Тольяттинские инженеры внедряют технологию сварки ультразвуком

Инженеры из ТГУ уверены, что за ультразвуковыми технологиями - большое будущее. Сегодня их разработки проходят стадию освоения серийного выпуска ультразвуковых сварочных аппаратов под различные технологические процессы сборки изделий из полимерных материалов: в машиностроении, автомобилестроении, медицине и других сферах, в которых применяются пластики.

Технология ультразвуковой сварки служит альтернативой клеевому соединению материалов, а также сборке комплектующих с применением крепежных элементов. В ряде случаев ультразвук по определенным требованиям является практически безальтернативным вариантом соединения деталей, объясняет Александр Селиванов.

К преимуществам такого способа соединения относятся отсутствие лишних элементов (клей, растворители, крепеж) и достаточно высокая стабильность и повторяемость процесса, что позволяет его легко автоматизировать, а это важно с точки зрения повышения производительности в условиях массового производства.

Сварочными работами могут заниматься не только люди, но и роботы. В созданном при ТГУ центре ультразвуковых технологий уже разрабатывают автоматические комплексы, а также проекты по интеграции сварочных аппаратов в робототехнические комплексы (РТК). При этом для повышения эффективности операций сборки не обязательно использовать большой промышленный РТК - достаточно применить КОБОТы (коллаборативные роботы, или роботы-манипуляторы. - Прим. Волга Ньюс).

Через пару лет разработчики планируют организовать серийное производство ультразвуковых аппаратов различного технологического назначения, а через три года на базе инновационно-технологического парка Тольяттинского государственного университета построить в Самарской области завод по производству ультразвукового оборудования. Объект возводится при поддержке губернатора Самарской области Дмитрия Азарова и планируется к запуску уже в 2023 году.

"В настоящее время мы формируем модельный ряд ультразвуковых комплексов под различные технологические задачи. Причем линейка будет унифицированной и будет разработана по модульному принципу. Под каждую модельную линейку будем определять емкость рынка", - поделился планами руководитель института машиностроения ТГУ.

В оборудовании для ультразвуковой сварки заинтересованы в первую очередь предприятия автомобилестроительного кластера, и здесь достигнуты значительные результаты по внедрению комплексов. В частности, тольяттинские разработки используют в своем производстве ООО "ДСК", АО "Полад", АО "Сатурно-ТП", ООО "АРТ-Т", АО "САПТ" и другие. Есть заинтересованность в поставке таких комплексов и у АвтоВАЗа. Стоит подчеркнуть, что проект появился и развивается при участии студентов университета.

"Ультразвуковую сварку можно использовать на любых предприятиях, занимающихся производством изделий из полимерных и нетканых материалов, - везде, где нужна сборка. Одним из направлений может быть получение неразъемных соединений в термопластичных композитных материалах, например, в авиастроении, в том числе в военно-промышленном комплексе. И хотя в настоящее время с Министерством обороны эта работа не проводится, но если будут поставлены такие задачи - с удовольствием готовы работать и на укрепление обороноспособности нашей страны", - говорит Александр Селиванов.

По технологическим характеристикам тольяттинские комплексы в чем-то превосходят зарубежные аналоги. Например, в ТГУ запатентован оригинальный способ крепления ультразвуковых волноводов, что позволяет уменьшить габариты самого ручного комплекса и, соответственно, его вес - ультразвуковые пистолеты на базе магнитострикционных преобразователей легче, а по выходной мощности превосходят зарубежные аналоги в этом классе.

Что касается алгоритмов захвата резонансной частоты и ее отслеживания в цикле сварки, то здесь есть над чем работать. Одним из перспективных направлений за рубежом в области развития технологий ультразвуковой сварки является ультразвуковая аддитивная технология с последующей обработкой фрезерованием. В этой технологии изделие "печатается" с помощью ультразвука слоями, как пирог из ленты. Затем фрезерной обработкой изготавливается деталь. Сегодня зарубежный стартап Fabrisonic производит гамму станков для реализации такой технологии. В России этому направлению пока не уделяется должного внимания, между тем перспективы применения такой технологии весьма велики, особенно в авиации, ракетостроении, космической технике, медицине.

Кроме того, ультразвук как инструмент интенсификации различных технологических процессов имеет большие перспективы промышленного применения: пропитка, сушка, эмульгирование, диспергирование, дегазация, сонохимия, воздействие ультразвука на сыпучие среды и комплекс других технологий. Например, с помощью ультразвукового распыления расплава можно получать мелкодисперсные металлические порошки для аддитивных технологий.

То есть спектр применения ультразвука достаточно широк. Он позволяет существенно ускорить протекание физико-химических процессов в различных средах, а также технологически обеспечить повышение производительности и качества выпускаемой продукции.

"Конкурентоспособность определяется не только технологическими новшествами и преимуществами, но также стоимостью и сроками разработки, возможностями дальнейшего технологического сопровождения (ремонт, обслуживание, поставка комплектующих, обучение персонала). У нас все это есть, мы предлагаем технологию под ключ. Пока главный инвестор проекта - Тольяттинский госуниверситет, однако мы открыты для сотрудничества", - отмечает Александр Селиванов.

Михаил Криштал, ректор Тольяттинского государственного университета:

- В последние годы ученые и специалисты ТГУ резко нарастили компетенции в сфере ультразвуковых технологий, хотя работы в этом направлении велись еще в 1990-2000-е годы. Уже и тогда мы были нацелены на практический результат. Достаточно вспомнить внедрение на Волжском автозаводе оборудования и технологии правки абразивных кругов с применением ультразвука. Сегодня мы компетентны создавать технологии и устройства с применением ультразвука настолько разного назначения, что иной раз это даже удивляет. Главное - это существенное ускорение темпов внедрения новых разработок, что совершенно точно дает вклад в технологический суверенитет страны и решает задачи не только импортозамещения, но и импортоопережения. Мы уже создали центр ультразвуковых технологий, и в ближайшее время он расширит свои возможности за счет новых площадей инновационно-технологического парка ТГУ, где мы планируем разместить ряд реконфигурируемых производств инновационной продукции, в том числе ультразвукового оборудования различного технологического назначения.