5.3. Приоритеты японии в области сварки

Современная Япония - крупнейший в мире экспортер капитала, вторая промышленная держава мира. Валовой внутренний продукт Японии (в 2000 г. - 4749,6 млрд. долларов США) составляет полови­ну ВВП США и превышает ВВП Германии, Франции и Великобри­тании вместе взятых. На сегодня Япония вместе со США и Западной Европой входит в ведущую тройку важнейших экономических реги­онов мира, которые играют определяющую роль в глобализации мировой экономики. Из 500 крупнейших транснациональных ком­паний 141 японская.

Япония устойчиво занимает также одно из ведущих мест в миро­вом сварочном производстве. В конце XX в. ежегодное производ­ство современного сварочного оборудования (без роботов и лазер­ных систем) превышало 120 тыс. шт. на сумму свыше 420 млн. долл. США, а выпуск сварочных материалов составлял 320-350 тыс. т. Об объемах применения, в частности, электродуговой сварки в Японии можно судить и по объему наплавленного металла, который в 1999 г. составил 236 тыс. т. Для сравнения этот показатель в том же 1999 г. для Западной Европы составил 422 тыс. т, а для США 344 тыс. т.

Наиболее характерная тенденция в японском производстве сва­рочных материалов — это непрерывное снижение доли покрытых электродов для ручной сварки и устойчивая тенденция к постоян­ному росту доли производства порошковой проволоки. Начиная с 1994 г. производство порошковой проволоки в Японии опережа­ет по объему выпуск покрытых электродов и в 1996 г. достигло 90 тыс. т.

Японское сварочное производство имеет один из самых высоких в мире уровней механизации сварочных работ. В этом существен­ную роль играет непрерывно возрастающий объем применения про­мышленных роботов (UP). В 1999 г. общий парк эксплуатируемых ПР всех типов превышал 400 тыс. шт., что составляет почти полови­ну общемирового парка ПР. Большая часть ПР (238,2 тыс. шт.) уста­новлена и эксплуатируется в японском сварочном производстве для выполнения таких технологических операций, как, например, сбор­ка, резка, сварка, напыление, неразрушающий контроль, транспор­тировка заготовок на сварочных линиях.

Устойчивые позиции в сварочном производстве Японии занима­ют следующие технологии сварки плавлением: электродуговая (MIG/ MAG, TIG), сварка под флюсом, электрошлаковая (ЭШС), электрон­но-лучевая (ЭЛС) и лазерная (ЛС).

Из различных технологий сварки под флюсом в Японии наибо­лее широкие разработки ведутся в области совершенствования и при­менения односторонней сварки на высокопогонной энергии. Расту­щие объемы применения характерны для сварки в защитных газах порошковой проволокой с использованием инверторных источни­ков питания. Масштабы ЭЛС увеличиваются вследствие ее при­менения для соединения толстолистовых материалов, особенно ког­да необходимо обеспечить высокую ударную вязкость сварных швов.

За последние 20 лет лазерная сварка еще не нашла достаточного применения в промышленном производстве, несмотря на огромный объем выполненных научных исследований в этой области. Расши­рение использования этой прогрессивной технологии все же ожида­ется в ближайшие годы, и в первую очередь в автомобилестроении, судо- и мостостроении.

Большой практический интерес для сварочного производства Япо­нии в настоящее время и на ближайшее будущее представляют два пер­спективных способа сварки: ATIG — электродуговая сварка с примене­нием активирующих флюсов, разработанная в ИЭС им. Е. О. Патона; FS W - сварка трением с перемешиванием металла на стыке соедине­ний, разработанная в Британском институте сварки (TWI).

Процесс FSW, сопровождающийся незначительными тепловложением и остаточной деформацией сварного соединения, намечает­ся исследовать и развить применительно к стыковой сварке тонких листов высокопрочных алюминиевых сплавов.

В последнее десятилетие японская сварочная наука сделала наи­более серьезный вклад в разработку таких направлений, как сва­рочные процессы, материалы и явления, свариваемость и усталость сварных конструкций, а промышленность на базе этих исследова­ний создала одну из самых эффективных в мире систем гарантии качества.

Промышленность активно реализует новую научную продукцию для оптимизации, механизации, автоматизации и роботизации техно­логических процессов. Более трети общего объема исследований

приходится на долю высокотемпературной пайки, диффузионной сварки и других способов соединения давлением. С каждым годом расширяется объем исследований в области газотермического нане­сения покрытий и лазерного напыления для модификации поверх­ности. Другим немаловажным направлением является исследование процессов, происходящих на поверхности раздела при соединении ке­рамики и композиционных материалов; особенно интенсивно с 1996 г. исследуются процессы на границе раздела фаз. Приоритетным оп­ределено направление изучения природы соединения цветных ме­таллов с керамикой.

Наиболее перспективным на ближайшее время принято такое на­учное направление, как изучение свариваемости новых функциональ­ных материалов, ориентируемое на создание производственных тех­нологий. Это обширная тема, в которую входит разработка процес­сов соединения, автоматизация технологического процесса, созда­ние высокомеханизированного оборудования с обратными связями и многое другое. Направление нацелено на решение проблемы вы­пуска полностью готовой сварной продукции с гарантированным качеством, не нуждающейся в последующей обработке.

Кардинальные проблемы, стоящие перед человечеством и ми­ровой экономикой в начале XXI в., могут быть сгруппированы по следующим направлениям: энергетика, сырье и другие ресурсы, человеческий фактор, экология. Все эти проблемные направления в той или иной мере относятся и к сварочной науке, технике и про­изводству, ибо сварка и родственные ей технологии являются базо­вым технологическим процессом материального производства со­временного общества. Имеет место тенденция к экономному и эффек­тивному использованию электроэнергии и сырьевых ресурсов для сварки.

Человеческий фактор для сварочного производства — это совер­шенствование системы профессионального обучения и аттестации инженерно-технического и производственного персонала. Квалифи­кация специалистов и рабочих-сварщиков в обеспечении качества сварных конструкций и изделий приобрела решающую роль после повсеместного введения системы менеджмента качества (ISO 9000) в мировое промышленное производство. Япония, испытывающая хронический дефицит в высококвалифицированных рабочих сварщиках, намерена переходить на систему обучения и аттестации по международным стандартам и нормам.

Сварочное производство не без оснований относится к довольно вредным производствам, влияющим на здоровье рабочего персона­ла и на окружающую среду. Японские ученые и разработчики сва­рочных технологий и присадочных материалов в качестве приоритета ставят их экологическую безопасность и минимальное воздействие на рабочее пространство и персонал. О внимании к экологии свароч­ного производства косвенно свидетельствует устойчивая тенденция японских производителей к сокращению выпуска покрытых элект­родов для ручной сварки. Не менее актуальны в сварочном произ­водстве проблемы сокращения и утилизации отходов, повышения объема рециклинга сварных конструкций и изделий после заверше­ния срока их эксплуатации. Следует заметить, что в решении данной проблемы Япония заняла ведущее место в мире уже в конце про­шлого века.

На новом этапе развития производства высоконадежных и эконо­мичных сварных конструкций в различных отраслях промышленно­сти и строительства, по мнению ученых Осакского университета, по-прежнему остается основополагающей и приоритетной проблема свариваемости, и в первую очередь-уточнение причин образования сварочных трещин. Такие исследования необходимы для нахождения путей улучшения свариваемости существующих сталей и для созда­ния новых хорошо свариваемых сталей, в частности высокопрочных сталей, нержавеющих и других специальных сталей и сплавов цвет­ных металлов. Сюда же относится задача разработки конструкцион­ных материалов, способных сохранять высокие свойства в ЗТВ при высокой и низкой погонной энергии сварки.

К приоритетному направлению в разработке конкретных свароч­ных технологий отнесено компьютерное моделирование процесса сварки и образования сварного соединения. Такой современный ме­тодический подход позволит создать системы выбора оптимальных сварочных параметров, оперативного управления процессом и ак­тивного контроля. Особенно в этом нуждаются контактная точечная сварка и TIG-процесс. Не менее сложна и проблема моделирования капельного переноса металла в сварочной дуге в зависимости от химического состава проволоки, состава защитной среды и формы кривой сварочного тока. Также актуальна задача электронного мо­делирования и имитирования процессов в ванне жидкого металла и ее последующего затвердевания при ЭДС, ЭЛС и ЛС.

Специалистами отмечена необходимость комплексного подхода к выбору и отработке технологии сварки плавлением, включающего подбор оптимальной комбинации основного и присадочного ма­териалов, состава защитных газов или их смеси, экономичного ис­точника питания и эффективной системы управления процессом об­разования соединения.

В области автоматизации сварочного производства Япония про­должает курс на роботизацию сварки и родственных технологий как в крупномасштабном производстве (автомобиле-, судостроение и др.), так и в условиях средних и малых предприятий. Растет конст­руктивное разнообразие роботов и расширяется их технологическая функциональность. Предстоит создание роботизированных поточ­ных линий, комплексов и сварочных ячеек. Начата замена свароч­ных роботов первых поколений на более прогрессивные, типа ROBUDEX-2Q00, оснащенных сверхсовременным программным обеспечением, сенсорами, системой самообучения и обладающих большой производительностью. В ближайшей перспективе парк роботов должен пополниться роботами, управляемыми голосом опе­ратора и способных к аналитической оценке хода технологического процесса.

Большинство специалистов по сварке отводят определяющую роль компьютеризации в научных исследованиях на всех этапах сва­рочного производства. Есть основания полагать, что в XXI в. боль­шая часть научных и производственных проблем может быть реше­на на основе соответствующих компьютерных моделей. Этому дол­жно способствовать создание универсального программного обес­печения и умение извлекать из сети Internet необходимые БД и дру­гую информацию.

Конечная цель моделирования направлена на сокращение трудо­вых затрат при исследованиях и при разработке сварочных техноло­гий и материалов. С повышением уровней модели, как правило, со­кращается объем необходимых теоретических и экспериментальных исследований. Утверждается, что как моделирование технологи­ческого процесса, так и проектирование сварочных материалов и сварных конструкций, независимо от характера и параметров объекта моделирования, будут основываться на применении нейронных сетей.