Miloš Mičian získal ocenenie Vedec roka SR v kategórii Technológ roka/Technologička roka za výskum a vývoj technologických postupov zvárania vysokopevných ocelí pre prax.
Ocenenie v kategórii Technológ roka získal doc. Ing. Miloš Mičian, PhD. Zdroj: CVTI SR
Doc. Ing. Miloš Mičian, PhD., získal ocenenie Technológ roka 2023. Na Katedre technologického inžinierstva Strojníckej fakulty Žilinskej univerzity v Žiline sa venuje výskumu zvariteľnosti a zvárania, zároveň tvorbe technologických postupov zvárania vysokopevných ocelí. Popri vedeckej činnosti je tiež pedagógom. Momentálne pôsobí aj na pozícii zástupcu vedúcej Katedry technologického inžinierstva Strojníckej fakulty Žilinskej univerzity v Žiline. Zväz slovenských vedeckotechnických spoločností mu v roku 2017 udelil Zlatú medailu a v roku 2023 ocenenie Propagátor vedy a techniky 2023.
V rozhovore, ktorý poskytol portálu VEDA NA DOSAH, nám okrem iného priblížil, čo so sebou prináša výskum v oblasti zvariteľnosti a zvárania vysokopevných ocelí pre prax, kde nachádza uplatnenie v priemysle, ako prebieha zváranie pod vodou či vo vesmíre, prečo by mladým ľuďom odporučil štúdium technického smeru, ako sa v oblasti zvárania uplatňuje umelá inteligencia či prečo bude i naďalej dopyt po kvalifikovaných ručných zváračoch.
O výskume aj pedagogickej činnosti
Získali ste ocenenie Vedec roka SR v kategórii Technológ roka/Technologička roka. Mohli by ste nám priblížiť, čomu sa venujete vo svojom výskume?
Na našom pracovisku Katedry technologického inžinierstva Strojníckej fakulty Žilinskej univerzity v Žiline sa venujeme výskumu zvariteľnosti a zvárania, zároveň tvorbe technologických postupov zvárania vysokopevných ocelí s medzou klzu od 550 MPa, bežne sú to hodnoty okolo 960 MPa. Ide o progresívne materiály na odľahčené konštrukcie, ale s dostatočnou nosnosťou tak, aby z nich mohla byť konštruovaná napríklad päťdesiatmetrová zdvíhacia plošina na prácu vo výškach. Ide o termomechanicky spracované alebo zušľachťované ocele, ktorých postup výroby je technologicky náročný a zopakovať ho pri zváraní nie je možné.
Technické znalosti sú často univerzálne aplikovateľné, čo umožňuje prácu v zahraničí alebo v medzinárodných firmách.
Pri aplikácii teplotného cyklu zvárania dochádza k výraznému poškodeniu kvality ocele, ktorá sa lokalizuje do oblasti zvaru. Miera poškodenia materiálu potom limituje využitie plného pevnostného potenciálu týchto ocelí. Naším výskumom sme vytvorili tzv. procesné okná ohraničujúce základné parametre MAG zvárania a zvárania laserom, pri použití ktorých sa dajú v čo najväčšej miere využiť pevnostné vlastnosti týchto ocelí.
Technológ roka 2023 doc. Ing. Miloš Mičian, PhD., s ocenením. Autor: Marián Zelenák, CVTI SR
Vyštudovali ste odbor strojárske technológie a materiály na Žilinskej univerzite v Žiline. Čo vás priviedlo k tomuto zameraniu?
K zváraniu som sa dostal už na priemyslovke. Študoval som odbor konštruovania a s touto technológiou som sa oboznámil na praktických cvičeniach. Dokonca som bol medzi študentmi, ktorí vyrábali v rámci podnikateľskej činnosti školy zvárané diely pre stavebníctvo. Vtedy bol stupeň mechanizácie veľmi nízky, takže išlo o ručné zváranie.
Pri výbere vysokej školy som šiel študovať na strojnícku fakultu. Vtedy som si automaticky zvolil odbor strojárske technológie s vtedajšou špecializáciou zameranou na zváranie, ktorú viedol docent Veselko. Popri technológii zvárania som počas štúdia spoznal aj ostatné výrobné technológie, ktoré sa radia do skupiny tzv. beztrieskových, ako sú zlievanie, tvárnenie a tepelné spracovanie a v súčasnosti i aditívne a hybridné technológie.
Na trhu práce je o šikovných absolventov technických smerov veľký záujem.
Popri vedeckej činnosti pôsobíte aj ako pedagóg na univerzite. Prečo by ste mladým ľuďom odporučili práve štúdium technického smeru?
Možno začnem od konca, od praktickej roviny. Vo všeobecnosti je na trhu práce veľký záujem o šikovných absolventov technických smerov. Budem konkrétny, dlhodobo je z priemyslu väčší dopyt po študentoch nášho študijného programu strojárskej technológie, ako vieme ponúknuť.
Viacerí študenti druhého stupňa vysokoškolského štúdia už pracujú vo firmách. Tým nemyslím, že robia neodbornú prácu. Pod dohľadom technológov už pracujú na projektoch inžinieringu. A to hovorím iba o slovenskom pracovnom trhu.
Technické znalosti sú často univerzálne aplikovateľné, čo umožňuje prácu v zahraničí alebo v medzinárodných firmách. No a druhá rovina je to, čo nás čaká v budúcnosti, akým výzvam budeme musieť ako ľudstvo čeliť, či už je to prístup k čistým zdrojom energií, pokročilejšie zdravotnícke technológie, efektívnejšie dopravné systémy, alebo iné. Toto všetko sú odvetvia postavené na strojárstve, elektrotechnike, informačných technológiách, teda vo všeobecnosti na technických inováciách, ktoré poskytnú práve budúci technici a inžinieri.
Miloš Mičian počas výučby vo svojom laboratóriu robotického zvárania. Zdroj: Archív M. Mičian
Čo všetko by mal ovládať dobrý technológ?
Každý technológ musí veľmi dobre ovládať aj materiálovú bázu, pretože pracujeme s reálnymi materiálmi a každý z nich inak reaguje na konkrétnu výrobnú metódu. Strojárske technológie sú zaujímavé, pretože v reťazci tvorby nového produktu sme my tí poslední, ktorí dávame digitálnemu návrhu reálnu podobu vo forme fyzicky vyrobenej, napríklad zváranej oceľovej, konštrukcie. Výrobných strojárskych technológií je, samozrejme, v súčasnosti veľké množstvo. Dôležitú úlohu tu zohráva aj technologickosť konštrukcie, pretože v konečnom dôsledku to musí byť pre firmu rentabilné. Ako sa hovorí, peniaze sú vždy až na prvom mieste.
Aké uplatnenie nachádza váš výskum v rôznych oblastiach priemyslu?
Okrem spomínaného výskumu zvárania vysokopevných ocelí naše pracovisko v oblasti technológií zvárania už dlhodobo spolupracuje aj s inými firmami z priemyslu. Spomeniem napríklad dlhodobú spoluprácu so spoločnosťou SPP – distribúcia, pre ktorú sme realizovali viaceré technológie opráv poškodení na vysokotlakových plynovodoch spojených s únikom zemného plynu.
Dnes sú tieto technológie zaradené medzi schválené spôsoby opráv, jedna z nich je aj patentovo chránená. Dokážu redukovať čas opráv, finančné náklady, sú bezpečné pri aplikácii a nie je pri nich nutný taký zásah do infraštruktúry v miestnej zástavbe alebo do prírody.
Zváranie pod vodou je jednou z najlepšie platených pracovných príležitostí pre komerčných potápačov.
V spolupráci s certifikačnými orgánmi poskytujeme dlhodobo taktiež podporu pre zváračské firmy pri schvaľovaní špecifických postupov zvárania aj s kompletnými mechanickými skúškami. Máme ucelený výskum v oblasti nedeštruktívneho skúšania (NDT), predovšetkým v oblasti moderných ultrazvukových 3D techník pre oceľové konštrukcie a potrubia. Ide o vývoj a aplikáciu nových metodík inšpekcie zvarových spojov. Pokiaľ po štúdiu študenti zvažujú certifikáciu v oblasti NDT metód vizuálneho skúšania, penetračných skúšok, magnetických metód a ultrazvuku, transfer týchto poznatkov uplatňujeme aj pri ich príprave.
Miloš Mičian (vľavo) s kolegami na svetovom kongrese poriadanom IIW (International Institute of Welding) v Singapure. Zdroj: Archív M. Mičian
Zváranie pod vodou a vo vesmíre
Ako je to so zváraním v špecifických podmienkach pod vodou alebo vo vesmíre? Ktoré metódy, procesy a materiály sa používajú v takýchto netypických prostrediach?
Zváranie pod vodou, ktoré nazývame aj hyperbarické zváranie, je náročná disciplína vyžadujúca si zručnosti a vybavenie. Je nevyhnutná pre údržbu a opravu podmorských konštrukcií, ropných plošín a potrubných systémov. Zvárajú sa väčšinou konštrukčné ocele.
Poznáme dve hlavné techniky zvárania, mokré a suché zváranie. Kvalita zvarov je lepšia pri suchom zváraní, pretože sa dajú použiť techniky ako MAG (Metal Active Gas, pozn. red.) a TIG (Tungsten Inert Gas, metóda TIG patrí medzi najpokročilejšie, najzložitejšie a najpresnejšie metódy zvárania, pozn. redakcie). Pri mokrom zváraní ide výlučne o ručnú metódu zvárania MMA (Manual Metal Arc, pozn. red.) so špeciálnou elektródou s voskovou ochranou obalu. Nedajú sa prehliadnuť nebezpečenstvá, ktoré so sebou zváranie pod vodou prináša. Väčšinou hrozí riziko úrazu elektrickým prúdom alebo utopenie. No sú tiež dôvodom, prečo je zváranie pod vodou jednou z najlepšie platených pracovných príležitostí pre komerčných potápačov.
Na Slovensku sa tejto technológii nevenuje pozornosť, ale keď som bol na študijnom pobyte na Fakulte strojárstva a námorného inžinierstva Technickej univerzity v Záhrebe, vykonávali tam certifikáciu zváračov pre zváranie pod vodou. Mali vybudovaný takzvaný mokrý bazén s priehľadnými stenami, vďaka čomu ste mohli túto činnosť pozorovať.
A čo sa týka vesmíru? Zváranie v podmienkach mikrogravitácie je študované už dlhšiu dobu. Výskum a aj realizácie sa, pochopiteľne, koncentrujú vo vesmírnych agentúrach, ako napríklad NASA. Záujem o tento výskum súvisí s možnosťou opráv častí orbitálnych konštrukcií priamo na orbite alebo výroby nových dielov pomocou aditívnych technológií odvodených zo zvárania, ktoré by sa nemuseli odosielať zo Zeme. Čo sa týka metód zvárania, ide hlavne o technológie s vysokokoncentrovanými zdrojmi tepla, teda laser a elektrónový lúč na materiály, ako sú hliníkové, titánové zliatiny a nehrdzavejúca oceľ.
Miloš Mičian často prednáša aj na konferenciách. Zdroj: Archív M. Mičian
Inovácie v oblasti zváračských postupov
Venujete sa výskumu a vývoju technologických postupov zvárania. Ako sa za posledné roky zmenil proces zvárania?
Tak technológie zvárania, ako aj iné strojárske technológie, sú veľmi dynamické vedné odbory, v čase sa rýchlo vyvíjajú. Posledné roky vo zváraní znamenajú predovšetkým zvyšovanie podielu robotického zvárania alebo rôznych foriem automatizácie tohto procesu. Ak ostanem iba na Slovensku, tak dostupnosť robotických systémov je už dnes pre firmy jednoduchšia, ako to bolo ešte nedávno. Tiež to súvisí s faktom, že sa používajú techniky zvárania, ktoré sa v ručnom režime nedajú aplikovať.
Nebojím sa, že by AI mala prevziať zváračský priemysel do svojich rúk. Aj naďalej sa bude rozvíjať iba ako efektívny nástroj na uľahčenie práce pri tejto technológii.
Ovplyvnila digitalizácia aj túto oblasť?
Vývoj digitalizácie iných výrobných technológií, samozrejme, neobchádza ani zváranie. Pojem Priemysel 4.0 a všetko, čo s tým súvisí, je už implementovaný do technológie zvárania. Dnes vieme vo výrobe každému jednému zváraciemu pracovisku vytvoriť digitálne dvojča, zváracie stroje vedia navzájom komunikovať cez eternetové siete, poskytujú o sebe veľké množstvo dát procesných parametrov do cloudových úložísk a pri súčasných výpočtových kapacitách vedia v reálnom čase využívať v prepojení so senzormi a s kamerami prvky Machine learning a Machine Vision. Tvoria sa autonómne systémy, kde sa vie zvárací robot sám navádzať do správnej pozície pri variabilných podmienkach vstupného materiálu, napríklad geometrie oceľového výlisku v automotive.
Prvky, ktoré som spomenul, sú podoblasťou umelej inteligencie (AI). Aj táto dnes veľmi často skloňovaná téma si našla miesto v technológii zvárania. Osobne sa však nebojím, že by AI mala, obrazne povedané, prevziať zváračský priemysel do svojich rúk. Je tu a aj naďalej sa bude rozvíjať iba ako efektívny nástroj na uľahčenie práce pri tejto technológii.
Zároveň chcem poukázať i na inú časť zváracej výroby. Máme aplikácie, ktoré sa rokmi nemenia a vždy budú závislé od potreby kvalifikovaných ručných zváračov. Sú to hlavne veľké inžinierske diela ako líniové stavby, mostové konštrukcie, veľké energetické celky a pod. V tomto prípade sú inovácie predovšetkým smerované do oblasti bezpečnosti, ochrany zdravia a ergonómie.
S ktorým typom zvárania dosiahneme najvyššiu pevnosť zvaru? A ktoré typy sú napríklad energeticky najefektívnejšie?
Pevnosť budúceho zvarového spoja je hlavne daná pevnosťou základného materiálu, ktorý zvárate. Ak sa napríklad budeme baviť o konštrukčných oceliach, tak máme ocele s medzou klzu od 235 MPa do 1300 MPa. Dosť veľké rozpätie, všakže? Ku každej akosti ocele preto musíte zvoliť vhodný prídavný materiál tak, aby samotný zvar v celom reťazci nebol tým najslabším článkom. Ak už toto máme, potom bude samotnú pevnosť zvaru ovplyvňovať predovšetkým celistvosť spoja – prítomnosť nedostatkov na povrchu a v objeme zvaru –, a tiež miera tepelného ovplyvnenia základného materiálu v okolí zvaru, voláme ju teplom ovplyvnená oblasť (TOO). V tomto prípade vyhrávajú skôr všetky formy automatizovaného a robotizovaného zvárania metódami, ktoré minimalizujú veľkosť TOO, napríklad energo-lúčové techniky alebo oblúkové zváranie s riadeným prenosom tekutého kovu.
Toto všetko súvisí aj s energetickou efektívnosťou zvárania. Zdroje tepla, ktoré koncentrujú tepelnú energiu na veľmi malej ploche, sú energeticky efektívnejšie a zároveň menej ovplyvňujú základný materiál, resp. šírka ovplyvnenia je veľmi malá. Pri zváraní nedochádza zároveň k výrazným deformáciám, čo je veľmi dôležité pri ďalších výrobných operáciách. Napríklad pri elektrónovo-lúčovom zváraní je hustota energie možno o tri rády vyššia ako pri zváraní v ochranných atmosférach.
Veľmi zaujímavé sú dnes aj metódy zvárania v tuhom stave, keď materiál teplotne skoro vôbec neovplyvníme. Skrýva sa to pod názvom FSW – Friction Stir Welding –, ktorý sa používa predovšetkým na hliníkové a horčíkové zliatiny pre oblasť letectva, kozmonautiky a automotive.
Čo z vášho odboru by ste vyzdvihli ako zaujímavosť, ktorá by zaujala aj ľudí, ktorým sa pri pojme zváranie vybaví len človek v zváračskej kukle?
Áno, človek v zváračskej kukle je najčastejšia odpoveď laika na otázku, čo si predstavuje pod pojmom zváranie. Ja by som ho možno rovno zobral napríklad do jednej z našich slovenských automobiliek.
Po chvíli strávenej vo zvarovni by získal inú predstavu o tom, ako sa dnes rieši inžiniering technológie zvárania pri sériovej výrobe. Respektíve by som mu celý výrobný proces zvárania karosérie musel vysvetliť, pretože by zrejme toho veľa nevidel, keďže zváracie robotické bunky sú z dôvodu bezpečnosti oddelené od vonkajšieho prostredia.
Zároveň by som mu ukázal priestory, kde sa celý proces desiatok robotických zváracích buniek monitoruje, vyhodnocujú sa onlajnové procesné parametre, v nadväznosti na to sa robia korekcie procesu zvárania, reporty zmenových výkonov, nákup prídavných materiálov alebo servis zváracej techniky. A to pri takte linky napríklad 60 sekúnd len s malým počtom technológov zvárania a bez prítomnosti akéhokoľvek, ako som na začiatku spomenul, človeka v zváračskej kukle.
