Научно-технический прогресс партия рассматривает, как стержень всей своей экономической политики. Он должен проникать во все сферы производства, охватывая, как смелые научные открытия, так и сотни, и тысячи усовершенствований в технологии, новые механизмы, инструменты - все то, что сберегает и облегчает труд человека, делает его более производительным и интересным.
Из речи товарища Л. И. БРЕЖНЕВА перед избирателями Бауманского избирательного округа г. Москвы, 14 июня 1974 г.
Институт электросварки имени Е. О. Патона АН УССР. Здесь задумывается и проектируется будущее сварочного производства. Совместно с другими научно-исследовательскими центрами и предприятиями остроумные инженерные идеи, жестко выверенные экономическим эффектом, воплощаются в детальные технологии, совершенное оборудование для промышленности.
На многих предприятиях страны уже несколько лет успешно работают комплекс*, но механизированные и автоматизированные линии сварочного производства. На примере некоторых из них Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии, директор Института электросварки академик Борис Евгеньевич Патон делится своими мыслями о связи науки с производством, о путях ускорения научно-технического прогресса.
Беседу академика Б. Е. Патона записала специальный корреспондент «Науки и жизни» в Киеве Виктория Галузинская.
Академик Б. ПАТОН.
Потребовалось чуть более полувека, чтобы электросварка, созданная, как вспомогательная операция и средство ремонта, сделалась мощной суммой технологий современной промышленности. Сегодня она ведущая операция при изготовлении почти половины металлических конструкций в тяжелой индустрии страны. Ею заняты сотни тысяч рабочих рук. Если в 1958 году была механизирована только десятая часть сварочных работ, то в 1972 году они были механизированы более чем наполовину. Важнейший результат - улучшение условий и рост производительности труда сварщика, резкое повышение качества сварных соединений, большая экономия металла.
Механизация процесса сварки продолжается. Однако перед сварочной наукой сегодня стоит уже задача иного масштаба.
При производстве сварных конструкций на долю самого процесса сварки приходится только пятая часть всех трудовых затрат. А это значит, что механизация одной лишь сварки не даст требуемого эффекта. Производство сварных конструкций окажется наиболее эффективным в том случае, если будет механизирован весь процесс их изготовления, включая и такие «неспециальные» операции, как транспортировка, сборка под сварку, контроль качества, отделка. Иными словами, если производство сварных конструкций будет механизировано комплексно.
Решение этой проблемы - актуальнейшая задача ученых-сварщиков. Но почему комплексной механизацией производства, скажем, мостовых ферм, вагонных конструкций, труб, радиаторов, шахтных вагонеток и многих других изделий должна заниматься сварочная наука? Ответ однозначен сварка здесь - ведущий технологический процесс. Без нее эти изделия изготовить трудно, а порою и невозможно. Именно поэтому ей должны быть подчинены, с ней должны быть увязаны все второстепенные операции.
ДЛЯ МАГИСТРАЛЕЙ ГОЛУБОГО ТОПЛИВА
Газ - это топливо, сырье для «большой химии», «домашние очаги» городов. Чтобы попасть в европейскую часть нашей страны, где находятся основные потребители газа, он должен совершить длиннейший путь - из Западной Сибири, Якутии, Средней Азии. Тысячи километров труб нужны для магистральных газопроводов. Трубы для них - это миллионы тонн стали, тысячи километров сварных швов.
Справиться с задачей выпуска огромного количества однотипных изделий высочайшего качества под силу лишь комплексно механизированному производству. В нашей стране была создана целая отрасль промышленности, выпускающая сварные прямошовные и спиральношовные трубы из листовой стали для магистральных газо-и нефтепроводов.
Челябинский трубопрокатный завод. Здесь по поточному принципу с высокой степенью механизации и автоматизации работает один из крупнейших в мире трубосварочных цехов с двумя отделениями. В первом производят трубы диаметром 530, 720 и 820 мм из одного листа с одним продольным швом, а во втором - трубы диаметром 1020, и 1220 мм из двух полуцилиндрических заготовок с двумя продольными швами (схема процесса показана на рисунке на стр. 4 и 5). Этот оригинальный способ, впервые примененный в нашей стране, позволил выпускать трубы большого диаметра из сравнительно узких листов и формовать заготовки на прессах, используемых при изготовлении труб меньшего диаметра.
...Непрерывным потоком движутся стальные листы. Каждые полминуты лист штампуется в трубную заготовку длиной 12 м. Именно эта формовочная операция определяет темп всего потока. К нему и приспосабливается сварка. Чтобы сварить заготовки, требуется 3 - 4 минуты, но это больше, чем занимает формовка заготовок и поток их разветвляется они направляются на несколько сварочных линий. Отсюда готовые трубы поступают на склад.
На Ждановском металлургическом заводе имени Ильича работает комплексно механизированная линия по производству спиральношовных труб. Это фактически набор машин и механизмов, совокупность которых представляет собой трубосварочный стан. Первая операция - развертка рулона стали. Полосу пропускают через правильные вальцы и обрезают кромки, и каждый раз начало нового рулона приваривают к концу старого. Стальная полоса подается в формоочное устройство. Здесь она сворачивается в трубу и сваривается первым внутренним технологическим швом. Потом трубу сваривают снаружи, а внутренний шов для надежности переваривают заново. При изготовлении спиральношовных труб темпы формовки и сварки совмещены; производительность стана определяется скоростью сварки.
Комплексная механизация сварочных и других операций при производстве труб дала ощутимые результаты значительно повысилась производительность труда, стабилизировалось качество сварных швов, удалось добиться высоких экономических показателей эксплуатации сварочного оборудования. Например, на Челябинском трубопрокатном заводе коэффициент использования станов при сварке наружных швов составляет 0,9 - 0,95, а для внутренних швов - 0,7 - 0,75. Это значительно выше коэффициента использования сварочного оборудования в других отраслях промышленности.
Но, и на трубосварочных предприятиях надо решить ряд задач комплексной механизации и в первую очередь повышения производительности многодуговой сварки. Тогда в производстве прямошовных труб можно будет сократить число сварочных линий, на которые разветвляется поток после формовки, а при изготовлении спиральношовных труб увеличение скорости сварки приведет к повышению производительности всего стана в целом.
Даже при самой совершенной технологии сварки необходим постоянный тщательный контроль за качеством сварного шва.
Комплексная механизация неразрушающего контроля сварных соединений - неотложная задача трубосварочного производства.
Надежнее всего снимать рентгенограмму всех швов. Однако это было бы очень сложно и дорого. Поэтому в линии ставят ультразвуковые дефектоскопы. Ультразвук обнаруживает место дефекта, а специальное устройство отмечает его краской. Теперь на рентгеновской установке «осматривают» только эту зону. В зависимости от характера дефекта, его размеров контролер пропускает или бракует трубу.
Кроме рентгеноскопии, в сварочном производстве для контроля используются гамма-излучатели и бетатроны, магнитные дефектоскопы и гелиевые течеискатели.
Поскольку контролируется уже готовое изделие, поиск дефекта и его устранение порою становятся дороже самой сварки. Поэтому в сварочной технике будущего на смену пассивному контролю должен прийти активный. Обнаружив малейшее ухудшение 1качества шва, контрольный автомат «изучит» дефект, проанализирует информацию о ходе процесса, поступающую от датчиков, выработает управляющий сигнал, который пошлет сварочному автомату команду на такое изменение режима сварки, когда появление дефекта практически будет исключено.
ПРИНЦИП НЕПРЕРЫВНОСТИ
Проиллюстрируем этот прогрессивный принцип технологии одним примером.
Еще совсем недавно самым современным отопительным прибором в домах был чугунный радиатор (в быту его называют просто батареей). На изготовление такого радиатора уходит много металла (у нас на их производство тратилось около одного миллиона тонн чугуна в год); литейное производство чугунных батарей, как правило, мало механизированное, устаревшее; сборка радиаторов из отдельных секций требует больших затрат труда и применения специальных ниппелей. Да, и сами батареи не очень гигиеничны в эксплуатации из-за своей сложной конфигурации собирают немало пыли.
Естественно, что значительный рост строительства и прежде всего жилищного, поставил проблему создания более прогрессивной конструкции отопительного прибора.
Нужно было не только улучшить конструкцию радиатора, но, и сделать ее высокотехнологичной, то есть пригодной для осуществления автоматизированного процесса массового изготовления. Так несколько лет назад родилось производство сварных отопительных радиаторов. Первые автоматизированные линии были пущены в Ленинграде и Новокузнецке.
Радиаторы нового типа делаются из тонколистовой стали свариваются две плоские заготовки, в которых выштампованы каналы для циркуляции воды.
Таким радиаторам не нужны специальные ниши в стенах для установки; новые радиаторы гигиеничны, лучше выглядят в интерьере квартиры, у них более высокие теплотехнические характеристики по сравнению с чугунными.
Основное оборудование автоматической линии для изготовления радиаторов - раз-матыватели, машина для штамповки верхней и нижней заготовок, и аппараты для сварки.
Следует сказать о двух оригинальных идеях, реализация которых позволила создать такую автоматическую линию.
Прежде всего это замена традиционных периодических процессов формовки заготовок штамповкой в роликах. Именно это открыло возможность создания непрерывной технологической линии. это, в свою очередь, предопределило высокую производительность нового процесса, дало возможность отказаться от ставших лишними толкателей, манипуляторов и другого оборудования.
Другая идея связана с применением летучих сварочных машин. Это позволило выполнять процессы сварки на движущейся ленте, то есть создать безостановочный конвейер, в котором полезное время на многих операциях составляет 100 процентов.
Производство начинается с размотки двух полукилометровых рулонов стали. Затем две полосы проходят между парными роликами, один из которых служит пуансоном, а другой - матрицей. Полосы движутся непрерывно со скоростью 2 метра в минуту (в недалеком будущем ее увеличат в 5 - 10 раз). К верхней заготовке привариваются патрубки; обе полосы сближаются и соединяются сперва точечной сваркой, а затем продольными и поперечными сварными швами. Делают последнюю из этих операций летучие сварочные машины. Во время выполнения операции они движутся вместе с заготовками, а затем возвращаются в исходное положение на повышенной скорости. Готовые радиаторы отрезаются от движущейся ленты и отправляются на склад.
Производство радиаторов нового типа позволяет сэкономить в год почти 500 тысяч тонн черных металлов, около 80 миллионов рублей.
Автоматизированное производство радиаторов продолжает совершенствоваться, но, и в настоящем виде оно отличается выгодными технико-экономическими показателями. Важнейший результат выполненной работы заключается в том, что создан прототип сварочного производства будущего.
ПРОЛОГ К РОБОТИЗАЦИИ
Во многих отраслях отечественной индустрии не хватает квалифицированных рабочих рук. Не исключение и автомобильная промышленность. Это одна из основных причин, по, какой именно для нее, в частности для Горьковского автозавода и вместе с ним в Институте электросварки (ИЭС) был спроектирован робот-сварщик.
В лаборатории ИЭС он стоял перед деталями автомобильного кузова. Ему предстояла трудная работа. Он должен был соединить точечной сваркой два отштампованных куска металла. А это означает во множестве точек сжать и проплавить кромку обеих деталей - сверху и снизу двумя электродами. Тогда в этом месте металл сварится надежно. Прежде чем он начал действовать, оператор взял его за «руку» и прочертил в пространстве траекторию. Это «упражнение», проделанное несколько раз, породило у робота, как бы условный рефлекс (зафиксировалось в его электронной памяти), и он начал работать. Протянув к деталям свою единственную руку, он схватил их клещами (которыми у него была заменена кисть) и пошел перебирать кромку, сваривая металл.
Чем же отличается от обычного автомата этот робот? Он обучаем. И эту способность обеспечивает ему память, правда, пока еще небольшая, а потому неспособная хранить значительное количество информации. Но именно память отличает робота от автомата и отчасти роднит с человеком. Внешне же о человекоподобии робота напоминает только рука-манипулятор. Но и это немало. Недаром же внешним мозгом называют физиологи руку человека. «Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению - мышечному движению», - писал великий русский физиолог И. М. Сеченов. И чаще всего эти проявления осуществляет именно рука - она и разведчик, и исполнитель для мозга.
Но до конца всю сложность человеческой руки «ощутили» не физиологи, а кибернетики, когда попытались смоделировать 27 степеней ее свободы, - возможность для руки вместе с кистью и пальцами совершать сложнейшие движения в пространстве. Манипулятор-робот первого поколения (именно к нему и принадлежит робот-сварщик) имеет не более семи степеней свободы, но, и это немало.
Уже известно около двадцати профессий роботов первого поколения. И среди них - штамповка, литье, механическая обработка, погрузка. Хотя робот гораздо скованней человека, эти тяжелые операции он выполняет быстрее, точнее, его использование оказывается экономически более выгодным. Американские специалисты подсчитали рабочий, обслуживающий отливочную машину, делает в час 130 деталей при 20 процентах брака, а робот «Юнимейт» - 135 деталей при 2 процентах брака.
Робота-сварщика, о котором идет речь, год назад можно было увидеть только в ИЭС. Сегодня опытный образец есть уже на Горьковском автозаводе. Именно здесь роботы будут заниматься точечной сваркой кабин автомобилей ГАЗ-24, и ГАЗ-53А.
Роботы первого поколения - исполнительные и надежные помощники человека, но на изменение окружающей среды они не реагируют. Например, дуговую сварку, требующую постоянного контроля за процессом, им поручить нельзя. Поэтому в ИЭС уже думают о роботе-сварщике второго поколения. В его памяти будет модель окружающей среды. Оптические датчики обеспечат ему систему обзора, тактильные - осязание. Добывать информацию будут пневмоакустические датчики и датчики инфракрасного излучения. Сравнение изначального представления о среде с новой информацией определит поведение робота.
Для сварочного производства это проблема будущего. В ближайшее же время уже 20 роботов-сварщиков первого поколения выстроятся на Горьковском автозаводе в автоматическую линию. Первую линию роботов. Из цеха контактной сварки уйдет человек с тяжелыми сварочными клещами. Транспортер и роботы - вот, что составит новую автоматическую линию на ГАЗе. Это будет пролог к высшему этапу комплексной автоматизации производства, к его роботизации.
В сварочном производстве будущего на единичных операциях человека, несомненно, заменит робот. Тому подтверждение два близнеца, два опытных образца робота-сварщика - в лаборатории ИЭС в Киеве и на автозаводе в Горьком.
КОМУ ОСНАЩАТЬ СВАРКУ
В пятилетнем плане развития сварочного производства особое внимание уделено его дальнейшей комплексной механизации. На ведущих предприятиях автомобильной и электротехнической промышленности, станкостроения, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, в строительной индустрии и в ряде других отраслей народного хозяйства будут созданы поточные и конвейерные линии. Уже в первые два года текущей пятилетки были введены в действие десятки таких линий на многих предприятиях страны.
При создании отдельных комплексно механизированных производств возникли серьезные технические и организационные задачи, связанные с качественно новым, планомерным подходом к проблеме комплексной механизации.
Прежде всего промышленность нужно оснастить комплексным сварочным оборудованием. Подавляющая его часть для поточных и конвейерных линий производится отраслевыми министерствами только для собственных нужд, причем в условиях неспециализированного производства. Это удорожает стоимость оборудования, затягивает сроки освоения мощностей, вынуждает прибегать к крупным закупкам за рубежом.
Анализ состава оборудования для механизированных способов сварки показывает, что электротехническая промышленность выпускает сварочную и электрическую его части, а механическую часть, необходимую для современных автоматических и полуавтоматических станков, и установок, изготовляют сами предприятия-потребители для собственных нужд.
Ясно, что назрела необходимость организовать в стране централизованное производство специализированного сварочного оборудования (его доля в общем выпуске оборудования для механизированных способов сварки сейчас не превышает у нас 3 - 4 процентов; в США она достигает 30 процентов).
С трудностями, которые возникают из-за отсутствия комплексного сварочного оборудования, столкнулись и наиболее развитые зарубежные страны. Там появилась тенденция слияния сварочных и станкостроительных фирм на основе их технической общности. Это открывает возможность проектировать и приспосабливать вспомогательные несварочные процессы к сварке, а не наоборот. При этом наиболее полно используется высокая производительность сварки и другие ее преимущества. В то же время опыт станкостроителей в создании привода, электроники помогает сделать сварочное оборудование еще более совершенным и высокопроизводительным. Например, фирма «Сиаки» (Франция), кроме сварочной техники, разрабатывает широкую номенклатуру механического оборудования для сварки (поворотные столы, подающие и гибочные устройства, центраторы), металлообрабатывающие станки и аппаратуру, обеспечивающую программное управление не только сварочными машинами, но, и всем комплексом оборудования. Потребителю-заказчику, конечно, выгоднее иметь дело с одним генеральным разработчиком, так, как это существенно упрощает множество организационных вопросов на этапах разработки, изготовления и внедрения. Этим же путем идут и такие сварочные фирмы, как «Лангепен» (Франция), «Кука» (ФРГ) и другие.
В наших условиях совершенно необходимо организовать централизованное производство комплексного сварочного оборудования.
Решение этой и других задач развития сварочной техники - неотложное дело большой государственной важности. Десятая пятилетка должна стать в сварочном производстве пятилеткой комплексной механизации и автоматизации.
Проблемы, о которых рассказал академик Б. Е. Патон, подробно освещены в его статье «Комплексная механизация - важнейший фактор ускорения технического прогресса в производстве сварных конструкций» в журнале «Автоматическая сварка> № 1, 1974 год.
