Применение лазерного маркирования в производстве авиационных двигателей

УДК 629.7.036:621.373

Э. В. Кондратюк, С. Д. Зиличихис, Б. И. Шапар, Н. П. Кришталь

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО МАРКИРОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В статье рассмотрены возможности лазерного маркирования при изготовлении деталей газотурбинных двигателей, перспективы расширения номенклатуры маркируемых деталей, а также влияние лазерного луча на поверхностный слой и работоспособность деталей.

Высокие технологии определяют уровень выпускаемой продукции, ее конкурентоспособность и эффективность всей производственной деятельности. К высоким технологиям, прежде всего, относятся новейшие методы обработки материалов, разработанные на базе последних достижений науки и, в частности, лазерная технология.

ГП "Ивченко-Прогресс" широко внедряет в производство лазерные технологии с использованием оборудования отечественных производителей. В настоящее время внедрены такие технологические процессы, как вырезка сложноконтурных деталей из листовых материалов, окон, перфорация тонкостенных деталей, маркирование.

Маркирование деталей, узлов и изделий является важным процессом в современном производстве. Маркировка на всех этапах производства необходима для контроля качества, прослеживае-мости и идентификации продукции.

При производстве и ремонте газотурбинных двигателей на ГП "Ивченко-Прогресс" используется большая номенклатура традиционных процессов маркирования с нарушением и ненарушением поверхностного слоя детали (электрохимическое маркирование, виброкарандаш, ударный способ, литье, штамповка, нанесение краски и др.). Метод маркирования выбирается в зависимости от назначения детали, но одним из основных требований к надписи является четкость, контрастность, различимость мелких шрифтов.

Современное производство требует высокотехнологичных методов маркировки - гибких, скоростных, не оказывающих влияние на свойства маркируемых деталей. Из существующих на сегодняшний день методов, лазерное маркирование -наиболее современный и технологичный метод, обладающий гибкостью, возможностью управлять инструментом - лазерным лучом во времени и пространстве, а также точно дозировать и регулировать мощность и энергию излучения.

Метод лазерного маркирования - бесконтактный, обеспечивающий минимальное загрязнение зоны обработки, возможность выполнения как глубокого клеймения (глубина до 0,2 мм), так и без нарушения поверхностного слоя (образование окисных пленок глубиной до 0,005 мм) для определенных

материалов, кроме того, отсутствует механическое воздействие инструмента на материал, нет вибраций, электрических и других паразитных воздействий, нет необходимости в дорогостоящих штампах и трафаретах.

ГП "Ивченко-Прогресс" широко внедряет в производство лазерные технологии с использованием лазерного оборудования производства фирм ЛВТ и "Сканер" (г. Черкассы), лазерный маркировочный комплекс OptiScan 100/200Z.

Активный элемент данного лазера - алюмоит-триевый гранат (YAG), обеспечивает длину волны лазерного излучения - 1064 нм. Импульс светового излучения большой плотности и интенсивности фокусируется на поверхности обрабатываемой детали, что вызывает локальный разогрев, плавление и частичное испарение материала при минимальном термомеханическом воздействии на маркируемое изделие. При этом лазерное излучение в зависимости от режимов маркирования воздействует избирательно на элементы, входящие в состав маркируемого материала, например, соли хрома образуют темно-серую окисную пленку, титан -пленку коричнево-фиолетового цвета. Высокая плотность мощности сфокусированного лазерного луча при лазерном маркировании позволяет наносить знаки на различные материалы, в том числе и на труднообрабатываемые, при этом обеспечивая высокую степень разрешения и качество знаков. Функция подавления первого импульса, которая имеется в данном комплексе, позволяет получить более стабильный процесс.

Преимущества лазерного маркирования по сравнению с традиционными методами:

- высокая производительность;

- высокая точность;

- широкий спектр маркируемых материалов;

- возможность четкого нанесения мелких шрифтов (размер шрифта от 0,8 мм);

- маркирование без применения красок и химических реактивов;

- высокие качество, контрастность и стойкость изображений;

- экономическая эффективность.

Метод лазерного маркирования позволяет наносить надписи на детали из материалов:

© Э. В. Кондратюк, С. Д. Зиличихис, Б. И. Шапар, Н. П. Кришталь 2006 г.

- 0219яшЬестникяИвигателестроенияя1 4/т006

- 83 -

- нержавеющие стали;

- титановые сплавы;

- жаростойкие и жаропрочные сплавы;

- твердый сплав;

- алюминиевые сплавы;

- снятие красок с поверхностей;

- снятие покрытий из меди, толщиной до 3...5 мкм;

- снятие красок, нагара.

Перемещение луча задается программно и обеспечивается двумя подвижными зеркалами, расположенными в сканирующей головке лазерного модуля; маркировщик позволяет маркировать горизонтальные поверхности размерами до 200x200 мм; при этом наличие третьей координаты, которая выполнена по принципу динамического фокуса - программно управляемая, позволяет маркировать наклонные плоскости, сферические и цилиндрические поверхности.

Основные настраиваемые технологические режимы для лазера: ток накачки, частота модуляции, длительность импульса, рабочая скорость. Исследования показали, что глубина маркирования обратно пропорциональна частоте модуляции и в меньшей мере прямо пропорциональна току накачки.

Данный комплекс дает возможность замены всех видов маркирования лазерным.

Применение лазерного маркирования взамен электрохимического для трубопроводов (материал 12Х18Н10Т) позволило сократить время маркирования, отказаться от трафаретов, получить клеймо темно-серого цвета (за счет образования окисных пленок) с четко очерченными границами, сохранением исходного рельефа труб и измененным слоем до 0,005 мм.

Данный процесс позволил маркировать твердо-

сплавный инструмент, на который наносить информацию существующими методами ранее было практически невозможно. Надпись стойкая, имеет четкий контур, контрастная, серого цвета.

В настоящее время ведутся исследовательские работы по применению лазерного маркирования на деталях из титановых и жаропрочных сплавов взамен электрохимического и механического гравирования. Проведенные металлографические исследования образцов показали следующее:

1. На деталях из титановых сплавов ВТ3-1 (рис. 1, а) и ВТ8-М1 (рис. 1, б) в месте маркировок измененный слой не обнаружен, имеются микронеровности поверхности глубиной до 0,004 мм, формирование клейм происходит за счет образования окисных пленок коричнево-фиолетового цвета.

2. Для лопаток турбины из жаропрочных литейных сплавов ЖС32-ВИ, ЖС 26 ВИ, ЖС6К в соответствии с требованиями чертежа необходимо применять маркирование глубиной до 0,1 мм и 0,02......0,05 мм.

На данном этапе проводились работы по глубокому клеймению. Исследования показали, что формирование клейм происходит в результате изменения цвета из-за оплавления металла и изменения рельефа (рис. 2, 3, 4, таблица 1).

Рис. 1. Микроструктура материала после нанесения лазерной маркировки: а - титановый сплав ВТ3-1; б - титановый сплав ВТ8-М1

а б

Рис. 3. Микроструктура материала ЖС-26ВИ

Рис. 4. Микроструктура материала ЖС6К

Сегодня при механическом гравировании хвостовиков рабочих лопаток турбины глубина составляет до 0,1 мм. При лазерном маркировании при глубине до 0,1 мм имеем отрицательный рельеф поверхности.

Для роторных деталей из титановых и жаропрочных литейных сплавов, а также сильно нагруженных деталей, работающих при знакопеременных нагрузках, высоки требования к маркировке, поэтому на сегодняшний день применение данных режимов преждевременно, так как требуется больший объем исследований. Теоретические изыскания и первые практические работы показали, что с

ЛАС. - 2004. - 62 с. 2. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Зуев И.В., Кокора

увеличением мощности и рабочей скорости получаем положительные результаты - глубокое маркирование, хороший рельеф поверхности.

Постоянное увеличение номенклатуры изготавливаемых деталей требует постоянного совершенствования процессов, максимальной замены традиционных методов маркирования лазерным маркированием благодаря более широким технологическим возможностям, и, следовательно, продолжения работ на ГП "Ивченко-Прогресс" по расширению номенклатуры маркируемых материалов.

Список литературы

Поступила в редакцию 26.06.2006 г.

Таблица 1  сплавов

Изменения в микроструктуре материала образцов жаропрочных литейных

Чг Лазерные технологии и опыт их внедрения. Научно-практический сборник. - М.: Научно-технический информационно-учебный центр

А.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработ-

ка материалов. Справочник. ение. - 1985. - 496 с.

М.: Машиностро-

У cmammi розглянут1 можливост1 лазерного марк1рування при виготовленн1 деталей газотурб1нних двигунiв, перспективи розширення номенклатури деталей, що маркруються, а також вплив лазерного променя на поверхневий шар i прaцездamнicmь деталей.

This article considers potentialities of laser grading when manufacturing parts of gas turbine engines, perspectives for expansion of nomenclature of parts being grated and the influence of laser beam to the surface layer and working capacity of parts.

- 0219яянЬестникядвигателестроенияяй 4/т006 - 85 -