ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА О РАЗВИТИИ СВАРОЧНОЙ ТЕХНИКИ В СУДОСТРОЕНИИ

Русские ученые Николай Николаевич Бенардос (в 1882 г.) и Ни­колай Гаврилович Славянов (в 1888 г.) прославили Россию своими замечательными изобретениями. Первый изобрел электрическую дуговую сварку угольным электродом, второй - электрическую ду­говую сварку плавящимся электродом. В свое время они сами счита­ли свои изобретения важными, однако, вряд ли могли предполагать, что открытые ими способы соединения металлов (да и не только ме­таллов) через столетие станут ведущими технологическими процес­сами изготовления и ремонта металлических конструкций самых различных назначений.

Надо отметить, что сварка, как процесс соединения металличес­ких частей изделий, известна давно. Еще в древности люди научи­лись добывать и обрабатывать железо и изготавливать путем ковки из его нагретых частей различные изделия. С начала XIX в. приме­нялся так называемый способ сварки «литьем». Этот способ по суще­ству является разновидностью обычного литья, когда две металли­ческие детали соединялись заливкой расплавленного металла в зазор между ними.

Что же стоит за термином сварка? ГОСТ 2601-74 «Сварка метал­лов. Основные понятия, термины и определения» предлагает следую­щую формулировку: «Сварка - процесс получения неразъемных со­единений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или плас­тическом деформировании, или совместном действии того и друго­го». Отсюда в классификации способов сварки и принято делить все существующие способы на два крупных класса: сварка плавлением и сварка давлением. В наше время существует большое количество спо­собов сварки в каждом из указанных классов.

Сущность способа Н. Н. Бенардоса (рис. 1.1, а) заключается в том, что между угольным электродом и изделием, подключенными к ак­кумулятору, возникает электрическая дуга, приводящая к плавлению металла изделия. В область дуги сбоку вводится добавочный металл в виде присадочного прутка для обеспечения формирования сварно­го шва. Способ Н. Г. Славянова отличается тем, что в качестве элект­рода применен металлический плавящийся стержень, который под­держивает горение дуги и, одновременно расплавляясь, формирует шов (рис. 1.1, б). Следует отметить, что Славянов разнообразил свое изоб­ретение и па многие его виды получил патенты в ряде стран. Его пред­ложения впоследствии были развиты русскими учеными и получили широкое распространение в мировой промышленности. Славянов был пионером использования электросварки в судостроении, применив ее для ремонта деталей судовых механизмов. Однако в заметных объе­мах электросварка в России начинает применяться только в 20-х гг. прошлого столетия.

а) б)

Много для развития сварки в отечественном судостроении сделал профессор Виктор Петрович Вологдин. Он первый применил электро­сварку по методу Славянова на Дальзаводе в г. Владивостоке, где в 1926 г. было организовано производство сварных котлов, а в 1930 г. построен первый цельносварной корпус морского буксира. В. П. Во­логдин впервые в стране организовал подготовку инженеров-свар - щиков, первый выпуск которых состоялся в Дальневосточном поли­техническом институте в 1930-31 гг. Впоследствии (1934-1949 гг.) Вологдин возглавлял кафедру сварки Ленинградского кораблестро­ительного института. В эти годы он много сделал для того, чтобы сварка стала ведущим технологическим процессом в отечественном судо­строении, так же, как и пришедший ему на смену профессор Георгий Александрович Бельчук.

Опыт применения электросварки на Дальзаводе постепенно распро­странялся на другие судостроительные заводы страны. В 1935 г. в Ленинграде был построен первый крупный иолусварноп мор­ской пароход «Седов», на ряде заводов начата постройка сварных до­ков, теплоходов для Каспийского моря и других цельносварных судов.

К началу Великой Отечественной войны сварка почти полностью вытеснила клепку. В 1939 г. клепка для изготовления речных судов была запрещена постановлением правительства. В годы войны все корпуса строящихся тогда судов, как и их ремонт, выполнялись толь­ко с помощью электросварки. Это было время перехода от изготовле­ния клепаных корпусов к сварным, и по своему значению оно так же революционно, как время перехода строительства деревянных судов к металлическим.

Переход к сварному судостроению был непрост и потребовал про­ведения достаточно большого объема самых разнообразных научно - исследовательских работ для того, чтобы убедиться в абсолютной надежности сварных соединений и возможности безаварийной дли­тельной эксплуатации сварных корпусов судов и кораблей различно­го назначения.

При соединении двух листов с помощью клепки на стык накла­дываются дополнительные полоски металла (с одной или двух сто­рон листа), проводится сверловка отверстий, затем в отверстия вставляются заранее нагретые до высоких температур заклепки, тор­цы которых осаживаются специальным инструментом до получе­ния плотного соприкосновения соединяемых деталей. При больших объемах изготовления металлических конструкций процесс весьма трудоемок и малопроизводителен. Сварное соединение значитель­но проще по своей конструкции. Здесь кромки собранных в соответ­ствии с чертежом деталей расплавляются тем или иным способом, образуя монолитное неразъемное соединение. Наряду с тем, что эти оба вида обеспечивают получение прочно-плотного соединения, сварка дает следующие преимущества:

1) масса сварной конструкции уменьшается на 15...20% из-за от­сутствия в ней перекроев или дополнительных накладок;

2) резко снижается трудоемкость изготовления конструкции (от­падает необходимость разметки, сверления большого количе­ства отверстий, изготовления накладок и заклепок, а также трудоемкий процесс нагрева заклепок и самой клепки):

3) появляется возможность совершенствования форм конструк­ции, так как технологическая свобода при применении сварки чрезвычайно велика;

4) появляются возможности для механизации процесса, что свя­зано с относительной простотой сварных соединений;

5) труд при изготовлении сварных конструкций менее тяжел, не­жели при изготовлении клепаных конструкций;

6) при применении современных способов сварки (механизиро­ванной под флюсом и в среде защитных газов) улучшаются экологические характеристики процесса.

Применение сварки кардинально изменило технологические процес­сы изготовления корпусов судов. Так, 60...70% сборочно-сварочных ра­бот выполняются в сборочно-сварочных цехах, где изготавливаются сек­ции либо блоки, которые с высокой степенью готовности затем передаются на стапель, где из них формируется и сваривается корпус судна. Большой объем сварочных работ производится при изготовлении различных изделий судового машиностроения и энергетики. Сварка здесь позволяет создавать комбинированные лито-сварные либо штам­посварные конструкции, конструкции из различных материалов.

За последние несколько десятилетий значительно увеличился объем научных исследований во всех областях сварочного производ­ства. Это привело к созданию новых марок сварочных материалов (электродов, сварочных проволок, флюсов и т. д.), что было связано с расширением номенклатуры сталей и сплавов, применяемых в раз­личных отраслях промышленности, f [есомненный прогресс наблюда­ется в области разработки и применения новых источников питания, создания универсальных автоматов и полуавтоматов различного на­значения, новых прогрессивных технологий изготовления сварных конструкций. Из года в год увеличивался объем применения механи­зированных способов сварки, особенно в среде защитных газов, дос­тигнув в настоящее время 50,„60%. Начинают появляться роботизи­рованные комплексы на поточных линиях изготовления узлов. На рис. 1.2 показана динамика применения механизированных способов сварки в судостроении.

Практически нет способа сварки, который не применялся бы в су­достроении. Для машиностроительных конструкций, котлов высо­кого давления и корпусов реакторов с успехом применяется электро - шлаковая сварка. Для изделий энергетики и приборостроения находит применение электронно-лучевая и лазерная сварка. Разработанные процессы плазменно-воздушной резки позволили улучшить качество вырезаемых деталей, уменьшить их деформации и этим создать ус­ловия для расширения применения механизированных способов свар­ки. В этом отношении являются перспективными разработки по со­зданию технологии лазерной резки, что направлено на дальнейшее

увеличение точности вырезаемых деталей за счет уменьшения тепло­вой деформации кромок.

Большой вклад в разработку прогрессивных сварочных технологий, механизацию сварочных процессов, создание современного сварочного оборудования, сварочных и основных материалов для изготовления су­довых конструкций внесли Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения (ЦНИИ ТС), Центральный научно - исследовательский институт конструкционных материалов (ЦНИИ КМ) «Прометей», Институт электросварки им. Е. О. Патона (г. Киев).