В статье представлены результаты совместной деятельности Института физики прочности и материаловедения СО РАН и Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН» в период 2013-2020 года по направлению работы – исследование и испытания перспективных сварочных материалов и технологий на холоде с целью повышения надежности сварных конструкций ответственного назначения, эксплуатирующихся в сложно-климатических условиях Крайнего Севера и Арктики.

На протяжении нескольких лет Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН) и Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН (ИФТПС СО РАН) ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН» ведут совместные научно-исследовательские работы по направлению – исследование и испытания перспективных сварочных материалов и технологий на холоде с целью повышения надежности сварных конструкций ответственного назначения, эксплуатирующихся в сложно-климатических условиях Крайнего Севера и Арктики.

Данное направление научно-исследовательской работы содержит ряд важных задач, которые включает в себя: разработку и внедрение материалов, технических систем и оборудования, адаптированных к выполнению сварочно-монтажных и ремонтных работ в условиях низких климатических температур; совершенствование технологий сварки и наплавки на основе адаптивного импульсного управления энергетическими параметрами техники инверторного типа; исследование физико-механических, структурных свойств сварных соединений, полученных в условиях низких температур и дополнительно подвергнутых ударно-механической обработке.

В рамках решения, поставленных задач в период с 2013 по 2016 года совместно были проведены ряд актуальных научно-технических мероприятий, ориентированных на диалоге между учёными, инженерами, специалистами разной узконаправленной сферы в области сварки и производственниками, что очень важно для понимания и оценки нынешнего состояния сварочного производства научными коллективами, в решении существующих производственных задач и его научного сопровождения. При организации этих мероприятий в разные годы принимали участие: ведущие ученые России, стран СНГ, представители промышленных компаний Республики Саха (Якутия), производственных предприятий России сварочных источников питания, оборудования для резки, наплавки и обработки, в том числе представители компании KEMPPI (Финляндия), представили отечественных производителей сварочных материалов и учебно-образовательных учреждений [1].

Так с 17 по 19 февраля 2013 г. в ИФТПС СО РАН состоялся Международный научно-технический семинар «Пути повышения эксплуатационной надежности крупногабаритных металлоконструкций ответственного назначения при эксплуатации в сложно-климатических условиях Крайнего Севера и Арктики» по инициативе руководства президиума СО РАН в соответствии с тематикой, развиваемой в рамках интеграционных проектов СО РАН 2012-2014 гг. «Разработка научных основ повышения конструкционной прочности сварных металлоконструкций, эксплуатирующихся при низких климатических температурах», совместного конкурса НАН Украины – СО РАН 2012 г. «Повышение долговечности и эксплуатационной надежности несущих сварных конструкций большегрузной техники, работающей в условиях умеренных и низких климатических температур» и РФФИ № 13-08-90406 Укр_ф_а «Управление микрометаллургическими процессами плавления, переноса и кристаллизации металла при формировании сварных соединений в условиях импульсных изменений энергетических параметров и регулируемого тепломассопереноса» [1].

Фото 1. Делегация Международного научно-технического семинара. На фотографии на первом ряду сидят: проф., д.т.н. Слепцов О.И. (ИФТПС СО РАН, Якутск), д.т.н. Сараев Ю.Н. (ИФПМ СО РАН, Томск), акад. НАН Украины Ющенко К.А. (ИЭС им. Е.О. Патона, Киев), к.т.н. Дюжев А.А. и д.т.н. Белоцерковский М.А. (Объединенный институт Машиностроения НАН Белоруси, Минск)

Фото 2. Демонстрация оборудования для резки «Сибирь» и процесса сварки инверторными источником питания фирмы «Kemppi»

Фото 3. Климатические натурные испытания сварочных оборудований при отрицательных температурах окружающего воздуха (-40 ^оС) в рамках Международной научно-технического семинара

С 11 по 12 декабря 2014 г. состоялось II научно-технический семинар «Проблемы надежности металлических конструкций ответственного назначения, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера и Арктики». На мероприятии были представлены разработки научных основ повышения эксплуатационных свойств металлоконструкций, используемых в условиях низких температур, применением адаптивной импульсно-дуговой сварки, модифицирования и механической обработки зон неразъемных соединений, результаты исследований по проблемам сварки в экстремальных и особых условиях эксплуатации, а также новые сварочные материалы, предназначенные для монтажа и ремонта металлических конструкций в условиях низких климатических температур [1].

Фото 4. Делегация II научно-технического семинара.

На первом ряду сидят: д.т.н. Слепцов О.И. (ИФТПС СО РАН, Якутск), д.т.н. Сараев Ю.Н. (ИФПМ СО РАН, Томск), начальник отдела ОТК Судиславского завода сварочных материалов (СЗСМ) Чистякова А.В. (Кострома). На втором ряду слева: к.ф.-м.н. Капитонова Т.А. (ИФТПС СО РАН, Якутск), н.с. Степанова К.В. (ИФТПС СО РАН, Якутск), д.ф.-м.н., зав. кафедрой Степанов В.Е. (СВФУ, Якутск), ген. директор ООО «Высокие технологии» Заварыкин Д.В. (Москва), директор по качеству СЗСМ Виноградова В.А. (Кострома) и зав. кафедрой Коврова Д.Ф. (СВФУ, Якутск)

Фото 5. Выступление председателя ЯНЦ СО РАН, чл.-корр. РАН Лебедева М.П. на пленарном заседании семинара

Фото 6. Демонстрация сварочных материалов и моменты из рабочего процесса II научно-технического семинара

С 8 по 9 декабря 2016 г. был проведен III-й научно-технический семинар «Разработка материалов, адаптированных к природно-климатическим условиям Арктики, а также внедрения технических систем и приборной базы, адаптированных к выполнению сварочно-монтажных и ремонтных работ в условиях низких климатических температур» в рамках выполнения проекта РНФ №16-19-10010, планами работы секций Научно-координационного Совета при Минпромторге РФ по развитию сварочного производства России и в соответствии результатами проекта «Разработка научных основ повышения эксплуатационных свойств металлоконструкций, используемых в условиях низких температур и арктических льдов, применением адаптивной импульсно-дуговой сварки, модифицирования и механической обработки зон неразъемных соединений» в 2014-2015 гг. по Программе президиума РАН «Поисковые фундаментальные научные исследования в интересах развития Арктической зоны РФ» в интересах развития промышленных предприятий Республики Саха (Якутия).

Фото 7. Демонстрация сварочных материалов и моменты из рабочего процесса II научно-технического семинара. На первом ряду сидят слева направо: к.т.н., в.н.с. Голиков Н.И., зав. кафедрой Коврова Д.Ф. (СВФУ, Якутск), д.т.н., г.н.с. Сараев Ю.Н. (ИФПМ СО РАН, Томск), к.т.н., зав. отделом Корнилова З.Г. (ИФТПС СО РАН, Якутск) и д.т.н., г.н.с. Слепцов О.И. (ИФТПС СО РАН, Якутск).

Фото 8. Выступление д.т.н., зам. директора ИФТПС СО РАН Лепова В.В. на пленарном заседании семинара

За эти годы сотрудничества были достигнуты следующие результаты:

– заключение и реализация Государственного контракта № 48 от 20.10.2014 г. по «Разработке сварочных материалов и технологий их применения при наплавке на изделия, работающие в условиях взаимодействия с мерзлыми грунтами при климатически низких температурах (до -60°С)» в ходе выполнения которого разработаны комплексные методы ремонта изделий методами наплавки износостойких и хладостойких покрытий с применением адаптивных импульсных источников питания с целью восстановления рабочих поверхностей и повышения эксплуатационных свойств ответственных деталей землеройной техники, эксплуатирующихся в условиях Севера;

– внедрены в сварочно-монтажные и ремонтные работы промышленных и производственных предприятий Республики Саха (Якутия) сварочные оборудование и материалы, адаптированные для работы в климатических условиях Якутии;

– ценные консультации и рекомендации ведущих ученых России в области сварки по решению производственных задач, стоящих перед предприятиями Республики Саха (Якутия), организации ремонтного и сервисного обслуживания крупногабаритных конструкций и техники;

– заключение договора ИФТПС СО РАН с ИФПМ СО РАН и предприятиями производителями сварочных материалов ООО «СЗСМ» (г. Кострома), ООО «Высокие технологии» (г. Москва) и ООО НПЦ «Сварочные материалы» (г. Краснодар) на выполнение научно-исследовательских работ и механических испытаний образцов сварных соединений, полученных с использованием сварочных материалов, производимыми ответственными предприятиями в условиях низких климатических температур. В ходе выполнения которых были получены результаты удостоверяющие качество производимых электродных материалов, повышение механических свойств сварных соединений конструкционных сталей, что позволило внедрить сварочные материалы, производимые вышеуказанными предприятиями в процесс сварочно-монтажных и ремонтных работ, выполняемых производственными предприятиями Республики Саха (Якутия), а также развить направление фундаментальных научных исследований ориентированных по поиску эффективных методов и технологий, обеспечивающих эксплуатационную прочность и надежность металлоконструкций ответственного назначения, эксплуатирующихся в экстремальных условиях Крайнего Севера и Арктики;

– разработаны методики климатических натурных испытаний сварочного оборудования и материалов в условиях отрицательных температур;

–  выполнен проект № 3.3.8: «Разработка научных основ повышения эксплуатационных свойств металлоконструкций, используемых в условиях низких температур и арктических льдов, применением адаптивной импульсно-дуговой сварки, модифицирования и механической обработки зон неразъемных соединений» в рамках комплексной программы фундаментальных исследований Президиума РАН по стратегическим направлениям развития науки на 2014 год № 44 «Поисковые фундаментальные научные исследования в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации», постановление Президиума РАН от 11.02.2014 г. № 22. (координатор Программы академик А.И. Ханчук). III. Функциональные материалы и оборудование. Подраздел 3. «Разработка научных основ создания и эксплуатации машин, механизмов и транспортных средств для работы в условиях низких температур и арктических льдов» (сроки реализации программ 2014-2016 гг.);

– заключены договора на НИР между ИФПМ СО РАН и ИФТПС СО РАН в рамках РНФ 16-19-10010 на следующие темы: влияние режимов сварки (на постоянном и импульсном токе) в условиях отрицательных температур на механические свойства, структуру и распределения остаточных сварочных напряжений в сварных соединениях; исследование свойств сварных соединений, полученных методами ручной дуговой сварки покрытыми электродами в условиях низких температур с вариацией разных марок электродов и параметров режима ударно-механической обработки; исследование поведения сварных соединений в условиях низких климатических температур Севера, изготовленных с применением новых сварочных материалов и оборудования. Аттестация структуры, механических свойств неразъемных соединений в условиях знакоперемнного нагружения и ударно-механической обработки (годы реализации 2016-2020 гг.);

– Соглашение между ИФПМ CО РАН и ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН» по выполнению совместных междисциплинарных фундаментальных и прикладных исследований, ориентированных на обеспечение надежности и безопасности технических объектов, эксплуатирующихся в условиях Севера и Арктики;  взаимодействие между научными организациями и промышленными, и производственными предприятиями для научного сопровождения работ, связанных с проектированием, ремонтом и эксплуатацией технических объектов в условиях низких климатических температур Крайнего Севера и Арктики с целью обеспечения их качества строительства, функциональной пригодности и долговечности с учетом применяемых нестандартных проектных и технических решений, материалов и конструкций; повышение уровня научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на получение новых значимых фундаментальных результатов исследований и их практическое применение при создании новых изделий, материалов или технологий; внедрение в производстве результатов фундаментальных и прикладных исследований, новых импортозаменяющих материалов, оборудования и перспективных технологий.

Делегация ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН» во главе с председателем ЯНЦ СО РАН, чл.-корр. РАН Лебедева М.П. активно принимала участие в первой Международной конференции «Сварка в России-2019: Современное состояние и перспективы», посвященной в честь 100-летия Б.Е. Патона, проходившей в г. Томске с 3-7 сентября 2019 году в конгресс-центре «Рубин», где по итогам мероприятия было принято решение вторую Международную конференцию «Сварка в России-2020: Современное состояние и перспективы» провести в г. Якутске в рамках Евразийского симпозиума по проблемам прочности и ресурса в условиях низких климатических температур «EURASTRENCOLD – 2020» и 50-летия ИФТПС СО РАН.

Фото 8. Участники первой Международной конференции «Сварка в России – 2019: Современное состояние и перспективы», г. Томск

Выполняемые совместные проекты и научно-технические мероприятия имеют большую научную ценность и вклад в развитие фундаментальной науки в области сварки, реализация которых невозможно без партнерского сотрудничества между академическими институтами. Совместное взаимодействие позволяет решить ряд актуальных научно-технических задач, стоящих в настоящий момент перед сварочным производством в целом.

Список литературы:

1. Сараев Ю.Н., Голиков Н.И., Слепцов О.И., Сидоров М.М. Итоги двух научно-технических семинаров, посвященных повышению эксплуатационной прочности и проблемам надежности крупногабаритных металлоконструкций ответственного назначения, эксплуатирующихся в сложно-климатических условиях крайнего севера и арктики и дальнейшее развитие и реализация их результатов / Материалы III научно-технического семинара «Разработка материалов, адаптированных к природно-климатическим условиям арктики, а также внедрения технических систем и приборной базы, адаптированных к выполнению сварочно-монтажных и ремонтных работ в условиях низких климатических температур». – Якутск: Сахаада, 2016. – С. 5-15.

Авторы: Сараев Ю.Н.¹, Голиков Н.И.², Слепцов О.И.², Лебедев М.П.², Лепов В.В.², Колубаев Е.А.¹, Сидоров М.М.²

¹Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

²Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН» обособленное подразделение Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН

E-mail: litsin@ispms.tsc.ru, n.i.golikov@mail.ru