• Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона
    Національної академії наук України

    Відділ №3 “Міцність зварних конструкцій”

    Книш Віталій Васильович

    Завідуючий відділом, чл.-кор. НАН України, доктор технічних наук, професор

    Склад відділу

    Загальна чисельність працівників 20, у тому числі:

    2  доктора наук; 6  кандидатів наук.

    1. 1
      Книш Віталій Васильович

      Завідуючий відділом,  чл.-кор. НАН України, доктор технічних наук, професор

      • 044-205-23-82
      • 2052382@gmail.com
    2. 2
      Мірянін Володимир Миколайович

      Заступник завідувача відділом

      • 044-205-205-2
      • 9vnm99@gmail.com
    3. 3
      Кир'ян Валерій Іванович

      Головний науковий співробітник,  чл.-кор. НАН України, доктор технічних наук, с.н.с.

      • 044-206-00-45
      • 2052382@gmail.com
    4. 4
      Клочков Ілля Миколайович

      Провідний науковий співробітник, кандидат технічних наук

      • 044-200-47-83
      • mts.paton@gmail.com
    5. 5
      Соловей Сергій Олександрович

      Cтарший науковий співробітник, кандидат технічних наук

      • 044-205-23-82
      • 2052382@gmail.com
    6. 6
      Молтасов Андрій Валерійович

      старший науковий співробітник, кандидат технічних наук

      • 044-205-23-91
      • moltasov@gmail.com
    7. 7
      Ткач Павло Миколайович

      старший науковий співробітник, кандидат технічних наук, доцент

      • роб: 044-200-12-06
      • email: pavlotkach78@gmail.com
    8. 8
      Мотруніч Святослав Ігорович

      науковий співробітник, кандидат технічних наук

      • 044-205-23-95
      • paton.testlab@gmail.com
    9. 9
      Димань Маріанна Михайлівна

      Науковий співробітник, кандидат технічних наук

      Тулю: 044-205-24-25

      mrs_d@ukr.net

    У 1948 році була заснована лабораторія міцності зварних конструкцій, на базі якої у 1963 році був створений відділ

    +380 44-205-23-82
    2052382@gmail.com
    Підрозділи відділу
    Група статичних випробовувань

    • Проведення фундаментальних і прикладних досліджень у галузі дослідження службових властивостей зварних з’єднань нових конструкційних матеріалів.
    • Проведення наукових досліджень технологічних і конструктивних способів підвищення статичної міцності зварних з’єднань та інші дослідження, необхідні для забезпечення якісних з’єднань і вдосконалення технологій їх отримання.
    • Розроблення, виготовлення і обслуговування науково-технологічного обладнання, устаткування і пристроїв, необхідних для проведення досліджень.
    • Дослідження в галузі механіки руйнування.

    Група циклічних  випробовувань

    • Дослідження опору втомі зварних з’єднань і елементів металоконструкцій в області малоциклової та багатоциклової втоми;
    • Розробка конструктивних і технологічних способів подовження строку безпечної експлуатації зварних металоконструкцій з тривалою наробкою;
    • Оцінка довговічності зварних металоконструкцій з втомними тріщинами і розробка способів збільшення їх живучості;
    • Участь в розробці нормативних документів з розрахунку, експлуатації та підвищення циклічної довговічності зварних металоконструкцій тривалої експлуатації.

    Група випробовувань на тріщиностійкість

    • Оцінка характеристик циклічної в’язкості руйнування різних зон (металу шва і зони термічного впливу) зварних з’єднань.
    • Проведення досліджень з визначення характеристик тріщиностійкості зварних з’єднань при статичному навантаженні, та показників ударної в’язкості при різних температурах.
    • Оцінка технічного стану інженерних споруд тривалої експлуатації (мости, шляхопроводи і т.п.).

    Група розробки аналітичних методів дослідження міцності зварних конструкцій та зварювальних машин

    • Розробка аналітичних методів дослідження перерозподілу напружень в зонах концентрації напружень зварних з’єднань.
    • Розробка аналітичних методів розрахунку напружено-деформованого стану виробів, які під час зварювання сприймають статичні та квазістатичні навантаження.
    • Розрахунок параметрів приводів передачі навантаження зварювальних машин.
    • Розробка методик розрахунку на статичну міцність навантажених конструктивних елементів зварювальних машин.
    • Комп’ютерне моделювання термодеформаційних процесів, що протікають у виробах під час зварювання, та полів напружень у зварних з’єднаннях під дією експлуатаційного навантаження.

    Група удосконалювання приводів зварювального обладнання

    Основний напрям діяльності – розробка та практична реалізація нових підходів до проектування механічних приводів на основі черв’ячно-зубчастих варіаторів (ЧЗВ), що дозволяють плавно регулювати швидкісні характеристики процесів зварювання

    • вибір оптимальних конструктивних схем ЧЗВ;
    • дослідження новітніх систем зачеплень з покращеними якісними показниками для створення компактних приводів зварювального обладнання на основі ЧЗВ;
    • дослідження впливу геометричних параметрів на контактну та згинальну міцність зубців ЧЗВ;
    • математичне та комп’ютерне моделювання поверхонь зубців ЧЗВ та їх зачеплення.

    Випробувальна група (випробувальна лабораторія)

    Лабораторія міцності зварних конструкцій має атестат про акредитацію випробувальної лабораторії (відповідно до вимог ДСТУ ISO/IEC 17025:2006) та проводить сертифіковані випробовування згідно сфери акредитації.

    Проводяться механічні випробування (в температурному діапазоні -129 – +320 °C):

    – на статичний: розтяг-стиск, згин;

    – на малоциклову та багатоциклову втому;

    – з механіки руйнування (на статичну та циклічну тріщиностійкість);

    – з визначення ударної в’язкості.

    Атестат про акредитацію випробувальної лабораторії уповноважує Нас проводити сертифікаційні випробування матеріалів та елементів конструкцій по вітчизняним та міжнародним стандартам:– ДСТУ (Державному стандарту України);
    – ГОСТ (Государственный стандарт);

    – ISO (International Organization for Standardization);

    – EN (European standards);

    –BS (British Standards);

    – DIN (Deutsches Institut für Normung);

    – ASTM (American Society for Testing and Materials)

    Акредитована випробувальна лабораторія
    Лабораторія відділу №3 має атестат про акредитацію випробувальної лабораторії
    (відповідно до вимог ДСТУ ISO/IEC 17025:2006)

    Обладнання лабораторії дозволяє проводити механічні випробування(в температурному діапазоні -129 – +320 °C):
    – на статичний: розтяг-стиск, згин;
    – на малоциклову та багатоциклову втому;
    – з механіки руйнування(статична та циклічна тріщиностійкість);
    – з визначення ударної в’язкості.

    Атестат про акредитацію випробувальної лабоаторії уповноважує Нас проводити сертифікаційні випробування матеріалів та елементів конструкцій по вітчизняним та міжнародним стандартам:
    – ДСТУ (Державному стандарту України);
    – ГОСТ (Государственный стандарт);
    – ISO (International Organization for Standardization);
    – EN (European standards);
    – BS (British Standards);
    – DIN (Deutsches Institut für Normung);
    – ASTM (American Society for Testing and Materials)

    Результати роботи відділу за останні 5 років
    2013 р. Досліджено характеристики міцності, опір втомі, вивчена мікроструктура швів та зон термомеханічного впливу, проведені вимірювання твердості в навколошовних зонах та в швах стикових тонколистових зварних з’єднань (= 2 мм) алюмінієвих сплавів 1420, 1460 (Al-Li), Д16Т (Al-Cu-Mg ) та АМг5, АМг6 (Al-Mg), виконаних зварюванням тертям з перемішуванням (ЗТП). Встановлено, що характеристики опору росту втомних тріщин в різних зонах стикових зварних з’єднань сплавів АМг6 та 1460, отриманих ЗТП, знаходяться на одному рівні з відповідними значеннями для зварних з’єднань сплаву АМг6, отриманих одностороннім зварюванням плавким електродом. Експериментально встановлено, що попередній вплив корозійного середовища (нейтрального соляного туману, підвищеної вологості повітря та температури) протягом 1200 годин знижує характеристики опору втомі стикових та таврових зварних з’єднань атмосферостійкої сталі 15ХСНД: обмежена границя витривалості (база  циклів) знижується на 9…12%, а циклічна довговічність – в 1,5…2,2 рази.

    2014 р. Розроблено розрахунковий метод визначення силових параметрів процесу контактного стикового зварювання оплавленням (КСЗО) виробів замкненої форми з урахуванням нерівномірності розподілу температур, що зумовлена шунтуванням електричного струму у зовнішній контур заготовки зварюваного виробу. Запропонований підхід дозволяє встановлювати зусилля необхідне для усування початкового зазору, висаджування оплавленого металу та забезпечення необхідної величини осадження при виконанні КСЗО виробів замкненої форми в залежності від їх геометричних розмірів і фізико-механічних характеристик матеріалу виготовлення. Встановлена висока ефективність застосування технології високочастотної механічної проковки (ВМП) зварних з’єднань низьколегованих конструкційних сталей для підвищення їх циклічної довговічності в умовах довготривалого впливу корозійних середовищ (нейтрального соляного туману, підвищеної вологості повітря та температури).

    2015 р. Вперше встановлено значення критичного розкриття тріщини та побудовано кінетичні діаграми втомного руйнування для металу зони термічного впливу зварних з’єднань сплаву АА7056, виконаних контактним стиковим зварюванням (КСЗ) оплавленням. Для стикових та таврових зварних з’єднань низьколегованих сталей з заданим рівнем втомно-корозійних пошкоджень експериментально встановлено, що застосування технології ВМП суттєво збільшує їх циклічну довговічність: таврових з’єднань – до 5 разів, а стикових з’єднань – до 10 разів.

    2016 р.  Проведено дослідження мікроструктури та встановлені механічні властивості металу і стикових зварних з’єднань пластин алюмінієвого сплаву АА7056, вперше виконаних електронно-променевим зварюванням, у вихідному стані та з модифікованою тертям з перемішуванням зварюваною поверхнею. Встановлено, що середні значення границі міцності для серій зразків стикових зварних з’єднань, виконаних у вихідному та з обробкою зварюваних поверхонь станах, становлять близько 70% від відповідних показників основного матеріалу. Вперше встановлено, що зміцнення за технологією ВМП зварних з’єднань металоконструкцій з тріщинами втоми до 10 мм, експлуатованих в умовах помірного та помірно-холодного морського клімату, збільшує їх циклічну довговічність до 10 разів та до 4 разів, відповідно.

    2017 р.  Вперше експериментально встановлені криві втоми стикових зварних з’єднань товщиною 6 мм  високоміцного термічнозміцненого алюмінієвого сплаву 7056 з підвищеним вмістом цинку (8,7…9,8 %), отриманих за відпрацьованою в ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України технологією електронно променевого зварювання (ЕПЗ), у вихідному і зміцненому високочастотною механічною проковкою (ВМП) станах. Розроблено конструкцію зразків і методику проведення досліджень з встановлення закономірностей втомного руйнування основного і наплавленого матеріалів деталей машин, відновлених наплавленням. Встановлена залежність між кривизною та зовнішніми силовими факторами для криволінійних стрижнів в процесі їх контактного стикового зварювання.

    Ресурси відділу
    Парк випробувальних машин:

    • MTS 318.25 (USA) Універсальна сервогідравлічна машина; навантаження +/- 250 кН; частота навантаження до 100 Гц; робочий хід поршня +/- 100мм; цифровий контроллер з частотою збору даних до 49 кГц; оснащена повним діапазон сертифікованих захватів MTS, COD-датчиками росту тріщини і екстензометрами, які забезпечують точний контроль процесу випробувань і достовірність результатів.
    • nanoBISS (India). Сервогідравлічна випробувальна машина, максимальне навантаження 25 кН;
    • Schenck (Germany). Сервогідравлічна випробувальна машина, максимальне навантаження 1000 кН; переміщення поршня до 250 мм; циклічні навантаження до 40 Гц; цифрове управління забезпечую високу точність та дозволяє проводити широкий спектр випробувань.
    • УРС-20/6000 (СРСР). Сервогідравлічна машина; максимальне навантаження 200 кН; частота навантаження до 7 Гц.
    • ZDM-200pu (Germany) – (3 шт.). Гідравлічна машина; максимальне навантаження +/- 1000 кН; частота навантаження 5 Гц.
    • ZDM-10pu (Germany) – (2 шт.). Гідравлічна машина; максимальне навантаження до +/- 100 кН; частота навантаження до 10 Гц.
    • Р5 (CPCP). Розривна механічна випробувальна машина, максимальне навантаження 50 кН. Пройшла модернізацію у 2020 році.
    • 2130 КМ-0,3 Копер маятниковий; Запас енергії до 300 Дж.

     Устаткування:

    1. Портативний ультразвуковий пристрій вимірювання напружень, в т.ч. залишкових, неруйнівним акустичним методом.
    2. Технологічний комплекс для виконання обробки зварних з’єднань елементів конструкцій за технологією високочастотної механічної проковки з метою підвищення опору втомі з’єднань.

    Поточні проекти

    • – Дослідження впливу розподілу амплітуди напруження випадкового процесу навантаження на опір втомі зварних з’єднань алюмінієвих сплавів, отриманих за удосконаленими технологіями зварювання (2019-2021 рр.);- Дослідження закономірностей втомного руйнування багатошарового матеріалу, сформованого наплавленням зносостійких та конструкційних сталей, при виготовлені і відновленні виробів з вуглецевих сталей (2017-2021 рр.);- Дослідження впливу спектру вузькосмугового випадкового навантаження на опір втомі зварних з’єднань високоміцного алюмінієвого сплаву системи легування Al-Zn-Mg-Cu (2020-2021 рр.)

    Заплановані роботи

    • Дослідження способів підвищення опору корозійній втомі зварних з’єднань конструкційних сталей з σ0,2 ≥ 350 МПа з заданим рівнем накопичених втомних пошкоджень.
    • Дослідження опору статичному та циклічному навантаженню елементів конструкцій, отриманих адаптивними технологіями на основі методів променевого наплавлення

    Публікації
    Монографії.

    1. В.В. Книш, С.А. Соловей. Повышение долговечности сварных соединений с усталостными повреждениями. Киев: КПИ им. Игоря Сикорского, 2017. 320 c
    2. Ультразвукова ударна обробка конструкцій і споруд транспортного машинобудування/за ред. д-ра тех.наук, професора Г.І. Прокопенка. Суми: Університетська книга, 2020. 310с.
    3. А.В. Молтасов, И.Н. Клочков, С.И. Мотрунич. Расчет усилий при контактной стыковой сварке изделий замкнутой формы. Суми: Університетська книга, 2020. 122с.

             Статті:

    1. Influence of Marine Media on the Fatigue Strength of Butt Welded Joints of 15KhSND Steel Hardened by High-Frequency Mechanical Impacts. Knysh, V.V., Solovei, S.O., Nyrkova, L.I., Osadchuk, S.O. Materials Science, Vol. 55 (2020), pp. 812-821
    2. Knysh, V.V., Mordyuk, B.N., Prokopenko, G.I., Solovey, S.A. Increasing corrosion fatigue of welded joints of steel 15khsnd with construction defects by electric discharge surface alloying and high frequency mechanical impact. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 2019, 41(12), стр. 1631–1652
    3. Creation of industrial equipment for high frequency mechanical impact on railway car building products and methods for assessing the quality of treatment. Prokopenko, G.I., Mordyuk, B.N.,Krasovsky, T.A., Knysh, V.V., Solovey, S.O. Science and Innovation, Vol. 15, pp. 25-37
    4. V. Knysh, S. Solovei, L. Nyrkova, I. Klochkov, S. Motrunich. Influence of the atmosphere corrosion on the fatigue life of welded T-joints treated by high frequency mechanical impact// Рrocedia Structural Integrity.- 2019. –Vol. 16.- P. 73-80.
    5. V.V. Knysh, S.O. Solovei, L.I. Nyrkova, S.O. Osadchuk. Influence of Hardening by High-Frequency Mechanical Impacts of Butt Welded Joints Made of 15KhSND Steel on Their Atmospheric Corrosion and Fatigue Fracture Resistance// Materials Science. – Vol.54(3).- p. 421-429.
    6. V.V. Knysh, S.A. Solovei, V.I. Kir`yan, V.N. Bulash. Increasing the Corrosion Fatigue Resistance of Welded Joints by High-Frequency Mechanical Peening// Strength of Materials.- Vol.50 (3).- p.443-447.
    7. V. Knysh, S.O. Solovei, S.A. Kadyshev, L.I. Nyrkova, S.O. Osadchuk. Influence of High-Frequency Peening on the Corrosion Fatigue of Welded Joints// Materials Science. – Vol.53(1).- p. 7-13.
    8. Вплив високочастотного проковування на корозійну втому зварних з’єднань.  В.В. Книш, С.А. Соловей, А.А. Кадишев, Л. І. Ниркова, С. О. Осадчук. ФХХМ. -2017. -№1.- с. 12-17
    9. Effect of high humidity and neutral salt mist on the fatigue service life of T-joints. V.V. Knysh, S.A. Solovei,  L.I. Nyrkova, S.A. Osadczuk. Effect of high humidity and neutral salt mist on the fatigue service life of T-joints.
    10. Structure and properties of AMg2M alloy joints made by argon no consumable –arc welding and friction stir welding. Klochkov I.N., Poklaytsky A.G., Motrunich S.I. Applied Mechanics and Materials, Vol. 682 (2014) pp 166-169
    11. Особенности и преимущества процесса сварки трением с перемешиванием стыковых соединений тонколистовых алюминиево-литиевых сплавов. И.Н. Клочков, А.Г.Покляцкий, В.В. Кныш, С.И. Мотрунич. Журнал «Автоматическая сварка», № 5-6, 2016, с. 93-98
    12. Физико-механические свойства стыковых соединений тонколистового алюминиевого сплава Д16, полученных сваркой трением с перемешиванием. А.Г.Покляцкий, С.И. Мотрунич, И.Н. Клочков. Журнал «Автоматическая сварка», – № 4, 2017, с. 21-24

    Підготовка наукових кадрів та викладацька діяльність
    К.т.н. А.В. Молтасов викладає курс «Фізико-механічні випробування матеріалів та зварних з’єднань» в Міжгалузевому учбово-атестаційному центрі Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, а також викладає курс «Опору матеріалів» в Інституті моніторингу якості освіти НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського»
    Відзнаки наукових співробітників
    Державна премія України в галузі науки і техніки: чл.-кор. НАНУ, д.т.н., с.н.с. Кир’ян В.І. (2009); чл.-кор. НАНУ, д.т.н., проф. Книш В.В. (2015)

    Заслужений діяч науки і техніки України: чл.-кор. НАНУ, д.т.н., с.н.с. Кир’ян В.І. (2009).

    Наважливі досягнення у науковій та науково-технічної діяльності
    З 1948 року проводяться систематичні дослідження з встановлення границь витривалості зварних з’єднань в залежності від класу міцності сталі, типу з’єднання, характеристик циклу змінного навантаження, технологій зварювання та ін. На основі отриманих наукових досягнень були розроблені національні нормативні документи з розрахунку на втому елементів зварних металоконструкцій:

    – Державні будівельні норми України ДБН В.2.3-26:2010. Споруди транспорту. Мости і труби. Сталеві конструкції. Правила проектування;

    – Державні будівельні норми України ДБН В.2.6-163:2010. Конструкції будівель і споруд. Сталеві конструкції. Норми проектування, виготовлення і монтажу.

    Також за результатами досліджень були розроблені наступні нормативні документи з розрахунку на міцність, довговічність та збільшення ресурсу зварних металоконструкцій тривалої експлуатації:

    – РД 50-551-85. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Расчетно-экспериментальные методы оценки сопротивления усталости сварных соединений;

    – РД 50-694-90. Методические указания. Надежность в технике. Вероятностный метод расчета на усталость сварных соединений;

    – Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Энегроатомиздат. – 1989 г.;

    – Нормативний документ «Укрзалізниці» ЦП-0176 «Рекомендації з огляду, підсилення, ремонту та збільшення експлуатаційного ресурсу суцільностінчатих зварних прогонових будов» від 03.04.2007 р;

    – Нормативний документ «Укрзалізниці» ЦП-0214 «Експлуатація залізничних мостів. Технологічній регламент із ремонту зварюванням пошкоджених тріщинами втоми елементів прогонових будов залізничних мостів» від 20.08.2009 р.;

    – Нормативний документ «Укрзалізниці» ЦП-0214 «Рекомендації щодо умов подальшої експлуатації прогонових будов залізничних мостів з елементами з двотаврових балок Пейне» від 20.08.2009 р.;