Цель работы – создание в Калининградской области нового экологически сбалансированного наукоемкого инновационного промышленного производства сварных труб специального назначения из нержавеющих марок сталей, титановых и жаропрочных сплавов с применением высокоскоростной лазерной сварки и последующей высокопроизводительной термической и химико-термической обработки.

Реализация данного научно-технического проекта позволит освоить выпуск новой высококачественной и конкурентоспособной продукции (трубы, отводы, др. изделия), которая предназначена для потребностей нефтегазовой, химической, атомной, строительной и пищевой промышленности РФ, Республики Беларусь и других стран Евразийского экономического союза. Возможность проведения исследовательской части работ по данному проекту на установках мега-класса гарантирует достижение высоких научных результатов в части исследования структурно-фазовых изменений в сварных изделиях на наноуровне в режиме реального времени. Такие результаты являются неотъемлемой составляющей для построения и верификации баз данных, которые в проекте будут закладываться в автоматизированную систему управления технологическим процессом производства сварных труб из многокомпонентных многофазных сплавов нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов методом пластической деформации, скоростной лазерной сварки и специальной термической или химико-термической обработки.

Выполнение прикладных научных исследований по проекту необходимо для НИОКР по созданию в Калининградской области опытно-промышленного и промышленного производства лазеросварных труб для атомной энергетики и химической промышленности.

Название 1 этапа проекта (2017 г.):

Обоснование и выбор направлений исследований. Моделирование процессов формообразования и лазерной сварки труб из нержавеющей стали и жаропрочных сплавов на оборудовании индустриального партнера.

Результаты 1-го этапа проекта

В ходе работ по этапу проекта был проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы в области применения лазерной сварки для производства труб из нержавеющей стали, титана и жаропрочных сплавов для атомной энергетики, химической промышленности и специального назначения. Произведены патентные исследования. Разработано техническое задание (ТЗ) на ПНИЭР. Разработаны программа и методики экспериментальных исследований влияния параметров технологического процесса (производства экспериментальных образцов сварных труб из нержавеющей стали, титана и жаропрочного сплава на оборудовании индустриального партнера) на химический состав, структурно-фазовое состояние и физико-химические свойства материала сварного шва, околошовной зоны, тела трубы и изделия. Проведены экспериментальные исследования влияния параметров технологического процесса (производства экспериментальных образцов сварных труб из нержавеющей стали) на химический состав, структурно-фазовое состояние и физико-химические свойства материала сварного шва, околошовной зоны, тела трубы и изделия;

Разработана программная документация на комплекс программного обеспечения для расчета формоизменения и энергосиловых параметров, моделирования процесса формования трубной заготовки, распределения напряжений и деформаций по сечению формующейся полосы при производстве сварных прямошовных трубзаданного диаметра (до 325 мм) и толщины (до 10 мм). Проведено математическое моделирование формования трубной заготовки при производстве сварных прямошовных труб заданного диаметра (до 325 мм) и толщины стенки (до 10 мм) путем расчета формоизменения и энергосиловых параметров. Проведено математическое моделирование распределения напряжений и деформаций по сечению формующейся полосы при изготовлении трубной заготовки для производства сварных прямошовных труб заданного диаметра (до 325 мм) и толщины стенки (до 10 мм). Проведено трехфазное моделирование тепловых и газогидродинамических процессов при лазерной сварке и лазерной термической обработке образцов (труба заданного диаметра до 325 мм и толщины стенки до 10 мм). Разработана эскизная конструкторская документация на изготовление экспериментального образца многофункциональной универсальной лазерной системы скоростной сварки, отжига, химико-термической обработки и полировки сварной зоны прямошовных труб. Разработана эскизная конструкторская документация на изготовление экспериментального образца системы неразрушающего вихретокового контроля качества сварных труб из нержавеющих сталей, титана и жаропрочных сплавов для атомной энергетики и химической промышленности. Выполнено технико-экономическое обоснование создания экспериментального производства лазеросварных труб из нержавеющих сталей, титановых и жаропрочных сплавов для атомной энергетики и химической промышленности на предприятии индустриального партнера.

Название 2 этапа проекта (2018 г.)

Изготовление экспериментальных образцов и испытательных стендов для автоматизированного контроля качества и надежности сварных труб и управления технологическим процессом

Результаты 2 этапа:

В ходе работ по этапу проекта были разработаны два комплекса программного обеспечения:

1. Прогнозирование структуры сплава сварного шва и околошовной зоны нержавеющих труб в процессе лазерной сварки и последующей термообработке.
2. База данных механических и технологических характеристик нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов при обработке металлов давлением, для автоматизированной системы управления технологическим процессом производства сварных труб специального назначения для атомной энергетики и химической промышленности.

Изготовлены два экспериментальных образца: многофункциональной универсальной лазерной системы сварки, отжига, химико-термической обработки и полировки сварной зоны прямошовных труб и системы неразрушающего вихретокового контроля качества сварных труб из нержавеющих сталей, титана и жаропрочных сплавов для атомной энергетики и химической промышленности на оборудовании индустриального партнера. Для созданных экспериментальных образцов разработаны программы и методики проведения исследовательских испытаний. Проведенные исследовательские испытания показали работоспособность и эффективность их применения для реализации технологического процесса скоростной лазерной сварки для производства сварных труб из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов на оборудовании индустриального партнера. Создание указанных экспериментальных  образцов позволяет приступить к созданию экспериментального образца автоматизированной системы управления технологическим процессом, качеством продукции и экологической безопасностью производства лазеросварных труб из нержавеющей стали, титана и жаропрочных сплавов для химической промышленности и атомной энергетики на промышленной площадке Индустриального партнера. В том числе путем создания за средства софинансирования Индустриального партнера двух испытательных стендов: испытательный стенд автоматизированного контроля качества (надежности) сварных труб из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов (изготавливаемых на оборудовании индустриального партнера для атомной энергетики и химической промышленности) методом гидростатического давления; испытательный стенд (линия) автоматизированного химического травления сварных труб из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов, изготовленных индустриальным партнером для атомной энергетики и химической промышленности. В отчетном периоде разработана концепция создания, эскизная конструкторская документация и заключен договор на изготовление испытательного стенда  автоматизированного контроля качества (надежности) сварных труб из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов для атомной энергетики и химической промышленности  методом гидростатического давления.

Для проведения исследовательских испытаний с применением созданных экспериментальных образцов, создаваемых испытательных стендов и экспериментального образца АСУТПКПиЭБЗ с привлечением профильного отраслевого научного учреждения ООО «ВНИИНЕФТЕМАШ» разработаны технические условия на изготовление экспериментальной (опытной) партии лазерносварных прямошовных труб из нержавеющих сталей и сплавов аустенитного класса. Технические условия (ТУ 24.20.13.130-200-00220302-2018) согласованы Индустриальным партнером, утверждены Заказчиком и Разработчиком.

Используя разработанный и апробированный на первом этапе реализации проекта метод трехфазного моделирования (труба заданного диаметра и толщины стенки) на втором этапе проведено моделирование и теоритические расчеты тепловых и газодинамических процессов лазерной прямошовной стыковой сварки и термической обработки сварного шва титановых и жаропрочных сплавов. Показана принципиальная возможность производства сварных труб из титана и жаропрочных сплавов на никелевой основе с толщиной стенки до 10 мм с использованием технологических волоконных лазеров мощностью до 6 кВт.

Полученные (по разработанному ТУ) образцы лазеросварных труб исследованы в соответствии с действующими  программой  и методиками экспериментальных исследований  влияния параметров технологического процесса производства сварных труб  на оборудовании индустриального партнера (сварочный стан «Guzzetti 1») на химический состав, структурно-фазовое состояние и физико-химические свойства материала сварного шва, околошовной зоны, тела трубы и изделия из нержавеющей стали аустенитного класса (AISI 304, аналог 08X18H10; AISI 321, аналог 08X18H10T; AISI 316L, аналог 03X17H14M3), титана (ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0) и жаропрочного сплава (AISI 310S, аналог 10X23H18; AISI 439, аналог 08Х17Т).

Полученные результаты апробированы на 3 международных и 2 профильных Всероссийских научных конференциях, представлены на 2 международных выставках и опубликованы в 3 научных журналах индексируемых в международных базах данных Scopus или W&S. За отчетный период сайты с информацией о результатах проекта посетили не менее 10000 пользователей.

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки:

• Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Расчет напряженно-деформированного состояния металла при формировании прямошовной трубной заготовки», свидетельство о государственной регистрации от 13.04.2018 № 2018614644, РФ.
• Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Расчет режима деформации и калибровки валков при производстве сварных прямошовных труб», свидетельство о государственной регистрации от 13.04.2018 № 2018614645 РФ.
• Еще три программы ЭВМ поданы на государственную регистрацию.

Созданные экспериментальные образцы (многофункциональная  универсальная лазерная система скоростной сварки, отжига, химико-термической обработки и полировки сварной зоны; система неразрушающего вихретокового контроля качества сварных труб), создаваемые испытательные стенды (автоматизированного контроля надежности сварных труб методом гидростатического давления;  линия  автоматизированного химического травления сварных труб) позволят изготовить образцы сварных труб на оборудование Индустриального партнера, которые полностью отвечают требованиям технологического процесса производства сварных труб из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов для атомной энергетики и химической промышленности.

Создание экспериментального образца автоматизированной система управления технологическим процессом, качеством продукции и экологической безопасностью производства сварных труб из нержавеющих сталей, титана и жаропрочных сплавов для атомной энергетики и химической промышленности на заводе индустриального партнера позволит обеспечить необходимое качество и конкурентоспособность производимой продукции,  обеспечит достижение заявленных в проекте показателей по объемам производства.

При выходе индустриального партнера на опытное производство лазеросварных труб для указанных отраслей реального сектора экономики в Калининградской области будут созданы реальные новые рабочие места (не менее 20 всего, в том числе 10 – для высококвалифицированных специалистов, выпускников магистратуры и аспирантуры БФУ им. И. Канта и других учебных заведений региона).

Предприятие индустриального партнёра является градообразующим фактором поселка Озерки в Калининградской области и наиболее крупным (основным) налогоплательщиком данного района области. Реализация проекта в полном объеме и организация опытно-промышленного и промышленного выпуска лазеросварных труб для атомной энергетики и химической промышленности позволит частично решить острую проблему импорт замещении указанной продукции для Российской Федерации в приоритетной области научно-технологического развития. Сегодня на отечественном рынке производителей полностью отсутствуют лазеросварные трубы для значительного сегмента трубной продукции для атомной энергетики и химической промышленности. Проблема импорта замещения стоит очень остро и напрямую касается национальной энергетической безопасности.

Реализация проекта в полном объеме позволит в сжатые сроки (не более 3 лет) организовать в Калининградской области экологически сбалансированное реальное инновационное опытно промышленное производство лазеросварных и электросаврных труб из нержавеющих сталей, титана и жаропрочных сплавов для атомной энергетики, химической промышленности и изделий специального назначения.

https://technotube.ru/techno-tube

https://youtu.be/-zicuPAcxxQ