;
- возможность осуществления сварки в труднодоступных местах и с дальнего расстояния;
- в большинстве случаев отсутствие необходимости в дальнейшей механической обработке;
- экономичность производства;
- высокое качество сварного соединения при минимальных энергозатратах;
- сварные швы с глубокой степенью проплавления;
- в ряде случае отсутствие альтернативы;
- получение прецизионной конструкции, при низком уровне поперечных и угловых деформаций у сварных изделий.
Тем не менее, несмотря на все преимущества, достигаемые за счет использования данных технологий при проектировании и производстве авиационной техники, существуют определенные барьеры в их повсеместном использовании.
В результате анализа были выделены основные группы проблем, препятствующие повсеместному использованию данных технологий на предприятиях авиационной промышленности (рисунок 1).
Рисунок 1 – Основные группы проблем, препятствующие повсеместному использованию лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий на предприятиях авиационной промышленности
В результате проведенного анализа была установлена суть проявления каждой группы проблем.
1.Проблемы финансовой составляющей, препятствующие повсеместному использованию лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий в авиастроении, заключаются в значительной стоимости используемого оборудования, а так же затратах на его обслуживание. Стоимость приобретения технологических комплексов лазерной, плазменной и электронно-лучевой сварки и резки и в большинстве случаев оказывается недоступна средним и малым предприятиям, что становится следствием отказа их использования. Вместе с тем стоимость обслуживания данных комплексов накладывает определенные финансовые трудности даже на крупных производителей авиационной техники [7].
2. Сущность проявления группы технолого-энергетических проблем заключается в необходимости точного соблюдения режимов и параметров процессов сварки. В ряде случаев имеет место отклонение от заданных режим сварки и резки, что влечет образование различных дефектов сварных швов [7]. Одной из составляющей данной группы проблем так же являются внушительные габариты и вес установок.
3. Недостаточная квалификация персонала, а так же длительность его подготовки становится одной из важнейших проблем использования не только лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий, но и всей авиационной промышленности. Развитие научно-технологического потенциала отечественного авиастроения требует своевременного и качественного кадрового обеспечения.
В результате анализа, определены возможные пути направлений в решении рассмотренных выше проблем (таблица 1).
Таблица 1 - Составляющие части проблем повсеместного использования лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий в авиастроении и возможные пути их преодоления
Группа проблем Возможные пути преодоления
Финансовая - разработка отечественных, более дешевых технологических комплексов (по сравнению с иностранными);
- снижение стоимости за счет совершенствами технологических параметров оборудования.
Технолого-энергетическая
- повышение точности и быстродействия регуляторов токов и напряжений и стабильности режимов их работы;
- внедрение цифровых систем управления.
Квалификация персонала - совершенствование систем подготовки специалистов авиационной отрасли в рамках программ высшего и среднего образования.
Концептуально важным является соблюдение синергетического подхода, а так же практическая реализация решений возможных путей преодоления проблем. Именно практические рекомендации в наибольшей степени позволят стимулировать предприятия авиационной промышленности для повсеместного использования лазерных и электронно-ионно-плазменных технологий в качестве основного метода обработки материалов авиационной техники.
Список литературы:
1. Шиганов И.Н., Шахов С.В., Холопов А.А. Лазерная сварка алюминиевых сплавов авиационного назначения // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2012. – №6 (6). – С.34-50.
2. Porsev K.I., Bulatov M.F. Method to improve information assurance quality for research and development at knowledge-based enterprises // Quality – Access to Success. – 2019. – V. 20. – №. 168. – P. 33-37.
3. Алёшин Б.С., Чернышев С.Л. Основные направления развития авиационной науки // Вестник СГАУ. – 2013. – №1 (39). – С. 9-17.
4. Шастин В.И. Современное состояние и перспективы промышленного использования лазерных технологий в машиностроении // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2008. – № 4. – С. 60-66.
5. Исламов Р.Ф. Особенности лазерной сварки алюминиевых сплавов // Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием « Новые технологии, материалы и оборудование Российской авиакосмической отрасли (10-12 августа 2016). - Казань: Академия наук Республики Татарстан. – 2016. – С. 719-721.
6. Муравьев В.И., Бахматов П.В., Григорьев В.В., Шакирова О.Г., Исхаков С.А. Исследование влияние электронно-лучевой сварки титановых сплавов на распределение водорода в сварном шве // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2019. – №4. – С. 157-168.
7. Булатникова О.В., Михальченков А.В. Специфические дефекты в сварочных соединениях и методы их предотвращения // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. – 2017. – №13. – С. 389-391.