Революционные методы сварки: лазерная, лучевая, роботизированная
Сварка уже совершила квантовый скачок в развитии, но, несмотря на это, не сбавляет темпов и мчится к новым технологиям, обгоняя все остальные сегменты промышленности. К примеру, всего 200 лет назад российский учёный, профессор физики Василий Петров открыл и описал явление электрической дуги, указав всему миру на возможность её практического применения.
А уже сейчас процесс соединения металла полностью интегрирован с искусственным интеллектом и вместо человека трудятся роботы. Сварку используют для создания ракет, кораблей, спутников. Ей доверяют мосты и несущие металлоконструкции. Благодаря технологии можно производить прочные и долговечные изделия любой сложности и формы. Сейчас самое главное — не запутаться и сделать правильный выбор.
Прежде чем определиться со способом соединения металла в 2025 году, нужно всё как следует продумать и проанализировать. Выбор будет зависеть от десятков факторов. К примеру, главный сварщик российского производителя трубопроводной арматуры АО «ПТПА» Андрей Коннов рассказывает, что он определяет технологию процесса, опираясь напрямую на поставленные задачи, марки соединяемых материалов и их толщин, условия, в которых будет выполняться сварка (от сборки и подготовки деталей до многого другого).
Несмотря на постоянное обновление технологий, опытный специалист не торопится отказываться от проверенных временем способов сварки. Андрей Коннов считает, что многие ныне используемые методы будут востребованы не только в 2025 году, но и в последующее время. Просто в сочетании с новейшими способами.
Когда сами не ожидали
Автор блогерского канала для сварщиков Euro Welder на своих страницах часто затрагивает революцию сварки и то, что глобальные изменения этого технологического процесса происходят почти каждые 20‒30 лет.
«За последние 100 с лишним лет сварочные процессы изменились практически до неузнаваемости, и спецы „старой школы” уже с удивлением рассматривают многие новинки сварочной техники современного рынка», — пишет блогер.
Особенное место в авторских обзорах отводят крошечному размеру современных инверторных аппаратов — тех, у которых существует уникальная возможность совмещать несколько способов сварки. К примеру, полуавтоматическая, аргоно-дуговая, ручная дуговая и даже плазменная резка с различными настройками может быть помещена в одном компактном устройстве.
Также много внимания авторы уделяют роботизированной сварке и её способности соединять широкие листы металла на высоких скоростях. И есть даже невесёлые мысли о том, что работодателю выгоднее нанять одного оператора и купить несколько роботов, которые быстро и аккуратно сделают сложные соединения, чем содержать десять «спецов» ручной сварки с одинаковой скоростью работы.
«Конечно, вся эта автоматизация не может работать без вмешательства человека: кому‑то её нужно настраивать и исправлять брак, который часто „лепят” роботы. Однако прогресс не стоит на месте, и электроника становится „умнее”, и вероятно, что в не очень далёком будущем станут доступны компактные устройства роботизации сварки и для бытовых пользователей, а число промышленных сварщиков сильно сократится», — размышляет автор Euro Welder.
Основные тренды в сварке 2025 года
Сварка уже давно стала областью науки, шутят про неё сами специалисты, отмечая стремительное развитие технологий. В 2025 году сварка вышла на новый уровень, благодаря автоматизации, цифровизации, искусственному интеллекту, новым методам. Эксперты выделяют три наиболее востребованных направления технологического процесса.
Лазерная сварка
Этот метод не новый, но ещё долгое время будет востребован. В технологии используют высокоэнергетический лазерный луч. Это позволяет соединять материалы с исключительной точностью и минимальной зоной термического влияния. Среди специалистов лазерная сварка считается оптимальным решением, если нужна ювелирная точность соединения мелких деталей: этот способ позволит создать микроскопически точные и надёжные швы.
В случае необходимости соединения крупногабаритных деталей с большой толщиной стенки, например, до 300 мм, наиболее подходящие варианты — электрошлаковая или автоматическая узкощелевая сварка под флюсом, которые зарекомендовали себя на практике как эффективные технологии.
Самым прочным и долговечным будет соединение, выполненное правильно подобранными сварочными материалами при строгом соблюдении всех технологических требований и отсутствии внешних и внутренних дефектов.
Технологию лазерного крепления металла делят на несколько типов.
Сварка в замочную скважину (keyhole welding) — точный, тонкий и очень аккуратный метод сварки. Он позволяет образовывать в металле узкое и глубокое отверстие. В этом случае может быть достигнуто проплавление необычной конфигурации за счёт испарения материала. Метод активно применяется в аэрокосмической и автомобильной промышленности.
Кондуктивная сварка используется для тонких материалов (электроники, ювелирных изделий). При этой технологии лазерный луч нагревает поверхность материала до температуры плавления. На выходе получаются гладкие и эстетически приятные сварные швы.
Гибридная лазерная сварка представляет собой микс всех возможных технологических процессов, сочетание которых даёт крепкие и устойчивые результаты. К примеру, смешение лазерного и дугового процессов увеличивает глубину проплавления и скорость сварки. Лазер и MAG-сварка позволяет получить эффективный глубокопроникающий сварной шов с минимальным подводом тепла. Лазерная TIG-сварка подойдёт для тонкостенных материалов и сложных геометрических форм, потому что образовывает гладкие долговечные и эстетичные швы.
Среди преимуществ гибридной лазерной сварки — увеличение скорости и глубины, снижение риска коробления, растрескивания и остаточных напряжений в свариваемых материалах, возможность использовать присадочный материал для улучшения качества шва. Среди недостатков — высокая стоимость и сложность процессов.
Оценка от профи
Андрей Коннов в своей работе очень часто использует гибридную методику. Он считает, что сам процесс имеет и свои плюсы, и свои минусы.
«К преимуществам можно отнести экологическую чистоту процесса, который сокращает воздействие вредных и опасных факторов на человека. При этом способе выделение сварочных аэрозолей сводится к минимуму, ультрафиолетовые и инфракрасные излучения, в силу особенностей процесса, оказывают меньшее влияние на человека по сравнению с иными дуговыми способами сварки.
Также особенно удобны высокая скорость сварки, минимальные тепловые вложения в свариваемые элементы, что сокращает вероятность поводок и коробления; возможность применения при работах с очень мелкими деталями (в ювелирных изделиях, радиотехнике); минимальный расход сварочных материалов», — поделился опытом Андрей Коннов.
В качестве недостатков специалист отметил относительно невысокий КПД, необходимость в высокой квалификации персонала, задействованного в работе с оборудованием и процессом; большую стоимость; ограниченные условия эксплуатации оборудования (требования к чистоте и особому тепловому режиму помещений; воздействие на технику высоких температур может привести к его выходу из строя); скудность или отсутствие информации о способе сварки в нормативной документации, что затрудняет процесс аттестации технологии.
Электронно-лучевая сварка (EBW)
Способ соединения металла, активно используемый в авиакосмической отрасли, атомной энергетике, автомобиле- и приборостроении, электронике и многом другом. При нём для нагрева и плавления применяется концентированный электронный пучок. Луч генерируется в специальной пушке и фокусируется на рабочей поверхности.
Под воздействием пучка металл нагревается до температуры плавления, образуя сварной шов. Процесс также происходит в вакуумной камере, чтобы предотвратить рассеивание электронного пучка.
Отличительной особенностью методики считается создание глубоких и узких швов с проплавлением до 20 мм в стали. Зона термического влияния минимальная, деформации практически невозможны. Технология не требует защитных газов, поэтому считается экологичной.
Из минусов методики отмечают необходимость создания вакуума и использования специальной камеры, что усложняет процесс, так как ограничивает размеры свариваемых изделий.
Оценка от профи
Наш эксперт Андрей Коннов безусловным преимуществом этого метода называет выполнение соединений большой толщины за один проход. По его мнению, этот способ будет особенно эффективен в сваривании высокоактивных металлов и их сплавов, а также тугоплавких материалов. Однако специалист видит и минусы.
«Использование этого способа сварки крайне ограничено из-за сложности и дороговизны оборудования (обязательно наличие вакуумной или газовой камеры, которая обеспечивает защиту зоны сварки от газов окружающей среды и позволяет металлу остывать в безвоздушной или инертной среде). В сварных соединениях могут образовываться непровары, усадки и полости в корне шва», — рассказал Андрей Коннов.
Роботизированная сварка
Бурное развитие мировой промышленности выявило области и задачи, с которыми эффективнее всего справляется специально запрограммированная машина, а не подготовленные сварщики. Автоматизированные комплексы обеспечивают высокую точность сварного соединения, снижение количества брака, повышение производительности.
Роботизированная сварка — это всегда комплекс систем, которые зачастую проектируются индивидуально для задач производства. Чаще всего в них используют коллаборативных роботов. Это машины, работающие «бок о бок» с человеком, обеспечивая его безопасность. Они оснащены датчиками движения и обратной связью.
Зачастую автоматизация процесса строится и на гибридных системах, сочетающих лазерную и дуговую сварку. Они объединяют преимущества двух разных методов. К примеру, лазерный луч расплавляет поверхность материала, а дуга углубляет сварной шов, заполняя зазоры.
Роботизированные системы гибридной сварки контролируют параметры процессов в режиме реального времени, регулируют амплитуду колебаний лазерного луча и дугу в соответствии с зазором между заготовками.
Это, пожалуй, самая современная технология 2025 года. Она оснащена мониторингом в реальном времени — системой, которая позволяет контролировать процесс сварки, выявлять и устранять проблемы по мере их возникновения. Это повышает качество швов и снижает количество ошибок.
Оценка от профи
Наш эксперт Андрей Коннов разграничивает такой тип сварки на несколько способов, которые классифицируются по степени автоматизации процесса.
К примеру, сварка может быть частично механизированной, когда в автоматическом режиме работает только одна составляющая процесса. Сварочная проволока подаётся в зону обработки без участия человека, а специалист контролирует процесс при помощи устройства подачи, при этом задавая требуемые параметры и манипулируя горелкой.
Сварка может быть автоматической, где механизировано абсолютно всё: перемещение горелки, подача сварочного материала в рабочую зону. Это выполняется с помощью спецоборудования (сварочных трактора, колонны или балки, каретки и т. п.), а оператор лишь контролирует процесс и регулирует параметры.
Роботизированным процесс называют тогда, когда используется специальная машина-манипулятор, которая может выполнять сварку в различных пространственных положениях и по всем возможным заданным траекториям. Роботы в этом случае обычно входят в состав комплекса оборудования, включающего в себя позиционеры, кондукторы и прочее.
«В этом процессе доля участия оператора-сварщика минимальна или вовсе отсутствует, за исключением этапа предварительной настройки перед запуском. В качестве способа, доступного для роботизации, используется сварка плавящимся или неплавящимся электродом в защитных газах, плазменная, лазерная, контактная, а также сварка трением с перемешиванием», — рассказал Андрей Коннов.
Интеграция технологии с искусственным интеллектом
Практически все современные автоматизированные и роботизированные комплексы используют оборудование, которое помогает выполнять предварительный поиск кромок деталей, отслеживать их смещение и автоматически корректировать траекторию движения сварочной горелки. Но это ещё не нейросети, говорят представители предприятий.
Настоящий искусственный интеллект, способный принимать решения и обучаться, оптимизировать весь процесс (от подготовки материалов до неразрушающего контроля) встречается не так часто. Успешное внедрение ИИ требует учёта множества факторов: точности обработки и сборки деталей, стабильности их позиционирования, качества подготовки кромок, условий окружающей среды и других параметров, напрямую влияющих на результат. Андрей Коннов посоветовал бы предприятиям тщательно подумать, прежде чем решаться на интеграцию с нейросетями.
«Внедрение ИИ наиболее оправданно в крупносерийном и массовом производстве, где ограниченная номенклатура изделий и их высокая повторяемость позволяют эффективно использовать самообучающиеся алгоритмы. В условиях мелкосерийного или единичного производства полная автоматизация, а тем более применение искусственного интеллекта, будет экономически нецелесообразной», — считает Андрей Коннов.
А вот директор департамента цифровых и инженерных систем Группы «Борлас» Максим Тарасюк призывает не бояться интеграции с искусственным интеллектом. Нужно более подробно изучить возможности ИИ.
«Решения на базе искусственного интеллекта позволяют автоматизировать процессы предварительного контроля, регулировать и подбирать оптимальные параметры лазерного луча в процессе сварки, проводить автоматизированную оценку качества полученных результатов», — рекомендует Максим Тарасюк.
К основным этапам технологического процесса, где активно применяется искусственный интеллект, относятся предварительная проверка свариваемых поверхностей на соответствие заданным требованиям и качеству; отслеживание формирования сварного шва, управление лазерным лучом и его параметрами; мониторинг готового результата (качества сварного шва и наличия возможных дефектов).
Процесс сварки с применением инструментов ИИ может включать автоматический контроль технологии формирования сварочного шва в режиме реального времени с корректировкой траектории лазерного луча. В зависимости от свойств свариваемых материалов и условий, в которых организован процесс, нейросети смогут автоматически подобрать и скорректировать мощность лазерного излучения и скорость его движения, обеспечивая достижение оптимального результата.
Проверка готового сварного шва обеспечивает автоматический контроль геометрических параметров соединения, его однородности и равномерности, а также мониторинг поверхностных дефектов и сквозных прогаров.
Применение искусственного интеллекта также позволяет повысить точность и эффективность лазерных систем, минимизировать различные виды потерь и существенно сократить время сварочного цикла.
Все ли новейшие способы сварки экологически чисты?
Нет, звание самого безопасного способа эксперты не могут отдать ни одному методу. Хотя сейчас экологии уделяется немало внимания, но абсолютно «чистой» технологии сварки не существует. Современная сварка предлагает решения с гораздо более меньшим воздействием по сравнению с традиционными дуговыми методами, хотя даже они не могут полностью исключить вредные выбросы.
При плавлении металла неизбежно происходит выгорание легирующих элементов и образование сварочных аэрозолей, что требует обязательного использования систем вентиляции с качественной фильтрацией.
Даже при «чистой» электронно-лучевой сварке образуется минимальное количество аэрозолей, а при сварке под флюсом, где их практически нет, возникает проблема утилизации отработанных материалов.
Выбор технологии сварки всегда определяется производственными задачами, и только после этого подбирают способы, оборудование и СИЗ, которые минимизируют вредное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.
Откроются ли новые возможности для предприятий в связи с развитием технологий?
Внедрение новых трендов в сварочное производство, безусловно, даст отрасли ряд перспективных возможностей. Прежде всего — существенный рост производительности и снижение себестоимости выпускаемой продукции.
Современные разработки позволят минимизировать вредное воздействие на персонал и окружающую среду, одновременно повышая качество сварных соединений.
Особое значение приобретает возможность работы с принципиально новыми материалами и создание изделий повышенной сложности. Параллельно будет происходить качественный скачок в области автоматизации: от внедрения роботизированных комплексов до создания полностью автономных сварочных систем.
Смутить при покупке сварочных роботов может ощутимо высокая стоимость оборудования. Но если всЁ рассчитать правильно, то можно заметить, что окупается оно очень быстро. Один робот легко заменяет собой 3 специалистов: оптимизируются заработная плата, затраты на СИЗ и техническое обслуживание оборудования.
Правда, автоматизация поможет только в том случае, если интегрирована в поточное производство, на котором одна и та же операция повторяется из раза в раз.
Текст: Надежда Белозерская
