Лазерные технологии в промышленности называют индустриальной революцией такой же мощности, как появление паровой машины. Об этом говорят давно, но воз и ныне там.
Лазерный луч режет металл вместо традиционной фрезеровки, выполняет операции сварки, а также позволяет закалять и упрочнять изделия из сталей и их сплавов. Эксперты пророчат, что с помощью лазерных технологий уже скоро будет производиться до половины всех операций в металлообработке. В России самые востребованные в промышленности операции с лазером — лазерный раскрой и сварка. А вот лазерное термоупрочнение (закалка) мало распространено по сравнению с другими способами закалки поверхностей деталей.
Узконаправленное воздействие
Упрочнение происходит так: луч лазера движется по кромке детали, мгновенно разогревая ее, в результате чего на поверхности металла образуется новый слой — мелкодисперсная структура с высокой степенью твердости. Основные преимущества лазерного способа термоупрочнения в том, что обрабатываемые детали не меняют своих геометрических размеров (исключены деформация и образование трещин, поверхность не оплавляется), а значит, не нуждаются в дополнительной обработке после лазера. Кроме того, лазером деталь можно упрочнять локально, что снижает энергоемкость операции и ее себестоимость. Например, если взять зубчатое колесо, то можно обработать лазером только зубцы. При этом технология термоупрочнения лазером повышает износостойкость деталей в два–шесть раз.
Иван Андриевский, председатель совета директоров инжиниринговой компании «2К», полагает, что интерес к лазерному термоупрочнению поверхностей деталей растет во всем мире, и в России в том числе: «Технология показала высокую эффективность во многих отраслях военной и гражданской промышленности по сравнению с традиционными методами термической, термомеханической и химической обработки, которые проигрывают не только по временным и финансовым затратам, современным экологическим нормам, но и по конечному результату. Лазерное термоупрочнение оказалось очень востребовано в машиностроении, при создании различных деталей транспортных средств, энергетических установок, например лопаток газотурбинных двигателей, бурового оборудования и так далее, а также в медицине, где речь идет о создании более совершенных протезов суставов».
Но пока говорить о широком применении лазерных технологий в промышленности не приходится. По оценкам Александра Бадалова, исполнительного директора компании «Новые технологии лазерного термоупрочнения» (НТЛТ; г. Владимир), в стране установлена примерно тысяча лазерных комплексов, а оборудование для термоупрочнения деталей исчисляется десятками. Пока преобладают импортные машины из Западной Европы, США и Китая, но российские производители постепенно увеличивают свою долю: у нас появились в последние годы свои наработки в производстве лазерных комплексов по более доступным ценам, чем западные образцы.
Лучи надежды
В лазерной индустрии Россия свои позиции старается восстанавливать после провала начала 1990-х. В подмосковном Фрязино действует компания «ИРЭ-Полюс», входящая в международную группу компаний IPG Photonics, которая специализируется на производстве мощных волоконных усилителей и лазеров. Разработками лазеров занимаются в Шатуре в Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН.
Российские разработки в области лазеров стали основой для производства отечественных лазерных комплексов, в том числе для термоупрочнения. Во Владимире сразу на двух предприятиях — «Новые технологии лазерного термоупрочнения» и «Термолазер», образованных в 2010–2011 годах, — разработали подобные комплексы, способные конкурировать с импортными станками. Эти предприятия начинали работать вместе, но потом, как говорят участники рынка, «произошел определенный процесс почкования».
На базе НТЛТ при поддержке Минпромторга РФ был создан центр компетенций по лазерному термоупрочнению и лазерной сварке. В этой компании, как рассказал Александр Бадалов, собралась команда экспертов в лазерных технологиях — в первую очередь ученые Виталий Журавель и Анатолий Чирков, а также другие специалисты еще советской закалки. Основатель компании — Григорий Евстюнин.
В 2012 году НТЛТ представила специализированный лазерный комплекс — он был еще не роботизированным. После этого появилось второе поколение роботизированных комплексов для лазерного термоупрочнения.
«Термолазер», получивший в 2015 году от Фонда развития промышленности льготный заем в размере 80 млн рублей под пять процентов годовых на проект производства лазерных комплексов (весь проект оценивается в 170,8 млн рублей, остальные средства инвестировала компания «Тонап»), также разработал несколько наименований автоматизированных лазерных комплексов для термообработки, в том числе для упрочнения поверхностей крупногабаритных деталей сложной формы, поверхностей крупногабаритных деталей в виде тел вращения и для упрочнения внутренних поверхностей труб. Оборудование для лазерной термообработки выпускают и другие предприятия — например, «Лазертех» из Санкт-Петербурга. По словам директора предприятия Сергея Смирнова, в производстве подобных установок «не нужно особо мудрить, на рынке уже есть много западных образцов, и нет необходимости делать что-то оригинальное», тем более что потребности в массовом производстве таких машин на рынке просто пока нет.
Но это не отменяет возможностей найти собственные ноу-хау. Например, компания НТЛТ в прошлом году подала восемь заявок на изобретение и получила один патент в области разработки комплекса по термоупрочнению. «Оборудование компании “Новые технологии лазерного термоупрочнения” имеет ряд преимуществ перед зарубежными образцами, — считает Иван Андриевский. — Дело в уникальных отечественных разработках в области создания систем мониторинга, контроля и управления».
При этом и в «Термолазере», и в НТЛТ утверждают, что их лазерные комплексы создаются по большей части из комплектующих, произведенных на территории России. «До 90 процентов комплектации основных узлов нашего оборудования сделано в России», — уточняет Бадалов. Однако некоторые составляющие необходимого качества в стране все же не делают. Например, нет высокоточных роботизированных систем, говорит он: «Мы вынуждены закупать импортные, хотя очень сильно бьемся и даже сами стараемся подвигнуть предприятия делать современных роботов». Ну и, конечно, используется почти вся импортная элементная база — микроэлектроника.
А вот лазеры, самую важную часть комплекса, производители используют российские. Например, в оборудовании «Термолазера», как рассказывает гендиректор предприятия Олег Чухланцев, задействуется газовый лазер, который разработали в Лазерном центре в Шатуре. НТЛТ и «Лазертех» делают комплексы на основе диодных лазеров. Как объяснил Александр Бадалов, в НТЛТ изобрели технологию, которая позволяет управлять размерами «пятна» лазерного луча и его мощностью. При использовании газовых лазеров такие возможности недоступны. При этом диодные лазеры по заказу компании собирают в России.
Обыграть импортеров российские производители могут благодаря сравнительно низкой цене машин при сохранении уровня качества, сопоставимого с иностранными установками.
Лазерный комплекс в среднем стоит 300–350 тыс. евро, при этом цена сильно зависит от мощности лазера и наличия дополнительных функций. По словам Александра Бадалова, «базовые» модели комплексов НТЛТ на 30% дешевле импортных, а те, к которым добавлены система контроля и другие функции, — уже на 70%. Продукция «Термолазера», по словам Олега Чухланцева, вдвое дешевле импортной.
Имеет значение и близость к потребителю и готовность помогать с инжинирингом включения лазерной обработки в существующий технологический цикл. НТЛТ предлагает заказчикам не сами комплексы, а технологические решения с использованием лазера. А поставщики импортных станков часто этого не делают или выставляют неподъемную цену.
И все же продажи российского оборудования пока минимальны. Олег Чухланцев говорит о двух реализованных комплексах и нескольких подписанных контрактах на поставку. По словам Сергея Смирнова из «Лазертеха», динамики в обращениях клиентов за услугами по лазерному упрочнению почти нет, правда, десять лет назад желающих вообще не было. У НТЛТ продажи лазерного оборудования, в том числе для термоупрочнения, начиная с 2016 года растут на 50% в год. Но продажи комплексов по-прежнему измеряют в штуках. Компания поставляла их на крупнейшие машиностроительные компании и на предприятия военно-промышленного комплекса (Уралвагонзавод, Кировский завод, Севмашзавод). Что касается окупаемости лазерной установки, то, по словам Бадалова, результаты ее операционной работы в целом выше, чем других операций по упрочнению. Если комплекс стабильно загружен, то срок окупаемости не превышает трех лет.
Рассчитывать на быстрый рост спроса со стороны предприятий разного масштаба вряд ли стоит. Лазерная закалка не панацея и не всегда обеспечивает однозначное снижение затрат на обработку и, соответственно, сокращение себестоимости деталей, предупреждает г-н Смирнов. «В ряде случаев, если уйти от химико-термической обработки на лазерную, себестоимость уменьшится, потому что первый вариант более трудоемкий и дорогой. А если обрабатываться будет сразу большое количество деталей, то еще лучше, потому что производительность химико-термической обработки очень низкая». По его мнению, для получения экономического эффекта от применения технологии лазерного термоупрочнения нужно производство больших серий, а это пока еще редкость для российской промышленности: чтобы окупаться, дорогостоящее лазерное оборудование должно работать без простоев в две-три смены.
Хотя, безусловно, лазерная термообработка очень пригодится там, где к изделиям предъявляются повышенные требования по сроку службы и надежности. К тому же лазерное термоупрочнение по сравнению с другими технологиями дает большой экологический эффект: нет выбросов в атмосферу рабочей зоны, отсутствуют отходы.
Лазер осветит регионы
Помимо поставок оборудования у производителей лазерных комплексов есть другой способ продвижения лазерных технологий и заработка — предоставление таких услуг в лазерных центрах. В России немало многопрофильных лазерных центров в регионах, оказывающих разные услуги по обработке лазером, а в очень редких случаях — и лазерной закалки. Именно создание региональных центров компетенций Сергей Смирнов называет оптимальным способом распространения новых лазерных технологий: «Но, к сожалению, нельзя создать центр только для лазерного упрочнения. Он будет нерентабельным из-за низкой востребованности услуг».
Между тем Олег Чухланцев планирует создать сеть инжиниринговых центров в региональных промышленных центрах, где будут установлены комплексы компании по термообработке. Он договаривается с крупными предприятиями о том, чтобы разместить центры на их площадках, а в машины инвестировать будет «Термолазер». «Это довольно дорого — обрабатывающий центр плюс вся фотоника», — отмечает г-н Чухланцев. Один из центров, возможно, откроется в Санкт-Петербурге на базе предприятия «Евробласт» — поставщика судового оборудования. Как рассказал директор по развитию Ярослав Анненков, в «Евробласте» считают, что такой проект может быть выгодным, так как в ряде случаев технология лазерной термозакалки не имеет альтернативы.
По мнению Александра Бадалова, создание инжиниринговых центров слишком дорогое удовольствие для частной компании. «А вот организация воркшопов с помощью государства, чтобы можно было демонстрировать возможности лазерной обработки, — вещь хорошая. Если государство готово будет реализовывать такие проекты в рамках стратегии развития фотоники, то мы не против в этом участвовать», — утверждает он. Задача создания стратегии развития лазерной отрасли на государственном уровне уже обсуждается, продолжает г-н Бадалов, и главное, считает он, что недавно наконец было определено, что отвечать за развитие фотоники будет один из департаментов Минпромторга.
Сейчас главные проблемные места в том, что новые технологии требуют перестройки технологических циклов, к которой предприятия не всегда готовы, к тому же существует острый дефицит специалистов по лазерам, способных обслуживать сложное дорогостоящее оборудование. Не менее важно отсутствие ГОСТа по термоупрочнению. Но НТЛТ как раз его разрабатывает, сейчас он проходит процедуры согласования в Госстандарте и, возможно, будет утвержден уже через полгода.
