Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50
Бурное развитие машиностроения, строительства и других отраслей народного хозяйства СССР в послевоенные годы потребовало создания и исследования новых материалов для сварки конструкционных сталей различных классов. Необходимо было также создать новые промышленные производства покрытых электродов общ...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автор: | |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101216 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 / И.К. Походня // Автоматическая сварка. — 2012. — № 6 (710). — С. 3-10. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859625028816994304 |
|---|---|
| author | Походня, И.К. |
| author_facet | Походня, И.К. |
| citation_txt | Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 / И.К. Походня // Автоматическая сварка. — 2012. — № 6 (710). — С. 3-10. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Бурное развитие машиностроения, строительства и других отраслей народного хозяйства СССР в послевоенные годы потребовало создания и исследования новых материалов для сварки конструкционных сталей различных классов. Необходимо было также создать новые промышленные производства покрытых электродов общего и специального назначения с улучшенными санитарногигиеническими свойствами.
|
| first_indexed | 2025-11-29T08:57:02Z |
| fulltext |
УДК 621.791.75.04:621.791.001.5
ОТДЕЛУ ИССЛЕДОВАНИЙ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В СВАРОЧНОЙ ДУГЕ — 50
Академик НАН Украины И. К. ПОХОДНЯ
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Бурное развитие машиностроения, строительства
и других отраслей народного хозяйства СССР в
послевоенные годы потребовало создания и ис-
следования новых материалов для сварки конс-
трукционных сталей различных классов. Необхо-
димо было также создать новые промышленные
производства покрытых электродов общего и спе-
циального назначения с улучшенными санитарно-
гигиеническими свойствами.
Б. Е. Патон принял решение организовать на
новом уровне исследования металлургических и
электрофизических проблем дуговой сварки, раз-
работку низкотоксичных электродов и технологии
их промышленного производства. Для решения
этих задач в ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР
в 1958 г. была организована новая лаборатория,
руководство которой было поручено автору этой
статьи.
В 1960-е годы в лаборатории был выполнен
ряд исследований. Создан оригинальный метод
скоростной рентгеновской киносъемки быстроп-
ротекающих процессов, с помощью которого
впервые получены достоверные данные о процес-
сах плавления и переноса электродного металла
при дуговой сварке покрытыми электродами, под
водой и под флюсом. Изучены закономерности
кинетики плавления и переноса электродного ме-
талла, распределения температуры в каплях элек-
тродного металла, процессы теплообмена между
дугой и расплавленным металлом на торце элек-
трода, процессы абсорбции газов расплавленным
металлом в условиях существования дугового раз-
ряда и закономерности распределения водорода
и азота в сварочной ванне при непрерывном дви-
жении границы раздела жидкой фазы и кристал-
лизующегося металла.
Установлены закономерности влияния режи-
мов сварки, плотности и полярности тока на тем-
пературу капель, времени взаимодействия капель
с окружающей средой, влияния типа покрытия
на процесс плавления и переноса металла при
сварке покрытыми электродами. Определена вза-
имосвязь между плотностью и полярностью тока
и температурой капель электродного металла, гра-
диентом напряжения в столбе дуги и переносом
электродного металла.
Установление закономерностей процессов аб-
сорбции и десорбции газов позволило с новых
позиций подойти к трактовке механизма образо-
вания пористости сварных швов (И. К. Походня,
А. М. Суптель, И. Р. Явдощин, Г. Г. Корицкий,
А. П. Пальцевич, В. Н. Горпенюк, Б. А. Костенко).
Результаты этих исследований изложены в мо-
нографии И. К. Походни «Газы в сварных швах»,
изданной в СССР в 1972 г., а позже переизданной
в ЧССР и Китае. Они стали теоретической базой
для создания многих марок прогрессивных низко-
токсичных и высокопроизводительных сварочных
электродов, характеризующихся благоприятными
сварочно-технологическими свойствами, обеспечи-
вающими резкое снижение выделения вредных ве-
ществ и хорошие механические свойства металла
швов. Композиции покрытий электродов ориги-
нальны, они защищены авторскими свидетельства-
ми СССР и зарубежными патентами.
Для массового высокомеханизированного про-
изводства электродов необходимо было осущес-
твить проектирование и строительство новых
мощных цехов. На выполнение этой народнохо-
зяйственной задачи отводились короткие сроки.
В 1962 г. в ИЭС им. Е. О. Патона было создано
опытное производство сварочных материалов, де-
ятельность которого позволила резко сократить
время от возникновения научной идеи до ее ши-
рокого внедрения в практику (В. Л. Борисюк,
Л. Ф. Белозеров).
В июне 1962 г. электродная лаборатория была
преобразована в отдел исследований физико-хи-
мических процессов в сварочной дуге, деятель-
ность которого высоко оценена как в СССР, так
и за рубежом.
В ИЭС им. Е. О. Патона А. Е. Марченко,
И. Р. Явдощин, А. М. Бейниш провели исследо-
вания по совершенствованию технологий изготов-
ления электродов. Эта работа была выполнена в
сотрудничестве с ГИПРОМЕТИЗом, «Промсталь-© И. К. Походня, 2012
6/2012 3
конструкцией», Институтами гигиены труда и
профзаболеваний Москвы и Киева, Институтом
металлургии им. А. А. Байкова АН СССР, а также
НИИМЕТИЗом, ЦНИИТМАШем, «Прометеем»,
Московскими электродным и опытным свароч-
ными заводами, Магнитогорским метизно-метал-
лургическим заводом, Днепропетровскими заво-
дами «Красный Профинтерн», металлоизделий
(впоследствии «Днепрометиз»), Одесским, Чере-
повецким и Орловским сталепрокатными завода-
ми, Артемовским заводом «Победа труда», Су-
линским металлургическим заводом, Гомельским
заводом пусковых двигателей и многими другими.
Благодаря объединению усилий ученых-сварщи-
ков и металлургов, проектировщиков и производ-
ственников удалось в короткие сроки решить важ-
ную народнохозяйственную задачу — обеспечить
страну первоклассными низкотоксичными элект-
родами.
В 1971 г. работа «Коренное улучшение усло-
вий труда и повышение производительности при
сварке покрытыми электродами и их производс-
тве» удостоена Государственной премии СССР.
Среди лауреатов — сотрудники ИЭС им. Е. О.
Патона И. К. Походня (руководитель), А. Е. Мар-
ченко, И. Р. Явдощин, А. М. Бейниш.
Б. Е. Патон предложил использовать для ме-
ханизации сварки на монтаже порошковую про-
волоку. В 1959 г. был разработан промышленный
образец порошковой проволоки, не требующей
дополнительной защиты расплавленного металла
(И. К. Походня, А. М. Суптель).
И. К. Походня совместно с А. М. Суптелем,
В. Н. Шлепаковым изучили особенности тепло-
и массообмена, твердофазного взаимодействия
составляющих сердечника порошковой проволо-
ки при нагреве, разработали методы регулирова-
ния скоростей плавления оболочки и сердечника
проволоки, предложили методы предупреждения
пористости швов. Была изучена кинетика плав-
ления и переноса электродного металла, установ-
лены особенности окислительно-восстановитель-
ных реакций взаимодействия между металлом, шла-
ком и газовой фазой, предложены методы управ-
ления этими процессами, обеспечивающие удале-
ние продуктов реакций из сварочной ванны, опти-
мальное легирование металлической матрицы, вы-
сокую сопротивляемость сварных соединений за-
рождению и распространению трещин. В резуль-
тате проведенных исследований создан ряд са-
мозащитных порошковых проволок различного
назначения, характеризующихся оригинальными
композициями и конструкциями оболочки.
Разработка самозащитных порошковых прово-
лок явилась новым шагом в технике и технологии
сварочного производства. Их применение позво-
лило решить проблему механизации сварочных
процессов на монтаже, в открытых цехах, в по-
левых условиях, на стапелях. Морские регистры
Lloyd Register of Shipping (Великобритания), Bu-
reau Veritas (Франция), American Bureau of Ship-
ping (США), Germanischer Lloyd (ФРГ), Речной
и Морской регистры СССР разрешили примене-
ние этих проволок при изготовлении ответствен-
ных корпусных конструкций морских и речных
судов, что повысило производительность сварки.
Порошковые проволоки двухслойной конс-
трукции удостоены Золотой медали на выставке
«Сварка-75» в Брно (ЧССР).
В начале 1950-х годов И. К. Походня пред-
ложил использовать наплавку порошковой про-
волокой в углекислом газе. И. К. Походня сов-
местно с В. Н. Шлепаковым, С. А. Супруном,
В. Н. Головко, Ю. А. Гаврилюком, Л. H. Орловым,
Г. А. Шевченко, А. С. Котельчуком, В. Н. Упырем,
А. А. Голякевичем и В. Н. Игнатюком создали
гамму газозащитных порошковых про-
волок общего и специального назначе-
ния, которые широко применяются в
промышленности. Это направление, по-
лучившее большое развитие в мировой
сварочной науке и технике, является од-
ним из ведущих направлений повышения
производительности труда и улучшения
качества сварных соединений.
Создание способов сварки порошко-
вой проволокой потребовало разработки
специальной сварочной аппаратуры, ис-
точников питания, а также технологии
сварки. Необходимо было также разра-
ботать высокопроизводительные техно-
логию и оборудование для изготовления
порошковой проволоки, организовать се-
рийное производство этого оборудова-
ния, спроектировать и организовать сов-
ременное высокомеханизированное про-
Разработчики низкотоксичных электродов массового применения (слева
направо: И. К. Походня, А. Е. Марченко, И. Р. Явдощин)
4 6/2012
изводство порошковой проволоки. А. М.
Суптель, В. Н. Шлепаков, В. Ф. Альтер,
П. А. Косенко, П. И. Рак, И. П. Каплиенко
исследовали технологические особеннос-
ти изготовления порошковой проволоки:
совместную пластическую деформацию
сплошных и сыпучих тел, силовые усло-
вия их обработки, процессы профилиро-
вания композитных материалов сложных
сечений, непрерывное дозирование мно-
гокомпонентных порошкообразных сме-
сей. Эти работы были положены в основу
создания современной промышленной
технологии изготовления порошковых
проволок, разработки конструкции ори-
гинальных высокопроизводительных агрегатов
для одновременного профилирования ленты и до-
зирования порошкообразной шихты. Приоритет
наших ученых в этой области защищен авторс-
кими свидетельствами СССР, Болгарии и ЧССР,
патентами США, ФРГ, Великобритании, Фран-
ции, Италии, Австрии, Швейцарии, ГДР, ВНР и
других стран. ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР
и Алма-Атинским заводом тяжелого машиност-
роения создано высокопроизводительное обору-
дование для изготовления порошковых проволок
различной конструкции. Организовано серийное
производство этого оборудования.
Спроектированы и построены высокомехани-
зированные цеха по производству порошковой
проволоки в Украине и России. Отечественные
технологические линии, оборудование, ноу-хау
поставлены фирмам США, ФРГ, Франции,
Японии, ЧССР, ВНР, НРБ, Аргентины, Китая.
Авторскому коллективу в составе И. К. По-
ходни (руководитель), И. И. Фрумина, А. М. Суп-
теля, В. Н. Шлепакова, В. Ф. Альтера и сотруд-
ников ряда других организаций в 1978 г. была
присуждена Государственная премия СССР «За
создание, организацию массового производства и
внедрение новых материалов (порошковых про-
волок) для механизированной сварки, обеспечи-
вающих повышение производительности труда и
качества сварных конструкций».
Результаты исследований обобщены в моног-
рафиях «Сварка порошковой проволокой» и «Про-
изводство порошковой проволоки». Первая из них
издана также в ЧССР.
В 1965 г. под руководством Б. Е. Патона на-
чались работы по созданию способов, оборудо-
вания для сварки в космических условиях. Сот-
рудники отдела А. Е. Марченко, Ю. Д. Морозов,
В. И. Пономарев принимали активное участие в
выполнении комплексных исследований поведе-
ния жидкого металла при дуговой сварке в ус-
ловиях изменяющейся гравитации и особенностей
дугового разряда между плавящимися электрода-
ми в вакууме. Был разработан оригинальный спо-
соб дуговой сварки в вакууме и невесомости. Ис-
пытание этого способа вошло в программу пер-
вого в мире технологического эксперимента —
сварки в космосе, осуществленной в 1969 г. лет-
чиком-космонавтом В. Н. Кубасовым на косми-
ческом корабле «Союз-6». Результаты исследо-
ваний опубликованы в сборниках «Космическое
материаловедение и технологии» (1977) и «Кос-
мос: технологии, материаловедение, конструк-
ции» (2000).
Исследования основных закономерностей фор-
мирования металла шва, легирования, кристалли-
зации сварочной ванны в условиях искусствен-
ного охлаждения поверхности шва и изменяю-
щегося пространственного положения ванны, вы-
полненные В. Н. Шлепаковым, В. Н. Игнатюком,
Ю. А. Гаврилюком, С. П. Гиюком, С. Ю. Юзвенко,
позволили создать прогрессивную технологию,
оборудование для дуговой сварки неповоротных
стыков труб с использованием самозащитной по-
рошковой проволоки. Принудительное формиро-
вание сварного шва дало возможность повысить
производительность работ по сравнению с ручной
дуговой сваркой в 3–6 раз. Были разработаны сис-
темы легирования металла шва, созданы новые
порошковые проволоки, определены оптималь-
ные параметры процесса сварки, обеспечивающие
получение высоких механических свойств свар-
ных соединений труб, используемых для соору-
жения магистральных трубопроводов, а также
внедрена промышленная технология и освоено
производство сварочной порошковой проволоки
для трубопроводного строительства.
ИЭС им. Е. О. Патона, ОКТБ ИЭС, Каховский
завод электросварочного оборудования создали
специализированный комплекс оборудования
«Стык» для сварки неповоротных стыков труб ди-
аметром 1220…1420 мм. Технология автомати-
ческой сварки трубопроводов с применением ком-
плексов «Стык» широко использовалась при стро-
ительстве ряда магистральных газопроводов. Спо-
соб сварки, оборудование, присадочные материа-
лы защищены авторскими свидетельствами СССР
Лауреаты Государственной премии СССР — создатели порошковых
проволок (слева направо: И. И. Фрумин, А. М. Суптель, И. К. Походня,
В. Н. Шлепаков, В. Ф. Альтер)
6/2012 5
и патентами США, Канады, ФРГ, Франции, Япо-
нии, Великобритании и других стран.
В 1983 г. за работу «Комплекс исследований,
проектно-конструкторских и технологических ра-
бот по созданию и внедрению прогрессивной тех-
нологии дуговой сварки и оборудования (комп-
лекс «Стык») для технического перевооружения
сварочного производства при сооружении магис-
тральных трубопроводов» присуждена Премия
Совета Министров СССР. В коллективе авторов
— сотрудники ИЭС им. Е. О. Патона И. К. Походня
(руководитель), В. Е. Патон, В. Я. Дубовецкий, В. Н.
Шлепаков, А. Н. Кутовой, В. Н. Головко, В. А.
Титаренко, П. А. Косенко, В. А. Котов, В. К. Си-
рик. В 1985 г. эта работа удостоена Золотой ме-
дали на Лейпцигской ярмарке.
В 1978 г. в состав ИЭС им. Е. О. Патона вошел
сварочно-электродный завод Министерства чер-
ной металлургии УССР. За короткий срок завод
был реконструирован, оснащен новым современ-
ным оборудованием. На нем было организовано
новое производство электродов, порошковых про-
волок, сварочных флюсов, наплавочных матери-
алов, улучшилось качество продукции. Деятель-
ность опытного завода сварочных материалов,
возглавляемого более 33 лет П. А. Косенко, спо-
собствовала продвижению на рынок новых раз-
работок института. Коллектив завода стабильно
работает, совершенствует производство, активно
занимается улучшением качества продукции, под-
держивает постоянные творческие связи с сот-
рудниками отдела. Продукция завода заслужила
всеобщее признание инженеров-производствен-
ников, сварщиков.
Опытное производство сварочных материалов
института реорганизовано в Научно-инженерный
центр материалов для сварки и наплавки. Руководит
им сотрудник отдела А. С. Бибиков. Центр пос-
тавляет опытные партии сварочных материалов
промышленным предприятиям и стройкам Украи-
ны и стран СНГ, что позволяет проводить маркетинг
новых разработок института и организовывать их
производство в промышленных масштабах. Боль-
шую помощь в этой работе оказывает ассоциация
«Электрод» (П. В. Игнатченко).
Дальнейшее развитие получили работы по соз-
данию перспективных сварочных материалов —
агломерированных флюсов для автоматической
сварки. Д. М. Кушнерев, В. В. Головко и С. Д.
Устинов исследовали металлургические особен-
ности сварки под керамическими флюсами и пути
снижения содержания вредных примесей в свар-
ных швах, выявили эффективность модифициро-
вания и микролегирования наплавленного метал-
ла с помощью этих флюсов. Эти исследования
дали возможность создать новые флюсы алюми-
натно-рутилового, алюминатно-основного типов,
характеризующиеся хорошими технологическими
свойствами и обеспечивающие высокие механи-
ческие характеристики металла швов. Они одоб-
рены Морским регистром СССР для использова-
ния при изготовлении ответственных судовых
конструкций.
Работы последнего десятилетия обобщены в
докторской диссертации В. В. Головко «Взаимо-
действие металла со шлаком при сварке под аг-
ломерированными флюсами низколегированных
сталей», успешно защищенной в 2006 г.
В 1970-х годах в отделе было предложено ис-
пользовать порошковые проволоки для внепечной
обработки металлических расплавов. Созданы но-
вые типы проволок, содержащие высокоактивные
элементы для микролегирования, модифицирова-
ния и десульфурации сталей и чугунов. В. Ф. Аль-
тером, П. А. Косенко, П. И. Раком и В. А. Савенко
разработаны технология, оборудование для изго-
товления порошковых проволок большого диа-
метра. Эти работы получили дальнейшее развитие
в Институте проблем материаловедения им.
И. Н. Францевича АН УССР, Донецком НИИ чер-
ной металлургии, на заводе «Универсальное обо-
рудование» и других предприятиях. В настоящее
время метод инжекционной металлургии широко
применяется на металлургических заводах Укра-
ины и России. С его помощью обработаны десятки
миллионов тонн стальных расплавов.
За разработку теоретических основ, широкое
внедрение способа повышения свойств конструк-
ционных сталей микролегированием порошковы-
ми проволоками с высокоактивными элементами
авторский коллектив в составе И. К. Походни,
Л. А. Позняка, А. И. Троцана и других ученых
и производственников в 1999 г. удостоен Госу-
дарственной премии Украины в области науки и
техники.
Для работ отдела характерно использование
современных физических методов исследований,
а также математического моделирования. При ис-
следовании физико-химических, металлургичес-
ких и электрофизических процессов дуговой свар-
ки в отделе широко применяются рентгеновские
флуоресцентный и дифракционный анализы, рас-
тровая электронная микроскопия, локальный рен-
тгеноспектральный анализ, масс-спектрометрия
вторичных ионов, газовая хроматография, скорос-
тная рентгеновская и оптическая киносъемка,
многоканальный анализ электрических характе-
ристик дугового разряда и сварочных цепей. С
помощью методов рентгеноспектрального анали-
за, растровой электронной микроскопии, масс-
спектрометрии вторичных ионов исследованы
особенности механизма образования прочного
сцепления шлака с металлом при сварке и пред-
ложены пути улучшения отделимости шлаковой
корки (И. К. Походня, В. И. Карманов, В. Г. Ус-
тинов, В. Г. Войткевич).
6 6/2012
Получены новые данные о распре-
делении элементов в сварном соеди-
нении, составе неметаллических вклю-
чений, ликвационных явлениях в свар-
ных швах.
А. Е. Марченко, Н. В. Скорина и
М. Ф. Гнатенко провели реологические
исследования многокомпонентных сис-
тем электродных покрытий. Были пред-
ложены пути интенсификации изготов-
ления, опрессовки обмазочных масс,
повышения надежности технологии
производства электродов, разработаны
новые приборы для контроля обмазоч-
ных масс.
Большое внимание уделяется повы-
шению качества сварочных материа-
лов. Создаются автоматические анали-
тические системы для элементного анализа шихт
электродов, порошковых проволок, агломериро-
ванных флюсов (В. И. Карманов, В. Г. Войткевич,
В. В. Загородний, С. С. Пономарев, С. И. Селивер-
стенко).
Предложены новые методы анализа диффу-
зионного водорода в сварных швах, которые поз-
волили существенно повысить точность и экс-
прессность анализа. Они стандартизованы в
СССР, включены в национальные стандарты
США и Японии (А. П. Пальцевич).
В. Г. Устиновым разработана методика коли-
чественного определения содержания азота в сис-
темах железо–азот, железо–азот–титан, железо–
азот–алюминий, позволяющая определять азот,
который находится в твердом растворе и нитрид-
ных включениях. Предложена оригинальная ме-
тодика электронно-микроскопических исследова-
ний неэлектропроводных материалов. Создана
масс-спектрометрическая установка с двойной
фокусировкой для изучения жидких металлов, ус-
тановка для масс-спектральных исследований тер-
моионной эмиссии сварочных материалов.
В ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР и Институте
ядерных исследований АН УССР созданы инфор-
мационно-измерительные системы, предназна-
ченные для статистического анализа электричес-
ких и временных параметров процессов дуговой
сварки, исследования, контроля технологических
свойств сварочных материалов и источников пи-
тания (И. К. Походня, Р. Г. Офенгенден).
В. Н. Горпенюком, С. С.Миличенко, В. Е. По-
номаревым, Л. В. Стародубцевым, В. И. Швачко,
И. Р. Явдощиным, В. Н. Шлепаковым разработаны
высокопроизводительные методики определения
стабильности дуг переменного тока и переноса
электродного металла. Реализация этих методик
на информационно-измерительных системах поз-
волила сократить время обработки эксперимен-
тальных данных. Получена статистически досто-
верная информация о влиянии рода, полярности
и силы тока, состава электродного покрытия на
стабильность дуги переменного тока и перенос
электродного металла.
Результаты исследований обобщены в моног-
рафии «Металлургия дуговой сварки. Процессы
в дуге и плавление электродов», изданной в
1990 г. Эта монография, удостоенная Премии им.
Е. О. Патона НАН Украины (1996), получила ми-
ровое признание, была переведена на английский
язык и издана в Кембридже (Великобритания).
Фундаментальные исследования механизмов
испарения электродного металла, повторного за-
жигания дуги, взаимосвязи стабильности дуги, ха-
рактера переноса электродного металла с соста-
вом электрода и режимом сварки были положены
в основу создания низкотоксичных универсаль-
ных и высокопроизводительных электродов
(И. Р. Явдощин, А. Е. Марченко, В. М. Бейниш,
Н. В. Скорина, В. Н. Горпенюк, Г. Е. Коляда,
Б. В. Юрлов, А. В. Булат, Г. Г. Корицкий, А. А.
Алексеев, С. С. Миличенко, А. С. Бибиков).
Созданы новые компьютерные системы, усо-
вершенствованы методики исследований
(А. С. Котельчук, В. Н. Шлепаков, Л. А. Тара-
боркин, С. А. Супрун).
В отделе широко используется математическое
моделирование металлургических процессов ду-
говой сварки.
В 1978 г. на конгресс Международного инс-
титута сварки автором совместно с В. Ф. Дем-
ченко и Л. И. Демченко был представлен доклад
«Математическое моделирование поведения газов
в сварных швах», который в 1979 г. вышел от-
дельным изданием в издательстве «Наукова дум-
ка». В отделе были выполнены исследования осо-
бенностей роста газового пузырька в кристалли-
зующейся сварочной ванне, взаимодействия рас-
плавленного шлака с закристаллизовавшимся ме-
таллом, термодинамических свойств высокотем-
Ознакомление управляющего директора DVS Д. фон Хофе с работами
отдела (1992 г.)
6/2012 7
пературных процессов в системе металл–газ–
шлак, кинетических свойств взаимодействий сла-
боионизированной плазмы с расплавленным ме-
таллом, прогнозирования структуры зоны терми-
ческого влияния сварного соединения, а также ки-
нетики твердофазного взаимодействия многоком-
понентных систем и др. (В. И. Швачко, Л. А. Та-
раборкин, В. Н. Шлепаков, А. С. Котельчук, И. И.
Цыбулько, В. А. Павлык, О. В. Глущенко, О. М.
Портнов, А. В. Игнатенко). Результаты исследо-
ваний регулярно представляются на международ-
ных семинарах по математическому моделирова-
нию сварочных явлений «Numeric Analysis of Wel-
dability», а также международных семинарах «Ма-
тематическое моделирование и информационные
технологии в сварке и родственных процессах».
В отделе продолжается поиск эффективных
путей улучшения санитарно-гигиенических ха-
рактеристик сварочных материалов. Сотрудника-
ми отдела ИЭС им. Е. О. Патона (В. Г. Войткевич,
И. Р. Явдощин, Е. Н. Оноприенко, В. И. Карма-
нов), Института гигиены труда и профессиональ-
ных заболеваний АМН Украины (Ю. И. Кундиев,
И. Т. Брахнова, Л. H. Горбань), Института фар-
макологии и токсикологии, Института физичес-
кой химии им. Л. В. Писаржевского и других на-
учных организаций проведен комплекс физико-
химических и биологических исследований связи
токсичности аэрозолей и состава сварочных ма-
териалов. Исследования структуры и фазового
состава аэрозоля с использованием комплекса ме-
тодов электронной и инфракрасной спектрос-
копии в сочетании с определением растворимости
твердой составляющей сварочного аэрозоля и его
биологической агрессивности позволили полу-
чить данные, необходимые для гигиенической
оценки сварочных материалов. Разработаны ме-
тоды экспресс-оценки токсичности сварочных аэ-
розолей, позволившие получить количественные
показатели санитарно-гигиенических свойств сва-
рочных материалов, а также выбирать те из них,
которые имеют минимально вредный уровень воз-
действия на организм человека. Результаты ис-
следований сварочных аэрозолей обобщены в мо-
нографии В. Г. Войткевич «Welding Fumes», из-
данной в 1995 г. в Англии, а также в докладе
И. Р. Явдощина и И. К. Походни в 2002 г. на
Международной научно-практической конфе-
ренции «Защита окружающей среды в сварочном
производстве» в Одессе. В последнее время с по-
мощью рентген-электронной спектроскопии по-
лучены данные о наличии в аэрозоле четырехва-
лентного марганца Mn4+ и о дисперсности сва-
рочных аэрозолей (И. Р. Явдощин, В. И. Карма-
нов, И. П. Губеня).
Следует упомянуть исследования ликвации
элементов в сварных швах и образование хими-
ческой микронеоднородности, изучение условий
рационального легирования металла сварного шва
и роли отдельных элементов (никеля, марганца,
кремния, фосфора, меди, хрома, молибдена) в
формировании структуры металла шва и изме-
нении его хладостойкости (И. Р. Явдощин,
В. Г. Войткевич, Б. В. Юрлов, А. А. Алексеев,
В. В. Головко, В. Н. Шлепаков, Г. А. Шевченко,
Л. H. Орлов, А. С. Котельчук, С. М. Наумейко).
По-прежнему уделяется большое внимание ис-
следованию проблемы газов в сварных швах.
Результаты этих исследований обобщены в мо-
нографии «Металлургия дуговой сварки. Взаимо-
действие металла с газами», изданной в 2004 г.
издательством «Наукова думка» и удостоенной
в 2006 г. Премии им. Н. Н. Доброхотова НАН
Украины (И. К. Походня, И. Р. Явдощин, А. П.
Пальцевич, В. И. Швачко, А. С. Котельчук).
При создании новых сварочных технологий и
материалов учитываются последние достижения на-
уки в смежных областях: физике плазмы, физике
металлов, физике прочности, механике разрушения,
металловедении, материаловедении и др. В качестве
примера могут служить исследования по проблеме
водорода в сварных соединениях.
При изучении образцов железа, насыщенных
водородом, была обнаружена интенсивная эмис-
сия вторичных отрицательных ионов водорода.
Этот эффект послужил основой для разработки
новой модели водородного охрупчивания. В со-
ответствии с ней атомарный водород, адсорби-
рованный на поверхности железа в виде отрица-
тельных ионов, изменяет энергетическое состоя-
ние субмикротрещины, которая возникает в дис-
локационном кластере во время деформации и в
начальный период распространяется по класси-
ческой схеме Гриффитса. Новая модель раскры-
вает физическую природу влияния водорода и
позволяет объяснить качественно известные его
особенности.
Новые представления о механизме влияния во-
дорода позволили разработать методику экспери-
ментального исследования чувствительности ста-
лей к хрупкому разрушению в присутствии во-
дорода.
Новая методика позволяет определять влияние
таких факторов, как элементный состав и струк-
тура металла, значение напряжений, температура,
скорость деформации, содержание и распределе-
ние водорода в металле.
Результаты комплексных исследований меха-
низма обратимой водородной хрупкости металлов
с ОЦК-решеткой обобщены в докторской диссер-
тации В. И. Швачко и кандидатских диссертациях
С. Н. Степанюка и А. В. Игнатенко.
Развитию исследований обратимой водород-
ной хрупкости и механике образования индуци-
рованных водородом трещин посвящены работы
А. В. Игнатенко, В. С. Синюка, А. П. Пальцевича.
8 6/2012
Разработана математическая модель переноса
водорода краевыми дислокациями. Проанализи-
ровано влияние эффекта водородной локализации
пластичности на взаимодействие дислокаций в
железе. На основе дислокационной теории пред-
ложена физическая модель водородной хрупкос-
ти. Создана математическая модель зарождения
и развития субмикродефекта в зерне металла с
ОЦК-решеткой, содержащего водород. Созданы
компьютерные программы и проведены расчеты
влияния сложнонапряженного состояния металла
и эффекта водородной локализации пластичности.
Установлена температурно-скоростная зависи-
мость значения напряжения разрушения. Показа-
но, что при прочих равных условиях уменьшение
размеров зерна металла ведет к увеличению сте-
пени водородной хрупкости. Проведены расчеты
напряженно-деформированного состояния образ-
ца с концентратором при трехточечном изгибе с
учетом микродефектов. Наличие водорода в ме-
талле приводит к образованию микродефектов
при меньшем значении локальной пластической
деформации. На макроуровне это приводит к об-
разованию трещины при меньшем прогибе образ-
ца. Предложена математическая модель, описы-
вающая кинетику перераспределения водорода в
сварном соединении с учетом энергетических ло-
вушек. Выполнены исследования полей концен-
трации водорода в сварном соединении. Расчеты
кинетики удаления остаточного водорода хорошо
согласуются со спектрами термодесорбции водо-
рода, полученными экспериментально (А. В. Иг-
натенко, В. С. Синюк, А. П. Пальцевич).
В отделе получили развитие исследования по
управлению структурой и свойствами металла
сварных швов с помощью мелкоразмерных не-
металлических включений (В. В. Головко).
Изучено влияние окислительного потенциала
сварочных материалов на состав и структуру твер-
дого раствора, количество и состав включений. По-
вышению доли игольчатого феррита в структуре
швов способствуют включения, состоящие из ок-
сидов титана, алюминия и марганца размером
0,3…0,8 мкм. Разработана математическая модель
формирования неметаллических включений в ме-
талле сварных швов (Л. А. Тараборкин, В. В. Го-
ловко, С. Н. Степанюк, Д. Ю. Ермоленко).
Исследования физико-химических свойств по-
рошковых материалов и смесей, моделирующих
сердечник порошковой проволоки, проведенные
методами комплексного термического анализа и
масс-спектроскопии газовой фазы при динамичес-
ком нагреве от 30 до 1500 °С, позволили уста-
новить температурные особенности протекания
термохимических реакций, оценить степень их
развития и тепловой баланс. Образование расп-
лавов на стадии нагрева порошкового сердечника
и выделение газообразных продуктов (H2O, CO2,
SiF4) определяет защитные функции электродного
материала и существенно влияет на ход реакций
взаимодействия металла с газами на стадиях кап-
ли и ванны (В. Н. Шлепаков, С. А. Супрун, А. С.
Котельчук).
Среди новых разработок отдела:
гамма универсальных электродов с хорошими
сварочно-технологическими свойствами, а также
ультранизководородные электроды для сварки
высокопрочных низколегированных сталей
(И. Р. Явдощин, Н. В. Скорина, П. А. Косенко,
А. Е. Марченко, А. П. Пальцевич, О. И. Фольборт);
современные универсальные порошковые
проволоки малого диаметра (В. Н. Шлепаков,
П. А. Косенко, Ю. А. Гаврилюк, В. Н. Игнатюк,
А. С. Котельчук, С. М. Наумейко);
Сотрудники отдела в неофициальной обстановке (2007 г.)
6/2012 9
новые агломерированные флюсы (В. В. Го-
ловко);
технология изготовления электродов с двухс-
лойным покрытием (А. Е. Марченко);
новые низкотоксичные электроды с использо-
ванием комбинированных жидких стекол, со-
держащих литий (Н. В. Скорина, М. О. Киселев,
И. П. Губеня).
Большой вклад в работу отдела вносят сотруд-
ник и инженерно-технических служб (В. А. Са-
венко, В. С. Власенко, Н. А. Варивода, В. П. Пи-
саренко, Ю. В. Гобарев, Н. К. Сурмило, И. Г.
Проскурин, З. Г. Куприянова, Л. М. Скуратовская,
Д. Ю. Саранова). Опыт, знания и умение их вы-
соко ценит весь коллектив отдела.
На протяжении всего времени существования
отдела большое внимание уделяется подбору та-
лантливой молодежи. Среди сотрудников отдела
— выпускники Киевского политехнического и
Московского физико-технического институтов,
Киевского университета им. Т. Г. Шевченко,
Харьковского национального университета им.
В. Н. Каразина, а также Донецкого, Запорожского
и Приазовского технических университетов.
В отделе подготовлены 38 кандидатов наук,
шесть из которых стали докторами наук. В нас-
тоящее время в отделе работают три доктора, 11
кандидатов наук и 15 инженерно-технических ра-
ботников. Многие наши сотрудники стали руко-
водителями предприятий, государственными слу-
жащими, преподают в вузах, работают на про-
мышленных предприятиях. Некоторые занимают
достойные позиции в зарубежных научных уч-
реждениях.
Отдел исследований физико-химических про-
цессов в сварочной дуге тесно сотрудничает с дру-
гими отделами ИЭС им. Е. О. Патона, возглав-
ляемыми видными учеными: С. И. Кучуком-Яцен-
ко, К. А. Ющенко, В. И. Махненко, Л. М. Ло-
бановым, Г. М. Григоренко, И. В. Кривцуном,
В. И. Кирьяном, В. И. Галиничем, а также с Ин-
ститутом проблем материаловедения, Институтом
сверхтвердых материалов, Физико-технологичес-
ким институтом металлов и сплавов, Институтом
черной металлургии, Физико-механическим инс-
титутом, НТК «Институт монокристаллов», Харь-
ковским физико-техническим институтом, Инсти-
тутом проблем прочности, Институтом металло-
физики и Институтом ядерных исследований
НАН Украины, НТУУ «Киевский политехничес-
кий институт», Национальным университетом им.
Тараса Шевченко, многими вузами и НИИ США,
ФРГ, Австрии, Китая, Словакии, Польши и др.
Отдел с момента его создания отличает тесная
связь с производителями и потребителями свароч-
ных материалов в нашей стране и за рубежом. Прог-
рессивные сварочные материалы и технологии,
созданные в отделе, и сегодня применяются на пред-
приятиях и стройках Украины, России, Беларуси,
стран СНГ, в странах ближнего и дальнего зарубежья.
Участие в проектировании оборудования, цехов и
заводов для производства сварочных материалов, ор-
ганизация производства новых сырьевых материалов,
организация конференций, школ, симпозиумов, кон-
сультаций, разработка прогнозов в области свароч-
ных материалов и предложений по совершенство-
ванию их производства — далеко не полный пере-
чень работ отдела.
Направления дальнейших исследований. В пер-
вой половине XXI в. сталь останется основным
конструкционным материалом. Опережающими
темпами будут создаваться новые типы высокоп-
рочных низколегированных сталей, в том числе
с особо низким содержанием углерода, теплоус-
тойчивых сталей, сталей для конструкций, рабо-
тающих при низких климатических температурах,
сталей для криогенной техники и высоколегиро-
ванных различного назначения.
Дуговая сварка по-прежнему будет занимать
важнейшее положение среди многочисленных
способов сварки плавлением. Для создания новых
сварочных материалов необходимы оптимизация
систем легирования металла шва, поиск путей
снижения содержания водорода, азота, серы, фос-
фора и других вредных примесей в металле шва.
Будут совершенствоваться сварочно-техноло-
гические свойства материалов, методы снижения
пористости, предупреждения трещин, улучшения
провара, формы швов, отделимости шлаковой
корки, повышения стабильности горения дуги,
снижения разбрызгивания и выделений свароч-
ных аэрозолей.
Дальнейшее развитие получат физическое и
математическое моделирование процессов дуго-
вой сварки. Будут созданы компьютеризирован-
ные банки данных и банки знаний, экспертные
системы по сварочным материалам различного
назначения. Большое внимание необходимо уде-
лить совершенствованию оборудования и техно-
логии производства сварочных материалов, изыс-
канию сырьевых материалов стабильного качес-
тва, автоматизации аналитического контроля и
технологического сопровождения производства.
Для выполнения этих задач особенно необхо-
димы высококвалифицированные специалисты с
глубокими знаниями теории сварочных процес-
сов, физики, химии, а также специалисты в об-
ласти информационных технологий. Решение
этих задач будет способствовать развитию про-
изводства сварных конструкций и сварочных ма-
териалов нового поколения.
10 6/2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101216 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T08:57:02Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Походня, И.К. 2016-06-01T07:42:31Z 2016-06-01T07:42:31Z 2012 Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 / И.К. Походня // Автоматическая сварка. — 2012. — № 6 (710). — С. 3-10. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101216 621.791.75.04:621.791.001.5 Бурное развитие машиностроения, строительства и других отраслей народного хозяйства СССР в послевоенные годы потребовало создания и исследования новых материалов для сварки конструкционных сталей различных классов. Необходимо было также создать новые промышленные производства покрытых электродов общего и специального назначения с улучшенными санитарногигиеническими свойствами. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 Department of investigation of physical-chemical processes in welding arc is 50 published earlier |
| spellingShingle | Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 Походня, И.К. Научно-технический раздел |
| title | Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 |
| title_alt | Department of investigation of physical-chemical processes in welding arc is 50 |
| title_full | Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 |
| title_fullStr | Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 |
| title_full_unstemmed | Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 |
| title_short | Отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 |
| title_sort | отделу исследований физико-химических процессов в сварочной дуге — 50 |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101216 |
| work_keys_str_mv | AT pohodnâik otdeluissledovaniifizikohimičeskihprocessovvsvaročnoiduge50 AT pohodnâik departmentofinvestigationofphysicalchemicalprocessesinweldingarcis50 |