Вы знаете, как бьётся старый учёный за то, чтобы наша страна за сущие гроши стала лидером в технологии изготовления сварных тавровых панелей и профилей? Как лев! Ивану Ивановичу Муравьёву в 2020 году, когда он с коллегами первый раз ворвался в редакцию «Аргументов недели», было уже 87 лет от роду. Статья об отсутствии финансирования по инновационному проекту вышла в «АН» №29 (723) 29 июля 2020-го. Прошло почти три года. Казалось, достаточно времени, чтобы решить актуальнейший вопрос сразу для нескольких базовых отраслей промышленности. И оборонки в том числе. Но достаточно редкие контакты-созвоны (пандемия критично сказалась на личных встречах) вызывают уныние – чиновники продолжают смотреть на уникальных специалистов и их разработку стеклянно-оловянными глазами. Видимо, не понимают, образование не позволяет или ещё что похуже... А Муравьёв продолжает войну!
А зачем оно нам надо?
Этот вопрос, видимо, и задают себе функционеры, распределяющие ресурсы. Попробуем ответить ещё раз, горы писем от научных и производственных организаций, ответы на них из госструктур есть в распоряжении редакции.
Но сначала про сварку, усталость металла, трещины, катастрофы. Обычно, по «классике», после сварки тавровых панелей и профилей идёт коробление продольное и поперечное. И полсмены рабочие после сварки правят профили, чтобы сделать их из кривых прямыми. Ладно, поправили, отдали на склад готовой продукции. Но в классической технологии с прихватом, когда две детали сначала жёстко фиксируются и потом свариваются, есть ещё одно уязвимое звено – непровар шва. Фактически это трещина, которая так или иначе проявит себя. Трещина – это концентратор напряжения, и она всегда имеет тенденцию к росту. Мина замедленного действия!
Тут требуется рассказать непосредственно об инженерной карьере изобретателя Муравьёва. После окончания в 1955 г. Московского авиационного технологического института им. К.Э. Циолковского (МАТИ) был направлен на Воронежский авиазавод, ныне ВАСО. И вся жизнь оказалась связана с организацией службы сварки (лаборатория сварки – отдел главного сварщика). Особое внимание было обращено на повышение прочностных характеристик сварных соединений: разработку процессов изготовления трубопроводов повышенной прочности из титановых и алюминиевых сплавов, влияние видов защитной среды при термической обработке (в вакууме, аргоне, воздушной среде). Изготовление сотовых панелей из титановых сплавов для стратегических самолётов диффузионной сваркой и многое другое. Некоторые технологии сварки, разработанные на авиазаводе, и сегодня являются мировыми достижениями. Не стоит забывать, что Муравьёв попал и на создание первого в мире сверхзвукового пассажирского самолёта Ту‑144, его серийно строили в Воронеже. В 1974-м защитил кандидатскую, естественно, по сварке и термообработке авиационных конструкций из титановых сплавов.
Дальше был Воронежский инженерно-строительный институт, где внимание доцента Муравьёва привлекли случаи внезапных, порой катастрофических разрушений судов, мостов и сооружений. И он выявил закономерность – в большинстве случаев широко применялись тавровые сварные соединения. А причиной аварий и катастроф по результатам расследований госкомиссий объявлялась усталость металла. Выносливость или усталость состоит из двух стадий – стадия зарождения трещины и стадия её роста вплоть до разрушения конструкции под действием усталостных нагрузок. Разрушился ли сухогруз около берега Крыма при 5-балльном шторме, и сухогруз у берегов Турции затонул вместе с командой, разрушились мосты: железнодорожный мост в Башкирии, мост в Дагестане, к счастью без жертв, и другие примеры. И везде валят на усталость металла.
Группе специалистов ООО «Стройинпромтех» под руководством Ивана Муравьёва удалось найти решение указанных проблем. С 2002 по 2010 г. проведены поисковые исследования технологии сборки и сварки, по итогам которых была разработана импортоопережающая технология изготовления тавровых панелей и профилей.
Канадские платформы трещат по швам
А теперь обратимся к судостроению. Что военные корабли, что гражданские суда полностью сварные (за исключением экзотических конструкций из композиционных материалов и дерева). 75% сварных соединений – тавровые. И в тавровых соединениях совершенно официально допускается непровар в виде трещин, что резко снижает прочность корпуса. Что делают конструкторы-корабелы? Они вынуждены решать вопрос за счёт повышения толщины тавровых соединений и очень трудоёмких работ, правки готовых деталей. Чем толще металл, тем больше вес корабля и цена. Меньше грузоподъёмность. Чем меньше вес корпуса, тем выше рентабельность для торгового флота и больше возможностей впихнуть дополнительные системы вооружений на боевые корабли. А значит, требуется резко улучшить характеристики надёжности судовых сварных конструкций.
Что же создал Иван Иванович с авиационными корнями вместе с коллективом единомышленников? Он создал технологию сварки со 100%-ным проваром, при которой усталостная прочность сварных соединений повысилась в 19 (девятнадцать!) раз. Аналогов разработке в мире нет.
Суть инновации заключается в сборке рёбер с настильным листом в специальной установке без прихватки с оптимальным зазором и натяжением рёбер в процессе сварки.
Иван Иванович убеждает:
– Шведы делают морские платформы и хвалятся: «Мы так сжимаем металл при сварке, что он держится намертво». Но провара-то нет, значит, есть трещина, и, соответственно, она является концентратором напряжений. В мире нет сегодня другой технологии сварки. А у нас есть! На оборудовании немецкой фирмы IMG, финской Pemo, итальянской Corimpex, шведской ESAB выпускают ребристые панели и тавровые профили с непроваром и потому конкурентами не являются.
Опыт ЗАО «ЦНИИ Проектстальконструкции им. Мельникова» по обследованию технического состояния морских платформ для освоения нефтяных и газовых месторождений показывает, что в местах технологических непроваров тавровых соединений часто выявляется наличие трещин усталостного происхождения. Так, множество трещин обнаружено в металлоконструкциях платформы СIDS «Орлан» (Канада), доставленных в Советскую гавань с целью её использования в проекте «Сахалин-1» после реконструкции в качестве добычной стационарной платформы на месторождении Чайво. Особенно протяжённые трещины (длиной до 0, 5 и даже до 1, 5 м) обнаружены в палубных конструкциях разведочной платформы СIDS, эксплуатируемой в море Бофорта (север Канады) с 1984 по 1998 год. Все трещины инициированы у кончиков технологических непроваров ребристых (тавровых) соединений и получили название «конструктивный непровар».
Как рассказывает Муравьёв, главный конструктор немецкой фирмы IMG Шульц, посетивший «Воронежстальмост» ещё в 2010 г. с целью продажи заводу поточной линии по изготовлению ребристых панелей, после ознакомления с нашей разработкой, принял решение проектировать и изготавливать установку по российскому проекту. Идею он, конечно, подсмотрел, но технологию не получил.
А у нас старые песни о главном: «Денег на опытно-промышленный образец нет и не будет. Ищите частного инвестора!» Пролетают годы, потраченные на штурм чиновных кабинетов, упущенную выгоду для государства уже посчитать невозможно. Всё просто – внедрение воронежской технологии сварки в производство выводит отечественную судостроительную, мостостроительную и строительную отрасли по ряду позиций в мировые лидеры. Особенно она необходима для изделий, работающих в суровых условиях Арктики – те же нефтяные платформы и ледоколы.
Иван Иванович привозил в редакцию демонстрационные образцы – два внешне похожих и слегка повреждённых куска металлического крестообразного профиля с толщиной стали 14 миллиметров. Первый образец, сварка по традиционной технологии – разрушение по месту сварки. Второй – разрыв металла, сварка на месте. Смотрю таблицу сравнительных испытаний тавровых образцов на усталостную прочность. Действующая или базовая технология против инновации от Ивана Муравьёва. Базовая технология – разрушение сварного шва после 13 016 циклов переменной нагрузки. Инновационная технология – сварной шов устоял перед без малого четвертью миллиона циклов (246 671), дальше не выдержал собственно металл.
А знаете, сколько требуется для завершения создания не опытной, а опытно-промышленной установки? 55 миллионов рублей. В 2020‑м на эти же цели потребовалось бы всего 30 миллионов. Для такой масштабной работы – ничто. Стоимость пары люксовых автомобилей, которыми забиты улицы Москвы. В прошлом году Минпромторг наконец-то согласился с актуальностью проекта, но денежных средств на завершение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ не выделил, ссылаясь на их отсутствие. А как же импортозамещение? Ориентировочная стоимость сварочного оборудования Ивана Муравьёва – около 1 млн долларов. Импортное, которое закупается для госкорпораций, стоит в восемь раз дороже! И простаивает.
Технологи-эксперты посчитали, что с внедрением инновационной и импортозамещающей технологии «конструктивного непровара» не будет в принципе. Также одновременно сократится количество операций с 8 до 4, а количество рабочих мест с 4 до 2, впятеро вырастет производительность труда на втрое меньшей площади.
Справка «АН»
Тавровое соединение - это соединение двух деталей, расположенных под углом друг к другу, т.е. торец одной детали прилегает к боковой поверхности другой под углом 90 градусов. Так обеспечивается жёсткость конструкции. Простыми словами – к горизонтально лежащей детали приваривается вертикальная, образуя букву «Т». А может быть и «Н». Или иметь форму креста. Как правило, это лист, длиной до 15 метров (а то и больше), к нему привариваются рёбра жёсткости, толщиной до 20 миллиметров. Но есть одна проблема – малая площадь соприкосновения (условно «ножки» буквы «Т» к «крышке») не всегда позволяет обеспечить надёжность соединения. То есть сварка может подвести.