CC BY
48
УДК 94(47)«1960/1980»:061.62(477):621.791.7
Г.Л. Звонкова
Материаловедческий комплекс Украины: страницы истории Института электросварки им. Е.О. Патона Академии наук Украинской ССР (1960-1980-е гг.)
В статье анализируются особенности организации фундаментальных и прикладных исследований в Институте электросварки им. Е.О. Патона Академии наук Украинской ССР в позднесоветский период.
The article analyzes the characteristics of the organization of fundamental and applied research at the Institute of Electric Welding named after E.O. Paton of Academy of Sciences of the Ukrainian SSR in the late Soviet period.
Ключевые слова: институт, ученый, исследование, сварка, технология, процесс, производство, металл.
Key words: institute, academic, research, welding, process, manufacturing, technology, metal.
Созданный в 1934 г. Институт электросварки (ИЭС) Академии наук Украины (с 1945 г. им. Е.О. Патона), в рамках исследуемого периода стал крупнейшим в мире научно-техническим комплексом (НТК). С середины ХХ в. здесь интенсивно изучались свойства металлургических процессов: специальной электрометаллургии; методов создания и обработки металлических конструкций; изготовления высококачественных металлов. По изучению этих взаимосвязанных научно-технических направлений академическое учреждение являлось ведущим в Советском Союзе.
В 1954 г. в ИЭС под руководством Б.С. Касаткина начались разработки методики исследования структуры электросварочных соединений с помощью электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. В 1959 г. он возглавил отдел сварки ферритных и перлитных сталей. Здесь решались комплексные вопросы исследования физико-механических свойств сварных соединений, создания новых сварочных материалов и технологий сварки теплоустойчивых сталей для изготовления конструкций энергетического машиностроения [6, с. 88].
В 1960-е гг. впервые в мире сотрудниками института было создано несколько технологий соединения металлов для отраслей ракетостроения и энергетики, в том числе и атомной. Развитие авиационной и ракетно-космической техники, электроэнергетики, электроники определило направления в совершенствовании спосо-
© Звонкова Г.Л., 2014
бов изготовления конструкций с использованием сварки, пайки и родственных технологий. Благодаря этим технологиям специалистам удалось создать рациональные конструкции, работающие в экстремальных условиях [3, с. 60].
В 1962-1965 гг. учеными ИЭС был выполнен ряд теоретических работ по сварке сталей ферритно-аустенитного класса: установлены закономерности изменений физико-механических и коррозионных свойств сварного соединения с многокомпонентным фазовым составом. Это стало основой для разработки оригинальных систем экономно легированных никелем сталей и швов, создания сварочных материалов и процессов для широкого их применения в химическом машиностроении. Комплексные работы выполнялись в сотрудничестве с ВНИИ Криогенмаш им. И.П. Бардина, Челябинским металлургическим комбинатом (Челябинск), Уралмашем (Свердловск), Спецмонтажем (Байконур), предприятиями «Днепроспецсталь», «Новокраматорский машиностроительный завод», Ижорским заводом тяжелого машиностроения и другими предприятиями СССР. Результатом творческого сотрудничества стало решение проблемы оптимизации состава стали и металла шва, исходя из требований высокой удельной прочности, устойчивости против хрупкости при различных условиях нагрузки в интервале от 4,2 до 293 К, в том числе в сильных магнитных полях, радиационном облучении, при термоударе. Исследования позволили создать гамму принципиально новых хорошо свариваемых сталей для криогенной техники, сварочных материалов и технологических процессов соединения. Впервые в мировой практике на Челябинском металлургическом комбинате начался процесс производства в дуговых 100-тонных печах холодостойких нержавеющих сталей со сверхнизким содержанием углерода. Это стало основой для разработки нового научного направления - сварочного криогенного материаловедения [8, с. 58].
В 1966 г. украинскими учеными Б.Е. Патоном, Н.В. Подолой, В.Е. Моравским были разработаны способы создания систем управления ускоренными сварочными процессами, сформулированы основные условия, которым должны удовлетворять системы управления процессом точечной микросварки, разработаны принципы построения систем управления точечной сваркой, саморегулирующиеся в зависимости от толщины металла. Был предложен метод управления процессом стыковой сварки, основанный на приблизительной аппроксимации мгновенного распределения температур в металле. Тогда же Д.М. Рабкиним и С.М. Гуревичем была изучена физико-химическая природа сварки разнородных цветных и тугоплавких металлов как между собой, так и со сталями. Созданы методы сварки плавлением алюминиевых сплавов со сталью и
алюминия с медью. Разработан диффузный способ получения биметаллических деталей для конструкций из титана, ниобия и стали [11, с. 72-75].
Д.А. Дудко был проведен комплекс исследований по развитию электрошлаковых технологий с применением порошковой проволоки по сварке в ракетостроении, электронике, энергетике и ряде других отраслей промышленности. При его участии были разработаны оборудование и технология плазменной сварки переменным током, использованные при производстве конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов, микроплазменная импульсно-дуговая сварка. Исследования дуговых процессов в вакууме привели к созданию двух из трех основных технологий, исследованных в космосе в 1969 г. на установке «Вулкан». За эту разработку группа сотрудников ИЭС во главе с Д.А. Дудко была удостоена Государственной премии УССР [7, с. 66].
В 1974 г. учеными ИЭС была разработана новая технология сварки многослойных труб большого диаметра высокого давления для обеспечения потребностей нефтегазовой промышленности страны: увеличение пропускной способности магистральных трубопроводов для транспортировки нефти и газа за счет существенного повышения рабочего давления; повышение надежности, устойчивости многослойных труб против хрупкого разрушения при их производстве; использование для производства сварочных многослойных труб толщиной 3-4 мм и увеличение за счет этого их прочности при том же химическом составе, а также снижение общей толщины стенок труб и существенной экономии металла; строительство магистральных нефте- и газопроводов из сварочных многослойных труб в сложных климатических районах севера страны. В 1976-1977 гг. на Харцызском трубном заводе был построен исследовательский участок производства с годовым выпуском 40-45 км труб диаметра 1420 мм. Исследования сварочных многослойных труб были проведены в северных районах Томской области [15. Ф.Р-2. Оп. 13. Д. 9065. Л. 14-15].
За этот же период сотрудники ИЭС совместно с производственниками в рамках программы «Наука - производству» на предприятиях Киева внедрили 34 разработки с экономическим эффектом 33 млн р., создали шесть образцовых участков и лабораторий по сварке и спецэлектрометаллургии. На предприятиях «Большевик», им. Горького, им. Дзержинского были организованы школы по передаче опыта электрошлаковой технологи для специалистов Советского Союза [4. Ф. П 1. Оп. 59. Д. 4. Л. 117-118].
Немало технологий по повышению производительности труда и качества сварочных работ на выпуске цистерн учеными ИЭС было предложено для производственников объединения «Ждановтяж-
маш». В 1976-1980 гг. по новому методу электрошлаковой технологии изготовили уникальную сварную заготовку рабочего вала толстолистового стана горячей прокатки «4500» для завода им. Ильича. Завершили разработку и освоили технологический процесс механизированной сварки плавящимся электродом в инертных газах узлов и элементов котлов железнодорожных цистерн из технического алюминия. Осуществлены монтаж, пусконаладочные работы на агрегатах электронно-лучевой сварки. По новой технологии было изготовлено 100 т двухслойных слитков-слябов с антикоррозийным покрытием и внедрили биметаллический прокат при изготовлении опытных цистерн [1, с. 3].
Практическим результатом фундаментальных и прикладных исследований стала разработка С.И. Кучуком-Яценко новых способов контактной сварки непрерывным, импульсным, пульсирующим оплавлением, запатентованных в ведущих странах мира. На их основе были созданы технологии сварки различных деталей, системы управления и новые образцы сварочного оборудования. Оборудование обладало высокой производительностью, имело небольшую массу, минимально потребляло мощности, обеспечивало стабильное и высокое качество соединений. Эти преимущества были наиболее значимы при сварке деталей сложной конфигурации с большими поперечными сечениями. Фундаментальные исследования, проведенные С.И. Кучуком-Яценко сопровождались разработкой уникальных технологий сварки, автоматического и компьютеризированного управления процессом сварки, созданием современного сварочного оборудования [14, с. 69].
Благодаря технологии и оборудованию для сварки рельсов, разработанных С.И. Кучук-Яценко, В.К. Лебедевым, В.А. Сахаровым и С.А. Солодовниковым, впервые в мировой практике железные дороги были переведены на бесстыковые пути. Серийное производство оборудования осуществлено на Каховском заводе электросварочного оборудования. С начала 1970-х гг. здесь было создано более десяти поколений рельсосварочных машин, используемых в странах СЭВ и других странах мира. За разработку и внедрение машины для стыковой сварки пути при ремонте и строительстве железнодорожных путей авторам была присуждена Ленинская премия [14, с. 70].
Внедрение технологии многопозиционной контактной сварки крупногабаритных деталей одновременно в нескольких местах на линии производства картеров блоков мощных дизелей на Коломенском тепловозостроительном заводе позволило повысить производительность труда в 70 раз и освободить 380 сварщиков. Это уникальное оборудование использовалось при производстве космической техники на предприятиях Украины и Российской Федерации. В 1989 г. коллектив разработчиков, которыми руководил С.И. Кучук-
Яценко, за создание технологии, системы управления и оборудования для контактной стыковой сварки труб диаметром от 60 до 1400 мм был удостоен очередной награды - Ленинской премии СССР. Внедрение технологии было осуществлено при прокладке трубопроводов на территории СССР. По этой технологии сварено более 70 тыс. км различных трубопроводов, в том числе 4 тыс. в районах Крайнего Севера [14, с. 70].
В 1978 г. в ИЭС был создан отдел физики газового разряда и физики плазмы, его возглавил В.С. Гвоздецкий. Здесь были продолжены начатые в начале 1960-х гг. исследования сварки малоамперной сжатой дугой, разработаны основы способа микроплазменной сварки металлов малой толщины. В ходе решения этой задачи был выполнен ряд фундаментальных исследований в области физики дугового разряда: развита теория термо-автоэлектронной эмиссии с учетом полей индивидуальных ионов, разработана теория сжатой дуги, горящей в различных средах, проведены теоретические и экспериментальные исследования катодных процессов сварочной дуги и определены условия стабильного горения малоамперной дуги с холодным катодом. И, как следствие, разработан целый ряд способов микроплазменной сварки различных металлов, в том числе алюминия и его сплавов, созданы новые оригинальные источники питания с применением тиристорных коммутаторов загрузки сварочного тока и малогабаритные плазмотроны для микроплазменной сварки постоянным и переменным током, а также в импульсном режиме. В последующем под руководством В.С. Гвоздецкого были разработаны оригинальные электрические схемы тиристорных инвесторов сварочного тока и созданы малогабаритные инвесторы источника питания для сварки дугой высокочастотного модулированного тока в широком диапазоне сварочных токов. Плазменная сварка высокочастотным модулированным током в 1980-е гг. была широко внедрена на предприятиях Мингазпрома СССР для ремонта и восстановления узлов и деталей газоперекачивающих агрегатов [2, с. 62].
Учеными ИЭС был выполнен цикл работ по оценке конструкционной прочности сварных соединений при криогенных температурах. Теоретические исследования стали основой для разработки норм и методов расчета, принятых в Украине, России, других странах при проектировании криогенных конструкций нового типа, в которых используется низкотемпературное упрочнение металла. Более 50 запатентованных марок сталей, сварочных проволок, электродов, флюсов реализовано в таких крупных проектах, как «Буран», «Токамак-7». Новые стали и материалы, а также технологические процессы включены, как возможные, при создании
международного термоядерного реактора «Итера» и стеллатора [8, с. 58)].
Широкое признание в мире получили подготовленные в ИЭС в 1980-е гг. труды Л.М. Лобанова, касающиеся разработки методов оптического моделирования, голографической интерферометрии, электронной спектр-интерферометрии и широкографии для исследования напряженного состояния и контроля качества сварных соединений в конструкциях из металлических, композиционных и полимерных материалов. Были разработаны методологические подходы и созданы приборы, которые имели высокую точность и информативность и применялись в научно-исследовательских организациях на предприятиях Украины, стран СЭВ, Китая, Южной Кореи. Л.М. Лобановым и его учениками также были разработаны способы и средства устранения сварочных деформаций и напряжений, использованные при создании комплекса «Энергия-Буран» [10, с. 61].
Интенсификация промышленного производства, увеличение его масштабов вносили коррективы в планирование организации НИР ИЭС. Заказ производственников вынудил его ученых включиться в разработку и внедрение автоматических и полуавтоматических установок с программным управлением для массового восстановления и производства деталей плазменным напылением и создать типовые технологические процессы для изделий типа «вал». Одновременно с этим были разработаны основные типы оборудования для массового производства и восстановления деталей с плазменными покрытиями [15. Ф. Р-2. Оп. 14. Д. 8018. Л. 169].
В 1985 г. в ИЭС работало 40% докторов и 20 % кандидатов наук всего СССР, занятых в области электросварки. Это позволило академическому учреждению стать НТК, структура которого и соответствующая система управления обеспечивали высокую степень завершенности исследований, значительное, в несколько раз, сокращение цикла «научная идея - производство». На базе института успешно функционировал Координационный центр стран - членов Совета Экономической Взаимопомощи по проблеме сварки. Он осуществлял широкомасштабное научно-техническое сотрудничество с многочисленными организациями, научно-техническими комплексами и фирмами капиталистических и развивающихся стран. Институт ежегодно посещали 800-1000 иностранных ученых и специалистов [15. Ф.Р-2, Оп. 15. Д. 116. Л. 61].
С 1985 г. характерным для ИЭС стало расширение космической тематики. Его ученые являлись участниками комплексного эксперимента в открытом космосе по раскрытию 12-метровой фермовой конструкции. Эксперимент сопровождался сваркой и пайкой отдельных ее узлов с помощью «УРИ». Также были раскрыты две
15-метровые фермовые конструкции, являвшиеся несущей основой многократных солнечных батарей технологического модуля, состыкованных с орбитальной станцией «МИР» [9, с. 31].
В 1986 г. на опытном заводе спецэлектрометаллургии ИЭС был введен в действие новый цех по производству печатных плат методом ионно-плазменного напыления. На предприятии были задействованы новые мощности по производству комплексного сварочного оборудования [15. Ф. Р-2. Оп. 15. Д. 116. Л. 72].
По теме «Конструкционные материалы для новой техники» Б.Е. Патоном, В.Е. Скляревичем, М.В. Шевелевым и А.И. Буненком в 1987 г. были выполнены экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия гиротрона с различными неметаллическими веществами. На этой основе разработаны оригинальные и эффективные технологические процессы нанесения керамических и полимерных покрытий [12, с. 57].
В следующем году Б.И. Медоваром, В.И. Усом, Н.Б. Пивоварс-ким были разработаны теоретические основы локализации лавинных разрушений в магистральных газопроводах высокого давления на стенке трубы фрагментированной микроструктуры, созданы и успешно испытаны гасители вязких трещин третьего поколения принципиально новой конструкции с фрагментированным внутренним построением [13, с. 59].
В таблице отражены сведения о количестве внедренных работ, поданных заявок, полученных решений, использованных и запатентованных изобретений, получении патентов, подписании лицензионных соглашений ИЭС им. Е.О.Патона за 1986-1990 гг. [5, с. 96, 116-117].
Количество поданных заявок на изобретения /получено решений/, использовано изобретений/ запатентовано, получено патентов, подписано лицензий
Количество внедренных работ Подано заявок, получено решений, использовано, запантентовано изобретений Получено патентов Подписано лицензионных соглашений
1990 г. 1986-1990 гг. 1986-1990
137 750 297/248/316/7 42 5
Таким образом, гарантом результативной работы ИЭС им. Е.О. Патона в 1960-1980-е гг. стала стратегия единения фундаментальных и прикладных исследований по обеспечению конкретного социально-экономического эффекта. Масштабность и
51
социальная значимость научно-технической деятельности ученых академического материаловедческого комплекса Украины диктовалась острой необходимостью обеспечения потребностей единого народнохозяйственного комплекса Советского Союза.
Список литературы
1. Бернадский В.М., Илюшенко В.Н. В обстановке творческого подъема // Вестн. Акад. наук Украинской ССР. - 1981. - № 2. - С. 3-4.
2. В.С. Гвоздецкому - 80 // Автоматическая сварка. - 2010. - № 9. - С. 62.
3. Выдающийся ученый и популяризатор науки. (К 100-летию со дня рожд. М.В. Келдыша) // Автоматическая сварка. - 2011. - № 3(695). - С. 60-61.
4. Государственный архив Киевской области. Фонд Киевского горкома Компартии Украины.
5. Зв^ про дiяльнiсть Академп наук УкраТнськоТ РСР у 1990 роцк у 2-х ч. Ч. 2. - К., 1989.
6. К 90-летию со дня рождения Б.С. Касаткина // Автоматическая сварка. -2009. - №11. - С. 88-89.
7. К 90-летию со дня рождения Д.А. Дудко // Автоматичесая сварка. -2011. - № 7. - С. 66-67.
8. К.А. Ющенко - 75 // Автоматическая сварка. - 2010. - № 12. - С. 58-59.
9. Лобанов В. Эффект высоких технологий: Институту электросварки им. Е.О. Патона - 70 лет // Вестн. НАН Украины. - 2004. - № 9. - С. 28-35.
10. Л.М. Лобанову - 80 // Автоматическая сварка. - 2010. - № 9. - С. 61.
11. Отчет Академии наук Украинской ССР в 1966 г. - К., 1967.
12. Отчет деятельности Академии наук Украинской ССР в 1987 г.: в 2-х ч. Ч. 1. - К., 1988.
13. Отчет деятельности Академии наук Украинской ССР в 1988 г.: в 2-х ч. Ч. 1. - К., 1989.
14. С.И. Кучук-Яценко - 80 // Автоматическая сварка. - 2010. - № 8. -С. 69-70.
15. Центральный государственный архив высших органов власти и управления в Украине. Фонд Совета Министров Украинской ССР.
