Внедрение автоматической сварки в отечественном танкостроении

Просмотров: 1 412

В начале 1941 года автоматическая сварка уже внедря­лась на 20 крупнейших предприятиях СССР. Толь­ко сварка броневых сталей «застряла» в лаборатории. Танковая броня не хотела покоряться новому способу сварки.

Танкостроители поначалу не особенно доверяли сварке — этому слишком быст­рому способу соединения металлов и считали клеп­ку более надежным и достаточно производительным технологическим процессом.

Однако в 1937 году корпус танка Т-26 был изготов­лен не клепкой, а ручной дуговой сваркой.

Танк Т-26 со сварным корпусом

Танк Т-26 со сварным корпусом

В 1939 году во время войны с Финляндией обнаружилась сла­бость брони клепаных танков Т-28. И тогда к корпу­сам и башням уже готовых к отправке на фронт ма­шин были приварены дополнительные броневые лис­ты толщиной 20 — 50 мм.

Танк Т-28 с приваренными дополнительными броневыми листами

Танк Т-28 с приваренными дополнительными броневыми листами

Но главной заботой сварщиков стали новые тан­ки. 19 декабря 1939 года успешно прошел испытания и был рекомендован в производство средний танк Т-34, оказавшийся самым лучшим из танков, участвовав­ших во второй мировой войне.t-34[1]

Успех применения той или иной конструкции тан­ка (впрочем, как и других машин широкого потреб­ления) в значительной степени зависит от приспо­собленности к массовому производству, от надеж­ности технологии изготовления. При массовом про­изводстве недопустимы часто повторяющийся брак, перерасход энергии и материалов, завышенная трудоемкость. Ведь даже малейший недостаток, незаметное на первый взгляд на единичной машине упу­щение, умноженное на большое количество машин, обернется довольно значительными потерями, кото­рые особенно ощутимы в военное время.

Суровые условия войны требовали десятки тысяч танков. Препятствием к увеличению выпуска тан­ков стали бронекорпуса, которые необходимо было сваривать. Чтобы выполнить эту работу, нужны были сотни, тысячи высококвалифицированных сварщиков. А вместе с тем даже в мирное время опытных сварщиков не хватало. Подготовить в крат­чайший срок необходимое количество специалистов было немыслимо. Тем более что фронт нуждался в людях не менее, чем промышленность.

Танк — сложное инженерное сооружение, изготавливаемое путем сварки угловых и стыковых соединений в различных пространственных положениях

Танк — сложное инженерное сооружение, изготавливаемое путем сварки угловых и стыковых соединений в различных пространственных положениях

Из создавшегося положения был только один вы­ход — автоматическая сварка. И в это трудное время Институт электросварки АН УССР под руководством

Евгений Оскарович Патон

Евгений Оскарович Патон

начал разработку технологии автомати­ческой сварки брони под флюсом с электродной про­волокой.

Сотрудники Института электросварки работали по 12—16 ч в сутки. Сменяя друг друга, сваривали куски броневой стали, резали образцы, шлифовали, изучали под микроскопом, измельчали минералы, плавили флюсы, опять варили… Эксперимент за экспериментом, флюс за флюсом, режим за режи­мом… Но трещинки, очень маленькие, часто заметные только в микроскоп, раскалывали монолит шва, предвещая неприятности при ударе снаряда. Основная задача, которая стояла перед коллективом ин­ститута, — выяснить причину растрескивания шва и разработать технологию сварки брони.

Броню непревзойденного качества смогли создать советские металлурги. Но те же химические элемен­ты, что обеспечивали металлу хорошую противоснарядную стойкость и живучесть, делали его чувст­вительным к нагреву, ухудшали свариваемость. Од­нако сварщики обязаны были принять броню цели­ком, со всеми ее свойствами — хорошими и плохими. Их задача была связать броневые плиты так, чтобы танки, корабли, самоходные артиллерийские уста­новки и другие сварные конструкции обладали наи­высшими боевыми качествами.

Мягкий шов

Лабораторные исследования все же увенчались успехом — была найдена основная при­чина образования трещин. Оказалось, что высокая проплавляющая способность дуги, горящей под флю­сом, необходимая для повышения производитель­ности процесса, имеет и отрицательную сторону. В сварочную ванну попадало значительное количест­во основного металла. Вместе с тем в ванну пере­ходил и углерод. «Объединяясь» с легирующими примесями, углерод делал металл шва склонным к образованию трещин.

При сварке под флюсом используют непокрытую электродную проволоку. Дуга расплавляет не только кромки изделия и проволоку, но и некоторое количество флюса. Расплавленный флюс (шлак) защищает зону сварки. После остывания шлаковая корочка легко отделяется от шва

При сварке под флюсом используют непокрытую электродную проволоку. Дуга расплавляет не только кромки изделия и проволоку, но и некоторое количество флюса. Расплавленный флюс (шлак) защищает зону сварки. После остывания шлаковая корочка легко отделяется от шва

Для решения этой проблемы была предложена оригинальная идея — предварительно уложить в за­зор между кромками малоуглеродистую проволоку и затратить часть тепла на ее плавление. Развар кромок уменьшился, и в ванне снизилось содержа­ние углерода.

Оставалось ответить на вопросы: как будут чувст­вовать себя танки в бою, при попадании снарядов прямо в шов с уменьшенным содержанием углерода? Можно ли допустить в «работу» танки, сваренные швом более мягким и менее твердым, чем броня?

Е.О. Патон до испытания ответил на эти вопро­сы: поскольку диаметр снаряда больше ширины шва, то снаряд, попавший точно в шов, все равно встретится с бронёй и заклинится между кромками в мягком шве. Бездефектный вязкий шов должен хорошо принимать на себя ударные нагрузки при та­ране. На полигоне подтвердилось: ученый прав.

На испытательный полигон доставили корпус танка, один борт которого был сварен старым спо­собом — вручную, а другой — автоматом под флю­сом. От бронебойных и фугасных снарядов «ручные» швы быстро разрушались. «Автоматные» швы про­должали держать изуродованные броневые плиты после жесточайшего обстрела, немыслимого в реаль­ных условиях.1600px-T34

Танковый конвейер

Технология автоматической сварки корпусов танков быстро внедрялась на заво­дах Урала, Сибири, Поволжья. Научные сотрудники Института электросварки из лаборатории перебра­лись в цеха, стали инструкторами-наставниками, мастерами, технологами. Конструкторская группа в кратчайшие сроки спроектировала специализиро­ванные установки для изготовления различных уз­лов боевых машин, в том числе для сварки кольце­вых швов, которыми приваривались командирские башенки, для приварки отражательных подбашен­ных колец. Скоростная сварка заставила улучшить весь процесс изготовления корпусов. В цехе был из­менен порядок рабочих мест, из вагонеток был со­оружен конвейер для сборки и сварки танковых кор­пусов. Теперь уже заготовки в строгой последова­тельности поступали на сборочно-сварочные места, где из них формировались узлы и корпуса боевых машин.

Сварка бортов корпуса танка Т-34 автоматическим сварочным устройством

Сварка бортов корпуса танка Т-34 автоматическим сварочным устройством

Производительность нового способа сварки пре­взошла возможности сварки покрытыми электрода­ми. Например, чтобы приварить днище подкрылка к борту старым способом сварки, высококвалифици­рованному сварщику нужно было затратить около 20 часов. Новичок после 5 — 10 дней обучения варил эти швы новым способом сварки за 2 часа. Ввод одной ав­томатической сварочной установки освобождал 7 сварочных трансформаторов и 8 дросселей-регуля­торов, обеспечивал экономию 42% электроэнергии. Но главное — это высокое качество и необходимое количество танков.

Автоматическая приварка крыши к литой броневой башне танка Т-34

Автоматическая приварка крыши к литой броневой башне танка Т-34

О работе Е.О. Патона в то время была сложена легенда. Танкисты, ездившие на заводы получать танки, рассказывали своим товарищам, что ходит по цехам высокий седоусый профессор-академик, спе­циально приехавший с Украины, выстукивает моло­точком и выслушивает каждый танк. И если уж он дает «добро», за машину можно не беспокоиться — снаряд не сможет пробить ее броню.

Зачистка сварных швов танка Т-34

Зачистка сварных швов танка Т-34

К лету 1942 года на танкостроительных заво­дах СССР для производства танков Т-34 работало уже несколько десятков автосварочных установок. Советский Союз выиграл промышленную битву с германскими концернами.

А сварщики уже разрабатывали технологию соединения броневых плит толщиной 90 и 120 мм для тяжелых танков и самоходных установок се­рии «ИС» («Иосиф Сталин»).

Но не только технология сварки была в центре внимания руководителя Института электросварки. Во многом ка­чество сварки зависело от аппаратуры.

Сварочная головка повышенной надёжности

Сконструированная в мирное время, рассчитанная на спокойную эксплуатацию, сварочная двухмотор­ная головка с обратной связью оказалась теперь не­достаточно надежной. Моторы для подачи элект­родной проволоки в условиях военного времени ра­ботали плохо. Колебания напряжения в сети влия­ли на число оборотов двигателя постоянного тока, а следовательно, и на скорость подачи проволоки. Нарушение режима сварки неизбежно приводило к браку.

В настоящее время сварщики, используя достиже­ния электроники, создали аппаратуру с надежными стабилизирующими системами, с системами, регу­лирующими различные параметры дуги. При по­мощи этой аппаратуры можно управлять процессом сварки, программировать изменения параметров и т. д. В военное время даже стабилизация напря­жения была почти неосуществимой технической проблемой.

Вторым недостатком довоенной головки была сложность ее механической части, основанной на использовании специального дифференциала. В мир­ное время на эту сложность никто и внимания не обращал, но в условиях военного времени, когда запасы комплектующих деталей кончились, выпуск сварочных головок оказался под угрозой срыва.

Евгений Оскарович Патон давно заметил недостатки двухмо­торных головок и принимал все меры, чтобы упростить конструкцию, повысить надежность их работы. И все же наилучшим решением оказалась разработка принципиально нового аппарата. Новая головка была сконструирована с учетом свойства саморегулирования дуги, открытого в Институте электросварки в 1942 году.

Саморегулирование дуги проявляется при сварке плавящимся электродом при достаточно больших плотностях тока. При этом устойчивый режим сварки характеризуется равенством скорости подачи электрода в зону дуги и скорости его плавления. Скорость подачи задают постоянной. В соответствии с ней устанавливается и скорость плавления, кото­рая прямо пропорциональна коэффициенту плавле­ния электрода и сварочному току. Чем больше ско­рость подачи, тем больше и сварочный ток, тем ско­рее плавится электрод.

Все это происходит при постоянной скорости по­дачи. Значит, в сварочных головках можно устано­вить один двигатель, независимый от напряжения дуги!

На головки начали монтировать трехфазные асинхронные двигатели небольшой мощности (око­ло 100 Вт) с постоянным числом оборотов.

Схема сварочной головки с постоянной скоростью подачи электродной проволоки

Схема сварочной головки с постоянной скоростью подачи электродной проволоки

Отпала необходимость в дефицитных купроксных выпрямителях, вместо дифференциала применили обычные шестерни. Упростилась электросхема. Для изменения скорости подачи ввели сменную пару шестерен. Простота в изготовлении и надежность работы новых сварочных головок были неоспоримы. И с декабря 1942 года мастерские Института электро­сварки полностью перешли на их выпуск.

Флюс из доменного шлака

В разгар внедрения нового способа сварки в адрес Института электро­сварки начали поступать тревожные сообщения: «Кончаются запасы флюса!»

Стекольный завод, на котором перед войной был выплавлен флюс, остался на оккупированной тер­ритории. На Урале таких заводов не было. Необхо­димо было срочно ответить на вопросы: где получить флюс? Можно ли наладить его производство соб­ственными силами?

Перед технологическими группами института, приступившими к поиску флюса-заменителя, возник­ла очень сложная задача — сделать флюс из местного сырья. Основываясь на опыте, накопленном при разработке сварки под флюсом, удалось рас­считать требующееся количество отдельных ком­понентов. Были найдены местные минералы, содер­жащие необходимые элементы.

Началась экспериментальная проверка. Различ­ные минералы дробили, просеивали, тщательно взве­шивали, перемешивали, засыпали в электропечь. После 2 — 3 часов варки при температуре около 1600°С расплав гранулировали (выливали) в воду, высушивали, размельчали, просеивали. Флюс испытывали сразу непосредственно на сварке. Требования были высокие.

При сварке дуга должна гореть устойчиво, с незначительными колебаниями тока и напряжения, пламя не должно прорываться через флюс, шов должен быть ровным, поверхность блестящая, с мелкими чешуйками, шлак должен свободно от­деляться при легком ударе, никаких трещин и де­фектов не допускается…

Одни составы были забракованы сразу, над дру­гими продолжали работать, корректируя с точностью до 1 — 2% содержание компонентов. Последним кри­терием пригодности флюса были механические ис­пытания сварных соединений и металла шва. Во время этих испытаний определяли сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлине­ние, ударную вязкость, относительное сужение, выносливость при повторных нагрузках.

Новый флюс назвали АН-2. Его удалось составить всего из четырех минералов: песка, известняка, мар­ганцевой руды и небольшого количества плавиково­го шпата. При сплавлении их в стекловидную массу происходили некоторые химические превращения: флюс раскислялся, освобождаясь от закиси железа и высших окислов марганца (имевшихся в марган­цевой руде, песке), дегазировался.

Оставалось наладить его промышленный выпуск. Потребности промышленности во флюсе настолько возросли, что для его производства необходимо было построить завод наподобие стекольного. А чтобы снабжать его сырьем, необходимо было открыть но­вые карьеры. Нереальные в военные годы требова­ния.

Е.О. Патон предложил использовать в качестве флюса доменный шлак, но он отличался повышен­ным содержанием серы, что для флюса не допуска­лось. Поэтому начали исследовать шлаки старых доменных печей, работавших на древесном угле, в котором не было серы. Шлак Ашинских домен вблизи Уфы оказался похожим на флюс АН-2. В нем недоставало только 10% окиси марганца.

Металлурги добавили марганцевую руду в до­менную шихту, и к лету 1942 года разработка «шла­кового» флюса, получившего индекс АШ, была за­кончена. Новый флюс давал возможность сваривать как броню, так и конструкционные стали.paton1_2[1]

За выдаю­щиеся заслуги в разработке скоростной сварки бро­ни и ускорении выпуска боевой техники Евгений Оскарович Патон в марте 1943 года был удостоен высокого звания Героя Социалистического Труда. В короткий срок, в сложных условиях военного времени коллектив Института электросварки разработал оборудование и технологию автоматической дуговой сварки бронекорпусов и других видов вооружения и боепри­пасов. В США только в 1944 году освоили сварку брони под флюсом, а в 1953 году была выпущена пер­вая сварочная головка с постоянной скоростью пода­чи электродной проволоки. В Германии до конца вой­ны сваривали танки вручную.

Литература:

Б.Е. Патон, А.Н. Корниенко. Огонь смешивает металл.- М.: Педагогика, 1980

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий


Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru