Атомный ледокол "Ленин"

Сварка в судостроении

Впервые в мировой практике судостроения в 1889 г. дуговая электросварка была применена Н. Г. Славяновым при постройке на Пермских заводах парохода «Ре дед я князь Косогский». В 1896 г. сварку применяли на заводе «Общества пароходства и торговли» в Севастополе и в Кронштадтских мастерских. При ремонте поврежденных судов русской эскадры в Порт-Артуре в 1904 г. поврежденные участки корпуса отрезали угольной дугой и нагревали металл этим же способом для правки. Газовую сварку применяли в 1912—1917 гг. на Кронштадтском морском заводе, в частности, для ремонта кронштейнов гребных валов миноносцев.

В промышленных масштабах стал применять сварку в судоремонте, а затем и в судостроении В. П. Вологдин на дальневосточном заводе во Владивостоке [1]. Сварочный цех для работ по судоремонту на Дальзаводе открыт 1 июля 1921 г. на базе электросварочной мастерской, организованной В. П. Вологдиным на территории заводи в 1920 г. от Дальневосточного государственного университета. В числе первых работ, выполпеппых В. П. Вологдиным и его сотрудниками, постановка заплаты размером 500 X 500 мм иа корпус заводского катера; заварка трещины в корпусе отопительпого котла системы Шухова; заварка трещин в ахтерштенне парохода «Взрыватель» (1922 г.);

Одновременно с морским судостроением расширялись масштабы применения сварки в речном судостроении. Организованные на заводах «Красное Сормово» (Горький) и «Ленинская кузница» (Киев) сварочные бюро, а на судостроительных речных верфях на Волге (ст. Навашино, п. Сарепта) сварочные группы активно работали над заменой процесса клепки сваркой. Этому благоприятствовали как возросшая программа строительства судов, так и более легкие условия эксплуатации речных судов по сравнению с морскими. На всех этих заводах на сварное изготовление переводили в первую очередь менее ответственные элементы корпуса и соединения. Лишь после накопления опыта и подготовки сварщиков необходимой квалификации на сварку переводили более сложные и ответственные элементы корпусных конструкций. К концу 1930 г. на всех верфях речного судостроения было только 20 электросварочных аппаратов. К концу 1931 г. их стало 110, а в 1932 г. 280 шт. В 1931 г. в Киеве был построен первый цельносварной 150-сильный буксирный пароход (рис. 13.1). а в 1932 г. было сварено уже четыре таких судна. К 1933 г. «Речсудпроектом» уже были разработаны проекты сварных речных барж грузоподъемностью 100, 500, 6000 и 8000 т, наливной баржи 4000. т, а также ряда буксиров [12].

К началу 30-х годов на заводах морского и речного судостроения была создана база, необходимая для производства сварочных работ, подготовлены квалифицированные сварщики, что позволило приступить к строительству цельносварных корпусов судов. Первенец отечественного сварного судостроения— сварной морской катер был построен на Дальневосточном заводе (г. Владивосток) весной 1930 г. [5] и сдан в начале 1931 г. В конструкции катера имелся ряд особенностей, вызванных переходом с клепки на сварку и отражавших отсутствие опыта постройки сварных судов. В результате перехода на сварку масса корпуса была снижена на 19,6%, а трудоемкость изготовления корпуса — на 31,4%.

Screenshot_159
Рис. 13.1. Первый цельносварной 150-сильный речной буксирный пароход в процессе изготовления

Используя опыт постройки первого катера, под руководством В. П. Вологдина в 1931 г. был спроектирован п построен подобный морской катер, но с гранеными шпангоутами. При такой форме корпуса значительно упрощаются заготовительные работы по обшивке, так как каждый лист представляет собой элемент конической поверхности малой кривизны, развертываемой на плоскость. В 1932 г. на заводе была заложена серия из 10 сварных катеров и начата постройка двух целиком сварных 500-тонных речных барж. В конструк-ции катеров и барж постройки Дальневосточного завода было применено много новшеств и упрощений, обеспечивающих технологичность и использующих преимущества сварки по сравнению с клепкой [1, 4].

В июле 1932 г. правление Союзверфп приняло решение о разработке проекта и технологических процессов постройки цельносварного морского траулера. К этому времени в Судопроекте уже заканчивалась разработка чертежей сварных конструкций корпуса морских лесовозов, причем проектировались сварными не только второстепенные, но и ответственные части судового корпуса, включая второе дно, верхнюю палубу и даже наружную обшивку. В технических планах ряда заводов на 1932 г. была предусмотрена постройка сварных судов, например, в Николаеве — шесть сухогрузных барж и сварного буксира, на Севастопольском заводе — баржи и т. д.

В связи с необходимостью пополнения речного флота новыми судами была начата постройка судов в новых бассейнах.

По инициативе известного специалиста корабельного инженера Д. А. Мушепко в 1930 г. при Наркомводе создана специальная организация по проектированию и постройке цельносварных речных судов «Электроверфь». Ее центр находился под Ленинградом (Усть-Ижорская верфь на ст. Понтонная), а отделения открылись в Омске, Благовещенске, Красноярске, Ростове-на- Дону и в других местах. Первой продукцией «Электроверфи» были верповальные катера (строились на ст. Понтонной), речные наливные баржи (Ростов-на-Дону —1930 г.), речные баржи — понтоны длиной 36,5 м для перевозки хлопка (Чардясуй —1931 г.).

В конце 1930 г. состоялась Первая Всесоюзная научно-техническая конференция по судостроению, которая наметила обширную программу исследовательских и экспериментальных работ по сварке, в том числе постройку четырех опытных сварных судов. Не смотря на достигнутые успехи, сварка в морском судостроении оставалась еще весьма новым и неизученным процессом. В технической литературе того времени продолжались дискуссии о возможности и целесообразности перехода на постройку полностью сварных морских судов [9, 15]. Но сварка как прогрессивный технологический процесс, прокладывая путь к широкому промышленному применению, выдвигала много сложных научно-технических проблем.

Screenshot_165
Атомный ледокол ленин
Screenshot_164
Трехдуговая сварочная головка

Применение сварки в судостроении Советского Союза регламентировалось в этот период «Правилами применения электросварки в судостроении», утвержденными в 1930 г. [2]. Это был первый отечественный нормативный документ по применению сварки в корпусных конструкциях. Техническую политику в области сварки в судостроении в тот период осуществлял организованный в 1929 г. отдел сварки в На- учно-исследовательском институте судостроения и судовых стандартов (НИСС). Почти одновременно в Центральном бюро по проектированию морских судов (с 1928 г. названном «Судо- проект») была создана группа сварного судостроения, которая разработала первые проекты отечественных целиком сварных судов. В частности, был разработан проект сварного речного буксира мощностью 150 л. с.

На основании опыта постройки первых целиком сварных или полусвар- ных судов Регистром СССР в 1933 г. выпущены «Временные правила Регистра СССР. Применение электроду- говой сварки в судостроении». Эти «Правила…» устранили ряд ограничений конструктивного характера, в частности, на применение в некоторых от-ветственных узлах соединений внахлестку или встык с накладками. Однако главной проблемой, которая еще не была достаточно изучена, были механические свойства металла шва и качество углеродистой стали.

Все сварные соединения в то время выполняли преимущественно ручной дуговой сваркой электродами с тонким (меловым) покрытием. Металл шва хотя и обладал достаточной прочностью, близкой к прочности основного металла, но вследствие значительного окисления и насыщения азотом имел крайне низкие пластические свойства. Из-за малой пластичности металла шва сдерживалось применение сварки для наружной обшивки корпуса судна. Вызывала серьезные сомнения работоспособность швов, испытывающих при эксплуатации продольную растягивающую нагрузку. Из-за этого в первых сварных судах не применялись сварные соединения встык по пазам: на ряде судов пазы обшивки оставались клепаными, а стыки — сварными. Весь набор к обшивке приваривали. С появлением толсто покрытых электродов, дающих металл шва высокой пластичности, указанные опасения были устранены и сваривать стали все ответственные части корпуса, в том числе наружную обшивку [10]. Отмеченные выше опасения относительно работы продольно нагруженных швов для речного судостроения не имели такой остроты, как для морского судостроения. Поэтому уже в мае 1932 г. Наркомтяжпром, объединявший в то время заводы речного судостроения, издал распоряжение о разработке плана полного перевода с 1934 г. речного судостроения на сварку и прекращении выпуска клепаных судов.

Внедрению новой прогрессивной сварочной технологии постоянно уделяла внимание инженерно-техническая общественность. Научно-техническое общество сварщиков провело в январе 1936 г. в Ленинграде всесоюзную конференцию «Сварка в судостроении». На конференции в докладе В. П. Вологдина отмечалось, что число электросварочных постов в судостроении составляло на конец 1935 г. около 1500, из них 60% — на заводах крупного судостроения [4].

В 1935 г. на многих заводах сварщики-стахановцы значительно повысили производительность труда. Так, на

Ленинградском заводе средняя выработка сварщиков по сравнению с началом 1935 г. увеличилась в октябре на 34%, в ноябре —на 55%, и в декабре — на 100%. В то же время па Ленинградском заводе была применена автоматическая сварка открытой дугой автоматом АМ-2 при изготовлении трубчатых конструкций и плоскостных секций. Однако эта попытка оказалась неудачной из-за низкой производительности автомата по причине значительных затрат времени на его наладку и установку.

Ко времени принятия второго пятилетнего плана развития народного хозяйства СССР сварку уже широко применяли в судостроении. Полностью перейти на сварку при изготовлении корпусов морских крупных судов было невозможно главным образом из-за отсутствия надежных, хорошо свариваемых сталей и недостаточной стойкости металла шва против хрупких разрушений. В то время считалось, что сварные суда можно успешно эксплуатировать, если на заводе-изготовителе обеспечен надлежащий технический уровень и культура постановки сварочного дела. Эти положения были отражены в «Технических условиях применения сварки», выпущенных в 1938 г. Регистром СССР [13]. Согласно этим правилам при постройке судов можно было применять как ручную, так и автоматическую дуговую сварку. При этом было предусмотрено, что при применении обычных углеродистых сталей для корпуса содержание углерода в них не должно превышать 0,27% при содержании марганца до 0,7%. Выполнение этого требования обеспечивало по сравнению с ранее действовавшими правилами большую надежность сварных соединений.

Возможность и целесообразность постройки целиком сварных морских судов любых размеров была подтверждена опытом успешной эксплуатации гидрографических судов типа «Седов* длиной 81 м и ледокольных судов типа «Севморпуть» длиной 104 м. Эти суда, спроектированные в 1932 г. Судопроектом в Ленинграде и построенные в 1934—1936 гг., имели сварную конструкцию корпуса, за исключением пазов наружной обшивки и двойного дна. Сварку производили меловыми электродами. Благодаря переходу на сварку масса этих судов по сравнению с клепаным прототипом была снижена на 116 т. Прочность судов была подтверждена успешным переходом «Океана» п «Охотска» Северным морским путем на Дальний Восток. В 1937 г. «Мурман» в условиях тяжелого ледового плавания доставил с дрейфующей льдины участников экспедиции И. Д. Папанина.

Более быстрыми темпами развивалось применение сварочной технологии в речном судостроении. План перехода от постройки клепаных судов к цельносварным, намеченный в середине 30-х годов, был успешно осуществлен. Это открыло большие возможности для дальнейших крупных технических усовершенствований в речном судостроении. Переход к сварке создал благоприятные условия для строительства корпусов судов секционным методом. Этот метод выгодно отличается тем, что основные сборочные и сварочные работы можно выполнять не па открытой площадке, а в закрытых цехах, оснащенных более совершенными техническими средства-ми. При этом почти все сборочные, сварочные и другие виды работ можно, выполнять в наиболее удобном нижнем положении. Широкое распространение секционного метода постройки судов в речном судостроении, начавшееся в середине 30-х годов, ограничивалось тем, что существовавшие в то * время на заводах и верфях здания производственных цехов не соответствовали требованиям изготовления в них крупных секций корпуса. Строительство новых цехов и реконструкция существовавших отставали от темпов развития новой технологии.

Внедрение секционного метода постройки речных судов представляло в 30-е годы сложную техническую задачу, так как необходимо было решать многочисленные      конструктивные       и

технологические задачи. Так, весьма сложно решалась задача определения оптимальных способов членения корпуса судна на секции или, как тогда говорили, «разбивки корпуса на секции» и последовательности сборки и сварки из них корпуса. Не менее важное значение имела в те годы разработка технологии производства работ, обеспечивающей получение секций с достаточно точной формой и размерами. Уже на первых этапах использования секционного метода постройки корпуса судов была установлена необходимость учета сварочных деформаций и погрешностей, обусловливаемых недостаточно точным исполнением заготовок и сборки из них элементов корпуса. В связи с этим при изготовлении секций стали учитывать при назначении размеров заготовок для балок и листов обшивки поперечную и продольную усадку, вызываемую сваркой.

Труднее всего для речного судостроения оказалось изыскание способов борьбы с короблением тонких листов наружной обшивки, палубного настила, обшивки продольных и. поперечных переборок, а также частей надстройки корпуса. В те годы местные деформации выпучивания обшивки устраняли преимущественно путем нагрева таких мест пламенем газовых горелок. Изредка с той же целью наплавляли холостые валики.

При постройке первых сварных судов сохранились многие традиции клепаного судостроения. Сохранилось, в частности, и расположение стыков листов вразброс для смежных поясков. Однако такое конструктивное исполнение монтажных поперечных стыков корпуса оказалось трудно осуществимым в производственных условиях. От таких монтажных стыков отказались, но расположение стыков листов вразброс в пределах каждой секции сохранялось долгое время.

При переходе к постройке сварных корпусов из секций много внимания было уделено отысканию рациональной последовательности сборки и сварки секций. При весьма тонкой обшивке предпочитали осуществлять полную сборку секции, т. е. собирать листы на прихватках, и сразу же устанавливать и прихватывать продольные и поперечные ребра. После этого сваривали соединения между ребрами. Затем приваривали ребра к листам и в последнюю очередь сваривали поперечные и продольные стыки между листами. Такая последовательность работ позволяла существенно уменьшить местные деформации выпучивания листов, так как ребра, препятствуя свободной их усадке при сварке стыковых соединений, создавали натяжение обшивки. Одновременно с этим широко использовали прижатие листов к сборочной плите и приварку свободных кромок секции к плите прихватками и гребенками. У сек-ции с более толстой обшивкой (6>4 мм) после полной сборки листов между собой в первую очередь сваривали стыки листов каждого пояса, затем соединяли между собой продольными швами пояса. В последнюю очередь приваривали к листам поперечные и продольные ребра. Сварка производилась с прижатием листов грузами; избирали, как правило, последовательность выполнения швов от середины секции к ее краям. Изготовление секции завершалось подваркой швов поперечных и продольных стыков обшивки. Для облегчения сборки монтажных стыков между секциями продольные швы обшивки не приваривали до края полотнища на 250—300 мм.

Применение секционного метода постройки судов позволило успешно использовать новый для того вромени технологический процесс — автоматическую дуговую сварку. К 1937 г. в Институте электросварки АН УССР были разработаны два способа автоматической сварки: с применением проволоки со стабилизирующим тонким по-крытием и проволоки крестового сечения с толстым покрытием. В это же время в Институте электросварки создан первый в СССР сварочный самоходный аппарат-трактор для автоматической сварки в судостроении. Возможность применения таких аппаратов в судостроении еще не была доказана [8, 12].

Повышение технического уровня сварочной техники и применение новых механизированных процессов потребовали создания ряда нормативных документов и правил, которые были разработаны Научно-исследовательским институтом судостроения (в 60-е годы переименованный в ЦНИИ им. Крылова). В 1939—1940 гг. здесь был разработан комплекс проектов стандартов по сварке, в том числе по электродам, сварным соединениям и форме подготовки кромок под сварку, контролю ка-чества сварки, обозначениям сварки на чертежах, испытаниям на свариваемость и др. Часть этих проектов предназначалась для замены действовавших до этого стандартов по сварке, изданных Наркомводом. Одновременно для решения принципиальных технических вопросов по применению сварки в судостроении при Главном управлении судостроительной промышленности в 1940 г. создана постоянная комиссия по сварке под председательством В. П. Вологдина, возглавлявшем в то время кафедру сварки в Ленинградском кораблестроительном институте.

Однако переход па сварку в судостроении, ввод в строй ряда новых судостроительных предприятий и общее развитие судостроения требовало проведения большой организационно-технической и исследовательской работы. Она была поручена созданному в 1939 г. тресту «Оргсудпром», который в 1947 г. был преобразован в Центральный научно- исследовательский институт технологии судостроения (ЦНИИ ТС) [6]. В тресте была организована сварочная лаборатория. Впоследствии ЦНИИ ТС стал крупным научным центром по вопросам технологии постройки современных сварных судов.

Героически трудились советские судостроители в годы Великой Отечественной войны. На ленинградских судостроительных заводах в условиях блокады и голода был организован серийный выпуск самоходных мелкосидящих судов, так называемых тендеров и плашкоутов, для плавания на Ладожском озере, а также сварных барж грузоподъемностью 1000 т для снабжения блокированного Ленинграда.

На ряде судостроительных заводов в войну была организована поточно-позиционная постройка бронекатеров, мониторов, больших охотников за под-водными лодками, а также рейдовых тральщиков. Все эти суда были исключительно сварными.

В течение 1943—1944 гг. произошли известные аварии корпусов сварных судов «Либерти» и Т-2, построенных в США. Аварии имели место и на судах, переданных США по лендлизу Советскому Союзу («Валерий Чкалов», «Донбасс» и др.). Исследованиями в СССР, США, Англии установлено, что одной из основных причин хрупких разрушений сварных судов было неудовлетворительное качество применявшейся для их постройки углеродистой стали, склонной к хрупким разрушениям.

В СССР были проведены комплексные исследования по вопросам прочности сварных корпусов морских судов. Эти исследования продолжены и в послевоенное время. В результате их в 1946 г. разработаны уточненные требования к низкоуглеродистой и низколегированной сталям для корпусов судов [6]. В 1947 г. разработан проект правил конструирования сварных корпусов судов.

.

Добавить комментарий