Чтобы по швам не трещало: перспективы современных сварочных технологий

Станет ли расцвет аддитивных технологий закатом сварочных, каковы перспективы лазеров в сварке и можно ли варить под водой автоматом без специальных камер? Эти и другие вопросы обсуждали 23–25 мая на V Международной научной конференции «Сварка и родственные технологии для изготовления оборудования специального и ответственного назначения».

Конференция в Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения (ЦНИИТМАШе) собрала представителей разных отраслей. «Приехали поставщики оборудования, российского и импортного, специалисты из сферы судостроения, нефтегазохимии, люди, занимающиеся оценкой соответствия. Обсуждается широкий круг проблем», — ​прокомментировал гендиректор «Атомэнергомаша» Игорь Котов.

«Все, что старательно создают материаловеды, металлурги и прокатчики, портят своими швами сварщики, — ​пошутил гендиректор ЦНИИТМАШа Виктор Орлов. — ​Но без сварщиков никуда. На сегодня сварка — ​самый надежный метод получения неразъемного соединения. Дома, мосты, корабли, атомные станции — ​все держится на сварных соединениях, а уровень ученых и технологов, квалификация рабочих определяют безопасность эксплуатации всех объектов».

Лазерные перспективы

В энергетическом машиностроении, сказал Игорь Котов, сварка — ​один из главных и самых контролируемых процессов. Тенденции в сварке с момента ее появления определялись тремя основными целями: снижением себестоимости, повышением качества и производительности, добавил Виктор Орлов. «От ручной, чисто дуговой сварки там, где это возможно, мы уходим в сторону автоматизации и гибридных процессов, в том числе с применением лазеров», — ​пояснил он.

Перспективы и виды лазера на конференции описал начальник отделения разработки лазерных технологий НТО «ИРЭ-Полюс» Николай Грезев. При точечной лазерной сварке сфокусированное излучение поглощается подложкой, металл расплавляется, растекается, затвердевает и создает небольшой шов. Бесконтактная сварка похожа на точечную, но позволяет перемещать лазерный луч после образования ванны расплава. При сварке с глубоким проплавлением лазерный луч частично испаряет материал. Давление металлического пара раздвигает расплавленный металл и создает глубокое и узкое проплавление — ​кинжальное. При движении лазерного луча жидкий металл обтекает образовавшийся парогазовый канал и затвердевает, формируя сварной шов.

Лазером можно варить почти в четыре раза быстрее, чем дугой. Качество швов выше, номенклатура материалов — ​шире. Но есть недостатки, их перечислил Виктор Орлов: «Чисто лазерная сварка экономически эффективна, если толщина свариваемых элементов не больше 25 мм. Дальше нужен уже очень мощный лазер. Цена такого оборудования слишком высока, к тому же оно потребляет много энергии. При лазерной сварке зона термического влияния узкая, что, с одной стороны, хорошо. Но именно из-за этого формируется высокий уровень напряженно-деформированного состояния, отсутствует возможность релаксации послесварочного напряжения». Поэтому лазерная сварка вряд ли полностью заменит дуговую, считает руководитель ЦНИИТМАШа. Будущее — ​за гибридными процессами.

Многие говорят, что массовое внедрение 3D-печати сделает сварку ненужной, оборудование выходит из принтера без всяких швов. Виктор Орлов важности аддитивных технологий не отрицает, но предлагает смотреть шире: «Они востребованы для предсерийного прототипирования, изготовления индивидуализированных изделий и небольшой номенклатуры изделий с уникальной геометрией, которую не воспроизвести другими методами. 3D-печать займет свою нишу в технологическом укладе, как и нанотехнологии в свое время. Но наша страна индустриальная, промышленную и финансовую систему держат базовые отрасли и базовые технологические процессы. Эти технологические процессы отличаются оптимальным для настоящего времени соотношением производственной себестоимости, достигаемых физико-механических свойств и технологичности. Один из этих процессов — ​сварка».

Трубный выбор

«Перед нами как никогда остро стоят вопросы импортозамещения и развития новых сварочных материалов и технологий, — ​подчеркнул Игорь Котов. — ​Это позволит поднять уровень отечественной промышленности и даст новый импульс разработкам в области атомной и тепловой энергетики, нефтехимии и судостроения. Необходимо искать и внедрять прогрессивные решения».

Атомщики взялись за импортозамещение гораздо раньше введения антироссийских санкций. Среди серьезных достижений последних лет — ​организация производства труб главного циркуляционного трубопровода АЭС. В технологии важную роль играют сварочные процессы. «До 2012 года эти трубы закупались за рубежом, — ​напомнил директор Института сварки ЦНИИТМАШа Юрий Волобуев. — ​Мы вместе с «АЭМ-технологиями» и рядом других организаций разработали полную технологию производства — ​от заготовки до антикоррозионной наплавки. Представляете, что бы сейчас было, не будь у нас своих труб? Атомные стройки просто остановились бы».

Ученые и инженеры-сварщики работают над технологией производства инновационного корпуса главного циркуляционного насоса. «Он будет весь из однородной стали с антикоррозионной наплавкой, что существенно повысит надежность и улучшит эксплуатационные характеристики. Первый проект, где будет применена эта разработка, — ​АЭС «Эль Дабаа» в Египте», — ​сообщил Юрий Волобуев.

Мокрая сварка и цифровые двой­ники

Юрий Волобуев также рассказал о технологии подводной автоматической сварки, созданной недавно в ЦНИИТМАШе. В новых проектах АЭС — один бассейн выдержки отработавшего топлива для всех блоков. Это значит, что ремонт надо выполнять без выгрузки топлива и слива воды. «Наша самозащитная порошковая проволока для мокрой сварки благодаря специальному составу обеспечивает надежную газовую защиту, и сварка происходит в газовом пузыре, — ​пояснил Юрий Волобуев. — ​Совместно с рядом организаций мы сконструировали робот, который определяет дефектные места, проводит зачистку, сварку и визуальный контроль. Все полностью автоматизировано».

В ЦНИИТМАШе и других научных центрах активно развивается моделирование сварочных процессов. Этому был посвящен доклад ведущего научного сотрудника Института сварки Алексея Ершова. «Цифровые двойники позволяют оценить работоспособность оборудования — ​сразу после изготовления и в процессе эксплуатации, — ​рассказал он. —Так, в цифровых моделях нужно учитывать остаточное сварочное напряжение, которое влияет на эксплуатационные характеристики оборудования».