Materiał wydrukowany z portalu www.wnp.pl. © Polskie Towarzystwo Wspierania Przedsiębiorczości 1997-2019

Adam Pietras, Instytut Spawalnictwa: Główny nurt to jakość

Autor:  Konstrukcje stalowe  |  16-12-2017 15:00  |  aktualizacja: 16-12-2017 11:20
Instytut Spawalnictwa w Gliwicach opracował i wdraża do produkcji systemy monitorowania parametrów spawania "on-line" co umożliwia ich śledzenie podczas realizacji procesów. Ma to ogromne znaczenie w przypadku odpowiedzialnej produkcji z trudno spawalnych materiałów. Często drobna zmiana parametrów spajania, zanim zauważy to spawacz, może być przyczyną niezgodności - mówi dyrektor placówki dr. inż. Adam Pietras

  • Zapewnienie jakości w spawalnictwie jest głównym nurtem naszej działalności - mówi Adam Pietras.
  • Ponad 5000 aktualnie zatrudnionych inżynierów i technologów spawalnictwa ma europejskie certyfikaty otrzymane w Instytucie - wskazuje.
  • We współpracy z przedsiębiorstwami krajowymi i zagranicznymi prowadzone są projekty badawcze, których celem jest wdrożenie nowych rozwiązań materiałowo-technologicznych - dodaje.

Panie Dyrektorze, kierunki badawcze w Instytucie Spawalnictwa w ciągu ostatnich dziesięcioleci z pewnością się zmieniały. Jakie nowe nurty uważa Pan za najważniejsze?

Fot. PTWP (Andrzej Wawok)

- Aktualnie IS prowadzi szeroką działalność w wielu obszarach. Należą do nich: badania naukowe, przemysłowe i prace rozwojowe nakierowane na wdrożenie w przemyśle, w tym m.in. badania spa- walności stali o bardzo wysokiej wytrzymałości, wykorzystanie wiązki elektronów do wykonywania warstw przyrostowych, lutospawanie laserowe czy rozwój metody FSW, a także produkcja unikalnych systemów pomiarowo-badawczych i produkcyjnych, szkolenie i certyfikacja we wszystkich obszarach dotyczących technik łączenia materiałów (organizacja, personel, technologie, badania i jakość) oraz szeroko rozumiane upowszechnienie wiedzy (normalizacja, informacja techniczna, doradztwo techniczne, konferencje i seminaria).

Wszystkie wymienione kategorie składają się na jedną technologiczno-organizacyjną całość obecną w każdej branży działalności gospodarczej oraz innowacji w pojęciu Inteligentnego Rozwoju gospodarki narodowej. Nie ma zatem możliwości wybrania najważniejszej kategorii. Wszystkie one składają się na szeroko pojęty rozwój branży, szczególnie w praktyce przemysłowej. Wszystkie również składają się na pojęcie jakości.

Proces spajania jest procesem specjalnym, rozumianym w skrócie jako proces, którego efektów nie można z góry dokładnie przewidzieć. Efekt procesu, a przede wszystkim poziom oczekiwanej jakości, będzie rezultatem spełnienia szeregu wymagań w zakresie personelu (spawaczy i nadzoru), technologii (materiału i procesu), techniki oraz organizacji (Zakładowej Kontroli Produkcji) i na koniec systemu zapewnienia jakości, tak pod względem personelu, jak i sprzętu. Wizytówką wytwórcy stosującego procesy spajania, spełniającego wymagania organizacyjne i techniczne są certyfikaty, które obejmują praktycznie wszystkie wymienione kategorie.

Procedury uzyskiwania tych certyfikatów są skomplikowane i wymagają dużego wysiłku. Odpowiadając zatem dosłownie na zadane pytanie można powiedzieć, że zapewnienie jakości w spawalnictwie jest głównym nurtem działalności IS, a obejmuje ono wszystkie wymienione wcześniej elementy.

Spawanie konstrukcji stalowych w wytwórni konstrukcji odbywa się w zupełnie innych warunkach niż na budowie. Jakie najistotniejsze innowacje proponuje Instytut w jednej i drugiej kategorii? Czym może dziś dysponować spawacz montujący konstrukcje, by osiągnąć lepszą jakość i wydajność?


- Oferta IS nie jest mała, chociaż wydaje się, że pytanie powinno być inaczej postawione. Instytut nie projektuje, ani nie produkuje sprzętu produkcyjnego. W związku z tym oferta IS nie obejmuje szeroko rozumianego sprzętu do spajania materiałów. Zarówno w warunkach stacjonarnych, jak i montażowych o innowacjach decydować będą racje ekonomiczne i wymagania jakościowe. Nie zawsze są one do pogodzenia.

Nasi specjaliści w ramach różnego rodzaju projektów lub audytów technologicznych mogą "przygotować" firmę do racjonalnej modernizacji i uruchomienia innowacyjnych technologii zwiększających wydajność i podwyższających jakość. Właściciel firmy, wydając w sumie niewielkie środki finansowe i mając pogląd co do przyszłej techniki i organizacji, może właściwie ocenić opłacalność inwestycji jeszcze przed jej rozpoczęciem. Konkretnych przykładów nie mogę podać, ponieważ praktycznie wszystkie umowy dwustronne są objęte klauzulami poufności. Mogę tylko ujawnić, że zdecydowana większość firm, występujących na łamach "Konstrukcji Stalowych", w większym lub mniejszym stopniu współpracowała z Instytutem w tym zakresie.

W aspekcie konkretnych prac spawalniczych sprzęt, którym dysponuje spawacz ma oczywiście wpływ na jakość i wydajność jego pracy. IS szkoli i weryfikuje kwalifikacje spawaczy oraz personelu badań nieniszczących. To jest główny zakres oferty "dla spawacza".

Ostatnio IS opracował i wdraża do produkcji systemy monitorowania parametrów spawania "on-line" co umożliwia ich śledzenie podczas realizacji procesów. Ma to ogromne znaczenie w przypadku odpowiedzialnej produkcji z trudno spawalnych materiałów. Często drobna zmiana parametrów spajania, zanim zauważy to spawacz, może być przyczyną niezgodności. Są materiały, które nie mogą podlegać procesom naprawczym (np. stale ultrawysoko- wytrzymałe). W takim przypadku systemy monitorujące mogą eliminować niezgodności już na etapie pojawiania się symptomów ich występowania.

W jakim stopniu, Pana zdaniem, polskie wytwórnie konstrukcji stalowych korzystają z najnowszych technologii, innowacyjnych metod, nowych materiałów spawalniczych, robotyzacji? Czy mają one wystarczający potencjał inwestycyjny, by wprowadzać najnowsze technologie spawalnicze?


- Pytanie dotyczy inwestowania. Bezpośrednia rola IS nie jest duża. Inwestycje to kategoria ekonomiczna. Zwykle mają charakter strategiczny i są integralną częścią planu biznesowego. W przygotowaniu takiego planu biorą również udział specjaliści technolodzy. Tutaj udział IS jest widoczny, chociaż pośredni.

Ponad 5000 aktualnie zatrudnionych inżynierów i technologów spawalnictwa posiada europejskie certyfikaty otrzymane w Instytucie po odbyciu ponad 400-godzinnego szkolenia i złożeniu teoretycznego i praktycznego kompleksu egzaminacyjnego, nabywając odpowiedni zasób wiedzy dotyczącej najnowocześniejszej techniki i organizacji prac spawalniczych.

To ci specjaliści posiadają umiejętności umożliwiające budowanie strony technologiczno-kosztowej planów biznesowych. Natomiast potencjał inwestycyjny firmy jest kategorią ekonomiczną i nie jest przedmiotem współpracy z IS. Trudno mi się więc na ten temat wypowiadać. Jedynie w przypadku projektów finansowanych przez UE, NCBiR, samorządy lub organizacje środowiskowe (np. SIMP) bezpośredni udział IS jest możliwy.

Czy może Pan podać przykłady współdziałania Instytutu z firmami we wdrażaniu nowych technologii?


- W IS, w ramach współpracy z przedsiębiorstwami krajowymi oraz zagranicznymi, prowadzone są wspólne projekty badawcze, których celem jest wdrożenie do praktyki przemysłowej nowych rozwiązań materiałowo-technologicznych. Jednym z przykładów jest opracowanie technologii łączenia elementów przewodów klimatyzacyjnych stosowanych w motoryzacji przeznaczonych do pracy z nowym środkiem chłodniczym.

Instytut opracował technologie spawania wiązką laserową, łukiem plazmowym oraz zgrzewania szybkoobrotowego tarciowego. W celu opracowania optymalnych technologii łączenia, w pracy badawczej wykorzystano modelowanie numeryczne. Ponadto, Instytut jako wiodąca jednostka naukowa w zakresie spawalnictwa brał również udział przy opracowywaniu technologii spawania rurociągów tranzytowych wykonanych z rur spawanych spiralnie. Prace te były realizowane przez międzynarodowe konsorcjum naukowo-przemysłowe i finansowane przez Fundusz Badawczy Węgla i Stali. Skutecznie wdrażane są w przemyśle krajowym nowe rozwiązania z zakresu zgrzewania metodą FSW. Jest to nowoczesna metoda zgrzewania tarciowego blach i płyt głównie ze stopów aluminium oraz miedzi. W zakresie zgrzewania tych materiałów metoda FSW znalazła zastosowanie w kilku zakładach przemysłowych. Zrealizowano poza tym szereg projektów dla przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego w zakresie spawania wiązką elektronów, spawania laserowego, zgrzewania i lutospawania.

Jak można ocenić ofertę producentów sprzętu spawalniczego w Polsce wobec konkurencji zagranicznej? W jakim stopniu jesteśmy tu importerem, a w jakim eksporterem technologii?


- Praktycznie, po transformacji, w ramach prywatyzacji szereg znaczących firm produkujących sprzęt i materiały spawalnicze zostało przejętych przez firmy zagraniczne. I tak OZAS w Opolu został przejęty przez ESAB, Bester w Bielawie przez Lincolna. Największy producent elektrod spawalniczych Baildon przez ESAB, producent drutów spawalniczych Huta Cedlera przez ArcelorMittal. Niemniej jednak pozostało wiele polskich podmiotów, które produkują materiały i sprzęt spawalniczy: Figel, Multimet i wiele innych. Po transformacji powstało dużo nowych firm dobrze wypełniając ten obszar rynku. Wszystkich wymienić nie sposób.

Odpowiadając na drugą część pytania trzeba mieć świadomość, że technologia spawania obejmuje kompleksowo wiele zagadnień, na które składają się: urządzenie, materiały i parametry czyli złożone "know-how". Każdy z tych elementów może być w części krajowy lub zagraniczny w dowolnej konfiguracji. Nie można zatem jednoznacznie odpowiedzieć na tę część pytania.

Większość projektów badawczych realizowanych przez Instytut dotyczy technologii stosowanych w przemysłowej produkcji wyrafinowanych elementów dla motoryzacji, lotnictwa, armatur przemysłowych i budynkowych, urządzeń medycznych itp. W jakim stopniu tak zaawansowane technologie dają się przenieść do "grubych" specjalności jak produkcja konstrukcji budowlanych?


- Odpowiadając na to pytanie należy zdawać sobie sprawę ze specyfiki spawalniczej budownictwa; ok. 95% stosowanych tam materiałów to materiały w gatunkach S235 i S355, które są materiałami łatwo spawalnymi. Decydują o tym racje konstrukcyjne obiektów budowlanych, mostowych i infrastrukturalnych. Materiały wysokowytrzymałe nie są tam stosowane. Stosowanie w tych obszarach materiałów kompozytowych i ich przetwarzanie to jeszcze daleka przyszłość nie tylko w Polsce, ale i w świecie.

Dalej - odpowiadając na to pytanie należy zdefiniować pojęcie "zaawansowanych technologii". Spawanie laserowe, wiązką elektronów, rożnego rodzaju specyficzne techniki zgrzewania powszechnie zwane jako "zaawansowane technologie" przy spajaniu "grubych" konstrukcji stalowych również są nieprzydatne. Szybki postęp w sprzęcie spawalniczym, materiałach dodatkowych osiągany jest poza IS w firmach, o których wspomniałem już wcześniej. Aktualny trend, nie tylko w budownictwie, to zwiększenie wydajności i zapewnienie wymaganej jakości, realizowany jest przez ten nowoczesny sprzęt i materiały. Jest oczywiście również miejsce dla współpracy z IS. W ramach naszych prac realizowane są procedury kwalifikowania technologii ("know-how") nie mówiąc już szeroko pojętym personelu wykształconym w IS.

Jednym z problemów budownictwa stalowego jest korozja. Jeżeli Instytut podejmuje również zadania z zakresu inżynierii powierzchni, to czy może zaproponować takie techniki uszlachetniania powierzchni konstrukcji, które zabezpieczą je korozyjnie lub dadzą efekty estetyczne lub inne? Czy takie zabiegi są opłacalne dla konstrukcji budowlanych?


- IS nie zajmuje się technikami stosowanymi w antykorozji. Nie możemy zajmować się wszystkim. Tymi zagadnieniami zajmują się inne jednostki badawcze np. Instytut Mechaniki Precyzyjnej. Nie jesteśmy jednak w tym zakresie bezczynni. Od roku prowadzone są w IS kursy kontroli i nadzoru prac ochrony antykorozyjnej, akredytowane w Polskim Centrum Akredytacji. Nasi absolwenci posiadają wystarczające kwalifikacje do kierowania pracami antykorozyjnymi i do ich kontroli. Truizmem jest twierdzenie, że właściwa ochrona antykorozyjna przedłuża żywotność konstrukcji metalowych. Niestety, nie zawsze jest właściwie to rozumiane. Czasopismo "KS" często pokazuje różnego rodzaju przypadki całkowitej beztroski w tym zakresie.

Czy projektanci obiektów o konstrukcji stalowej są zorientowani w praktyce spawalniczej? W trakcie konferencji (m.in. na targach w Poznaniu) wskazywano, że bywają przypadki takiego zaprojektowania konstrukcji, które utrudnia lub wręcz uniemożliwia wykonanie prawidłowej spoiny.


- Błędy popełniane są we wszystkich kategoriach naszego życia i całkowicie nie da się ich uniknąć. Również sporadycznie zdarzają się w procesie projektowania. Aktualnie stosowane normy z serii Eurokod podają prawidłowo wytyczne projektowania i obliczania połączeń spajanych. Z drugiej strony wymogi projektowania nowatorskich obiektów architektonicznych zmuszają projektantów do stosowania rozwiązań oryginalnych niekonwencjonalnych. Pojawiają się zatem wątpliwości wykonawców co do ich technologiczności i zapewnienia wymaganej trwałości. Należy wtedy wykorzystać ścieżkę badawczą, którą Eurokody dopuszczają.

IS i nie tylko wykonują takie badania rozwiewając wątpliwości stron. Niestety, ścieżka badawcza dla celów walidacji węzłów spawanych, z różnych powodów, jest stosowana rzadko, co jest błędem. Często koszt badań jest stosunkowo niewielki w porównaniu do efektów wynikających z zastosowania nowych rozwiązań konstrukcyjnych i późniejszej ich eksploatacji.

Budownictwo coraz częściej sięga po nowe gatunki stali, m.in. po stale nierdzewne, a także po inne metale (miedź, mosiądz, aluminium). Czy monterzy są do tego odpowiednio przygotowani i kto powinien ich szkolić?


- Szkolenia w IS personelu spawalniczego wg wymagań Europejskiej Federacji Spawalniczej i Międzynarodowego Instytutu Spawalnictwa obejmują wszystkie aspekty nowoczesnych prac spawalniczych, w tym kontrolę jakości i przetwórstwo wymienionych materiałów. Specjaliści po naszym szkoleniu są w pełni przygotowani do opracowywania technologii przetwarzania i nadzoru. Monterzy - w domyśle spawacze, są w IS szkoleni i egzaminowani w zakresie wszystkich nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych, w tym wyżej wymienionych.

Należy jednak pamiętać, że to są technologie "czyste", wymagające rygorystycznego zapewnienia odpowiednich warunków technicznych i organizacyjnych. Często spawacz "stalowy" nawet po odpowiednim szkoleniu i pozytywnym złożeniu egzaminu w zakresie spawania nowych materiałów konstrukcyjnych, później w praktyce "wie lepiej" i stosuje rutynowe rozwiązania, często niewłaściwe. W takim przypadku jest to sprawa organizacyjna, a nie techniczna. Należy odpowiednio organizować tok prac, prowadzić ciągły nadzór i kontrolę jakości.

Czy istnieje w Polsce kategoria inżynierów spawalników, tzn. czy w firmach są w ogóle odpowiadające im stanowiska pracy? Czy politechniki dają im odpowiednie przygotowanie? Jeżeli dokumentacja projektowa zawiera m.in. instrukcję montażu, to kto ją sporządza?


- Od 1995 r. w IS prowadzone jest kształcenie kwalifikacyjne dla europejskiego inżynierskiego nadzoru spawalniczego w wymiarze ponad 400 godzin, o czym szerzej mówiłem na początku wywiadu. Ponadto szereg uczelni państwowych jak Politechnika Warszawska, AGH, Politechnika Śląska, Wrocławska, Gdańska, Poznańska, Szczecińska, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy od wielu lat kształcą inżynierów o specjalności spawalniczej. Ilu ich tam wykształcono; tego nie wiem, ale na pewno wielu.

W samym IS wykształcono ponad 5000 inżynierów spawalników. Zawód - inżynier spawalnik jest wpisany w rejestr zawodowych specjalności inżynierskich GUS. Czy można więcej wyjaśniać? Normy serii PN-ISO 3834 precyzują wymagania dla systemów jakości w zakładach, w których dominującymi technologiami są procesy spajania. Jednym z najważniejszych wymagań jest konieczność zatrudnienia spawalnika z odpowiednimi kwalifikacjami. Takie jedynie spełni inżynier spawalnik, którego obowiązki i kompetencje określa norma PN-ISO 14731. Stanowiska pracy zostały tutaj jasno określone.

Odnośnie części dotyczącej dokumentacji projektowej, a ściślej instrukcji montażu, norma PN-EN 1090-2 w rozdziale 9 wyraźnie precyzuje wszystkie kategorie związane z realizacją montażu. Należą do nich: warunki montażu, projekt montażu - założenia i projekt wykonawczy wraz ze wszystkimi niezbędnymi szczegółami, których omawianie zajęłoby większą część wywiadu. Jeśli są wątpliwości należy zapoznać się z przedstawionymi tam wymaganiami i je spełnić. Nic ponadto.

Jeżeli budujemy np. most o konstrukcji spawanej, to czy da się określić, jaką cześć kosztów pochłaniają prace spawalnicze zarówno w wytwórni jak i na budowie? (Chodzi o to, na ile inwestycje w nowe technologie mogłyby tu wpłynąć na ograniczenie kosztów budowy lub przyspieszenie prac.)


- Wszystkie koszty są określone w projekcie. Muszą być, ponieważ projekt bez kosztorysu nie znajdzie wykonawcy. Są dostępne różnego rodzaju normatywy, wg których można łatwo wyliczyć czasochłonność i koszt prac spawalniczych. W IS są one dostępne tak w postaci książkowej, jak i informatycznej.

Odnośnie inwestycji w nowe technologie, należy wykonać plan biznesowy i tylko wtedy można określić opłacalność innowacji. Nowe technologie mogą wpłynąć na zwiększenie wydajności wytwarzania, ale na ogół wiążą się ze zwiększeniem kosztów. Dopiero bilans nakładów na inwestycje, innych kosztów i przychodu z tytułu realizacji kontraktu daje odpowiedź, czy warto inwestować w najnowocześniejsze technologie. Nie zawsze jest to oczywiste. Często umiejętne wykorzystanie istniejących zasobów daje dobre efekty bez ponoszenia zbędnych kosztów. O tym powinni decydować i za to odpowiadać również inżynierowie spawalnicy, którzy posiadają odpowiednią potwierdzoną wiedzę (certyfikaty). Należy bowiem pamiętać, że procedury odnawiające certyfikaty inżynierów spawalników stawiają wymóg aktywności zawodowej, która powinna być realizowana przez ciągłe doszkalanie się lub współpracę np. z IS.

Uczestnictwo w seminariach, konferencjach, kontakty z dostawcami sprzętu i materiałów i co najważniejsze udział w różnego rodzaju targach i wystawach wymogi te spełniają. Dla inżynierów praktyków taka aktywność jest bezcenna, ponieważ stanowi istotne uzupełnienie wiedzy i nie bez powodu jest wymagana.


Materiał wydrukowany z portalu www.wnp.pl. © Polskie Towarzystwo Wspierania Przedsiębiorczości 1997-2019