Студенты Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разрабатывают установку с числовым программным управлением (ЧПУ) для аддитивной технологии выращивания изделий с помощью сжатой дуги. Использование ЧПУ-установки (фактически – 3D-принтера) при наплавке сжатой дугой в аддитивных технологиях позволит повысить производительность и стабильность формирования наплавленных слоев дуговыми способами сварки. Проект реализуется на базе передовой инженерной школы «Гибридные и комбинированные технологии» (ПИШ «ГибридТех») ТГУ и уже получил патенты на изобретение.

Изображение сгенерировано нейросетью Kandinsky 3.1

В рамках проектной деятельности студенты ТГУ работают над проектом «Плазменная сварка и наплавка», разрабатывая аддитивную технологию изготовления изделий с помощью наплавки сжатой дугой. Предлагаемый способ позволит повысить производительность наплавленных слоёв с помощью дуговых способов сварки. В результате научно-исследовательской работы участники команды установили: в процессе сварки мощность, выделяемая в изделие сжатой дугой на прямой и обратной полярности в изделие, существенно отличается.

– Долгое время считалось, что прямая полярность предпочтительнее для дуговой сварки, – рассказывает старший преподаватель кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы» ТГУ, наставник проекта Дмитрий Советкин. – Однако наши исследования показали, что у обратной полярности есть свои преимущества: она, в частности, обеспечивает более высокое тепловыделение в изделие на 1 ампер тока. При этом её использование вызывает определённую сложность: вольфрамовый электрод выдерживает значительно меньший ток сварки, чем на прямой полярности. При обратной полярности он быстро перегревается, расплавляется и может попадать в сварочную ванну, а это считается дефектом.

Учёные ТГУ усовершенствовали процесс сварки для решения этой проблемы: применили для наплавки сжатой дугой конструкцию неплавящегося электрода с жидкостным охлаждением, а для повышения стабильности формирования наплавленных слоёв металла создают 3D-принтер. Это позволит формировать изделия со специальными свойствами (жаропрочность, жаростойкость, износостойкость и т. п.), улучшая их послойно.

Главная цель проекта – путём внедрения научно-исследовательских разработок перейти к передовым технологиям и роботизированным системам.

– Для достижения цели проекта мы создаём систему взаимодействия процесса сварки и ЧПУ-установки путём разработки оптического слежения за наплавленным валиком с обратной связью. Параллельно мы повышаем степень автоматизации установки, разрабатываем механизм и способ подачи проволоки, – объяснил Дмитрий Советкин.

В весеннем семестре 2024/2025 учебного года участники проекта занимались созданием программы, которая с помощью видеокамеры сможет определять геометрические размеры наплавленного слоя и взаимодействовать с 3D-принтером, а именно – отсылать ему сигнал на увеличение или уменьшение скорости сварки, подачи проволоки и регулировать величину наплавленного слоя.

– Мы выявляем недочёты, разрабатываем методики их исправления, корректируем программу и повторяем цикл, пока проблема не будет решена. Это может занять полгода, а может, неделю. Всё зависит от сложности задачи, – считает студент кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы» ТГУ, один из руководителей проекта Александр Мартюшев.