Специалисты Уралмашзавода сделали открытие в области электросварки, позволяющее существенно уменьшить количество дефектов при сварке и наплавке конструкции из высококачественных сталей. Исследовательскую работу возглавлял руководитель проектов по сервису Уралмашзавода к. т. н. Виктор Яковлев.

— Виктор Васильевич, что подтолкнуло Вас к этому открытию?

— Высокий уровень брака при наплавке роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Они эксплуатируются в самых экстремальных условиях и поэтому их рабочий слой для долговечности наплавляют с помощью сварки специальными сплавами, содержащими минимальное количество серы и фосфора. Но при наплавке в смеси газов на основе аргона брак по неметаллическим включениям на линии сплавления основного и наплавленного металла достигал крайне высокого уровня — 60%. То же самое происходило и при полуавтоматической сварке стрел для шагающих экскаваторов. Приходилось вырубать значительные участки швов и заваривать их ручной сваркой.

Но если бы только этими изделиями все и ограничивалось… В металлургии идет глобальный процесс понижения в выплавляемой стали таких вредных примесей, как сера и фосфор. То есть вопрос бездефектной сварки качественных марок стали механизированными способами сварки в среде защитных газов становится все актуальнее, а теоретической базы того, как это обеспечить, до недавних пор не было.

— В чем же суть Вашего открытия?

— После длительных визуальных наблюдений за процессом наплавки роликов МНЛЗ мы обнаружили, что форма и размеры сварочной дуги зависят от химического состава наплавляемого (свариваемого) металла: в основном от содержания серы. Произвели видеосъемку, затем фотографирование процесса наплавки (сварки) и при обработке результатов зафиксировали количественное изменение размеров дуги. Пятно нагрева дуги изменялось более чем на 20%, а объем сварочной ванны — на 65—70%. Просмотрели научно-техническую литературу начиная с 1930 г., из которой следовало, что систематических исследований влияния явления сжатия дуги на образования дефектов в сварном соединении не проводилось.

В процессе исследований обнаружили и экспериментально подтвердили эффект переноса ионов металла из сварочной ванны к электроду, подобный электролизу в жидкости, т. е. можно говорить об электролизе в газовой фазе. Открытие этого эффекта, о котором ранее не было известно, позволило по-новому взглянуть на процесс появления дефектов при сварке и разобраться в механизме их образования.

— И каково практическое применение эффекта электролиза в сварочной дуге?

— Работу над изучением сварочных процессов в сварочной дуге и разработкой новых электродных материалов для полуавтоматической сварки мы ведем с начала 90-х годов.

В 2000 г. уралмашевцами совместно с ФГУП «ЦНИИТМАШ» сформулирована концепция, согласно которой сварочные материалы и технология, применяющиеся для сварки современных отечественных и зарубежных сталей в смеси газов Ar и CО2, не обеспечивают заданное качество сварных соединений. По этому вопросу мы подготовили ряд публикаций, одна из них — «Электродная проволока Св-08Г2С-С для сварки в газовых смесях на основе аргона и углекислого газа» — будет послана в июле этого года в журнал «Сварочное производство».

На основании разработанной концепции в декабре прошлого года Уралмашзавод получил патент на новый состав сварочной проволоки. Практическое применение результатов исследований позволило нам за счет корректировки технологии значительно сократить количество дефектов при сварке высокопрочных и низколегированных сталей с пониженным содержанием серы. Достаточно сказать, что при наплавке роликов МНЛЗ уровень брака снизился до 0,5%. В ближайшее время в сварочном производстве Уралмашзавода планируется дальнейшее внедрение результатов научных исследований.

— Какие еще организации и исследователи принимали участие в этой работе?

— Уралмашзавод работал совместно с институтом математики и механики УрО РАН России, Уральским государственным техническим университетом (УГТУ-УПИ), ЦНИИТМАШ (Москва). На Уралмашзаводе исследовательскую работу возглавлял я, мои соратники — доктор физико-математических наук Григорий Шишкин из института математики и механики УРО РАН, доктор технических наук Сергей Шанчуров из УГТУ-УПИ и наш аспирант Михаил Шолохов, он возглавляет научно-производственную фирму «Шторм ИТС».

— Вы планируете заявить о своем открытии миру?

— Да. На основе работ по этой тематике в мае этого года подана заявка на патент в Роспатент и заявление о выдаче диплома на открытие в Российскую академию естественных наук. Кроме того, результаты этого исследования мы направили в оргкомитет международной конференции ММТ-2008 по моделированию металлургических процессов, которая состоится в г. Ариель, Израиль.