Michal Hatala získal ocenenie Vedec roka SR 2021 vo svojej kategórii za nedeštruktívne testovanie materiálov.
Vedec roka SR 2021: Kategória Technológ roka. Prof. Ing. Michal Hatala, PhD.
Prodekan pre vedu, výskum a doktorandské štúdium na Fakulte výrobných technológií Technickej univerzity v Košiciach so sídlom v Prešove a konateľ spoločnosti zameriavajúcej sa na inovatívne metódy nedeštruktívneho testovania materiálov prof. Ing. Michal Hatala, PhD., si tento týždeň prevzal na podujatí Vedec roka SR 2021 ocenenie v kategórii Technológ roka.
Ocenenie získal za prínos v oblasti uplatnenia progresívnych metód nedeštruktívnej kontroly a skúšania v technickej praxi.
V rozhovore pre portál Veda na dosah vysvetľuje, čo presne znamená a čo všetko zahŕňa nedeštruktívne testovanie materiálov, objasňuje, akými technológiami sa dnes kontrolujú a zvárajú materiály, a približuje pojmy, ako je ultrazvuk, vírivé prúdy či aditívna výroba.
Ako by ste vlastnými slovami priblížili činnosť, za ktorú ste dostali ocenenie Technológ roka?
Môj výskum je v súčasnosti zameraný najmä na nedeštruktívne testovanie (NDT), ku ktorému som sa dostal postupnou výskumnou činnosťou cez konvenčné metódy obrábania, energolúčové technológie rezania materiálov a predovšetkým zváranie. To ma postupne zaviedlo aj k aplikácii metód nedeštruktívneho testovania materiálov a zvarových spojov.
Čo presne znamená nedeštruktívne testovanie materiálov?
Hlavná podstata a výhoda je v možnosti kontroly výrobku bez ohľadu na to, o aký materiál ide. V stručnosti sa dá tvrdiť, že všetky materiály možno testovať rôznymi NDT metódami bez toho, aby ste ich museli rozrezať, akokoľvek porušiť, robiť do nich otvory, diery, trhať ich a podobne.
Kedysi sa, domnievam sa, testovalo najmä deštruktívnymi skúškami.
Áno, v strojárskom priemysle sa ešte pred tridsiatimi-štyridsiatimi rokmi väčšina priebežných a vybraných skúšok realizovala deštruktívne, čo v praxi znamená trhať, lámať alebo rozrezať a potom sledovať makro- a mikroštruktúru materiálov pod mikroskopom. Tak dochádza k znehodnoteniu výrobku a kontroly sa musia realizovať iba na určitých kusoch. Aj v súčasnosti sa takéto skúšky robia, ale týka sa to najmä vzoriek zvarových spojov a podobne. NDT dokážete aplikovať na všetky vyrobené kusy a garantujete ich kvalitu.
Najväčšie uplatnenie má NDT práve pri zvarových spojoch. Prečo práve pri nich?
Zváranie je špeciálny výrobný proces, ktorý prebieha pri vysokých teplotách a vznikajú pri ňom rôzne trhliny a póry. No predovšetkým je to technológia, ktorou sa vyrábajú rozmerné oceľové konštrukcie, ako napríklad mosty, pri ktorých si nemôžete dovoliť deštruktívne skúšanie, ale potrebujete skontrolovať zvarové spoje bez porušenia ich celistvosti. A to je v tomto prípade bez nasadenia NDT nemožné.
Aké metódy NDT sa dnes využívajú v praxi a aké preferujete vy osobne?
Metódy NDT rozdeľujeme na povrchové a objemové. Medzi povrchovými je základnou a nevyhnutnou vizuálna metóda, v rámci ktorej kontrolujete povrch výrobku alebo zvarového spoja podľa príslušnej technickej normy a vyhodnocujete, aké chyby sú ešte prípustné a aké nie. Pri iných povrchových metódach, napríklad pri kapilárnych, sa používajú rôzne farebné alebo fluorescenčné indikačné prostriedky v podobe penetrantov, ktoré vám po aplikácii vývojky vykreslia drobné, voľným okom neviditeľné trhliny a póry. Pri feromagnetických materiáloch sa zasa často používa magnetická prášková metóda, ktorá dokáže indikovať aj chyby materiálov, ktoré sú tesne pod povrchom a ktoré kapilárnou metódou nezistíte.
Objemové metódy sú zamerané na kontrolu vnútra daného výrobku. Asi všetkým niečo hovorí röntgen. RTG žiarenie je vyvolané na film z druhej strany a po vyvolaní vidíte vnútorné chyby materiálu nie čierne na bielom, ale biele na čiernom, presne ako RTG zlomeniny kosti u človeka.
V dnešnej dobe už aj najstaršia objemová metóda kontroly prešla mnohými inováciami a používajú sa prenosné žiariče, no realizácia si vyžaduje dodržiavanie prísnych bezpečnostných opatrení, ako je zabezpečenie priestoru proti vniknutiu cudzej osoby a podobne, aby nedošlo ku škodlivému ožiareniu, čo v podstate časovo komplikuje celý výkon skúšky.
Špecializoval som sa preto na novšie metódy, ultrazvuk a vírivé prúdy, ktoré sú nielen prenosné, ale pri ich použití sa vyhnete riziku ožiarenia, a keď s nimi pracujete, nepotrebujete okolo miesta testovania naťahovať žiadne bezpečnostné pásky.
Samozrejme, ako pri každej metóde aj v tomto prípade potrebujete byť náležite vzdelaní a fundovaní. Je nevyhnutné vedieť definovať správne nastavenie, výber sondy, rýchlosť šírenia ultrazvuku… To však nebudeme ďalej rozoberať, lebo by sme sa zhovárali aspoň dva týždne.
Mnohé firmy na Slovensku mali ultrazvukové prístroje dokonca roky zakúpené, ale vôbec s nimi nevedeli pracovať, netušili, čo s nimi dokážu spraviť. Pracovníci, ktorí vykonávajú nedeštruktívne testovanie, musia byť vyškolení a podliehajú procesu certifikácie podľa aktuálnych a platných noriem. Tieto špeciálne školenia realizujú výlučne certifikačné orgány, ako napríklad Výskumný ústav zváračský v Bratislave, kde som bol aj ja takmer tri roky študentom, a končia sa skúškami. Tento proces sa nikdy neskončí, pretože každý certifikovaný NDT pracovník je povinný raz za rok dokladovať svoj zdravotný stav a svoju činnosť a, samozrejme, v určitých periodických intervaloch v rámci predlžovania platnosti svojho certifikátu chodiť na preskúšanie.
Možno o niektorej z technológií NDT povedať, že je takmer stopercentná?
Nemôžete prísť s ultrazvukom na kontrolu do praxe a tvrdiť, že je stopercentný, lebo to nie je pravda. Iba vhodnou kombináciou metód, respektíve zmenou sond a polôh kontroly zvyšujete účinnosť kontroly. Moja špecialita je kombinácia ultrazvukovej metódy s metódou vírivých prúdov. Kým ultrazvuk je veľmi dobrý vo väčšej hĺbke, vírivé prúdy sú ideálne na povrchu a tesne pod ním, v takzvanom mŕtvom pásme, kde má ultrazvuk svoju slabinu. V povrchových vrstvách sa vám môže pri ultrazvuku stať, že chybu neidentifikujte, a v prípade, že je tam trhlina, respektíve prasklina, môže to mať fatálne následky. Trhlina sa môže v kovových materiáloch pri cyklickom zaťažení (týka sa to predovšetkým mostov) šíriť aj obrovskou rýchlosťou a kvôli nej potom praskne celý zvarový spoj. Vírivé prúdy sú založené na magnetizme a hysterézii, ale to je už úplne iná kapusta.
Kombináciou ultrazvuku a vírivých prúdov, jednoducho povedané, zvyšujeme citlivosť a kvalitu kontroly výrobku v celom jeho priereze a eliminujeme riziko prehliadnutia, možných chýb v materiáli, ktoré by mohli ohroziť zdravie obyvateľstva. Poslanie NDT spočíva v zabezpečení kvalitného a najmä bezpečného výrobku a zvlášť zváraných oceľových konštrukcií. Väčšina výrobných hál a nákupných centier pozostáva zo zváraných oceľových konštrukcií, pri ktorých je nevyhnutné montážne zvarové spoje po ich zhotovení priamo na mieste skontrolovať a potvrdiť ich kvalitu svojou pečiatkou. Tak sa osobne zaručíte, že je zvar vyhovujúci, že časom nepraskne a neohrozí zdravie obyvateľstva.
Bežný človek si ani neuvedomuje, aké je zváranie pre nás dôležité, a zvlášť v dnešnej dobe. Že takmer všetko je nejakým spôsobom zvarené a k sebe pripojené…
Presne tak! A práve preto musíme zabezpečiť, aby bol zvarový spoj zhotovený správne a kvalitne a musíme garantovať jeho bezchybnosť. To je moje pole pôsobnosti.
Zaoberáte sa aj produktmi aditívnej a automobilovej výroby. Čo to znamená aditívna výroba? Ak sa nemýlim, tá súvisí s 3D tlačou.
Áno, presne tak. Aditívna výroba už nie je blízka budúcnosť, ale realita. Do tejto oblasti sme teraz nasmerovali náš súčasný výskum, keďže je to veľmi zaujímavá oblasť s množstvom nevyriešených otázok. V tejto problematike v súčasnosti riešime aj projekt aplikovaného výskumu APVV v spolupráci s Prvou zváračskou spoločnosťou, a. s., v Bratislave a 1. prešovskou nástrojárňou, s. r. o. Sú to v tejto oblasti vysoko fundované výskumné spoločnosti, ktoré disponujú technológiami, aké my ako vysoká škola nevieme zakúpiť, keďže ide o investíciu nad päťstotisíc eur. Tie my nemáme.
Ďalším naším výskumným partnerom je aj VŠB Ostrava, Fakulta strojní. Práve na ich pôde sa nachádza najväčšie výskumné centrum aditívnych technológií v strednej Európe a na základe našej dlhoročnej spolupráce v rôznych oblastiach sa nám podarilo vybudovať sieť spolupráce praxe a vysokoškolského prostredia, čo je základ každého reálneho a najmä aplikovaného výskumu.
Poznáme viacero typov aditívnych technológií, ale ich podstata spočíva vždy v tavení veľmi jemného kovového prášku laserovým lúčom. Laserový lúč postupne taví vrstvu po vrstve a z prášku vám potom vznikne hotová súčiastka, ktorá je nielen tvarovo zložitá a klasickými technológiami obrábania veľmi obťažne vyrobiteľná, ale môže obsahovať rôzne dutiny, ozubenia a pohyblivé funkčné časti.
Aditívne technológie sa pri ich vzniku z ekonomických dôvodov využívali výhradne na prototypovanie, pretože ide o finančne veľmi nákladnú technológiu. Postupne sa však dostáva do praxe, kde nachádza uplatnenie pri kusovej výrobe zložitých komponentov, ktoré nevieme vyrobiť klasickým frézovaním či sústružením a podobne. No práve pri výrobkoch aditívnych technológií neexistujú v súčasnosti normy a metodiky na nasadenie NDT, a ako som už spomenul, každú NDT metódu musíte realizovať podľa platných noriem. Keďže veľmi úzko spolupracujem so Zväzom vedeckotechnických spoločností a Slovenskou spoločnosťou nedeštruktívneho testovania, vidím tu priestor na spoločné riešenie týchto aspektov a ustavičné zdokonaľovanie NDT v praxi.
Aditívne technológie sú zároveň veľmi úzko späté s automobilovou výrobou. V čom? Ako?
Brzdové kotúče, prevodovky, hlavy valcov, všetko sa už dnes kontroluje nedeštruktívnymi metódami. Výroba automobilov sa stále rozvíja a prináša potrebu vývoja čoraz novších materiálov, kde už nachádzajú svoje uplatnenie aj aditívne technológie.
Práve pri aditívnej výrobe nastáva problém, ak potrebujete tieto výrobky spojiť do väčších funkčných celkov. Ste obmedzení len na určité rozmery podľa veľkosti pracovného priestoru tlačiarne. Potrebujete napríklad dvojmetrový kus, no neviete ho vytlačiť naraz, lebo váš pracovný priestor je iba šesťdesiat centimetrov. Takže ho musíte urobiť z troch a viac kusov. A teraz nastáva otázka, ako ich spojiť. Tu vzniká priestor na výskum zvárania aditívnych materiálov, kde je NDT už neodmysliteľné. Toto je tá perlička, na ktorej momentálne úpenlivo pracujeme.
V rámci automobilovej výroby som mal krásnu spoluprácu s nemenovanou automobilovou spoločnosťou, kde sme realizovali kontrolu bodových zvarov karosérií. Išlo vskutku o veľmi tenké materiály, takže na ich kontrolu bola potrebná špeciálna sonda a zároveň sme to museli navrhnúť čo najjednoduchšie, skrátka tak, aby montážnik len zobral do ruky prístroj, priložil sondu tam, kam bolo treba, a na prístroji sa mu zobrazila buď červená, alebo zelená LED dióda. Ak zasvietila zelená, vedel, že zvar je zhotovený správne a spĺňa normu.
Študovali ste na Fakulte výrobných technológií Technickej univerzity v Košiciach so sídlom v Prešove. Ako si spomínate na svoje začiatky? Čo vás priviedlo k tomu, že ste si povedali: Budem technikom! Čím vás fascinovalo práve zváranie?
Som absolvent gymnázia vo Vranove nad Topľou, keďže v našom meste nebola strojnícka priemyslovka. No už ako malý som vedel, že chcem ísť týmto smerom, vždy ma to priťahovalo. Odmalička som všetko rozoberal, chcel som vedieť, ako to funguje. Buď som si to vylepšoval alebo zostrojoval vlastné, bavilo ma to. Zrejme som to zdedil po starom otcovi, ktorý bol dielovedúci v závodoch ťažkého strojárstva v Martine, a som mu za to neskutočne vďačný. Miloval som, keď som trávil prázdniny v jeho garáži pri sústruhu, výrobou malotraktora a podobne. Prosto mi to odmalička voňalo.
Keď som konečne zmaturoval, hneď mi bolo jasné, že idem na techniku. Do úvahy pripadala Strojnícka fakulta v Košiciach, Strojnícka fakulta v Bratislave alebo Fakulta výrobných technológií v Prešove, ktorá bola tiež na TU v Košiciach. Prijali ma na všetky tri, ale vybral som si tú svoju. Neviem, či kvôli mestu Prešov alebo kvôli názvu „výrobné technológie“, ktoré boli skrátka mojou vášňou. K technike jednoducho musíte mať vzťah. Bavilo ma to, chcel som to robiť. Tak som v roku 1997 nastúpil na vysokú školu a priznám sa, že v zimnom semestri som s tým chcel „hodiť“.
Prvé tri roky to bola len samá teória, matika, fyzika, počítanie od nevidím do nevidím, chýbala mi prax. Ja som už chcel vidieť tie technológie naživo, ohmatať ich a ochutnať. Ale dobre, že som na vysokej škole napokon zostal. Vo štvrtom a v piatom ročníku sme už mali viac praktických predmetov, tých naozaj technických, takže ma to naplno chytilo. Po úspešnom ukončení štúdia a získaní titulu Ing. som zostal na doktorandskom štúdiu a začal som s obrábaním, riešili sme optimalizácie výroby a tvorby CNC programov.
Technológ roka 2021 prof. Ing. Michal Hatala, PhD., pri práci. Zdroj: Archív MH
V tom čase sa v praxi objavili energolúčové metódy rezania materiálov, rezanie plazmou, vodným prúdom a laserom. Na túto problematiku som napokon orientoval aj svoju dizertačnú prácu, dokonca som sa habilitoval výskumnou činnosťou v tejto oblasti a od týchto technológií som sa neskôr dostal k zváraniu.
Potom som bol tri roky, už ako docent, študentom Výskumného ústavu zváračského. Najprv som nastúpil na kurz medzinárodného zváračského inžiniera, na ktorom som zistil, že existuje niečo ako NDT, že je to veľmi zaujímavé a ako to súvisí so zváraním. Nasledujúce dva roky som sa postupne certifikoval v štyroch metódach NDT a zvyšoval som si úroveň certifikácie až na maximálny Level III, v ktorom už potrebujete tieto metódy naozaj ovládať na vysokej teoretickej aj praktickej úrovni. Postupne som prišiel na to, že zváranie a NDT sú ako súrodenci, ktorí musia medzi sebou komunikovať a držať spolu.
Ako vnímate profesiu zvárača? Zdá sa mi to ako celkom nebezpečná práca…
Ani by som nepovedal, že nebezpečná, to už nie. Dnes už vie byť aj zváranie pomerne čisté a krásne. To sa snažím vysvetľovať aj svojim študentom. Oni si tiež vždy predstavia nejakého ufúľaného chlapa v kukle, ktorý sa potí a pracuje v špine a horúčave (smiech).
Iskry lietajú okolo neho! (smiech)
Áno, presne takto si to všetci predstavujú. Potom hovoria, ježiš, ja by som nikdy nechcel byť zváračom! Ale naozaj treba uznať, že klasické zváranie, ktoré všetci poznajú, takzvané CO zváranie, je väčšinou špinavá, hlučná a namáhavá práca. Ja to však vnímam skôr tak, že práca zvárača je na Slovensku veľmi finančne nedocenená. Máme naozaj šikovných zváračov, ale nevieme ich zaplatiť, tak končia v Nemecku, Slovinsku a podobne, kde zarábajú aj 40 eur za hodinu. U nás majú tu na východe 9 eur, v Bratislave 12 či 13 eur. Ale dobrý zvárač, ktorému to naozaj myslí, je u nás absolútne nedocenený.
Zváracích technológií máme mnoho a aj pri vybudovaní laboratória zvárania, ktoré rástlo plynule s laboratóriom NDT, som sa snažil zakomponovať všetky bežné metódy zvárania, s ktorými sa naši absolventi po skončení štúdia môžu v praxi stretnúť. Študenti si na praktických cvičeniach všetky metódy aj reálne vyskúšajú, čo im dáva lepšiu pripravenosť do praxe. Inak, ženy veľmi rady zvárajú! (smiech) Ony sa tým chcú potom pochváliť doma, chcú si ten zvar zobrať domov, darovať ho otcovi a tak.
No dnes je už aj zváranie na oveľa vyššej úrovni, ako bolo v minulosti. Máte už k dispozícii samozatmievacie kukly, takže vám nič nebliká do očí. Samotné technológie sú inovatívne, zváracie zariadenia intuitívne a v mnohých smeroch automatické.
Napokon, aj norma definuje zváranie ako špecializovaný, zvláštny výrobný proces. Musíte vedieť trošku aj o zlievaní, aby ste správne vyhodnotili, aký pridaný materiál môžete použiť a aký nie. A stále sa to vyvíja. Stále sú nové metódy, kombinácie s laserom a s kadečím. Je to skvelá práca, povedal by som.
Prof. Ing. Michalovi Hatalovi, PhD., odovzdal cenu prezident ZSVTS prof. Ing. Dušan Petráš, PhD. Zdroj: Marián Zelenák, CVTI SR
Ako vnímate ocenenie Vedec roka SR?
Najprv ma to veľmi prekvapilo. Človeka také niečo úprimne poteší.
Pred troma rokmi som sa inauguroval za profesora, čo bola desaťročná drina. To vám naozaj nespadne len tak z neba. A vždy, keď sa niečo v laboratóriu finišuje, robím aj 16 hodín denne. Zároveň som prodekan pre vedu a výskum, v súčasnosti pracujeme na periodickom hodnotení zamestnancov, zosúlaďovaní študijných programov a akreditácií, čo je niekedy nad hlavu byrokratickej záťaže, ktorú musíte popri výskumných aktivitách zvládať. Preto je veľkým zadosťučinením, keď dostanete takúto cenu. Človeka zahreje pri srdci, že jeho práca mala zmysel.
No stále hovorím, že nič z toho, čo robím, nie je len moja práca, ale je to výsledok spoločného úsilia výskumného tímu. Stojí za ním môj tím mladých výskumníkov – nadšencov, ktorým som za to neskutočne vďačný. Obdivujem na nich, že dokážu byť napriek nízkemu finančnému ohodnoteniu takí motivovaní.
V ďalšom rozhovore s Michalom Hatalom sa budeme rozprávať o vybavenosti slovenských laboratórií, grantovej podpore vedcov a zľahka sa dotkneme aj témy elektromobilov.
