Назад
Інститут
електрозварювання
їм.
академіка Є. О. Патона
Після відходу СРСР в небуття і здобуття Україною
незалежності становище, в якому опинився такий
науковий
гігант,
як Інститут електрозварювання
імені академіка Євгена Оскаровича Патона, стало
типовим для організацій і підприємств такого класу.
Як провідний науково-дослідний центр у галузі
електрозварювання інститут був по суті монополістом
і обслуговував єдиний народногосподарський
комплекс колишнього Радянського Союзу.
Маючи високу наукову репутацію у світі та роз-
робки, які не мали світових аналогів і випереджали
конкурентів на кілька років в галузі зварювання і спо-
ріднених з ним процесів, інститут зіткнувся з рядом
проблем, викликаних розпадом СРСР та новою
економічною ситуацією в Україні і світі.
Метою цього кейсу є ознайомлення студентів із
сучасними проблемами підприємств групи
«Б»,
які
працюють у галузі високих технологій, для проведен-
ня ними всебічного аналізу і розробки власних реко-
мендацій по їх подоланню.
374
Інститут електрозварювання
їм.
академіка Є. О. Пагона
Історія
розвитку
інституту
У витоків створення Інституту електрозварювання
стояла така видатна особистість, як академік Євген
Оскарович Патон
(1870—1953).
Одержавши добру
освіту в Російській імперії, а також за кордоном
(у Німеччині), він спочатку займався будівництвом
мостів.
Власне, Інститут електрозварювання виник
з електротермічної лабораторії.
Уперше впровадження ручних зварювальних
апаратів відбулося на заводі
«Більшовик»
і судноверфі
ім. Сталіна. Співробітниками інституту було роз-
роблено метод, який дозволяв захищати дутою сплав
металу від окислення.
У
1936—1937
роках було винайдено автоматичне
зварювання під флюсом (скловидна маса з легуючими
елементами). Наприкінці 40-х років почалось широке
впровадження зварювання у машинобудуванні і ваго-
нобудуванні, де раніше використовували клепання.
Під час Великої Вітчизняної війни спеціалісти
інституту працювали на Тагільському танковому
заводі ім.
Малишева,
де завдяки впровадженню авто-
матичного зварювання було розгорнуто найбільше
у світі виробництво танків, у тому числі танка
Т—34
(35 тис. шт.) найкращого танка Другої світової
війни, яким він став і за рахунок високої якості
зварювання бронелистів. Спеціалістами було розроб-
лено засоби для технологічних процесів виробництва
снарядів, бомб.
Після війни інститут повертається в Київ. Перед
ним було поставлено завдання розробки засобів для
відбудови мостів, домен.
У 1946 році розробляється і впроваджується
напівавтоматичне зварювання під флюсом. Почина-
ється впровадження зварювання в суднобудуванні.
Наприкінці 40-х в інституті розробляється елект-
рошлакове зварювання та методи, які дозволяють
зварювати метали великої товщини.
На початку 50-х років інститут стає головним
інститутом по зварюванню в СРСР. У 1953 році
вводиться в дію перший у світі суцільнозварний міст,
якому присвоюється ім'я академіка Патона.
Для того щоб оцінити внесок інституту і особисто
академіка Патона, досить сказати, що Є. О. Патон,
людина, яка ніколи не приховувала свого негативного
13
7-78
375
Промисловий маркетинг
ставлення до радянської влади, був нагороджений
найвищими урядовими нагородами орденами
і медалями СРСР, Золотою зіркою Героя Соціаліс-
тичної Праці, він став лауреатом багатьох державних
премій, в тому числі і Сталінської. Після смерті
Є. О. Патона інститут очолив його син Б. Є. Патон,
який сьогодні є Президентом
НАН
України.
Зараз інститут ім. Патона це найбільший у світі
науково-дослідний і
вповаджувальний
центр в галузі
зварювання. На базі інституту створений комплекс,
що складається з:
академічного інституту електрозварювання імені
Є. О.
Патона,
дослідно-конструкторського і технологічного
бюро,
дослідного заводу зварювальних матеріалів,
дослідного заводу зварювального обладнання,
дослідного заводу спеціальної електрометалургії.
Така структура дає змогу здійснювати весь цикл
науково-дослідних і конструкторських робіт, які
вимагають:
^'•РЩР*^*****^
виготовлення і впровадження
техюН
ння і матеріалів.
Напрямок робіт включає:
1) усі основні види зварювання та наплавлення
металів і неметалів (пластмаси, кераміка,
напівпровідники);
2) використання процесів з особливими
властивостями (спецметалургія), застосування
стійких до зношування, високих температур та
ін. захисних покрить, які наносяться на
поверхню металу шляхом напилення або
наплавки.
Діапазон товщин, що зварюються апаратами
інституту, від 1 міліметра до 1 метра. Зварюються
практично всі види матеріалів в будь-яких умоваха
землі, під водою, у космосі).
Інститут відомий у всьому світі. Про це свідчить
хоча б те, що апаратами, створеними в інституті,
зварено рейки у підземці Нью-Йорка, нафтопровід
в Алжирі, а космічні апарати
«Шаттл»
також
оснащені обладнанням, виготовленим в інституті.
Інститут продовжує співробітництво з НАСА.
376
Інститут електрозварювання
їм.
академіка Є. О.
Пагона
ФІЗИЧНІ ОСНОВИ
зварювання
Фізичні процеси зварювання основано на такому
явищі, як плавлення металу за рахунок тепла, яке
виділяється при проходженні електричного струму
між зварювальними конструкціями (позитивний
електрод) і власне електродом (негативний електрод).
Цей процес супроводжується інтенсивним випроміню-
ванням у Видимому та ультрафіолетовому спектрах.
Тому для захисту очей і поверхні шкіри людині необ-
хідно застосовувати спеціальний одяг, окуляри та
інше.
Якість зварювального шва в багатьох випадках
залежить від кількості окислів, утворених при
з'єднанні
розплавленого металу з киснем, що роблять
його крихким.
Для захисту шва від з'єднання з киснем викорис-
товують спеціальні добавки (флюси, або інертні гази).
Процес зварювання зображено на рис
1.
Рис.
1.
Процес
зварювання
а) за допомогою флюсу
б) у захисних газах
До супутніх зварюванню процесів належить,
наприклад, процес напилювання, заснований на
принципі нанесення іонів однієї речовини на іншу за
рахунок інжекції з поверхні.
Розвиток
зварювальних
технологій і
критерії
конкуренто-
спроможності
Сьогодні розроблено і застосовується понад 100
методів зварювання. Найчастіше використовуються:
Зварювання під тиском
газопресове зварювання;
контактне стикове зварювання;
індукційне пресове зварювання;
пічне зварювання;
зварювання тертям;
13*
377
Промисловий маркетинг
ультразвукове зварювання;
дифузійне зварювання;
холодне зварювання;
зварювання вибухом.
Зварювання плавленням
дугове зварювання;
електрошлакове зварювання;
фотонно-променеве зварювання;
газове зварювання;
термітне зварювання;
пайка.
Зварювання плавленням і тиском
контактне точкове і шовне зварювання;
стико-дугове
зварювання;
термітно-пресове зварювання.
Метод і техніка зварювання залежить від:
типу матеріалів, які зварюються (метали, їх сплави,
напівпровідники та ін.);
профіля поверхонь;
товщини конструкцій;
типу зварювання (автоматичне, напівавтоматичне,
ручне);
швидкості і точності накладання швів;
вимог до міцності шовних з'єднань;
навколишнього середовища (наземне, підводне,
космічне);
можливостей середовища живлення;
вимог пожаро-, вибухо- та електробезпеки.
Критерій конкурентоспроможності зварювального
обладнання і матеріалів грунтується на порівнянні
технічних та економічних характеристик.
Технічні характеристики:
продуктивність;
спеціальні енергетичні та матеріальні затрати;
коефіцієнт наплавки;
коефіцієнт переходу;
коефіцієнт витрат зварювальних матеріалів;
ефективний ККД процесу нагрівання металу при
зварюванні та ін.
Економічні характеристики:
ціна обладнання;
витрати на зварювальні матеріали;
витрати на електроенергію;
витрати на поточний ремонт.
378
Інститут електрозварювання
їм.
академіка Є. О.
Пагона
Виробництво
зварювального
обладнання
Сьогодні зварювання є одним з головних техноло-
гічних процесів у всіх
високорозвинутих
у промисло-
вому відношенні країнах, причому не лише в машино-
будуванні, а й у будівництві та інших галузях еконо-
міки. Наприклад, в
США
з використанням зварюван-
ня виробляється понад третину сукупного суспільного
продукту, у Великобританії до
60%.
Попит на зварювальне обладнання зумовлений
в основному попитом на зварні конструкції (ЗК), які
є кінцевим продуктом.
Зварювальне виробництво України характеризу-
ється значним обсягом випуску ЗК, зварювальних
матеріалів і обладнання (рис. 2).
Рис. 2.
Діаграма розподілу технологій (за даними 1994 р.)
Зварні конструкції
Поковка і штамповка
Відливка
Порошкова металургія
70%
22%
7%
Для виробництва ЗК використовується близько
60% всього металопрокату, що виробляється
в Україні.
Частка зварних конструкцій безперервно збільшу-
ється,
витісняючи деякі нераціональні види відливок,
поковок і штамповок.
За час з 1975 по 1989 року зварювальне виробниц-
тво України розвивалось досить високими темпами:
виробництво ЗК збільшилось на 13,4% і досягло
15,2 млн.
т.
З урахуванням підприємств, не охоплених
статистичною звітністю, ЗК в 1989 році виготовлено
близько 18,2 млн. т. Зростання виробництва ЗК
значно випереджає збільшення випуску готового
прокату (в 1989 р. на 5,8% у порівнянні з 1975 p.).
Загальний спад в економіці України, який розпо-
чався в 1990 році і продовжується до цього часу,
зачепив і зварювальне виробництво, що глибоко інтег-
рувало в усі провідні галузі народного господарства
нашої країни (табл. 1).
379
Промисловий маркетинг
Таблиця 1
Спад зварювального виробництва
Вироблено ЗК,
млн.
т
Усього
утому
числі:
у промисловості
у будівництві
1989
15,2
11,8
3,4
1990
14,0
11,3
2,7
1991 1992
-
10,3
8,4
1,9
1993
9,2
7,5
1,7
|
І
І
1993
до
1989,
%
60,5
63,5
50,0
Тенденція спаду обсягів виробництва ЗК узгод-
жується з картиною спаду в економіці України в
Цілому. Так, у порівнянні з 1990 роком в 1995 році
національний доход знизився на
39,4%,
обсяг
промислової продукції на
24,8%.
Відбулися зміни і в структурі виробництва та
споживання прокату, основного матеріалу для
виробництва ЗК. За 4 роки
(1989—1993)
випуск
готового прокату знизився на 39,8%, а його
споживання на
24,9%.
Дещо менше знизилось
споживання листового (22,4%) і тонколистового
прокату (17,6%), що пояснюється структурними
змінами у виробництві промислової продукції за
рахунок збільшення випуску менш металомісткої
продукції. Порівняно з 1989 роком у 1995 році дещо
змінилась галузева структура виробництва ЗК.
Питома вага ЗК у промисловості збільшилась з 77,6
до
81,5%,
тоді як у будівництві вона знизилась з 22,4
до
18,5%.
Це пояснюється тим, що зниження обсягів
капітального будівництва і будівельно-монтажних
робіт в 1995 р. у порівнянні з 1990 р. склало
відповідно 54,4% і
48%,
що значно перевищує темпи
спаду обсягів національного доходу та промислової
продукції.
Масштаби і широка сфера функціонування
зварювального виробництва України пояснюється
передусім технічними та економічними перевагами
виготовлення і застосування зварних металоконст-
рукцій:
економією металу на
15—33%
у порівнянні з кле-
паними конструкціями і на
30—60%
у порів-
нянні з конструкціями, виготовленими за
допомогою кування та лиття;
економією трудозатрат (зменшенням обсягу
перероблюваного металу);
380
Інститут електрозварювання
їм.
академіка Є. О. Пагона
здешевленням технологічного обладнання для
виробництва ЗК у порівнянні з обладнанням для
виготовлення поковок, відливок і клепаних
конструкцій;
поліпшенням умов праці;
високою щільністю, герметичністю та надійністю
нероз'ємного з'єднання при зварюванні конст-
рукцій.
Значна техніко-економічна ефективність зварю-
вання сприяла широкому застосуванню ЗК, які
експлуатуються у винятково важких умовах при
великих швидкостях, високому тиску, максимальних
температурах, ударних навантаженнях, під впливом
агресивних середовищ; вони застосовуються в хіміч-
них апаратах високого тиску, парових котлах,
космічних кораблях, мостах та інших машинах і спо-
рудах.
Виробництво згаданих конструкцій стало
можливим лише завдяки створенню в останні роки
принципово нових технологічних процесів
зварювання тертям, електронно-променевого,
плазмово-дугового, ультразвукового, дифузійного
зварювання та ін. Сьогодні існує близько 100 способів
зварювання, розроблених інститутом, які дозволяють
з'єднувати
практично будь-які метали і сплави різних
товщин і конфігурацій, а також багато видів пластмас
і композитів.
У колишньому СРСР Україна мала значну питому
вагу у виробництві електрозварювального обладнання,
особливо для механізованих способів зварювання
(в Україні вироблялось
62%,
або 25768 одиниць
з 34265). Причому з багатьох позицій Україна була
єдиним виробником. Забезпечення джерелами поста-
чання в Україні складало 8,4% від загальносоюзних.
Тому у зв'язку з розпадом СРСР виникли певні
труднощі із забезпеченням зварювального вироб-
ництва обладнанням, яке не виробляється україн-
ськими підприємствами, а постачалось з Росії,
Узбекистану, Литви і Грузії.
За останніми даними статзвітності, парк
зварювального устаткування складає 94,9 тис.
одиниць, причому найбільша питома вага припадає
на устаткування для ручного зварювання, автоматич-
ного та напівавтоматичного зварювання в захисних
середовищах.
381
Промисловий маркетинг
Процент зношеності зварювального обладнання на
підприємствах України складає (по видах обла-
днання):
автомати і напівавтомати 18,0;
машини для контактного зварювання 34,9;
обладнання для спеціальних
способів зварювання
24,7;
джерела живлення 60,6;
інше обладнання, якому
понад 10 років 25,0;
понад 5 років 56,4.
Сьогодні Україна є монополістом на території
СНД по виробництву автоматів, напівавтоматів
і флюсів,
Тенденції
розвитку
зварювальних
технологій
У зварювальному виробництві України сьогодні
домінуюче становище займають способи зварювання
плавленням. Так, до початку 90-х років цими
способами виконувались близько 80% обсягу
зварювальних робіт. Решта припадала на контактне
зварювання, нові та спеціальні способи. Таке
співвідношення практично не змінилось і на сьогодні.
Аналіз структури способів зварювання плавлен-
ням свідчить про суттєві її зміни за
1989—1993
pp.
Це стосується насамперед механізованих і автома-
тизованих методів, у структурі яких частка дугового
зварювання (в основному напівавтоматичного) в захис-
них газах за цей період збільшилась на
6,3%,
досяг-
нувши
43,5%.
Відповідно зменшилась частка таких
високопродуктивних способів, як зварювання під
флюсом — з 16,6 до 14,1% і зварювання порошковим
дротом — з 4,3 до
1,7%.
Це пояснюється головним чином такими перева-
гами напівавтоматичного зварювання в захисних
газах перед іншими способами, як менша собівартість
наплавленого металу, універсальність, мобільність.
Питома вага «ручного» зварювання зменшилась
незначно 1,2%, що відповідає змінам рівнів
механізації та автоматизації дугового зварювання.
Останнім часом змінилась і структура зварюваль-
ного обладнання, яке виготовляється за рахунок
різкого зменшення частки випуску обладнання та
джерел живлення для механізованих і автоматизова-
них способів зварювання. При цьому зросла питома
382
Інститут електрозварювання
їм.
академіка Є. О.
Пагона
вага випуску побутових трансформаторів і спеціаль-
них джерел живлення для зварювання кольорових
металів і сплавів, нержавіючої сталі.
Виходячи з попереднього аналізу, можна припус-
тити, що падіння обсягів виробництва зварюваль-
ного устаткування зупиниться, але не тому, що
стабілізується економіка, а тому, що вже досягнуто
того мінімуму, нижче якого опускатись не можна.
Для виходу з кризової ситуації Інститут електро-
зварювання ім. Патона вважає, що його першочерго-
вими завданнями є:
1) подальше вдосконалення процесу зварювання
і передовсім зварювання в захисному газі (спо-
собом, найбільш придатним для автоматизації,
роботизацією);
2) розвиток зварювання під флюсом, пов'язаний зі
створенням досконалого устаткування, розробкою
і впровадженням високопродуктивних різновидів
процесу (установки з модуляцією режиму, актив-
ний контроль за якістю зварювання, надійна
апаратура);
3) крім способів дугового зварювання, розвиток
до 2005 року інших видів зварювання плавлен-
ням: електронно-променевого, лазерного, плазмо-
вого та мікроплазмового;
4) як вихід з кризової ситуації проведення дослід-
жень в інтересах замовників з далекого зарубіж-
жя, оскільки наявність в активі інституту нових
оригінальних технологій дозволить просувати
існуючі розробки на зовнішній ринок.
Виробники зварювального устаткування також
переживають не кращі часи. Порівняно дешеві види
зварювального устаткування програють західним
конкурентам за технічними
характеристиками,
дизай-
ном, якістю виготовлення. На «важке» устаткування
у споживачів немає
коштів,
тому переважає принцип
використання обладнання «до повного
зношення».
Враховуючи обставини, що склалися з випуском
зварювального устаткування за останні п'ять років,
без вжиття радикальних заходів Україна може
опинитися майже в повній залежності від
експорту.
383