«За незалежної України на кожну гривню державної підтримки інновацій Інститут електрозварювання повернув до держбюджету понад 4 гривні»
Сьогодні ми вітаємо з 95-м днем народження Бориса Євгеновича Патона — геніального шляхетного людяного чоловіка, який відкрив і створив на благо Вітчизни стільки, що багатьом знадобилося б на це кілька століть. Напередодні цієї дати «Урядовий кур’єр» поспілкувався з ювіляром.
Коли зварювальними автоматами керували й підлітки
— Борисе Євгеновичу, найвизначніші розробки інституту електрозварювання, який створив ваш батько, Євген Оскарович Патон, впроваджують у різних кінцях планети. Скільки країн ними охоплено, які найперше? Де вони реалізуються найповніше?
— У 1929 році академік Євген Оскарович Патон, відомий у світі як створювач десятків унікальних мостів та інших подібних конструкцій, замислив побудувати ще один міст. У цьому не було б нічого дивного, якби не ідея використати для виготовлення перекриттів новий технологічний процес — електрозварювання. У той час металеві конструкції, зокрема мости, виготовляли із застосуванням клепання або болтів. Електрозварювання, відоме з кінця ХІХ століття, мало низку технічних і економічних переваг, але якість з’єднання, виконаного вручну навіть досвідченими зварювальниками, не завжди відповідала вимогам надійності. І Євген Оскарович мусив узятися за створення нової технології — автоматичного дугового зварювання. У складі ВУАН (нині НАН України) він організував Електрозварювальну лабораторію, а в 1934 році вийшла постанова уряду про створення інституту електрозварювання — першого у світі НДІ такого профілю.
Уже до 1939 року під керівництвом Євгена Оскаровича було створено вітчизняний спосіб автоматичного зварювання під флюсом. Його впровадження на машинобудівних підприємствах значно підвищило продуктивність праці та якість техніки, а на заводі металоконструкцій у Дніпропетровську вже почали зварювати балки для майбутнього київського мосту, але цю роботу перервала війна.
У вересні 1942-го інститут електрозварювання евакуювали в Нижній Тагіл. Сюди ж незабаром евакуювали з Харкова паровозобудівний завод, у КБ якого було створено знаменитий танк Т-34. На організованому Уральському танковому заводі імені Комінтерну, де товсту броню зварювали вручну багато годин, не вистачало досвідчених зварювальників і зварювальних постів. Але нікому в світі не вдавалося створити швидкісне автоматичне зварювання загартованих броньових сталей. Та під керівництвом Євгена Оскаровича це завдання розв’язали за небачено короткий строк, причому знайшли секрети не лише технології, а й запропонували нове обладнання, нові зварювальні матеріали.
Продуктивність зварювання зросла в 10 разів, а автоматами керували підлітки. Буквально за рік нову технологію впровадили на 52 заводах, до кінця війни було зварено понад 30 тисяч танків і самохідно-артилерійських установок (САУ).
Пишаюся тим, що тоді, працюючи, як і всі співробітники інституту, наладчиком установок та інструктором, виконав наукові дослідження дугових і металургійних процесів. Розвиток цих досліджень у наступні роки привів до винаходів: супершвидкісного (як тепер модно говорити) багатодугового зварювання та технологій і обладнання для виробництва труб. По суті, до створення сучасної трубної промисловості в СРСР.
У 1944 році Євген Оскарович поставив перед нечисленним тоді колективом завдання конверсії «військової» технології в універсальну технологію виготовлення відповідальних виробів: від величезних домен, кораблів і мостів до мініатюрних приладів і побутової техніки. Під час виконання цього завдання вперше у світі створено автоматичне зварювання вертикальних швів, шлангове напівавтоматичне зварювання, метод «рулонованого» виготовлення великих резервуарів, складально-зварювальні автомати для виготовлення вагонеток, шахтарських ламп, шахтних стояків тощо.
Ми пишаємося тим, що нові технології стали помітним внеском у науково-технічний прогрес і сприяли відновленню зруйнованої війною економіки України за одну п’ятирічку. Було створено такі унікальні зварні конструкції, як Криворізька домна, автодорожній міст у Києві, трубопровід Дашава—Київ.
Відкрили шлях ремонту й будівництву космічних станцій
І в наступні роки в Інституті електрозварювання на основі цілеспрямованих наукових досліджень створювали нові технології, апарати і конструкції, зокрема для нових видів техніки: ядерної енергетики, авіаракетної техніки, металургії, транспорту, електроніки. Довелося освоювати нові матеріали: металеві кермети, композити, пластмаси. Можна назвати ще кілька десятків основоположних винаходів, які вважають піонерськими.
Так, уперше в світі розроблено мікроплазмове зварювання різнополярними імпульсами, плазмове зварювання на змінному струмі, зварювання по флюсу і по активаційних пастах. Ці та інші винаходи запатентовано в багатьох країнах. Уперше в світі ми створили контактне зварювання безперервним оплавленням рейок і трубопроводів. Їхній абсолютний пріоритет підтверджено патентами багатьох країн. Наші машини зварювали не тільки усі магістральні газопроводи в СРСР, а й у США, Канаді.
Вершиною (зрозуміло, на нинішній час) вважаю створення обладнання і технологій контактного зварювання обичайок і шпангоутів паливних баків балістичних ракет-носіїв. Утім, для виготовлення ракет використовують і технології, що грунтуються на застосуванні ще одного джерела енергії — електронного променя. Діапазон зварних з’єднань будь-яких металів і сплавів — від часток міліметра до десятків сантиметрів. Величезні камери, куди вміщують частину ракети, закуповує КНР та інші країни.
Ще один знаменитий винахід, яким пишаються наш інститут і країна, — принципово новий вид зварювання — електрошлакове, яке можна вважати технічним рекордом, оскільки воно з’єднує метали фактично необмеженої товщини за один прохід. Як і всі складні технології, електрошлакове зварювання й досі розвивається, але його перші винаходи і застосування були ще за життя Євгена Оскаровича. А пізніше його відзначено Ленінською премією.
Згодом у багатьох країнах було отримано патенти, низка фірм купили ліцензії. Цей винахід відзначено Гран-прі на Всесвітній виставці у Брюсселі, а наші спеціалісти запроваджували електрошлакове зварювання в Японії, Китаї, ФРН та інших країнах. Технологія ця відкрила можливості виготовлення відповідальних конструкцій атомної енергетики, потужних пресів, статорів і роторів турбін, кораблів нового покоління та виробів інших галузей, причому як зі сталі, так і з алюмінієвих, титанових та інших сплавів.
На основі зварювальних джерел енергії в інституті створено нову галузь металургії — спецелектрометалургію. Завдяки електрошлаковим процесам, електронно-променевій і плазмовій переплавці відкрито можливість виготовлення високоякісних металів із гарантованими наперед заданими високими якостями для атомної енергетики, авіаракетної галузі, кораблів нового покоління тощо. Ще у 60-х роках минулого століття в нашому інституті створено електронно-променеве напилення металів, що значно підвищило експлуатаційні якості турбін, реактивних двигунів та іншого обладнання, яке працює в екстремальних умовах. Зараз ми застосували електронний промінь для отримання наночастинок металів. Нові металургійні процеси захищено сотнями авторських свідоцтв і закордонних патентів на винаходи. І цим всесвітнім визнанням може пишатися країна.
З огляду на обмежений обсяг інформації на газетних шпальтах не зупинятимуся на інших піонерських винаходах. Скажу тільки, що ми вперше у світі створили апарати, які відкрили шлях технологіям ремонту і будівництва космічних станцій. Зазначу також, що на ремонті підводного трубопроводу в Дніпропетровську успішно випробувано ще один винахід інституту — устаткування і технологію підводного зварювання і різання «мокрим способом», який важко переоцінити.
Список винаходів, які отримали всесвітнє визнання і застосування, що підтверджено сотнями патентів і ліцензій, можна було б продовжити. Особливо варто згадати про винаходи для медицини — зварювання живих тканин, напилення протезів тощо.
— Електрозварювання — в основі патонівських відкриттів і їхньої реалізації. Воно сягнуло і космосу, і підводних глибин — найрізноманітніших середовищ та умов. Яких сфер стосуються найновіші розробки?
— Ці сфери застосування — електрозварювання живих тканин у хірургії, зокрема в нейрохірургії та офтальмології, які не мають аналогів у світовій практиці упродовж багатьох років.
— А скільки таких розробок, що вже втратили актуальність? Чи вони у вас не застарівають, а весь час удосконалюючись, перетворюються у щось інше?
— Саме так. Створені нами технології, обладнання та матеріали постійно набувають нових рис за рахунок застосування нових джерел енергії, використання новітніх досліджень фізики, хімії та інших науково-технічних сфер. Зростає їхня потужність, якість, продуктивність і економічність. Одночасно розробляються і впроваджуються нові технології зварювання, споріднених процесів.
Завдання вирішували не за будь-яку ціну
— Хтось підраховував (хоч приблизно) економічний ефект від упровадження патонівських технологій за усі роки існування Інституту електрозварювання?
— Євген Оскарович із самого початку створення інституту ставив в основу не тільки технічні, а й економічні завдання. У своїх мемуарах він писав: «Скільки зусиль можна зберегти за допомогою зварювання, скільки робочих рук вивільнити, наскільки скоротити строки будівництва мостів, сталевих конструкцій, вагонів». Одночасно вимагав «не пухлих наукових звітів, а по-справжньому допомагати заводам справлятися з труднощами освоєння зварювання».
На всіх етапах своєї історії, навіть у найважчі часи, інститут вирішував завдання, що стояли перед ним, не за будь-яку ціну, а прагнув забезпечити, щоб наші розробки скорочували у виробництві витрати матеріалів, електроенергії, трудомісткості, створюючи передумови для широкого впровадження нових зварювальних технологій.
Сталінська премія, якою в 1945 році нагороджено працівників інституту електрозварювання і Нижньотагільского заводу, містила лаконічне формулювання: «За участь у докорінному вдосконаленні технології та організації високопродуктивного потокового методу виробництва танків при значній економії матеріалів, робочої сили і зниженні собівартості».
І пізніше в історії інституту було дуже багато високих нагород, де часто траплялися словосполучення «високопродуктивний спосіб», «підвищення продуктивності праці», «енергозбереження».
Економічний ефект наших розробок перебував, як правило, на рівні від 2 до 7 карбованців: стільки прибутку отримували підприємства на кожен карбованець, витрачений інститутом.
У роки незалежної України збільшенню економічної ефективності наших розробок сприяла державна підтримка інноваційних проектів. За підсумками роботи Технопарку інституту електрозварювання, на кожну гривню бюджетної підтримки до держбюджету було повернуто понад 4 гривні.
Вибух, що не руйнує, а зміцнює
— Розкажіть, будь ласка, про найбільш неординарні обставини, у яких народжувалися ідеї винаходів і новацій у вас і колег-патонівців. Чи з-поміж того, що на це надихало, траплялися речі, зовсім далекі від науки і виробництва?
— Справді, підґрунтям для багатьох надзвичайних ідей сучасності нерідко є речі, створені природою або людиною багато тисячоліть тому. Стрімкий розвиток космічної техніки зумовлював необхідність розробки жорстких оболонкових конструкцій, здатних вільно змінювати форму на компактнішу, й тому з’явилися теоретичні обгрунтування таких перетворень. Залишалося винайти можливість трансформування реальних металевих оболонок, згинаючи їх без розтягнення чи стиснення поверхні, — немов зі звичайного паперу, з якого зроблені традиційні китайські складані ліхтарики. Саме цю проблему вирішили науковці інституту електрозварювання та відкрили шлях до нового класу космічних конструкцій, що трансформуються. Вони, на мою думку, мають велику перспективу в освоєнні позаземного простору.
— У слові вибух — поняття руйнації. А у вашому інституті один з напрямів — вибухова обробка зварних з’єднань. Чи є ще такі парадоксальні передумови у патонівських відкриттів?
— Дякую за точно підмічений нюанс нашої роботи. Уже понад півстоліття для отримання композиційних матеріалів використовують зварювання вибухом. У 1960-ті роки ми зуміли розгледіти в новому технологічному процесі промислові перспективи. У структурі інституту електрозварювання створили спеціальний відділ, який професійно займався технологіями зварювання та різання вибухом. Пізніше ми розробили унікальні технології підвищення службових властивостей металоконструкцій способом так званої обробки вибухом, яка дає змогу забезпечити стійкість зварних конструкцій до корозійного розтріскування під напругою, розмірну стабільність, зносостійкість і ще один парадокс: збільшувати ударну в’язкість і тріщиностійкість сталі за низьких температур. На сьогодні обробленню вибухом піддано понад 400 тисяч погонних метрів зварних швів на 300 великогабаритних сталевих конструкціях.
— Здається, ви брали участь у випробуванні в літаку-лабораторії апаратури та способів зварювання за короткочасної невагомості? А які ще випробування відбувалися за вашої присутності?
— Я бував у літаку-лабораторії, оснащеному апаратурою для проведення процесів зварювання і споріднених технологій в умовах короткочасної невагомості.
Усе технологічне обладнання для зварювання і споріднених технологій, яке працювало на борту космічних орбітальних станцій, демонстрували мені під час наземного відпрацювання, і всі результати наземних випробувань обговорювали, але космонавтом я не був.
— З якими науковими закладами та галузями народного господарства України поєднана нинішня діяльність Інституту Патона? Яке майбутнє проглядається в нашій Вітчизні завдяки такій співпраці?
— Ми співпрацюємо з багатьма закладами Національної академії наук України, передусім із тими, що у відділенні фізико-технічних проблем матеріалознавства: наприклад, Інститутом проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича, Львівським фізико-механічним інститутом ім. Г. В. Карпенка, Фізико-технологічним інститутом металів і сплавів, Інститутом надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля. Тісні зв’язки підтримуємо з інститутами й іншими відділеннями академії. Тут можна згадати Інститут проблем міцності імені Г.С.Писаренка, Інститут металофізики імені Г. В.Курдюмова, інститут газу, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут».
З питань підготовки молодих наукових кадрів наш інститут активно співпрацює з різними факультетами та інститутами Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Це зварювальний факультет, механіко-машинобудівний інститут, інженерно-фізичний факультет КПІ та інші. Останніми роками у зв’язку з розробленням зварювальних і споріднених технологій медичного призначення і створенням обладнання для їхньої реалізації інститут електрозварювання налагодив тісні зв’язки з Національним інститутом хірургії і трансплантології імені О. О. Шалімова, Одеським інститутом хвороб очей і тканинної терапії імені В. П. Філатова, Національним фармацевтичним університетом у Харкові, з Національною академією медичних наук, зокрема з Національним інститутом серцево-судинної хірургії імені М. М. Амосова та багатьма іншими медичними закладами України, близького і далекого зарубіжжя.
Що стосується галузей народного господарства країни, з якими пов’язана діяльність нашого інституту, то це машинобудування, металургія, паливно-енергетичний комплекс, транспорт, авіа- і суднобудування. Інститут електрозварювання виконує дослідницькі та дослідно-конструкторські роботи для таких промислових гігантів України, як металургійний комбінат «Азовсталь», Новокраматорський машинобудівний завод, «Турбоатом», Південний машинобудівний завод, АТ «Мотор Січ». Цей список можна продовжувати.
Упевнений, що електрозварювання ще багато років буде затребуваним інститутами і підприємствами найрізноманітніших галузей науки, техніки й виробництва.
Виріб набуває в тілі людини бажаної форми
— Інститут Патона і медицина в Україні. Які результати такої співпраці? Що це за сплави з ефектом пам’яті форми і як їх застосовуватимуть? Чи вже були з цього приводу клінічні дослідження?
— Щодо сплавів з ефектом пам’яті форми, то вони мають властивість відновлювати після необхідної деформації раніше задану форму під час переходу від мартенситного до аустенітного стану в результаті нагрівання до температури, визначеної складом і попередньою термомеханічною обробкою матеріалу.
Нині знаходить застосування в медицині інтерметалідний сплав нікель-титан (нікелід титану, нітінол) із легованими добавками, які змінюють температурний інтервал мартенситного перетворення і механічні властивості.
Виріб із цього сплаву охолоджують (в умовах домашнього холодильника) і деформують до зручної для маніпуляції форми. А потім, після розміщення його в тілі людини або тварини, під дією температури пацієнта він набуває бажаної форми: наприклад, прямий дротик скручується в спіраль чи кільце малого діаметру.
У співдружності з Інститутом металофізики НАНУ розроблено сплав на основі нікель-титану медичного призначення, що має температурний діапазон відновлення форми 10–35ОС і модуль Юнга 7 ГПа, який перевершує всі комерційні сплави. Сплав перевірено на токсикологічні та корозійні характеристики. Завдяки розробленим в інституті електрозварювання методам поверхневої обробки вироби з цього сплаву за корозійною стійкістю близькі до титану. На сплав отримано патент України.
В Інституті електрозварювання розроблено оригінальні, підтверджені патентами, хірургічні інструменти та імплантати із нітінолу для потреб урології, гінекології, кардіології та онкології. Усі ці вироби перевірено в умовах, близьких до клінічних (на видалених органах), але через брак фінансування вони поки що не отримали дозволу на клінічні випробування.
— Борисе Євгеновичу, якби перед вами було завдання про все, що ви вже створили в житті, сказати кількома реченнями, як би ви це висловили?
— У науково-технічній, науково-організаційній і громадсько-політичній діяльності я завжди прагнув бути активним, творчим і конструктивним. А в широкому плані пишаюся запровадженням у практику роботи наукових установ цілеспрямованих фундаментальних досліджень, плідної взаємодії науки, освіти й виробництва.
Олена
