Научно-исследовательский институт сварки

Научно-исследовательский институт сварки (НИИ сварки) — это научная организация, специализирующаяся на проведении фундаментальных и прикладных исследований в области сварки, родственных технологий (резка, пайка, наплавка, термическая обработка) и смежных материаловедческих дисциплин. Основной задачей таких институтов является разработка новых сварочных процессов, создание и испытание сварочного оборудования, совершенствование сварочных материалов, а также нормативно-техническое обеспечение сварочного производства. НИИ сварки могут быть как самостоятельными учреждениями, так и входить в состав отраслевых академий наук, промышленных концернов или университетов.

История

Зарождение и развитие в СССР

Первые научно-исследовательские институты сварки появились в первой половине XX века, что было связано с бурным развитием промышленности, особенно машиностроения, судостроения и строительства. В СССР одним из крупнейших и старейших центров является Институт электросварки имени Е. О. Патона (ИЭС им. Е. О. Патона). Он был основан в 1934 году в Киеве на базе сварочной лаборатории Академии наук УССР. Институт стал пионером в разработке автоматической сварки под флюсом, электрошлаковой сварки, сварки в среде защитных газов, а также в создании сварочного оборудования для космической и атомной отраслей. В 1940–1950-е годы под руководством академика Евгения Оскаровича Патона и его сына Бориса Евгеньевича Патона институт заложил основы современной технологии сварки в СССР.

В 1940-е годы также были созданы отраслевые институты: Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ, Москва), который занимался вопросами сварки в тяжелом машиностроении, и Всероссийский научно-исследовательский институт сварочного производства (ВНИИСП, Москва, основан в 1944 году). ВНИИСП специализировался на разработке электродов, флюсов и оборудования для ручной и механизированной сварки. В 1950-е годы появились институты в Ленинграде (Ленинградский институт сварки, ныне — часть концерна «ЦНИИ «Прометей»), Свердловске (Уральский институт сварки) и других промышленных центрах.

Современный этап

После распада СССР многие научно-исследовательские институты сварки столкнулись с сокращением финансирования и реорганизацией. В России ведущие институты вошли в состав государственных научных центров (ГНЦ) или отраслевых холдингов. Например, ИЭС им. Е. О. Патона остался в составе Национальной академии наук Украины. В России крупнейшим профильным институтом является Научно-исследовательский институт технологии сварки и диагностики (НИИ ТСД, Санкт-Петербург), созданный на базе ВНИИСП и других организаций. Также значительную роль играют отраслевые институты: ЦНИИ КМ «Прометей» (сварка в судостроении и морской технике), ВИАМ (сварка в авиастроении), НИКИМТ (сварка в атомной энергетике).

Основные направления деятельности

Разработка сварочных процессов

НИИ сварки занимаются созданием и совершенствованием всех основных видов сварки:

• Дуговая сварка (ручная, механизированная, автоматическая) — в том числе сварка в среде защитных газов (MIG/MAG), под флюсом, порошковой проволокой.
• Электрошлаковая сварка — для толстостенных конструкций.
• Лазерная сварка — для прецизионных соединений, в том числе в микроэлектронике и медицине.
• Плазменная сварка — для тонкостенных деталей и цветных металлов.
• Электронно-лучевая сварка — в вакууме для высоколегированных сталей и тугоплавких металлов.
• Диффузионная сварка — для соединения разнородных материалов (керамика с металлом).
• Сварка трением — в том числе с перемешиванием (FSW) для алюминиевых сплавов.
• Ультразвуковая сварка — для полимеров и тонких металлических фольг.

Создание сварочных материалов

Институты разрабатывают новые марки электродов, сварочной проволоки, флюсов, защитных газов, припоев и флюсов для пайки. Например, в ИЭС им. Е. О. Патона созданы электроды для сварки высокопрочных сталей, а в ВНИИСП — флюсы для автоматической сварки под флюсом.

Разработка оборудования

НИИ сварки проектируют и испытывают:

• Источники сварочного тока (инверторы, выпрямители, генераторы).
• Сварочные автоматы и полуавтоматы.
• Манипуляторы, позиционеры, вращатели для сварки крупногабаритных конструкций.
• Роботизированные сварочные комплексы.
• Оборудование для контроля качества сварных швов (ультразвуковой, рентгеновский, магнитный контроль).

Нормативно-техническое обеспечение

Институты разрабатывают государственные и отраслевые стандарты (ГОСТ, ОСТ, СТО), правила аттестации сварщиков, методики контроля качества, а также технические условия на сварочные материалы и оборудование. Например, в России действует система аттестации сварщиков НАКС (Национальное агентство контроля сварки), в основе которой лежат методики, разработанные НИИ.

Материаловедение и диагностика

НИИ сварки проводят исследования свойств сварных соединений (прочность, коррозионная стойкость, усталость), а также разрабатывают методы неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики сварных конструкций. Это особенно важно для объектов повышенной опасности: трубопроводов, резервуаров, мостов, атомных реакторов.

Крупнейшие НИИ сварки в России и мире

Россия

• Научно-исследовательский институт технологии сварки и диагностики (НИИ ТСД, Санкт-Петербург) — правопреемник ВНИИСП, занимается разработкой сварочных материалов, оборудования и технологий для машиностроения, судостроения и энергетики.
• ЦНИИ КМ «Прометей» (Санкт-Петербург) — входит в состав НИЦ «Курчатовский институт», специализируется на сварке в судостроении, морской технике и атомной энергетике.
• Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ, Москва) — разрабатывает технологии сварки для авиационной и ракетно-космической техники.
• Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии (НИКИМТ, Москва) — входит в состав госкорпорации «Росатом», занимается сваркой в атомной энергетике.
• Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) — проводит исследования в области сварки трением, лазерной и электронно-лучевой сварки.

Украина

• Институт электросварки им. Е. О. Патона (ИЭС, Киев) — один из крупнейших в мире, разработал технологии сварки под флюсом, электрошлаковой сварки, сварки в космосе, а также занимается созданием сварочных роботов и материалов.

Мир

• Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT, Германия) — ведущий институт по лазерной сварке.
• TWI (The Welding Institute) (Великобритания) — крупнейший независимый исследовательский центр в области сварки и соединения материалов, известен разработкой сварки трением с перемешиванием (FSW).
• American Welding Society (AWS) (США) — не столько институт, сколько профессиональное общество, но активно финансирует исследования и разработку стандартов.
• Joining and Welding Research Institute (JWRI) (Япония, Университет Осаки) — ведущий японский центр по сварке и аддитивным технологиям.

Применение результатов

Результаты работы НИИ сварки используются в:

• Строительстве — сварка мостов, высотных зданий, трубопроводов, резервуаров.
• Машиностроении — сварка кузовов автомобилей, корпусов судов, вагонов, самолётов.
• Энергетике — сварка корпусов реакторов, парогенераторов, теплообменников, турбин.
• Нефтегазовой отрасли — сварка магистральных трубопроводов, нефтехранилищ, буровых платформ.
• Космической технике — сварка корпусов ракет, спутников, орбитальных станций.
• Медицине — сварка имплантатов, инструментов, микроэлектроники.

Критика и проблемы

Основные проблемы современных НИИ сварки в России и странах бывшего СССР:

• Недостаточное финансирование — многие институты вынуждены сокращать штат и переходить на хоздоговорную работу с промышленностью.
• Устаревшая материально-техническая база — часть оборудования не обновлялась с 1980-х годов.
• Отток кадров — молодые специалисты уходят в коммерческие структуры или за рубеж.
• Снижение числа отраслевых заказов — после распада СССР многие заводы перестали заказывать разработки у профильных институтов.

В то же время, в мире (особенно в Китае, Германии, Японии) наблюдается рост инвестиций в сварочные технологии, что связано с автоматизацией и роботизацией производства.

Интересные факты

• В 1969 году впервые в мире сварка в открытом космосе была проведена советскими космонавтами на станции «Союз-6» с использованием оборудования, разработанного в ИЭС им. Е. О. Патона.
• Электрошлаковая сварка, изобретённая в ИЭС им. Е. О. Патона, позволяет сваривать стальные плиты толщиной до 2 метров без разделки кромок.
• Технология сварки трением с перемешиванием (FSW), разработанная TWI (Великобритания) в 1991 году, считается одной из самых экологичных, так как не требует расходных материалов (электродов, флюсов, защитных газов).

Источники

• История Института электросварки им. Е. О. Патона (официальный сайт)
• Материалы Научно-исследовательского института технологии сварки и диагностики (НИИ ТСД)
• Справочник «Сварочное производство» под ред. В. В. Степанова, 2018
• Статья «Сварка в космосе» в журнале «Наука и жизнь», 1970
• Отчёт TWI (The Welding Institute) о разработке FSW, 1992
• ГОСТ Р ИСО 3834-2014 «Требования к качеству при сварке плавлением металлических материалов»