Как работает и чем живет рынок сварочного оборудования и технологий в России.

Сварка является надежным и технологичным, а зачастую единственно возможным и наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов, что обуславливает развитие сварочного оборудования, материалов и технологий.
Основным материалом, применяемым в различных отраслях промышленности и строительстве, по-прежнему остается сталь, несмотря на внедрение легких сплавов, полимерных материалов и композитов. И около 2/3 производимого стального проката в России идет на изготовление сварных конструкций. Положительная тенденция роста мирового производства стали, несмотря на некоторое замедление темпов в последние годы, определяет рост объема сварочного производства и производства сварочной техники, а также объемов научных исследований и разработок по созданию нового и совершенствованию существующего оборудования и технологий. В начале ХХI в. объем сварочного производства оценивался примерно в 40 млрд долл., из которых около 70 % приходится на сварочные материалы и около 30 % — на оборудование. Сварочные процессы по широте применения и валовому объему конечного продукта занимают половину (!) всех производственных работ. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не применялась сварка.
Сварка в будущем по-прежнему останется наиболее востребованным процессом в промышленности и строительстве с высокой производительностью на основе применения автоматизации, роботизации, компьютерной техники и процессов моделирования. Рассмотрим тенденции и пути развития сварки, и сварочного производства на ближайший период времени.

Тенденции развития сварочного оборудования

На мировых и европейских сварочных рынках наблюдается увеличение доли материалов и оборудования для механизированных способов сварки и сокращение доли ручной сварки. Таким образом, в мировом сварочном производстве лидирующие позиции будут занимать полуавтоматические и автоматические виды дуговой сварки в основном за счет сокращения доли ручной сварки. При этом происходит снижение потребления покрытых электродов для дуговой сварки, (в перспективе их количество уменьшится на 15–20 %). Однако позиции ручной дуговой сварки на монтаже и в ремонтных работах сохранятся даже при возрастающем потреблении автоматических кареток (рис. 1) и тележек. Технологическое оборудование для ручной сварки развивается и усовершенствуется в основном за счет применения тиристоров и инверторов.
В связи с увеличением объемов механизированных и автоматизированных способов сварки возрастает необходимость в создании новых сварочных аппаратов, прежде всего с уменьшенными массой и габаритами, которые расширят возможности их практического применения. Ожидается использование новых механизмов, основанных на иных принципах, чем те, которые применялись ранее, например использование преобразователей с увеличенным количеством фаз электрического тока, повышенными КПД и коэффициентом мощности, полностью управляемые дистанционно с синергетическим оборудованием и регулированием технологического процесса с помощью компьютера. Развитие робототехники будет способствовать дальнейшей автоматизации процессов соединения. Например, на рис. 2 приведена система роботизированной тандемной сварки CMT Twin производства компании Fronius с двумя независимыми микропроцессорными источниками электропитания (рис. 2). Расширят возможности своего практического применения новые полуавтоматические и автоматические аппараты с системой контроля сварки. Примером может служить сварочные головки АДФ‑1000 компании ИТС (рис. 3), оборудованные системой слежения и видеонаблюдения за сварочным процессом.

Рис. 1. Использование автоматической сварочной каретки Railtrac‑1000 (ESAB) с дистанционным управлением на монтаже

Рис. 2. Использование роботов в сварочном производстве

Рис. 3. Сварочная головка АДФ‑1000 (компании ИТС), оборудованная системой слежения по стыку (2) и системой видеонаблюдения (3)
В настоящее время на российском рынке сварочного производства активно работают отечественные компании ИТС, «Шторм», «Уралтермосвар», «Рязанский приборный завод», «Феб», «Эллой» и др., а также зарубежные компании ESAB (Швеция), Kjellberg и EWM (Германия), Kemppi (Финляндия), Fronius (Австрия) и многие другие. Ведущие зарубежные компании стараются быть как можно ближе к потребителю. В этом году 10‑летний юбилей отмечает «Кемппи Россия» — представительство финской компании Kemppi OY. Год назад открыто представительство известной китайской компании «Aотай Электрик Рус». 16 июня этого года начал работать технологический центр компании ESAB, где на площади 1200 м² разместилось самое современное и технологичное оборудование.
Важной задачей является создание рыночной инфраструктуры сварочного производства и защита рынка от недобросовестных участников, взаимодействие между предприятиями, выпускающими сварочное оборудование, и создание информационной открытости результатов их деятельности.
Объем оборудования для газовой сварки и резки будет сокращаться, хотя доля его останется значительной, особенно при сварке протяженных трубопроводов малого диаметра.

Рис. 4. Сварочные клещи Delta Spot — Fronius
Применение контактных видов сварки в соответствующих отраслях промышленности не уменьшается. Продолжится разработка оборудования и технологий для этого вида сварки. Рынок сварочной техники предлагает большой выбор техники для контактной сварки. На рис. 4 представлено новое оборудование Delta Spot фирмы Fronius для контактной сварки, значительно увеличивающее срок службы электродов, повышающее качество и производительность сварки листовых конструкций.

Применение сварочных технологий к новым материалам

Во многих отраслях промышленности и строительства все шире находят применение легкие металлы и их сплавы, а также композиционные материалы, с внедрением которых в различные отрасли промышленности потребовалась разработка новых современных технологий сварки и усовершенствование существующих. Для этих сплавов применяют не только дуговую сварку (рис. 5), но и осваивают применение лазерной, электронно-лучевой, плазменно-дуговой и микроплазменной сварки. Эти виды сварки используют, как правило, в соединениях тонкого металла в электронной промышленности, приборостроении, а также в авиа и ракетостроении и других отраслях промышленности. Например, в сфере производства оборудования для лазерной сварки успешно работают российские компании: НТО «ИРЭ-Полюс», Группа компаний «Лазеры и Аппаратура», «Булат», «Лаген», «Центр лазерных технологий», «ИЛИСТ», ЦТСС, а также Trumpf (Германия), «Арамис» (Чехия»); для электронно-лучевой сварки — «ТЭТА»; плазменной сварки — «Мультиплаз», «АСпромт». Существенный прогресс был достигнут в применении таких видов сварки, как диффузионная, сварка трением с перемешиванием (рис. 6) и др., о чем свидетельствует расширение их применения во многих областях промышленности.

Рис. 5. Аргонно-дуговая сварка изделий из титанового сплава

Рис. 6. Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов
В настоящее время все более широко применяются композиционные материалы, причем области их применения постоянно расширяются. Для соединения элементов из этих материалов необходимы соответствующие технологии, которые в большинстве случаев все еще находятся в стадии разработки. Поэтому проведение работ в области производства усовершенствованного оборудования для сварки новых материалов необходимо и актуально.

Совершенствование материалов для сварки

Важной задачей является обеспечение качества выпускаемых материалов для сварки, а также разработка новых материалов как для традиционных способов сварки, так и для новых прогрессивных технологий. Растущая роль автоматизации и механизации в сварке диктует необходимость увеличения производства сплошной и порошковой сварочной проволоки.
Основными факторами, определяющими увеличение объемов потребления сплошной проволоки, являются ее качество, постоянство химического состава, качественное состояние поверхности проволоки, достигнутое омеднением или электролитно-плазменной обработкой. На российском рынке хорошо зарекомендовали себя продукция ЦНИИ КМ «Прометей», «Лосиноостровского электродного завода» (ЛЭЗ). На последнем производство сварочной проволоки налажено по европейской технологии и на европейском оборудовании. Прочность проволоки обеспечена гарантированным временным сопротивлением разрыву. Изделия отличаются качеством и надежностью упаковки, обеспечивающей длительную сохранность проволоки в различных условиях без нарушения технологических свойств.
Применение порошковой проволоки существенно повышает производительность процесса сварки (приблизительно на 30%), при этом значительно снижается разбрызгивание. В последнее время все большее предпочтение отдается применению порошковой проволоки, изготовленной путем формовки холоднокатанной ленты заданного размера в круглый профиль, который затем заполняют порошковой смесью. Подобная проволока была разработана для сварки многих марок сталей, в том числе и коррозионностойких. Основным фактором, определяющим увеличение объемов ее потребления по сравнению с вальцованными проволоками, которые имеют негерметичный продольный стык, является качество, характеризующееся абсолютной защищенностью флюсового сердечника от возможного насыщения влагой из атмосферы. Сердечник остается сухим в процессе длительного хранения даже без упаковки и не требует прокалки перед использованием. Сварка такой проволокой возможна полуавтоматами, предназначенными для проволоки сплошного сечения.
Поиски новых возможностей касаются и защитных газов, применяемых при механизированных способах сварки. Например, в промышленно развитых странах предпочтение отдают смесям из активных и инертных газов при механизированной сварке металлических конструкций. Для дуговой сварки плавящимся электродом широко применяют смесь Сorgon, состоящую из аргона и углекислого газа в разных пропорциях. Менее распространены тройные газовые смеси аргона с углекислым газом и с кислородом или гелием. Добавка гелия к активному защитному газу аргону положительно влияет на качество швов, приводит к возрастанию напряжения дуги и увеличению ее энергии, что в свою очередь улучшает проплавление шва и его форму. Сварка стальных металлоконструкций в смесях защитных газов на основе аргона и гелия имеет преимущества и по сравнению со сваркой в СО₂ и значительное (в 6–8 раз) снижение разбрызгивания. Кроме того, происходит улучшение формирования шва, повышение механических свойств металла шва и металла границы сплавления, а также улучшение санитарно-гигиенических и экологических условий при сварке. На российском рынке газов и газовых смесей активно работают компании Linde Gas (Германия), Air Liquid (Франция), имеющие здесь производство, и др.
Существующие объемы использования автоматической сварки под флюсом в ближайшее время сохранятся, поэтому требования к качеству флюсов повышаются. За рубежом применяют только керамические агломерированные флюсы взамен плавленых. На их долю в странах Западной Европы в последние годы приходится 96 % объемов потребления флюсов. В России также постепенно переходят на сварку с применением агломерированных флюсов, используя флюсы марок OK Flux 10.70, OK Flux 10.71 фирмы Esab. Кроме того, налажен выпуск агломерированных флюсов на собственной производственной базе ОАО ИТЦ «Прометей», а также на ЗАО «Электродный завод» в Санкт-Петербурге и ряде других фирм. К сожалению, агломерированные флюсы значительно дороже плавленых, и это тормозит их применение.
Несмотря на снижение потребления покрытых электродов для дуговой сварки, они по-прежнему довольно широко востребованы при монтажных и ремонтных работах. В нашей стране построены современные высокомеханизированные заводы, выпускающие ежегодно сотни тысяч тонн высококачественных электродов. Следует отметить успехи Лосиноостровского (рис. 6) и Зеленоградского электродных заводов, ОАО «Межгосметиз» (Мценск), где выпускаются новые типы электродов, обеспечивающие высокую производительность сварки, имеющие низкую токсичность, пригодные для сварки углеродистых, низколегированных и высокопрочных сталей. Качество швов, выполненных отечественными электродами, соответствует требованиям международной классификации МИС. Кроме российских производителей сварочной проволоки и электродов, на рынке сварочных материалов и газов активно работают зарубежные фирмы Linde Gas, Lincoln Electric (США), Bёhler (рис. 7), Esab и др.

Рис.6. Электроды Лосиноостровского электродного завода

Рис. 7. Сварочные материалы компании Bёhler

Повышение уровня механизации наплавочных работ

Важной задачей, стоящей перед сварщиками, является дальнейшее совершенствование и повышение уровня механизации и качества наплавочных работ. Наплавка создает возможности для получения изделий с упрочненным поверхностным слоем, обладающим прочностью, износостойкостью и (или) сопротивляемостью воздействию коррозии. Из общего объема сварочных материалов для наплавки используется 8–10 % электродов и сплошных проволок, до 30 % порошковых проволок и практически все спеченные и порошковые ленты.
Применение в последнее время при выполнении наплавки порошковых лент взамен проволочных электродов оказалось весьма эффективным. Применяемые методы нанесения упрочняющих покрытий с помощью плазменной дуги или электрошлаковой наплавки также способствовали значительному повышению производительности труда и качества наплавочных работ.

Ужесточение контроля качества сварных соединений

Обеспечение уровня качества сварных конструкций является одной из основных задач сварочного производства. Затраты на исправление дефектов составляют от 3–5 % в заводских условиях, до 15–20 % на монтаже, но оставшиеся дефекты могут привести к отказам в работе элементов конструкции и даже авариям всего сооружения.
Повышение работоспособности и долговечности сварных конструкций в большой степени зависит от контроля качества как металла шва, так и основного металла конструкции. Контроль качества сварных конструкций и их соединений необходим на всех стадиях изготовления как в заводских условиях, так и на монтаже. Применение современных средств технической диагностики для выявления дефектов сварных швов является одной из основных задач в сварочном производстве. В настоящее время существует огромное количество методов и средств контроля, таких как визуально-измерительных, акустических, радиографических, магнитных, вихретоковых, вибродиагностических и многих других. Процесс контроля и применяемая аппаратура должны быть удобными в работе и безопасными для персонала.
Особенно важны работы по созданию портативной аппаратуры, которая позволила бы с большой достоверностью определять и описывать дефекты в трехкоординатных плоскостях в автоматическом режиме, не требующей специальной подготовки поверхности металла и сварного шва. Примером может служить портативный дефектоскоп «А1212 Мастер» (рис. 8) для ультразвукового контроля качества сварных швов. Прибор обеспечивает идентификацию типа, размеров и мест расположения внутренних дефектов в сварных швах.
Успешно применяется промышленный электромагнитно акустический дефектоскоп, в котором возбуждение ультразвуковых волн осуществляется с помощью электромагнитно акустического преобразователя. Этот метод контроля не требует специальной подготовки поверхности сварного шва и контактной жидкости. Метод обеспечивает идентификацию типа, размеров и мест расположения внутренних дефектов в сварных швах и в материале конструкции.

Рис. 8. Проверка качества сварного шва и металла трубы ультразвуковым дефектоскопом А1212 Мастер
В последние годы были созданы компактные голографические приборы, с помощью которых осуществляется диагностика конструкций из неметаллических и композиционных материалов.
Несмотря на то что трудоемкость контрольных операций может доходить до 30% от общей трудоемкости изготовления сварной конструкции, снижение расходов на диагностику может привести к тяжелым последствиям.

Совершенствование системы профессионального обучения и повышение квалификация персонала

Внедрение прогрессивных методов сварки и усовершенствованного сварочного оборудования, применение новых материалов повышает требования к профессиональной подготовке сварщиков. Квалификация инженерно-технического персонала и рабочих-сварщиков в обеспечении качества сварных конструкций и изделий играет решающую роль. В настоящее время сварочное производство России испытывает хронический дефицит в высококвалифицированных рабочих-сварщиках. Для восполнения недостатка в квалифицированных кадрах необходимо организовать новую систему профессионального обучения молодежи, переподготовку и аттестацию инженерно-технического и производственного персонала, соответствующую международным нормам и стандартам.
В повышении квалификации и расширении технического кругозора рабочих-сварщиков большую роль может сыграть изучение технической литературы по технологии сварки и теории сварочных процессов. Поэтому весьма актуально издание учебников, учебных пособий и технических статей, освещающих опыт новаторов, передовиков производства, а также содержащих различные практические рекомендации и советы в решении различных производственных вопросов.

Повышение производительности труда

Для экономической жизнеспособности производства необходимо повышение производительности труда, которая достигается не только модернизацией производства, использованием новейшего сборочного и сварочного оборудования и высоких технологий, но и путем мотивации личной эффективности, осознания личного высокого социального статуса сотрудников. Социально-психологический подход не требует значительных материальных средств, а должен строиться на потребности компетентности и в чувстве сопричастности к общему делу и самоуважения [1].
Важным фактором повышения производительности труда является обеспечение нормальных условий: вентиляции, отопления, освещения, защитной спецодежды. Но прежде всего необходимо обновить парк сварочного оборудования, внедрить новые прогрессивные технологии.

Экологическая безопасность сварочных процессов

Одной из основных задач является обеспечение экологической безопасности сварочных процессов и их минимальное воздействие на персонал и окружающую среду. Сварочное производство является вредным, отрицательно влияющим на здоровье рабочих и экологический климат региона, где расположен объект. В экономически развитых странах в качестве приоритета ставят их экологическую безопасность и минимальное воздействие сварки на рабочее пространство и персонал. К сожалению, Россия по части экологии значительно отстала от экономически развитых стран. Созданию безопасных и комфортных условий для персонала будет способствовать применение фильтровентиляционных установок, обеспечивающих общую и местную вентиляцию, а также защиту от вредного воздействия сварочных аэрозолей и пыли (рис. 9). Применение эффективных средств личной защиты — масок, шлемов, защитной спецодежды (рис. 10), перчаток и обуви кроме создания личной безопасности способствует также повышению производительности труда в сварочном производстве.

Рис. 9. Оборудование рабочего места сварщика

Рис. 10. Маска с системой подачи воздуха и защитные сварочные шлемы
Продукция фирм ТД «Спецперчатка», «СовПлим», ЕвроЛюкс Групп (Кemper), «Консар», «Элстат» и др. — средства индивидуальной защиты, системы промышленной вентиляции и очистки воздуха пользуется неизменным спросом на российском и зарубежном рынках.

Повышение эффективности сварочного производства

Создание высоконадежных и экономичных сварных конструкций в различных отраслях промышленности и строительства основа эффективности сварочного производства, которая может реализоваться только при условии использования новейшего сборочного и сварочного оборудования, а также высоких технологий и модернизации производства [1]. Немаловажным условием эффективной организации и умелого ведения технологических процессов сварки является экономное использование электроэнергии, бережное отношение к оборудованию, экономное расходование сварочных материалов, качественное выполнение сварных швов [1]. Кроме того, необходим поиск наиболее целесообразных и экономичных инженерных решений по технологии производства сварных конструкций и рационально выбранной технологии сварки.
Повышение эффективности производства — это создание качественной, конкурентоспособной продукции при минимальных затратах труда и материальных ресурсов. Приоритетными направлениями эффективного производства являются ресурсосберегаюшие технологии сварки конструкций, снижающие материалоемкость, металлоемкость, энергоемкость, а также производственные трудозатраты.
Качественно на новую ступень ставит сварочное производство разработка средств компьютерного моделирования процессов сварки и образования сварного шва с целью выбора оптимальных сварочных параметров, оперативного контроля и управления процессом. Внедрение компьютерных технологий обеспечит повышение качества продукции при снижении расходов на подгоночные работы и правку готовой продукции.

Выводы

Сварка остается ведущим процессом в изготовлении конструкций и изделий практически во всех отраслях промышленности и строительства. Рост промышленного производства требует увеличения объемов производства сварочной техники и сварочных материалов, а также разработки новых технологических процессов сварки. Необходимо усовершенствование системы подготовки высококвалифицированных специалистов‑сварщиков и организации экологически безопасных рабочих мест, а также обеспечение эффективной работы и повышения производительности труда.

Литература
1. Парлашкевич В. С., Белов В. А., Василькин А.А/Пути повышения качества сварных металлических строительных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 9. с. 61–63.