„Jsme schopni nabízet i komplexní analýzy, které dovede v ČR realizovat jen velmi málo pracovišť, a zpravidla je ještě nutné tato pracoviště kombinovat,“ říká v rozhovoru o perspektivách svařovacích technologií a výchově odborníků Jaromír Moravec, vedoucí katedry strojírenské technologie a od 1. února i nový děkan Fakulty strojní Technické univerzity v Liberci.
V oblasti svařování lze využít více než 90 metod spojování materiálů. Jsou to jednak klasické, tavné metody svařování, které se nejvíce využívají v průmyslu, ale existuje i řada dalších, specifických metod, které lze využít ke spojování dříve těžko představitelných kombinací materiálů. Například jde o spojování keramiky s kovy, o různé kombinace nekovů, plasty nebo o spojování kovů s výrazně rozdílnými teplotami tavení. Také aplikační využití pokrývá celou oblast průmyslu od energetiky přes automotive, chemický a petrochemický průmysl, farmacii, potravinářství, elektrotechniku až po letectví a kosmonautiku. Přestože od objevu doposud poslední zcela nové metody svařování FSW (friction stir welding) uplynulo již téměř 30 let, stále přibývají nové poznatky a modifikace posouvající svařování na vysoce sofistikovaný obor. Na strojních fakultách se proto svařování vzhledem ke své šíři profiluje jako samostatný obor a firmy, přestože mají svá vývojová oddělení, vyhledávají často pomoc při řešení konkrétních problémů na akademické půdě. O výuce tohoto technického oboru, o spolupráci s průmyslem a o aplikovaném výzkumu zaměřeném na optimalizaci postupů svařování jsme hovořili s doc. Jaromírem Moravcem.
Jakou pomoc u vás firmy hledají?
Firmy zaměřují svůj vývoj většinou na oblast konstrukce s následným využitím technologií a materiálů, které mají k dispozici a se kterými mají zkušenosti. Některé z nich mají své prototypové dílny a zkušebny, kde si otestují základní věci. O pomoc se na vědecká pracoviště tedy obracejí zejména v okamžiku, kdy po konstrukčním návrhu a sestavení prototypu nedosahují výsledků, které očekávaly, nebo v situacích, kdy technologie dlouhodobě fungovala a z neznámých důvodů fungovat přestala. V těchto situacích je třeba komplexně posoudit, v čem by mohl být problém.
Zda se jedná o nevhodně použitou technologii, problémy materiálového charakteru, konstrukční chyby, nebo o kombinaci všech těchto aspektů. Naším úkolem je pak provézt analýzy, odhalit příčinu a navrhnout opatření k nápravě.
Přístupů, které lze zvolit, je několik. Můžeme vycházet z dlouholetých zkušeností v této oblasti, nabídnout komplexní materiálové a technologické analýzy, případně můžeme využít numerické simulace. Výhodou našeho pracoviště je schopnost určitého nadhledu. Tedy že proces neposuzujeme jen z pohledu svařování, ale díváme se na něj v celém kontextu od začátku až do konce. Přestože se problém objeví při svařování, příčina může být v kterékoliv části výroby.
Například při plošném tváření se může zvolený materiál dostat na hranici svých možností a při následném svařování pak dojde k jeho porušení, přestože by použitá technologie fungovala na neovlivněném materiálu zcela bez problémů. Některé výrobních problémy ale souvisejí s technologickou nekázní, na kterou přijdeme přímo ve výrobní firmě.
Vaše role tedy spočívá ve spolupráci s průmyslem?
Aplikovaný výzkum se na naší katedře v oblasti svařování zaměřuje na to, jak tato technologie ovlivní vlastnosti materiálů z aplikačního hlediska. Cílem je co nejméně ovlivnit základní vlastnosti materiálu tak, aby svařenec i finální výrobek splnily často velmi specifické požadavky průmyslové praxe.
To, jaký přístup volíme, pak závisí na průmyslové oblasti, ze které problém vzešel a na typu materiálu, který je spojován. V posledních několika letech řešíme zejména oblast automobilového průmyslu a energetiky. Spolupráce s firmami je pak realizována jak na komerční bázi, v rámci hospodářské činnosti, tak také v rámci společně řešených vědecko-výzkumných projektů.
Konkrétní komerční zakázky a činnosti řešené v rámci hospodářské činnosti jmenovat nemohu, protože patří firmám, pro které jsme činnosti realizovali. Mohu však říci, že spadají do oblasti praskání svarů na lisovaných dílech pro automotive, únavového testování spojů, měření materiálových vstupních dat pro numerické simulace nebo se týkají podpory při rozběhu nových svařovacích linek.
Kde naopak mohu být konkrétní, je oblast společných vědecko-výzkumných projektů. Zde jsme se společně s firmou Mecas ESI věnovali vývoji a verifikaci nových numerických metod svařování a tepelného zpracování pro progresivní materiály využívané v energetice, leteckém a kosmickém průmyslu a také projektu zaměřenému na numerické simulace svařování a predikce životnosti svařovaných konstrukcí v oblasti pozemní dopravy.
Se společností Siemens jsme řešili nízkoteplotní opravy (svařováním) creepově odolných odlévaných turbínových komponent. V současné době řešíme se společností Neufe Přibyslav výrobu prototypu zařízení pro lokální opravy funkčnosti anorganických povrchů s využitím vysokofrekvenčních ohřevů a s firmou Jimalu Chomutov se věnujeme plazmově-nitridačnímu zvyšování užitných vlastností svarů a dílů vytvořených pomocí aditivních technologií.
Od ledna 2022 zahajujeme projekt zaměřený na zvýšení životnosti turbínových lopatek, rychlouzávěrů a regulačních dílů pomocí synergického účinku mikropulsní nitridace a laserového kalení.
Zastavme se u toho, jak technologie svařování ovlivňuje materiály, co musíte sledovat?
Úkolem svařování je spojit materiály tak, aby se co nejméně ovlivnily jejich vlastnosti, získané předchozí výrobou. Tedy mechanické vlastnosti, zejména pevnost, ale také houževnatost a užitné vlastnosti, jako je například korozní či abrazní odolnost. Je potřeba připravit postupy výroby tak, aby materiály měly na konci procesu svařování obdobné vlastnosti jako na začátku, nebo aby se k nim alespoň blížily. To se samozřejmě nedaří stoprocentně, protože teplotně-napěťový účinek svařovacího procesu vždy ovlivní mechanické i technologické vlastnosti materiálů.
Smyslem našeho aplikačního výzkumu je vytipovat technologii a nalézt procesní a technologické parametry tak, aby byl dopad na vlastnosti materiálů co nejmenší. Samozřejmě že firmy jsou schopné vytvořit konkrétní spoje v rámci své výroby. Na nás se obracejí, pokud řeší nějaký nestandardní problém, kdy finální svařenec nemá požadované vlastnosti a nelze ho zakomponovat do konečného výrobku.
Například, když svařený výrobek nevyhoví dynamickému namáhání, protože praskne dříve, než dosáhne žádoucího počtu cyklů, nebo když není dosaženo požadovaného geometrického tvaru či finálních rozměrů. A právě tady umíme poradit, udělat expertizy a najít optimální postup.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)