Останніми роками електронно-променеві технології знайшли широке застосування в енергетиці, ракето- й літакобудуванні, медицині, хімічному і загальному машинобудуванні. Науковці Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона мають значні здобутки у цьому напрямі — обладнання, яке розроблено в установі, працює на провідних підприємствах. Про це на засіданні Президії Національної академії наук України розповів завідувач відділу фізичних процесів, техніки і устаткування для електронно-променевого і лазерного зварювання ІЕЗ член-кореспондент НАН Володимир Нестеренков.
В установі приділяють велику увагу дослідженню фізичних процесів взаємодії електронних пучків великої потужності з металами й сплавами та розробленню на цій основі технологій для промисловості.
— Ми розробляємо та виготовляємо безліч варіацій зварювальних електронно-променевих установок об’ємом від 1 до 100 кубометрів та відповідних конфігурацій вакуумної системи, механізмів переміщення електронно-променевої гармати й деталі, що зварюється, — розповів Володимир Нестеренков. — Середньогабаритні установки виявились найбільш універсальними з погляду кількості та різноманітності робіт, що виконуються на них.
Окрім власне устаткування, розробляється й конкретна технологія зварювання вузлів, тобто замовник отримує зварювальну установку разом з програмним забезпеченням для конкретного переліку виробів. У конструкціях установок застосовуються механізм нахилу пучка та стику, нові електронно-оптичні системи гармат тощо.
Наприклад, таке устаткування використовують для зварювання бурових доліт, що застосовуються у нафто- та газовидобутку. «Використання трьох гармат, що одночасно працюють, забезпечує зварювання трьох площин з’єднання з мінімальною деформацією корпуса долота», — розповів Володимир Нестеренков.
Згадав доповідач і про установки, які застосовуються в металургії під час виробництва великогабаритних товстолистових заготовок спеціального призначення. Великий попит мають і установки для дегазації, заповнення та вібраційного ущільнення гранул у капсулах з їхньою герметизацією електронно-променевим зварюванням.
Новим напрямом розроблень інституту є створення високопродуктивних установок для електронно-променевого спікання заготовок із порошкових матеріалів на основі карбіду вольфраму та кобальту, які отримують під час перероблювання виробничих відходів різального інструмента, штампів, пресформ та фільєрів. Як розповів Володимир Нестеренков, відповідний проєкт реалізується разом з ПАТ «ПлазмаТек». За словами доповідача, застосування електронного променя забезпечує великі швидкості нагрівання виробів і підвищені швидкості охолодження у разі вимикання електронного променя, що знижують зростання зерен під час кристалізації рідкої фази, а мінімальний розмір з’єднань забезпечує підвищення експлуатаційних характеристик готових виробів. Вони працюють як найкращі закордонні зразки, але мають значно меншу собівартість виготовлення.
За словами доповідача, сьогодні в усьому світі електронний промінь використовується у виготовленні різних вузлів авіаційних турбін, камер згоряння тощо.
Але особливу увагу у виступі було приділено адитивному електронно-променевому 3D-обладнанню, яке створили в інституті. Як зауважив Володимир Нестеренков, інноваційні технології пошарового виготовлення виробів методом швидкого друку відкривають нові можливості для виробництва деталей заданої форми.
У чому ж перевага технології 3D-друку за допомогою електронного променя, порівняно з іншими технологіями такого друку?
— Якщо застосовується технологія лазерного променя, то відбувається процес спікання, — пояснив доповідач. — А під час використання електронного променя — оплавлення, тобто виходить литий метал. Звичайно, є наслідки — це підвищене зерно. Але з цим можна боротися шляхом подальшої термообробки виробів, а також ізостатичного пресування заготовок, які отримано після 3D-друку.
Володимир Нестеренков демонструє вироби, які надруковано на обладнанні ІЕЗ — статорні лопатки газотурбінного двигуна, імплант черепної коробки людини тощо. Технології ремонту пошкоджених титанових лопаток, а також інших деталей авіаційних двигунів, які розроблено в інституті, вже використовуються на наших підприємствах.
Але на таке обладнання є попит не лише в Україні. Відповідаючи на запитання, Володимир Нестеренков розповів, що за останні роки українські установки різного призначення для ЕПЗ замовляли підприємства США, Китаю, Південної Кореї тощо.
Завідувач відділу Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України член-кореспондент НАН України Анатолій Майстренко відзначив важливість того, що технологія зварювання лопаток працює не лише в лабораторних корпусах, а й у цехах «Мотор-Січі», «Зоря»-«Машпроєкту», «Українських енергетичних машин (колишній «Турбоатом») тощо. Він переконаний, що такі технології не лише «годуватимуть» нашу промисловість, а й підтримуватимуть інноваційний рівень держави.
— Електронно-променева тематика, яка належить як до зварювання, так і до 3D-друку, сьогодні стала одним із ключових напрямків нашого інвестування, — розповів під час обговорення доповіді генеральний директор Публічного акціонерного товариства «ПлазмаТек» Віктор Слободянюк. — Сьогодні ми проводимо переговори з Інститутом електрозварювання про створення електронно-променевого центру. Плануємо профінансувати серію з восьми ЕП-установок різного призначення і багато допоміжного обладнання. Це може стати одним з найкращих прикладів співробітництва між промисловим підприємством і підрозділом НАН.
Завідувач кафедри зварювального виробництва НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського» доктор технічних наук, професор Віктор Квасницький у своєму виступі зауважив, що застосування електронно-променевих технологій дає змогу розв’язати низку проблем. Так, саме завдяки можливості чіткого регулювання термічних циклів, ділянок введення тепла вдалося перевести велику кількість матеріалів із класу таких, що характеризуються незадовільною технологічною здатністю до зварювання до класу таких, що добре зварюються — саме із застосуванням цих технологій.
Віктор Квасницький також відзначив низку переваг технології 3D-друку із застосуванням електронного променя: «На відміну, наприклад, від дугових технологій, електронний промінь дає змогу отримати виріб з максимальним наближенням до його кінцевої форми. Також можна використовувати різні матеріали й композиції, зокрема, порошків і формувати вироби з псевдосплавів, які матимуть унікальні властивості».
Директор Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України академік Ігор Крівцун зауважив, що на засіданні були розглянуті лише деякі електронно-променеві технології, в ІЕЗ їх розроблено ще чимало. Щодо центру, який планується створити з ПАТ «ПлазмаТек», то, на думку Ігоря Крівцуна, він може стати кластером електронно-променевих технологій в Україні.
Під час обговорення пролунала низка пропозицій: інтенсифікувати роботу щодо подальшого розширення вже створених технологій, провести координаційну нараду з командами, що опікуються відповідною тематикою в Україні, а також — створити кафедри адитивних технологій у технічних вишах.
Підготував Дмитро ШУЛІКІН
Фото пресслужби НАНУ
Читайте також: