Все о сварке

Сварка брони в годы вов


ГЛАВА 4 СВАРКА МЕТАЛЛОВ В СССР В ПЕРИОД ВЕЛИКОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЫ (1941-1945 гг.)

Главные усилия ученых в период Великой Отечественной войны были направлены на совершенствование боевой техники и технологии ее изготовления. Их деятельность отличалась оперативностью, активным участием в решении конкретных практических задач. Сварка широко использовалась при изготовлении танков, самолетов и другого вооружения и боеприпасов, а также при строительстве предприятий, эвакуированных в восточные районы страны. Самым большим достижением сварщиков в годы войны следует считать внедрение и всеобщее признание преимуществ автоматической сварки под флюсом, особенно в производстве танков. В этом большая заслуга принадлежит Е. О. Патону и руководимому им коллективу научных сотрудников Института электросварки АН УССР, эвакуированному на Урал. Автоматическая сварка под флюсом прошла производственную проверку на Уралвагонзаводе им. Ф. Э. Дзержинского еще до войны и с апреля 1941 г. была внедрена в цехе изготовления платформ вагонов. До начала войны было сварено несколько тысяч балок. Накопленный опыт применения автоматической сварки, большая сварочная лаборатория со штатом квалифицированных инструкторов, наличие базы по изготовлению сварочных приспособлений и сварочных материалов предопределили выбор Е. О. Патоном района Урала как наиболее подходящего места для размещения Института электросварки в период Великой Отечественной войны с целью максимальной помощи фронту. Вскоре на этом предприятии был размещен танковый завод им. Коминтерна, эвакуированный из Харькова [14, 37]. Война потребовала значительного расширения номенклатуры марок сталей, допускающих применение сварки. До войны была освоена главным образом сварка низкоуглеродистых сталей. Сравнительно редко изготовлялись сварные конструкции из углеродистых и легированных сталей. Поэтому следовало в первую очередь разработать технологию сварки всевозможных высокопрочных легированных сталей, широко встречающихся в артиллерийских системах, минометах, танках и в другой оборонной технике. Благодаря настойчивости Е. О. Патона в Институте электросварки в первые месяцы пребывания на Урале широко развернулась работа по освоению технологии автоматической сварки под флюсом танковой брони. Одновременно начали внедрять автоматическую сварку при изготовлении артиллерийского вооружения и боеприпасов. Технология сварки высокопрочных сталей не была разработана ни у нас, ни за рубежом. Для научных сотрудников Института электросварки лабораториями стали цехи и участки заводов, выпускавшие оборонную продукцию. В таких условиях пришлось преодолеть много серьезных трудностей. Научные сотрудники института не оставляли своего места по 10—12 ч в сутки, работали и в выходные дни. И результаты были ощутимые: за пять месяцев 1941 г. были смонтированы и пущены в эксплуатацию девять автоматических установок для сварки отдельных узлов танков, разработан технологический процесс, смонтированы и пущены установки для скоростной сварки авиабомб, подготовлены сварщики, работающие на автоматах, и мастера-наладчики. В январе 1942 г. были сварены под флюсом борта первого в мире сварного танка. Убедительные результаты получены при испытании танка на полигоне. Один борт танка сварили автоматом под флюсом, а другой — вручную. После обстрела танка с весьма короткой дистанции оказалось, что автоматные швы остались целыми, а швы, сваренные вручную, во многих местах были разрушены. Комиссия, проводившая испытания танка, рекомендовала всем танковым заводам внедрить автоматическую сварку под флюсом в производство корпусов танков. С этого времени автоматическая сварка под флюсом начала широко применяться на всех танковых заводах страны. Е. О. Патон и его сотрудники считали своей священной обязанностью, своей честью быстрее внедрять автоматическую сварку в оборонную промышленность и этим помочь фронту, Советской Армии. В 1942 г. Институт электросварки разработал для заводов Наркомата танковой промышленности и Наркомата боеприпасов 20 проектов установок для автоматической сварки танковых корпусов и 8 — для сварки авиационных бомб и боеприпасов (П. И. Севбо, С. С. Савенко). Применение автоматической сварки под флюсом для изготовления танков сразу же показало исключительные преимущества этого способа. Производительность труда на сварке узлов танка повысилась более чем в 5 раз. Е. О. Патон лично руководил освоением автоматической сварки под флюсом на заводе им. Коминтерна. Приняв на себя функции сварочного бюро завода, Институт электросварки осуществлял так-, же текущее обслуживание цехов завода по вопросам сварки и термической резки. На этом заводе были смонтированы и пущены 19 установок для автоматической сварки танковых корпусов, была смонтирована и пущена в действие пер-вая в мире поточная линия для изготовления бронекорпусов танков. В поточную линию входили: сборочные стенды, установка для автоматической электросварки под флюсом продольных швов большой длины, станки-автоматы карусельного типа для автоматической электросварки круговых швов, самоходные сварочные головки для сварки продольных швов небольшой длины, самоход-ные головки для сварки круговых швов (рис. 4.1; 4.2). Создание поточной линии дало возможность прекратить выпуск корпусов танков в индивидуальном порядке. Пуск поточной линии освободил для других работ 280 квалифицированных сварщиков, которых заменили 57 рабочих, в основном девушки. Применение автоматической сварки под флюсом сыграло важную роль в обеспечении советских войск достаточным количеством первоклассных боевых машин — прославленных танков Т-34, самоходных артиллерийских установок и боеприпасов. Во второй половине 1942 г. советская промышленность уже выпускала танков больше, чем промышленность Германии. В мае 1942 г. Советское правительство наградило Е. О. Патона орденом Красной Звезды за внедрение скоростной автоматической сварки на танковых заводах страны. Это была высокая оценка работы не только Е. О. Патона, но и всего коллектива института, которым он руководил. Сотрудники института — А. М. Сидоренко, П. И. Севбо, В. И. Дятлов, А. И. Коренной, А. М. Макара, Б. Е. Патон, С. А. Островская и М. Н. Сидоренко, отличившиеся при внедрении автоматической сварки под флюсом в бронекорпусном производстве, были премированы. Со многих заводов в адрес Института электросварки поступали письма с просьбой прислать инструктивный материал, помочь в приобретении аппаратуры и в налаживании сварочного производства. Е. О. Патон, очень загруженный работой по руководству внедрением автоматической сварки в оборонной промышленности, основательно перерабатывает свою книгу «Скоростная автоматическая сварка под слоем флюса», которая вышла в свет в 1942 г. третьим изданием [24]. Эта книга стала пособием по внедрению скоростной автоматической сварки под флюсом на многих предприятиях страны. Кроме того, на заводы были посланы подробные инструктивные материалы, разработанные научными сотрудниками института. Для помощи оборонной промышленности во внедрении автоматической сварки под флюсом на заводы Челябинска, Свердловска, Сталинграда, Омска, Горького и др. были направлены все сотрудники института, которые могли работать инструкторами. К концу 1942 г. на танковых, минометных, артиллерийских заводах Советского Союза уже работало около 40 установок для автоматической сварки [15, 18]. В январе 1943 г. за образцовое выполнение задания правительства по увеличению выпуска танков и бронекорпусов Е. О. Патон был награжден орденом Ленина. Чтобы обобщить опыт применения автоматической сварки под флюсом в промышленности СССР, по инициативе Института электросварки в январе

1943г. была созвана специальная конференция. Выполняя решения конференции, работники института в том же году написали подробное пособие по автоматической сварке бронеконструкций, которое вышло в свет под редакцией Е. О. Патона [31].

Рис. 4.1. Установка для приварки крыши кбашие танка Рис. 4.2. Установка для приварки подпогоного кольца к башне танка

В 1943 г. Институт электросварки продолжал оказывать помощь военным заводам страны в деле освоения скоростной автоматической сварки под флюсом. В этом году только на заводах Наркомата танковой промышленности уже работало 50 автосварочных установок. Кроме того, институт внедрял автоматическую сварку и на многих других заводах. С помощью скоростной автоматической сварки под флюсом было организовано поточное производство фугасных авиабомб, реактивных снарядов для прославленных «катюш», а также многих других видов вооружения их боеприпасов. Характерно, что ни в одной стране, кроме Советского Союза, автоматическая сварка под флюсом в танковой промышленности в годы войны не применялась. Лишь в последние месяцы войны по примеру СССР в США начали осваивать сварку под флюсом при постройке бронекорпусов танков и самоходных артиллерийских установок. В этот период в Германии автоматическая сварка бронекорпусов танков так и не была освоена [19]. Сотрудники Института электросварки (А. И. Коренной и др.) внедрили сварку под флюсом в производство корпусов тяжелых танков ИС на Челябинском танковом заводе им. Кирова. Широкое применение получила сварка в военное время на Уралмашзаводе в Свердловске. Массовый характер производства ряда деталей потребовал проведения специализации участков, применения стендов для сборки и сварки, внедрения автоматической сварки под флюсом. Большую исследовательскую и экспериментальную работу выполняла сварочная лаборатория завода, особенно важным было освоение сварки бронекорпусных сталей (В. И. Дятлов, В.Ю. Шишкин, Г. А. Уколов, Е. Н. Уколова и др.). Следует также отметить большую работу в годы войны инженеров В. В. Степанова, П. Я. Куколева, Г. Л. Усенко и др., которые в содружестве с работниками Института электро-сварки А. А. Казимировым, Ф. Е. Сороковским, И. К. Олейником, С. В. Радченко освоили и широко внедрили автоматическую сварку под флюсом в производство боевой техники. В период 1941—1945 гг. большой вклад в освоение выпуска военной продукции внесли сотрудники лаборатории сварки Горьковского автомобильного завода. За короткое время одновременно с изготовлением автомобилей был освоен выпуск самоходных артиллерийских установок, снарядов для «катюш» и другой продукции для фронта [7]. В марте 1943 г. Е. О. Патону было присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот» за выдающиеся научно-технические достижения, которые позволили ускорить производство танков и металлоконструкций. За успешное внедрение и освоение в бронекорпусном производстве сварки под флюсом орденом Трудового Красно-го Знамени в 1943 г. награждены сотрудники института Б. Е. Патон и П. И. Севбо, орденом «Знак Почета» — А. И. Коренной, И. К. Олейник, А.М. Сидоренко, медалью «За трудовую доблесть» — Г. 3. Волошкевич, А. М. Макара, С. А. Островская, М. Н. Сидоренко, Ф. Е. Сороковский. Большую работу по внедрению автоматической сварки на уральских заводах в годы войны проводили также научные сотрудники Института электросварки Г. В. Раевский, А. Е. Аснис, Т. М. Слуцкая, Л. М. Гутман, К. О. Дзевалтовский, А. М. Лапин, М. Я. Горлов, Л. И. Гудима, В. Г. Приходченко, Б. И. Медовар, Д. М. Рабкин, А. А. Супрун, Л. М. Богачек, М. С. Грохотов и др. В 1944 г. на 52 заводах СССР уже работало свыше 100 автосварочных установок, введенных в эксплуатацию сотрудниками Института электросварки. Применение автоматической сварки в оборонной промышленности дало исключительно большой эффект — позволило резко увеличить выпуск боевых машин, боеприпасов и вооружения высокого качеетва для Советской Армии. Только на танковом заводе им. Коминтерна с помощью автоматов для сварки под флюсом было выполнено 2400 км шва. К концу войны коллектив завода доложил Центральному Комитету Коммунистической партии и Советскому правительству о выпуске Но тысячного тапка. Этот исторический цельносварной танк был поставлен па пьедестал на заводской площади и до сих пор стоит как памятник трудовому героизму советских рабочих, инженерно-технических работников и ученых в годы войны [4, 13, 19, 37]. О значении работ по автоматизации сварочных процессов, выполненных Институтом электросварки в годы Великой Отечественной войны, директор завода, на территории которого был размещен институт, Ю. Е. Максарев писал: «Чрезвычайную роль сыграли институт и лично Евгений Оскарович в автоматизации процессов сварки. Здесь институтом, при самом живом и непосредственном участии Евгения Оскаровича, проведена гигантская работа. Работа по автоматизации процессов сварки, проведенная Евгением Оскаровичем на заводе, позволила не только решить одну из труднейших проблем военного времени — проблему кадров, но буквально выручила один из важнейших отделов завода, которому без автоматизации сварки было бы чрезвычайно трудно, если не невозможно, справиться со стоящими перед ним задачами» [12]. Высокую оценку работе коллектива Института электросварки в годы Великой Отечественной войны дал Герой Социалнстического Труда В. А. Малышев, который в тот период был народным комиссаром танковой промышленности и заместителем Председателя Совнаркома СССР [13].

Кроме Института электросварки АН УССР, плодотворную работу по внедрению сварочной техники в оборонную промышленность вели многие организации, например ЦНИИТМАШ, ШТАТ и другие. Перед войной

Е. О. Патон с моделью танка, подаренном ему коллективом бывшего Уральского танкового завода им. Коминтерна в знак памяти и благодарности за работу в годы Великой Отечественной войны.

ЦНИИТМАШ успешно освоил сварку под флюсом обычной электродной проволокой, разработал хороший флюс типа ОСЦ-45 и технологию скоростной сварки разного рода конструкций, спроектировал несколько установок для этого процесса. В годы войны сотрудники отдела сварки ЦНИИТМАШ (К. А. Удотов, К. В. Любавский, Л. М. Яровинсшш, И. Л. Бронберг, А. С. Гельман и др.) главное внимание уделяли разработке технологии сварочных материалов и оборудования для автоматической сварки под флюсом и их внедрению в производство боеприпасов. На автоматах конструкции ЦНИИТМАШ можно было сваривать как длинные прямые швы на горизонтальной плоскости, так и круговые больших и малых диаметров. Это особенно было необходимо для промышленности, изготовлявшей вооружение и боеприпасы [33, 42, 43]. Особого упоминания заслуживает деятельность во время войны старейшей русской технической школы — Московского высшего технического училища им. Н. Э. Баумана, располагавшего сильными научными кадрами и многочисленными лабораториями. Роль МВТУ им. Н. Э. Баумана усиливалась исключительно внимательным отношением наркома вооружения Д. Ф. Устинова, часто бывавшего в училище и постоянно посещавшего лаборатории, и начальника технического управления наркомата Э.А. Сателя, профессора училища. Значительные работы вела и кафедра сварки училища под руководством К. К. Хренова и Г. А. Николаева по применению сварных соединений в артиллерийских системах, по сварке спецсталей, по физическим методам контроля качества сварки и пр. [17]. В годы Великой Отечественной войны значительно расширилось применение высокопроизводительной контактной сварки. При изготовлении артиллерийского и стрелкового вооружения стали широко использовать штампосварные конструкции с массовым применением контактной электросварки. Они также широко использовались в транспортном машиностроении — в производстве вагонов, паровозов, автомобилей, тракторов, в станкостроении, тяжелом и энергетическом машиностроении. Развитию штампосварных конструкций, в частности в оборонной промышленности, во многом способствовали работы МВТУ, за что отдельные сотрудники были награждены орденами (Г. А. Николаев, С. Т. Назаров и др.). Дальнейшее развитие получили работы в области электросварки и резки металлов под водой в годы Великой Отечественной войны. Разработка теоретических основ и практических приемов электросварки и резки металлов под водой позволила широко применять их для ремонта многочисленных повреждений подводной части кораблей и разрушенных железнодорожных мостов. Сварка и резка металлов под водой широко применялись при проведении аварийных и спасательных работ. В 1942 г. при Московском электромеханическом институте инженеров железнодорожного транспорта создана лаборатория сварки и резки под водой, которой руководил К. К. Хренов. Лаборатория выполняла задания Главного управления военно-восстановительных работ Народного комиссариата путей сообщения СССР (ГУВВР НКПС). Разрабатывались покрытия электродов для подводной сварки и резки и т. д. Кроме того, лаборатория готовила кадры сварщиков и резчиков для работы под водой для Военно-Морского Флота и железнодорожного транспорта. Она организовывала выезды бригад для проведения опытных работ в прифронтовой зоне, которые подтвердили большую эффективность подводной резки пролетных строений взорванных железнодорожных мостов. Успешное выполнение этих работ позволило уже в декабре 1942 г. сформировать специальный восстановительный поезд для подводной электрорезки, который имел свою электростанцию, водолазные станции, сварочные агрегаты, понтоны, подъемные средства и т. д. За период войны этот поезд выполнил много очень важных работ. После окончания войны он работал на восстановлении железнодорожных мостов на Дону, Днепре и других реках, а также на Черном море — в водах СССР, Болгарии, Румынии по извлечению затопленных судов. По заданию Наркомата Военно-Морского Флота СССР и Аварийно-спасательного управления флота лаборатория под руководством К. К. Хренова проводила исследования и разработку сварки в нижнем, вертикальном и потолочном положениях. Были выполнены механические испытания, металлографические исследования и химический анализ металла шва, сваренного под водой. Результаты исследований были положительными. Все это дало возможность развернуть крупные работы по применению подводной электросварки и резки для восстановления поврежденных судов и военных кораблей. Их ремонтировали на плаву. Было создано несколько станций подводного судоремонта [38, 39].’ В 1943 г. Указом Президиума Верховного Совета СССР К. К. Хренов и ряд работников Главного управления военно-восстановительных работ и бойцов железнодорожных войск за выполнение заданий и проявленное мужество и стойкость были отмечены правительственными наградами. За разработку способов сварки и резки металлов под водой, нашедших применение при ремонте кораблей и разборке железнодорожных мостов, Государственная премия в 1946 г. была присуждена К. К. Хренову. В особенно тяжелых условиях пришлось работать ученым-сварщикам Ленинграда в дни блокады. И. О. Окерблом, А. А. Алексеев, Д. Н. Сагалович и др. выполняли задания военного командования, в тяжелейших условиях оказывали научно-техническую помощь заводским работникам, готовили сварщиков на различных курсах и т. д. 2. Разработка новой технологии и теоретических основ сварки Первые опыты применения автоматической сварки под флюсом для сварки броневых сталей, выполненные накануне войны Институтом электросварки совместно с танковым заводом им. Коминтерна, не дали положительных результатов. В сварных швах возникали трещины. Уже на Урале осенью 1941 г. экспериментальные и теоретические исследования дали возможность выяснить причины возникновения трещин в сварных швах на броневых сталях. Были разработаны способы устранения опасности появления трещин путем введения в зону сварки низкоуглеродистой проволоки, снижающей содержание углерода до 0,16%. Руководителем этих работ был В. И. Дятлов (Институт электросварки АН УССР), в работе участвовал инженер завода Б. И. Иванов [1, 9]. В годы Великой Отечественной войны практическое применение получил также прием сварки по предварительно уложенным в разделку кромок присадочным пруткам. Эта технология сварки броневых сталей была принята всеми заводами Народного комиссариата танковой промышленности СССР и также давала возможность получать прочный и вязкий металл шва без трещин в металле шва и в зоне термического влияния. В 1943 г. А. И. Коренной впервые предложил способ автоматической сварки расщепленным электродом для соединения деталей бронеконструкций. В дальнейшем этот способ и построенная по этому принципу сварочная аппаратура были усовершенствованы и получили практическое распространение. В военный период в Институте электросварки проводились работы по созданию многодуговой и многоэлектродной сварки под флюсом. В 1943 г. Б. Е. Патон, А. М. Макара и С. А. Островская впервые предложили сварку несколькими раздвинутыми дугами. Вначале этот способ не получил распространения вследствие малой устойчивости второй и дальнейших дуг, которые действовали через слой шлака, расплавленного предыдущими дугами. В дальнейшем, уже в послевоенные годы, когда были применены тонкая электродная проволока и повышенная плотность тока, многодуговая сварка раздвинутыми дугами стала широко использоваться, в частности для изготовления изделий из легированных сталей. Были начаты исследования трехдуговой автоматической сварки под флюсом, которая открыла широкие перспективы сварки на больших скоростях. Уже первая экспериментальная проверка нового способа показала, что скорость сварки повысилась в 3—4 раза. Б. Е. Патон и И. К. Олейник в середине 1944 г. предложили способ полуавтоматической сварки под флюсом, который в 1945— 1948 гг. был усовершенствован Институтом электросварки в содружестве с ленинградским заводом «Электрик» и получил широкое распространение для сварки швов, недоступных для автоматов [19, 21]. Большой экспериментальный материал, полученный в годы Великой Отечественной войны, и результаты теоретических разработок проблемы автоматической сварки под флюсом обобщены в ряде трудов, изданных Институтом электросварки в первые послевоенные годы [5, 6, 16, 34]. В годы войны научно-исследовательские работы по созданию новой технологии проводила также Секция по научной разработке проблем электросварки и электротермии Академии наук СССР под руководством В. П. Никитина, созданная в начале 1941 г.; был предложен способ автоматической сварки с разделением процессов тепловой подготовки основного и присадочного металла (сварка с жидким присадочным металлом) . Трудные условия военного времени не остановили развития теоретических работ в области сварки в СССР. Наряду с большой производственной работой научные сотрудники Института электросварки заложили фундамент дальнейшей теоретической и экспериментальной разработки проблемы автоматической сварки под флюсом. Прежде всего следует отметить важные работы по изучению физической природы сварки под флюсом. В начальный период развития механизированной сварки под флюсом существовали две различные точки зрения в отношении сущности процесса сварки под флюсом. Некоторые американские исследователи утверждали, что под флюсом нет дугового разряда и что не следует смешивать способ сварки под флюсом с такими процессами, как ручная дуговая или автоматическая дуговая сварка электродом с покрытием. Советские ученые считали, что при сварке под флюсом имеет место дуговой процесс. Это положение экспериментально доказали Б. Е. Патон и А. М. Макара. В 1943—1944 гг. они исследовали процесс сварки под флюсом и доказали, что способ сварки под флюсом по своему основному принципу (источник тепла) не отличается от способа Н. И. Бенардоса и Н. Г. Славянова, а лишь является его современной модификацией. В монографии Б. Е. Патона и А. М. Макары впервые изложены основы теории автоматов для дуговой сварки [22]. В годы Великой Отечественной войны важные теоретические исследования проводили ученые-сварщики Москвы, Ленинграда и других городов. Н. Н. Рыкалин выполнил работы по вопросам расплавления электродов и проплавления основного металла. А. А. Алов работал над изучением шлаковых включений и пор в металле шва. Успешные исследования в области точечной контактной электросварки элементов больших толщин проводил А. С. Гельман. Над раскрытием механизма возникновения собственных напряжений и деформаций в процессе сварки работали Н. О. Окерблом и В. П. Вологдин. Глубокие теоретические исследования прочности элементов сварных конструкций выполнил С. А. Данилов. В создании различных сварных конструкций для вооружения участвовали Г. А. Николаев, И. И. Прохоров и др. [10, 11, 17, 28, 32, 41]. За годы войны большое развитие получила газопламенная обработка металлов. К удачным разработкам относятся создание технологии резки специальных легированных сталей, цеховых установок для получения пиролизного газа и ряд других. На многих заводах основной объем работы в заготовительных цехах выполнялся при помощи кислородной резки. Вновь получила широкое применение газовая сварка, особенно на монтажных работах и при изготовлении изделий из металлов малых толщин. В военное время стало очевидным, что прежние пути развития газопламенной обработки металлов недостаточны для удовлетворения потребностей промышленности. Возникла задача дальнейшей механизации и автоматизации разделительной кислородной резки, расширения областей ее применения, разработки новых технологических процессов. Для решения этих задач в феврале 1944 г. создан Научно- исследовательский институт автогенной промышленности. Инициаторами создания института были П. Л. Капица и Г. А. Николаев. В сентябре 1945 г. институт переименован во Всесоюзный научно-исследовательский институт автогенной обработки металлов (ВНИИавтоген). В годы войны получила некоторое развитие термитная сварка металлов. Методы электрической сварки не всегда отвечали требованиям практики, особенно в условиях военного времени. Научными сотрудниками отделения связи ЦНИИ железнодорожного транспорта (М. И. Вахнин, А. Н. Кукин, Л. А. Талыков) был разработан магниевый термит, который упростил технологию термитной сварки и позволил легко производить сварку стальных телеграфных и телефонных проводов диаметром 3—6 мм в полевых условиях. 3. Новые сварочные материалы Поскольку основной объем сварочных работ в стране выполнялся вручную, важное значение имела проблема создания совершенных электродов. В годы войны особенно хорошо зарекомендовали себя электроды УОНИ-13 — одни из лучших советских электродов. Эти электроды позволили перевести в разряд хорошо сваривающихся многие марки сталей, сварка которых до появления электродов УОНИ-13 была затруднена. Но электродов не хватало. Промышленность не была обеспечена в достаточном количестве и качественной проволокой для газовой сварки и автоматической сварки под флюсом. В военный период ученые-сварщики выполняли большую теоретическую и экспериментальную работу по замене дефицитных элементов электродных покрытий недефицитными, по созданию новых марок электродов. К. К. Хренов на основе теоретических и экспериментальных исследований совместно с сотрудниками МВТУ им. И. Э. Баумана создал новое электродное покрытие (МТ), которое позволяло качественно сваривать сталь малой толщины — от 0, 5 до 2,0 мм. Исходя из теории процессов, происходящих в сварочной дуге, К. К. Хренов разработал практические указания для замены дефицитных компонентов в электродных покрытиях, изменил и упростил рецептуру, что позволило использовать местное сырье — известняки, глины и т. д. Над изысканием заменителей дефицитных компонентов электродных покрытий работали и другие исследователи. В электродной лаборатории ЦНИИТМАШ под руководством A.А. Алова в 1942 г. разработана технология изготовления древесной муки как заменителя крахмала в покрытии электродов ОММ-5 и пищевой муки в электродах ОМА-2. В электродах ОММ-5 полевой шпат был заменен гранитом. В 1943 г. А. А. Алов разработал также электроды типа ЦШ для восстановления наплавкой изношенных и изготовления новых штампов. Электроды для сварки углеродистых сталей разработал B.И. Ярхо. В лаборатории дуговой сварки ЦНИИТМАШ Г. И. Глушков в 1942 г. разработал электроды ЦС-1 и ЦС-2 для наплавки твердого сплава «Сормайт» постоянным и переменным током [3]. В сварочной лаборатории Уралмаша разработано или модернизировано несколько марок электродов. Так, модернизированные А. Н. Шашковым в годы войны электроды УОНИ-13 применялись на Уралмаше и в послевоенный период [40, 41]. Работу выполнили советские ученые-сварщики по созданию флюсов для автоматической сварки. Накануне войны Институт электросварки разработал флюс АН-1, промышленное производство которого было налажено на заводе «Пролетарий» в Донбассе. После временной оккупации Донбасса требовалось срочно создать новые флюсы на базе другого сырья. В Институте электросварки был разработан высококремнистый марганцовистый флюс АН-Л (А. М. Лапин), однако его компоненты были дефицитными. В 1942 г. создан плавленый флюс АН-2 для автоматической сварки углеродистых и легированных сталей, который нашел применение в оборонной промышленности. Была налажена его выплавка в электрических печах. Однако производство его ограничивалось недостатком сырья, сложной технологией изготовления и дефицитностью строительных материалов для печей. По заданию Е. О. Патона поисками местных компонентов для флюса занялись все работники института. Вскоре А.И. Коренной предложил использовать как сырье для изготовления флюса шлак Ашинского металлургического завода — отходы доменного производства при выплавке чугуна на древесном угле. На базе этого шлака сотрудники института в содружестве с работниками Ашинского металлургического завода в 1942 г. создали флюс марки АШ (ашинский флюс), пригодный для автоматической сварки легированных сталей. Таким образом, оборонная промышленность получила флюс, который1 применялся в отечественной промышленности до 1947 г., когда в Донбассе было налажено централизованное производство флюса АН-3, разработанного в Институте электросварки. В годы войны в сварочном производстве был также распространен флюс АШМА (флюс АШ с добавкой ферро силиция или ферромарганца, игравших роль раскислителей), предложенный Институтом электросварки. В 1944 г. в отделе сварки ЦНИИТМАШ К. В. Любавский с участием Ф. И. Пашуканиса модифицировал флюс АШ, добавив к нему 9% плавикового шпата. Модифицированный флюс АШ—9% СаР2 успешно применяли на ряде заводов при сварке углеродистых сталей низкоуглеродистой проволокой. Флюс ОСЦ-45, разработанный в 1941 г., в годы войны имел ограниченное применение, поскольку в его состав входила дефицитная в те годы марганцевая руда (45—50% МпО). Аналогичный высококремнистый марганцевый флюс ЭМК-31 для механизированной сварки углеродистых сталей, разработанный в 1941 г. на ленинградском заводе «Электрик» (Л. Н. Кушнерев), также почти не применялся. В 1943 г. К. В. Любавский и Ф. И. Пашуканис разработали флюс ФЦ-1, предназначенный для сварки основных марок углеродистых сталей. Его выплавляли из недефицитных компонентов — доломита, песка, марганцевой руды и плавикового шпата с добавлением в шихту молотого кокса. Этот флюс дал возможность успешно сваривать швы малого диаметра. Выплавка флюса была организована непосредственно на заводах. К. В. Любавский и В.В. Орлов разработали оригинальную печь для выплавки флюса, которая питалась током от сварочных трансформаторов [10, 11]. Сварочная лаборатория МВТУ им. Н. Э. Баумана проводила работы по изысканию флюсов-заменителей. Была установлена возможность использования для изготовления флюсов шлаков электропечей, которые получают при выплавке некоторых конструкционных легированных сталей. 4. Создание и выпуск сварочного оборудования Поскольку в годы войны на сварочных автоматах часто работали рабочие с низкой квалификацией, необходимо было максимально упростить сварочные установки. В 1942 г. в Институте электросварки старший научный сотрудник В.И. Дятлов предложил заменить сложные сварочные головки с автоматическими регуляторами напряжения дуги механизмом, подающим электрод с постоянной скоростью. Это вытекало из его важного научного открытия явления саморегулирования мощной электрической дуги. На свое изобретение В. И. Дятлов получил авторское свидетельство [2]. Открытие явления саморегулирования мощной сварочной дуги, горящей под флюсом, является выдающимся достижением советской сварочной науки и техники. Оно вызвало большие изменения в области конструирования сварочных автоматов, так как дало возможность строить простые и надежные автоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. Принцип работы автоматических сварочных головок с постоянной скоростью подачи электродной проволоки широко применяется и в настоящее время не только в СССР, но и за рубежом. Проводя исследования, В. И. Дятлов пришел к выводу, что саморегулирование процесса нарушается при круто падающей внешней характеристике сварочного генератора, а также при малых плотностях тока на электроде. Им установлен основной фактор, определяющий чувствительность саморегулирования, так называемый коэффициент саморегулирования. 1. В написании параграфа приняли участие М. Г. Бельфор и В. Е. Патон. 2. Дятлов Владимир Иванович (1907—1969) — доктор технических наук, профессор, видный ученый в области теории сварочных процессов, технологии и металлургии ду-говой сварки. В 1943 г. В. И. Дятлов предложил использовать для автоматической дуговой сварки генераторы постоянного тока с жесткой внешней характеристикой, что значительно повысило чувствительность и надежность саморегулирования процесса автоматической сварки [8, 9]. В 1942 г. в Институте электросварки под руководством П. И. Севбо разработана упрощенная сварочная головка А-80 с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, которая приводилась в действие электродвигателем переменного тока (рис. 4. 3). Электрическую схему новой сварочной головки детально разработал Б. Е. Патон [20]. Сварочный автомат был настолько прост, что его можно было построить силами небольшой механической мастерской. Головка А-80 имела сравнительно малые габариты. Новые упрощенные сварочные головки оказались очень эффективными. С января 1943 г. их начали устанавливать на всех станках для автоматической сварки, которые вводились в эксплуатацию (САГ-1, УСА-2).

Продолжительное время изобретатели и конструкторы сварочных головок ограничивали их функции такими процессами, как возбуждение дуги в начале сварки, поддержание горения дуги в процессе сварки и заварка кратера в конце шва. В 1942 г. в Институте электросварки был создан сварочный аппарат, который не только выполнял сварку, но сам передвигался вдоль шва (П. И. Севбо и др.). Первой попыткой создания такой установки был аппарат, установленный на самоходной тележке. Затем была разработана самоходная автосварочная головка САГ-1 (А-81). Эта головка, простая по конструкции и удобная в ‘эксплуатации, сыграла большую роль в деле широкого внедрения автоматической сварки под флюсом в промышленности в годы Великой Отечественной войны и в послевоенный период (для сварки коротких швов при крупносерийном производстве).

Рис. 4.3. Сварочная головка А-80 с постоянной скоростью подачи электродной проволоки

Работы в области дальнейшего упрощения самоходных автосварочных аппаратов завершились созданием отечественных сварочных тракторов серии ТС («тракторы сварочные»). В 1944-1945 гг. В. Е. Патон и II. И. Севбо сконструировали усовершенствованные аппараты для сварки под флюсом: 1) унифицированный сварочный автомат с постоянной скоростью подачи электродной проволоки УСА-2 (в самоходном и несамоходном исполнении; рис. 4.4); 2) сварочный трактор тина ТС-6; 3) ручной сварочный полуавтомат ТС-8. Н. Г. Остапенко и др. разработали сварочный пистолет для приварки шпилек диаметром до 12 мм под флюсом в вертикальном и потолочном положениях. Для сварки криволинейных швов, в частности круговых, был создан оригинальный автомат типа А 94. Впервые такой автомат применен в 1943 г. для сварки некоторых узлов танка [23, 35, 30].

Рис. 4.4. Унифицированный сварочный автомат с постоянной скоростью подачи электродной проволоки УСА-2, модель 1945 г.

Успешные работы по механизации сварочных процессов в годы войны проводились в ЦНИИТМАШ, МВТУ им. Н. Э. Баумана, на крупных заводах — Уралмаше, Горьковском автозаводе, заводе «Электрик» и др. Были разработаны установки для выполнения сварочных работ на заводах Главстальконструкции. Коллектив ученых ЦНИИТМАШ (А. С. Гельман, Н. С. Комиссаров, В. П. Глухарев и др.) построил сварочную головку с постоянной скоростью подачи проволоки с фрикционной передачей, которая давала возможность эффективно регулировать скорость подачи электродной проволоки и этим достичь хорошей наладки режима сварки. Сварочная головка ЦНИИТМАШ работала на токах от 450 до 1200 А. Головки этого типа в годы войны использовались на ряде оборонных заводов. В 1944 г. под руководством И. Л. Бринберга в ЦНИИТМАШ был спроектирован сварочный трактор, который мог сваривать стыковые и угловые швы, для чего была предусмотрена возможность наклона головки и поворота коромысла, несущего сварочную аппаратуру. На тракторе установлена сварочная головка системы ЦНИИТМАШ на токи от 450 до 1200 А, скорость сварки изменялась от 4 до 65 м/ч [42]. Трудной задачей была организация производства сварочного оборудования. В 1941 г. завод «Электрик» выпускал различное оборудование, необходимое для нужд фронта. Часть рабочих и инженерно-технических работников завода была эвакуирована в Свердловскую область в пос. Новая Утка на территорию небольшого механического завода. Здесь в августе 1941 г. начали выпускать электросварочное оборудование. Некоторые участки и цехи работали под открытым небом. Предприятие получило название: завод электро сварочных машин и аппаратов, а впоследствии— завод «Искра». В конце сентября — начале октября 1941 г. была выпущена первая продукция, главным образом источники питания. Уже в феврале 1942 г. завод получил срочное задание: освоить и выпустить до апреля того же года партию передвижных сварочных агрегатов, смонтированных на автомашинах. Это задание было выполнено в срок. За годы войны новоуткинский завод «Искра» выпустил 15 тыс. сварочных трансформаторов, около 6 тыс. сварочных генераторов и агрегатов, почти 500 модернизированных головок для дуговой сварки АГЭ-5-2. Большую работу по оснащению сварочным оборудованием промышленности выполнял и коллектив Института электросварки АН УССР. Сразу после прибытия института в Нижний Тагил по инициативе Е. О. Патона была организована мастерская, которой руководил М. Н. Сидоренко. Мастерская института изготовляла аппараты для электросварки под флюсом, самоходные сварочные тележки, упрощенные сварочные головки, пульты управления, аппаратные щиты и т. д. Первый сварочный автомат выпущен в начале 1942 г. Вскоре производство автосварочного оборудования в мастерской института было значительно расширено. В 1943 г. в Институте электросварки спроектирована сварочная установка для одновременной сварки двух круговых швов двумя сварочными головками и разработаны режимы сварки этих швов. Установка широко применялась на заводах при изготовлении специальных изделий [29]. В годы войны был значительно расширен выпуск машин для контактной сварки, особенно точечной. За годы войны завод «Искра» выпустил более 5 тыс. контактных машин мощностью 25—50 кВА. В освобождаемых районах и районах боевых действий необходимо было сварить сотни тысяч стыков рельсов. Работники отдела сварки ЦНИИТМАШ и Народного комиссариата путей сообщения С. Е. Синадский, П. Г. Рыбалко, И. Н. Грабов, С. Н. Комиссаров, Е. В. Соколов и Н. Д. Быков в конце 1942 г. предложили новый технологический процесс дуговой сварки рельсовых стыков без поворота рельса. В 1943 г. спроектирован, смонтирован и пущен в эксплуатацию первый в СССР рельсосварочный поезд, изготовленный на заводе «Ревтруд» НКПС. Он был оборудован машинами для сварки рельсов встык, а также для резки, шлифовки, отпуска рельсов после сварки и т. д. Поезд представлял собой поточную линию, смонтированную на железнодорожном подвижном составе. Рельсосварочный поезд мог сваривать в час десять стыков. За годы работы’ рельсосварочный поезд сварил свыше 30 тыс. стыков. В годы войны большое развитие получила газопламенная обработка металлов. Были созданы первые образцы оборудования для резки с фотоэлектронным копированием, приборы для кислородной резки с пневматическим приводом и др. Следует также отметить разработку в 1943 г. в МВТУ им. Н. Э. Баумана нового газорезательного автомата. Сварка в строительстве и в промышленности В годы Великой Отечественной войны основной объем сварочных работ в стране выполнялся ручной дуговой электросваркой. Она получила широкое применение также при изготовлении вооружения и боеприпасов. Была освоена сварка среднеуглеродистых сталей (Ст. 40, Ст. 50), многих марок легированных сталей — хромансиля, никелевой и хромоникелевой, многих марок броневых сталей. Широко применялась сварка чугуна, в частности ковкого. Для холодной сварки чугуна использовали медные электроды, состоявшие из медного стержня диаметром 3—5 мм, обернутого полоской луженой жести, а затем покрытые тонким слоем обмазки [41]. Особенно большое значение имела сварка в период перебазирования предприятий с территорий, которым угрожала немецко-фашистская оккупация. Были проведены успешные работы по перемещению в новые места различных емкостей путем их кислородной резки на транспортабельные части и последующей сварки этих частей. Особенно широко применял сварку трест Главстальконструкция. При помощи сварки изготовляли металлические конструкции на сооружении заводов в Магнитогорске, возле Челябинска, в Куйбышеве, на Уральском алюминиевом заводе и сотнях других предприятий. С помощью сварки изготовляли значительную часть металлургического оборудования доменных печей еще в довоенные годы. Однако кожухи доменных печей, как правило, были клепаные. В годы Великой Отечественной войны были начаты работы по конструированию цельносварных доменных печей. Шире начали применять сварку при строительстве железнодорожных мостов. На заводах все соединения моста делались сварными. Лишь монтажные соединения были на заклепках. На одной из железных дорог СССР в 1942—1946 гг. сооружены с применением сварки 64 пролетных строения мостов [34, 35]. Сварочная техника позволила в короткие сроки строить магистральные трубопроводы большой протяженности. С помощью сварки в годы войны в рекордно короткий срок был сооружен крупнейший в то время газопровод Саратов—Москва протяженностью 800 км, причем все работы выполнялись в условиях острой нехватки сварочных материалов и оборудования. Особо следует отметить строительство подводного бензопровода в осажденный Ленинград через Ладожское озеро в мае—июне 1942 г. Бензопровод строил сварочно-монтажный трест Наркомстроя. Сварочными работами руководил А. С. Фалькевич3. Подвод-ная часть бензопровода проложена совместно с ЭПРОН Краснознаменного Балтийского флота. Бензопровод был изготовлен из труб диаметром 101 мм. Его протяженность — 30 км, в том чис ле по дну Ладожского озера 21,5 км и 8,5 км по суще. Фалькевич Александр Семенович (1908— 1966) — крупный специалист по сварке и резке металлов, ученый и инженер. Он яв-ляется автором 14 книг и более 120 статей. В качестве основного метода соединения труб была выбрана ручная дуговая сварка. Хотя строительство проводилось в сложных фронтовых условиях, качество сварочных работ было высоким^ из 4500 стыков дефекты обнаружены только в одном. Бензопровод успешно эксплуатировался вплоть до снятия блокады. В годы войны строительные организации Советского Союза смелее начали переходить на применение сварки при сооружении резервуаров для нефтепродуктов. Резервуары емкостью до 5000 м3, а также горизонтальные цистерны изготовлялись цельносварными. До 1945 г. металлические резервуары емкостью свыше 5000 м3 в СССР сооружали клепаными; отдельные попытки строить сварные резервуары емкостью 8000—10 000 м3 не увенчались успехом. В 1945 г. на одном из заводов черной металлургии сооружено несколько цельносварных резервуаров емкостью по 10 000 м3. Работы выполнял сварочно-монтажный трест Наркомстроя под руководством А. С. Фалькевича. Примером смелого применения сварки явилось восстановление с ее помощью в Донбассе мокрых газгольдеров емкостью 5000—20 000 м3, ранее изготовлявшихся только клепаными, так как использование сварки считалось невозможным из-за коробления подвижных частей. В апреле 1943 г. Народный комиссариат судостроительной промышленности СССР обратился в Институт электросварки с просьбой помочь внедрить автоматическую сварку под флюсом в судостроении. Несмотря на напряженную работу коллектива института на оборонных заводах и нехватку кадров, Е. О. Патон согласился оказать судостроителям необходимую помощь. Институт обязался изготовить в своих мастерских необходимую аппаратуру, помочь судостроительным заводам в наладке, пуске и освоении автосварочных установок. Е. О. Патон написал и издал специальный труд «Автоматическая сварка в судостроении», в котором намечены элементы судовых корпусов, пригодные для перевода на автоматическую сварку, а также определены рациональные типы установок для автоматической сварки и технические условия для их проектирования [25]. В 1944 г. советская земля была почти полностью очищена от немецко-фашистских захватчиков. Необходимо было восстанавливать народное хозяйство в освобожденных районах. В ответ на постановление ЦК ВКП(б) и Совнаркома СССР от 21 августа 1943 г. «О неотложных мероприятиях по восстановлению хозяйства в районах, освобожденных от немецкой оккупации» во всех концах страны развернулась огромная работа по оказанию помощи освобожденным районам. В начале 1944 г. ряд строительно-монтажных организаций СССР обратился с просьбой в Институт электросварки АН УССР оказать помощь в освоении автоматической сварки под флюсом при изготовлении строительных конструкций. Чтобы выполнить эту просьбу, институт провел 3—6 февраля 1944 г. в Нижнем Тагиле специальную конференцию, на которую прибыли представители строительных организаций Москвы, Свердловска, Магнитогорска и других городов. Участники конференции заслушали ряд докладов о достижениях в области автоматической сварки под флюсом и возможностях ее применения на строительстве различных объектов. Им были показаны разработанные в институте проекты установок для автоматической сварки строительных конструкций (балок, секций труб газопроводов и т. д.). Участники конференции ознакомились с работами института и опытом применения сварки под флюсом на оборонных заводах страны. Институт обязался оказывать всестороннюю помощь организациям, внедряющим у себя сварку под флюсом. Сварка под флюсом широко применялась на восстанавливаемых заводах в освобожденных районах страны. Сварка была одним из основных технологических процессов при восстановлении разрушенных железнодорожных и автодорожных мостов, энергетических и промышленных объектов, резервуаров’ для нефтепродуктов, трубопроводов, паровых котлов, различного машинного оборудования. В июне 1944 г. коллектив Института электросварки АН УССР возвратился в Киев. Лаборатории и мастерские института были разрушены, все ценное оборудование вывезено в Германию. По возвращении в Киев институту было предоставлено новое здание больших размеров. В 1944 г. в институте разработаны рабочие чертежи установок для автоматической сварки под флюсом котельных барабанов на киевском заводе «Ленинская кузница». В экспериментальных мастерских института в том же году организован выпуск сварочных головок и электрической аппаратуры к установкам автоматической сварки под флюсом. Было также организовано производство покрытых электродов для ручной сварки, которые передавались предприятиям. Под руководством сотрудников института проводились сварочные работы при восстановлении электростанций, затопленных речных судов Днепровского бассейна, шоссейных мостов, на строительстве резервуаров для нефтепродуктов и т. д. В сентябре 1944 г. начали работать первые установки для автоматической сварки под флюсом на заводах освобожденной Украины, оборудованные и пущенные в работу сотрудниками института. Днепропетровский завод металлоконструкций одним из первых после изгнания немецко-фашистских захватчиков применил автоматическую сварку под флюсом для изготовления новой продукции. В 1944 г. Институт электросварки внедрил автоматическую сварку под флюсом на 12 крупных предприятиях Украины. В 1944—1945 гг. созданы проекты типовых установок для автоматической сварки распространенных элементов строительных промышленных металлоконструкций. В специальной монографии, написанной Е. О. Патоном и его сотрудниками и опубликованной в 1944 г., изложены основы проектирования автосварочных установок для сварки строительных металлоконструкций [27],а в работах [26, 30] — опыт развития и использования автоматической сварки под флюсом. В связи с 25-летием Академии наук УССР правительство наградило в октябре 1944 г. Е. О. Патона орденом Отечественной войны. Учитывая его большие заслуги в области развития науки и в укреплении обороны нашей Родины, Совет Народных Комиссаров УССР и ЦК КП(б)У своим решением от 17 марта 1945 г. присвоили Институту электросварки АН УССР имя академика Е. О. Патона. Этим же постановлением установлены три стипендии имени академика Е. О. Патона для студентов Киевского строительного института и две аспирантские стипендии. Постановлением также предусматривалось отметить в апреле 1945 г. 75-летие со дня рождения и 50-летие инженерной и научной деятельности Героя Социалистического Труда академика АН УССР Е. О. Патона и издание юбилейного сборника научных трудов учеников Е. О. Патона и выдающихся ученых СССР [34]. При восстановлении разрушенных конструкций советскими строителями была разработана технология работ, заключавшаяся в минимальном демонтаже разрушенных конструкций, групповом подъеме их на новые опоры и закреплении их в таком положении с помощью сварки. Такая технология позволила использовать до 85% старых конструкций. Эта технология применена, например, при восстановлении металлического 4500-тонного каркаса мартеновского цеха в Николаеве, конструкций листопрокатного цеха завода «Запорожсталь», перекрытия механосборочного цеха Волгоградского тракторного завода и др. Во время Великой Отечественной войны коллективом ЦНИИпроектстальконструкции разработаны новые, более прогрессивные решения для мартеновских цехов Златоустовского и Чусовского металлургических заводов. Широкое применение сварки в поперечной конструкции каркаса и в подкрановых балках позволило значительно снизить вес и трудоемкость изготовления стальных конструкций. Дальнейшее развитие конструктивных форм главных зданий мартеновских цехов достигнуто при проектировании типового здания с печами емкостью 250—500 т. Разработано новое конструктивное решение, отличающееся концентрацией металла в основных несущих конструкциях и применением сварки, что дало существенную экономию металла. Большим достижением коллектива ЦНИИпроектстальконструкции являются работы в области создания и развития сварных металлоконструкций доменного комплекса. В 1944 г. институт приступил к решению проблемы создания первой цельносварной доменной печи. Кроме экономии стали (примерно на 20%), резкого повышения производительности труда при изготовлении и монтаже конструкций и сокращения сроков строительства, сварка обеспечила создание плотнопрочных кожухов агрегатов комплекса и по сути обеспечила возможность ведения прогрессивного высокопроизводительного доменного процесса. В работах этого цикла принимали участие Н. П. Мельников, К. К. Муханов, А. Ф. Лилеев, В. Я. Миллер, А. Г. Соколов. В 1944 г. в ЦНИИпроектстальконструкции разработаны проекты сварных башен высотой 180—200 м. За период с 1944 по 1947 г. запроектирована и в кратчайшие сроки (до 1948 г.) построена серия сварных мачт высотой от 120 до 235 м в Барановичах, Белгороде, Кишиневе, Львове, Ленинграде, Мурманске, Новосибирске, Риге, Симферополе, Севастополе, Саранске, Таллине, Ташкенте, Чкалове и др. Разработка комплекса металлоконструкций мачтовых и башенных сооружений связи в сварном исполнении из труб была отмечена в

1946 г. Государственной премией. Звания лауреатов удостоены А. Г. Соколов, Ю. А. Савицкий, А. А. Господарский и Н. С. Пономарев.

svarak.ru

Сварка в производстве оружия в СССР

Главная » Статьи » Профессионально о сварке » Сварка в прошлом

Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе! Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе! Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор. Доставка по всей России!

Как известно, Первая мировая война дала импульс развитию сварки, поставив перед сварщиками ряд серьезных технических проблем. В последующие 1920—1930-е гг. сварка находила применение в производстве военной техники, особенно такой металлоемкой, как кораблестроение. Благодаря использованию сварки Германии удалось построить мощные линкоры, соблюдая ограничения в водоизмещении, наложенные Версальским договором. Во многих странах сварка нашла широкое распространение при производстве танков.

К концу 1930-х гг. сварка стала ведущей технологией в производстве вооружений, почти полностью вытеснив клепку. Однако не все достижения сварочной науки и техники были использованы в оборонной промышленности СССР. В частности, не нашли применения автоматическая сварка голой проволокой под флюсом, дуговая сварка и резка под водой.

В СССР в 1937 г. при изготовлении корпуса танка Т—26 клепка была заменена сваркой (лобовая и бортовая броня толщиной 15 мм и башенная — толщиной 25 мм). В декабре 1939 г. в ходе войны с Финляндией обнаружили слабость брони танков Т-28. И тогда к корпусам и башням уже готовых машин были приварены дополнительные броневые листы толщиной 20-50 мм.

19 декабря 1939 г. был принят на вооружение Красной Армии, а в марте 1940 г. утвержден к серийному производству средний танк Т—34. Оптимальный наклон верхнего и нижнего лобовых листов обеспечивал этому танку хорошую снарядостойкость и большую жесткость передней части корпуса, наиболее подверженной обстрелу. Верхняя расширенная часть корпуса благодаря наклону верхнего бортового листа хорошо защищала гусеницы. Листы кормовой части также располагались наклонно. Прямой была только нижняя часть корпуса. Все эти особенности необходимо было сохранить в машинах массового производства. Важнейшей задачей головного завода-изготовителя танка Т—34 стала разработка технологии соединения всех этих листов броневых плит, имеющих различную толщину и пересекающихся между собой под различными углами [363]. Корпус и башня Т—34 были сварены вручную электродами со специальной обмазкой. Заводы, приступившие к серийному изготовлению танков, приняли технологию многослойной ручной электродуговой сварки. Всего выполняли несколько десятков швов (рис. 104).

Выпуску новых боевых машин уделяли большое внимание. Танкостроители работали с предельным напряжением. К 22 июня 1941 г. на вооружении Красной Армии было уже 1355 танков Т—34 и 508 танков КВ-1. В первые же дни после нападения фашистских войск на СССР обнаружилось превосходство новых советских танков.

В начале 1930-х гг. в ряде стран были разработаны конструкции самолета из коррозионно-стойких сталей и алюминиевых сплавов со сварными каркасами фюзеляжа, крыльев и хвостового оперения. В СССР это были самолеты А. И. Путилова «Сталь-2», контактной сваркой которых занимался П. Н. Львов. Большой вклад в развитие технологии изготовления узлов самолетов внесли А. С. Гельман, Е. В. Соколов и др. (ЦНИИТМАШ, Москва). Были разработаны устройства для контактной сварки узлов и приварки обшивки из хромоникелевых сталей толщиной 0,1—1,5 мм. С учетом необходимости сократить размеры зоны термического влияния, в которой возможна межкристаллитная коррозия, аппараты снабжали механическими синхронными прерывателями тока, позволяющими регулировать длительность импульсов тока от 0,02 с до нескольких секунд, совмещая импульсы с циклом плавления электродов. Атомно-водородной сваркой выполняли конструкции из металла толщиной 0,5—8 мм при силе тока 20—70 А. Диаметр присадочной проволоки составлял 1—3 мм, диаметр вольфрамовых электродов — 1,5—3 мм, расход водорода— 1—1,5 м3/ч. Самолетные конструкции из алюминиевых сплавов соединяли клепкой и газовой сваркой. В качестве присадочного материала использовали прутки того же состава или алюминиевую проволоку с содержанием 4,5—5% кремния, температура плавления которой ниже температуры плавления авиационных алюминиевых сплавов.

Узлы из углеродистой, кремнемолибденовой, хромо-марганцево-кремниевой стали изготавливали с помощью газовой сварки нейтральным пламенем и ручной дуговой сварки. В последнем случае применяли электроды из низкоуглеродистой проволоки с обмазкой, в состав которой входили барий углекислый (1 часть), мел (0,5 части), диоксид титана (1 часть), оксид алюминия (0,25 части), перекись марганца (0,25 части), замешанные на жидком стекле. Толщина обмазки составляла 0,2 мм. Сваривали достаточно сложные авиационные конструкции. Для уменьшения внутренних напряжений и деформаций устанавливали определенный порядок наложения швов и их направление. По возможности, свариваемые элементы собирали так, чтобы они могли свободно перемещаться при нагреве. Опыт конструирования и производства самолетов типа «Сталь» особенно пригодился при создании бомбардировщиков и самолетов-разведчиков, обладавших высокой «живучестью». Благодаря трубчатым лонжеронам и гофрированной обшивке самолеты могли держаться в воздухе, несмотря на большое количество пробоин от пуль.

В годы Второй мировой войны необходимость в ускорении производства вооружений при одновременном сокращении специалистов, занятых на этом производстве, явилась сильным толчком для расширения применения и совершенствования сварочных процессов. Основной упор делался на поиск резервов, скрытых возможностей технологий, разработанных до 1940-х гг.

Война потребовала от ученых, конструкторов, инженеров, рабочих решать сложнейшие проблемы в кратчайшие сроки. Советским специалистам пришлось работать в особенно трудных условиях, несравнимых с условиями работы в других воюющих странах.

Вероломное нападение фашистской Германии на Советский Союз, потеря значительной части территории Украины с металлургическими и машиностроительными заводами, демонтаж оборудования заводов и переброска его в восточные регионы затормозили в конце 1941 г. темпы производства оружия.

С июня по ноябрь 1941 г. валовая продукция промышленности СССР уменьшилась в 2,1 раза. Перебазирование 1523 крупных предприятий и 10 млн. человек, создание на новых, часто необжитых, местах более 3500 производств потребовали колоссальных затрат усилий и средств. Применение сварочной техники помогло в рекордно короткие сроки быстро демонтировать оборудование эвакуируемых заводов, расчленяя его в необходимых случаях на транспортабельные части, и обеспечить их ускоренный монтаж на новом месте. В декабре 1941 г. объем производства оборонной продукции стал увеличиваться. Через неделю-другую после выгрузки оборудования эвакуированные предприятия начинали давать продукцию. На заводах Сталинграда, Сормовском (Горький), Уралвагонзаводе (Нижний Тагил) развернулось производство танков Т-34. «Узким» местом в бронекорпусных цехах оказались участки сварки броневых плит. На этой операции были заняты сотни квалифицированных сварщиков, производящих операции вручную. Выход был найден в применении автоматической сварки.

С началом Великой Отечественной войны был эвакуирован в Нижний Тагил и размещен на территории Уралвагонзавода Институт электросварки, возглавляемый Е. О. Патоном. На территорию того же предприятия был перебазирован и Харьковский завод № 183 им. Коминтерна. В конструкторском бюро последнего и был спроектирован лучший средний танк Второй мировой войны — Т—34, а в цехах — налажено его производство. Все усилия Института электросварки были направлены на решение научно-технических и организационных проблем производства танков. Первой из таких проблем явились трещины, возникающие при автосварке броневых сталей. Оптимальным решением, позволившим сохранить все преимущества автоматической сварки под флюсом, было предложение размещать в разделке кромок низкоуглеродистую присадочную проволоку. С помощью этого приема не только уменьшалось науглераживание шва и зоны, но и повышалась производительность процесса.

Одновременно с разработкой технологии были спроектированы и изготовлены две установки для сварки борта корпуса танка Т—34 с подкрылком. В январе 1942 г, был сварен первый опытный образец. Технология и оборудование прошли успешную апробацию. Тем не менее, производственники сначала отнеслись к автоматической сварке с недоверием. Только после настойчивых требований Е. О. Патона на участок, где были смонтированы автоматы, стали подавать заготовки корпусов — броневые плиты. Производительность автоматической сварки оказалась в 10 раз выше, чем ручной (башни танка были литыми).

Конструкторская группа ИЭС подготовила 20 проектов специализированных установок для автоматической сварки различных типов швов на танках (рис. 105) и 8 — для сварки авиабомб и боеприпасов. Сварочные головки, изготовляемые в мастерских института, начали внедрять и на других заводах.

Однако коллективу института пришлось выдержать еще одно испытание — были исчерпаны запасы флюса АН-1, выплавленного еще до войны в Донбассе, оккупированном теперь Германией. Возникла реальная угроза отказа от автоматической сварки.

Фундаментальным вкладом в развитие металлургии сварки можно назвать результаты поиска новых составов флюсов, в первую очередь из местного, доступного сырья. Опыт исследований устойчивости горения дуги, особенностей плавления электродов и ванны, начатых еще в Сварочной лаборатории ВУАН и продолженных в институте при создании первого отечественного флюса, позволил небольшой группе исследователей установить точные требования к этому сварочному материалу и в крайне сжатые сроки предложить новые эквивалентные компоненты.

Однако для того, чтобы наладить промышленный выпуск новых флюсов, необходимо было разрабатывать карьеры, построить печи. В условиях военного положения это было почти невозможно. Наилучшим выходом из этого положения Е. О. Патон признал применение в качестве флюса доменных шлаков, А. И. Коренной исследовал шлак домны, работающей на древесном угле, в котором практически отсутствовала сера. Чтобы стать полноценным сварочным флюсом, доменному шлаку недоставало 10% оксида марганца. Металлурги добавили в шлак марганцевую руду, и к лету 1942 г. страна получила новый сварочный материал — флюс AШ.

Была еще одна проблема: распространение автоматической сварки под флюсом. Сконструированная в мирное время, рассчитанная на эксплуатацию в нормальных условиях головка А—66 оказалась теперь недостаточно надежной. Два двигателя, обеспечивающие подачу электродной проволоки, в условиях военного времени выполняли свои функции плохо — колебания напряжения в сети влияли на мощность двигателя постоянного тока, а следовательно, и на скорость подачи. Нарушался режим сварки. Избежать брака в таких условиях было невозможно.

Вторым недостатком (о котором в мирное время никто бы и не вспомнил) довоенной головки была ее сложность. Принцип автоматического регулирования длины дуги с помощью двухмоторного механизма стал в свое время удачной разработкой института. Но как наладить массовый выпуск таких головок теперь, когда запасы комплектующих деталей кончаются и среди них оказались дефицитные элементы? Кроме того, управление автоматами представляло определенную трудность для рабочих с низкой квалификацией.

В 1942 г. старший научный сотрудник Института электросварки В. И. Дятлов предложил упростить конструкцию сварочных автоматов, исключив сложную систему возбуждения и поддержания длины дуги. В основу новой технологии и конструкции аппарата было положено явление саморегулирования мощной электрической дуги при постоянной скорости подачи электродной проволоки. Механическая часть сварочной головки, разработанная П. И. Севбо, и электрическая схема аппарата управления, разработанная Б. Е. Патоном, были настолько просты (рис. 106), что позволяли наладить выпуск аппаратуры силами мастерских института в достаточном для оборонной промышленности количестве. Это обстоятельство, а также простота аппаратов в эксплуатации обеспечили возможность широкого внедрения автоматической сварки под флюсом в годы Великой Отечественной войны и послевоенное время.

Производительность автоматической сварки не шла ни в какое сравнение с производительностью других способов сварки. Например, на приварке днища подкрылка к борту двумя мощными швами длиной более 5 м квалифицированный сварщик работал около 20 ч. Подросток, после 5—10 дней обучения, мог сварить автоматом этот шов за 2 ч. Сектор погона башни вручную сваривали за 5 ч, а с помощью автомата эту операцию производили за 49 мин; сварка носов длилась вместо 7,3 только 1,4 ч и т. д. Полезный съем продукции с единицы производственной площади увеличился в несколько раз. Ввод одной установки освобождал семь сварочных трансформаторов и восемь дросселей-регуляторов. Заводы экономили до 42% электроэнергии.

В 1943 г. ИЭС установил на заводах Наркомата танковой промышленности около 50 аппаратов для автоматической сварки. В Нижнем Тагиле начала работать поточная линия по производству бронекорпусов со специальными сварочными установками, основой которых были автоматы. Уже тогда были созданы конструкции аппаратов для выполнения всех основных типов соединений, встречающихся в машиностроении: станки-автоматы карусельного типа для круговых швов, самоходные головки для сварки продольных швов небольшой длины. Пуск поточной линии позволил высвободить 280 квалифицированных рабочих.

Оборонная промышленность СССР продолжала наращивать выпуск боевой техники. Итог 1943 г. — 24 тысячи танков и самоходно-артиллерийских установок (рис. 107).

Повышалось и качество оружия. На фронте появились боевые машины ИС—1, а в конце декабря были изготовлены образцы ИС—2 — тяжелого танка с мощной броней и 122-миллиметровой пушкой. Патоновцам пришлось разработать технологию сварки брони толщиной 90 и 120 мм (рис. 108).

Следующим шагом в развитии сварочной аппаратуры стало создание сварочных тракторов — облегченных сварочных головок, смонтированных на самоходных тележках. Первый такой аппарат был разработан в ИЭС в 1944 г. (Б. Е. Патон и П. И. Севбо). Изменение принципа перемещения сразу же значительно расширило область применения автоматической сварки под флюсом. Трактор позволял сваривать швы, практически ограничиваемые только длиной кабелей питания и управления. В послевоенные годы этими аппаратами начали сваривать конструкции корпусов судов, элементы резервуаров, трубы, балки мостов и др. Тогда же была создана первая конструкция полуавтомата, обеспечивающая подачу электродной проволоки через держатель, перемещаемый вручную (Б. Е. Патон); разработан сварочный пистолет для приварки шпилек диаметром до 12 мм под флюсом в вертикальном и потолочном положении (Н. Г. Остапенко).

Война не остановила развития сварочной науки. Не прекращая напряженной производственной работы, ученые-сварщики проводили экспериментальные исследования, закладывали теоретический фундамент, необходимый для дальнейшего совершенствования технологии, аппаратуры, сварных конструкций. Е. О. Патон переработал свою книгу «Скоростная автоматическая сварка под слоем флюса», которая вышла в свет в 1942 г. третьим изданием. Эта книга стала ценным пособием по внедрению скоростной автоматической сварки под флюсом на многих предприятиях страны.

Б. Е. Патон и А. М. Макара в 1943-1944 гг. исследовали процесс сварки под флюсом и доказали, что вопреки мнению зарубежных специалистов этот способ по своему основному принципу (источник теплоты) не отличается от способа Н. Н. Бенардоса и Н. Г. Славянова, а является лишь его современной модификацией. В монографии Б. Е. Патона и А. М. Макары впервые изложены основы теории автоматов для дуговой сварки. Результаты этих исследований имели большое значение как для дальнейшего развития сварочной науки, так и для немедленного практического использования при разработке новых флюсов, выборе режимов, для создания новых аппаратов.

Успешное продолжение исследований металлургических особенностей дуговой сварки под флюсом В. И. Дятловым, Т. М. Слуцкой другими сотрудниками Института электросварки позволило в кратчайшие сроки разработать технологию и флюс для сварки брони. Но не менее важным итогом научной и конструкторской деятельности коллектива института явилось создание на основе закона саморегулирования дугового Процесса нового класса сварочных автоматов — постоянной скоростью подачи электродной проволоки. В 1943 г. инженер А. И. Коренной предложил способ автоматической сварки расщепленным электродом, научные сотрудники Б. Е. Патон, А. М. Макара и С. А. Островская — способ сварки несколькими раздвинутыми дугами. Эти и ряд других идей в последующем были развиты в высокопроизводительные способы сварки (трехдуговая автоматическая сварка под флюсом, шланговая полуавтоматическая и др.).

В специальной монографии, подготовленной Е. О. Патоном и его сотрудниками и опубликованной в 1944 г., изложены основы проектирования установок для автоматической сварки строительных металлоконструкций, а в других работах освещен опыт развития и использования автоматической сварки под флюсом в различных отраслях промышленности.

Большие объемы работ по внедрению скоростной сварки под флюсом выполнил отдел сварки ЦНИИТМАШ. Разработанный К. В. Любавским флюс ОСЦ—45 хорошо зарекомендовал себя при сварке низкоуглеродистых сталей, из которых изготовляли боеприпасы. Так же, как и Институт электросварки АН УССР, ЦНИИТМАШ обеспечивал производство бомб и снарядов всем необходимым: технологической документацией, проектами разнообразных установок и т. д. Здесь были разработаны и другие марки флюсов, в том числе из недефицитного сырья и из шлака доменных печей. Коллектив ученых ЦНИИТМАШ разработал сварочную головку с постоянной скоростью подачи проволоки с фрикционной передачей. Скорость подачи электродной проволоки в аппарате плавно регулировалась, что давало возможность достичь хорошей настройки режима сварки. В 1944 г. под руководством И. Л. Бринберга в ЦНИИТМАШ был спроектирован сварочный трактор, который мог сваривать стыковые и угловые швы.

В освобождаемых районах и районах боевых действий необходимо было сваривать сотни тысяч стыков рельсов. Сотрудники отдела сварки ЦНИИТМАШ и Народного комиссариата путей сообщения в конце 1942 г. предложили новый технологический процесс дуговой сварки рельсовых стыков без поворота рельса. В 1943 г. был спроектирован, смонтирован и пущен в эксплуатацию первый в СССР рельсовый поезд, изготовленный на заводе «Ревтруд» НКПС.

В 1942 г. при участии ЦНИИТМАШ была спроектирована и изготовлена установка для работы с подвижной платформы, осуществлявшая контактную сварку рельсов. Установка, размещенная на первом в СССР рельсосварочном поезде, сварила за год более 30 тыс. стыков.

В 1943 г. работало уже 10 таких поездов.

С первых дней войны работа МММИ (с 1943 г.  МВТУ им. Н. Э. Баумана) была направлена на производство вооружения. Под руководством К. К. Хренова и Г. А. Николаева решался ряд вопросов, возникавших в связи с переводом промышленности на производство и ремонт военной техники. В кратчайшие сроки были разработаны конструкции артиллерийского и стрелкового оружия с широким использованием сварки в технологическом процессе. В решении этой проблемы активное участие приняли Г. А. Николаев, С. Т. Назаров и другие сотрудники МВТУ.

Г. С. Шпагин, конструктор пистолета-пулемета ППШ, писал: «С самого начала я поставил перед собой цель, чтобы новое автоматическое оружие было предельно простым и несложным в производстве. Если по-настоящему вооружить огромную Красную Армию автоматами, подумал я, и попытаться это сделать на базе принятой ранее сложной и трудоемкой технологии, то какой же неимоверный парк станков надо загрузить, какую огромную массу людей надо поставить к этим станкам. Так я пришел к мысли о штампосварной конструкции. Надо сказать правду, даже знатоки оружейного производства не верили в возможность создания штампосварного автомата ...».

Конструкторы, руководители производства понимали, что только простота изготовления позволит выпустить нужное фронту количество оружия и обеспечит решающий выигрыш во времени. Такую возможность предоставляло использование сварки.

С первых дней войны сварщики Ленинграда переключились на выпуск военной продукции и сделали все возможное для обороны города. Так, в ноябре 1941 г. на судостроительном Балтийском заводе за несколько суток изготовили конструкции переправы танков через Неву. Продолжали постройку эсминцев, сторожевиков, шхерных мониторов, тральщиков. Только за второе полугодие 1941 г. были достроены 84 корабля, В период блокады в Ленинграде и Кронштадте было отремонтировано около 850 кораблей. Строительство и ремонт судов продолжали всю войну. Только на верфи «Алмаз» было построено 700 катеров различного назначения. Особое значение для блокадного Ленинграда имела связь с «Большой землей». В навигацию 1942 г. было построено 14 самоходных барел грузоподъемностью до 900 т каждая (рис. 109). Секции сваривали в заводских условиях и там же на прихватках собирали корпус. Затем перед транспортировкой корпус разбирали, секции по Неве доставляли в район Охты, где их перегружали на железнодорожные платформы и доставляли на Ладожскую верфь. Строительство вели неслыханными темпами — последний корабль собрали за шесть дней. Ручную дуговую и газовую сварку широко применяли для ремонта танков .

Весной 1942 г., когда Ленинград находился в блокаде, было принято решение о строительстве сварного подводного бензопровода через Ладожское озеро. Строительство было поручено Сварочно-монтажному тресту Наркомстроя (А. С. Фалькенич). Трубопровод высокого давления имел диаметр 101 мм и протяженность 30 км, в том числе 8,5 км по суше на восточном и западном берегах и 21,5 км под водой на глубине от 1 до 12,5 м. Толщина стенок труб составляла от 4,5 до 3,5 мм. Трубы, поставлявшиеся из наличных запасов, сертификатов не имели, химический анализ и механические испытания металла труб также провести не удалось. Их собирали и сваривали в секции длиной 50—80 м, а затем стягивали и сваривали в нитку. Поворотную сварку труб в секции осуществляли электродуговой сваркой электродами с меловой обмазкой; неповоротную сварку секций в нитку производили газовой сваркой. Только в одном из стыков была обнаружена неплотность, через которую в течение 1 мин просачивалась одна капля керосина. Бензопровод успешно эксплуатировался в течение 20 месяцев, вплоть до прорыва блокады. В период войны были построены и другие трубопроводы (крупнейший из них Астрахань—Сталинград).

Ученые-сварщики Ленинграда (Н. О. Окерблом, А. А. Алексеев, Д. Н. Сагалович и др.) организовали ремонт военной техники, нашли новый способ изготовления понтонов, готовили молодых сварщиков на курсах.

В годы войны возникла серьезная потребность в подводной сварке и резке металлов для ремонта кораблей, мостов, для аварийных и спасательных работ. Еще ранее К. К. Хренов в лабораторных условиях доказал возможность применения дуговой сварки и резки плавящимся электродом под водой. При переходе от лабораторных опытов к широкому практическому внедрению были решены такие вопросы, как безопасность водолазов, работающих с открытыми электродо-держателями, герметичность электродных покрытий при многочасовом пребывании под водой.

К. К. Хренов продолжил исследования и разработку техники сварки и резки под водой в специальной лаборатории, организованной в марте 1942 г. при Московском электромеханическом институте инженеров железнодорожного транспорта. Были разработаны составы и конструкции электродных покрытий, обеспечивающих стабильность горения дуги под водой. Лаборатория обучала сварочным работам водолазов-сварщиков для Военно-Морского Флота и железнодорожного транспорта, а в декабре 1942 г. был сформирован специальный поезд, в состав которого вошли электростанция, водолазная станция, сварочные агрегаты, подъемные и плавательные средства и т, д. Персонал поезда оперативно освобождал фарватеры рек от взорванных мостов, проводил сложные работы по восстановлению мостов через Дон, Днепр, осуществлял подъем затонувших кораблей. Результаты всесторонних исследований свойств и состава металла швов на сваренных под водой деталях доказывали возможность применения сварки для ремонта подводных частей корпусов кораблей прямо на плаву. С этой целью было создано несколько станций подводного судоремонта. К. К. Хренов подготовил соответствующие инструкции и методические пособия. В период войны по примеру Советского Союза сварку и резку под водой начали применять и другие воюющие страны.

В 1941 г. электросварочное оборудование начал выпускать завод в пос. Новая Утка (Свердловская обл.), куда была эвакуирована часть рабочих и ИТР завода «Электрик». В кратчайшие сроки коллектив освоил производство и выпустил за годы войны 6 тыс. передвижных сварочных агрегатов, смонтированных на автомашинах, 15 тыс. сварочных трансформаторов, около 500 головок АГЭ—5—2 для дуговой сварки.

В годы войны получила развитие термитная сварка металлов. Научными сотрудниками отделения связи ЦНИИ железнодорожного транспорта (М. И. Вахнин, А. Н. Кукин, А. А. Талыков) был разработан магниевый термит, который упростил технологию этого способа и позволил легко производить сварку телеграфных и телефонных проводов диаметром 3—6 мм в полевых условиях.

В 1941 г. создана секция по научной разработке проблем электросварки и электротермии Академии наук СССР. Под руководством В. П. Никитина был разработан способ автоматической сварки с разделением процессов тепловой подготовки основного и присадочного металлов (сварка с заливкой жидкого присадочного металла).

Дефицит металла, в том числе стального проката, вынуждал изготавливать металлоконструкции и вооружение из некондиционных по составу сплавов. Благодаря удачно составленным обмазкам электродов «сваривающимися» были признаны многие марки сталей. Универсальными, обеспечивающими высокое качество шва оказались электроды серии УОНИ-13, разработанные К. В. Петранем. Большую работу по созданию новых электродных покрытий из недефицитных материалов выполняли в МВТУ им. Н. Э. Баумана (К. К. Хренов и др.), в ЦНИИТМАШ (А.А.Алов, В. И. Ярхо и др.), на Уралмаше (А. Н. Шашков). В состав обмазки электродов ОММ—5 были введены древесина (вместо муки и крахмала) и гранит (вместо полевого шпата). В ЦНИИТМАШ были созданы электроды ЦС—1 и ЦС—2 для наплавки твердых сплавов сормайт, электроды для сварки углеродистых сталей.

В годы войны Н. Н. Рыкалин провел исследования в области расплавления электродов и про плавления основного металла. А. А. Алов работал над изучением шлаковых включений И пор в металле шва. Успешные исследования точечной контактной электросварки элементов больших толщин проводил А. С. Гельман. Над раскрытием механизма возникновения напряжений и деформаций в процессе сварки работали В. П. Вологдин и Н. О. Окерблом. Теоретические исследования прочности элементов сварных конструкций выполнил С. А. Данилов.

В условиях наступления Советской Армии, когда промышленные ремонтные базы городов остались далеко в тылу, а предприятия освобожденных городов еще не работали, начали создавать полевые подвижные ремонтные базы. Для этого переоборудовали танки, в основном производства США и Англии, поставляемые по ленд-лизу и имевшие худшую, чем советские танки, боеспособность. В комплект оборудования входили установки для ручной дуговой сварки и резки.

www.autowelding.ru

Урок второй: думать нужно до боя

В предшествующей статье мы говорили об успешной адаптации заимствованной в США системы поточно-конвейерного производства автомобилей и тракторов к советским условиям. Однако напрямую использовать эту систему для выпуска танков оказалось невозможно прежде всего в силу огромных отличий в предъявляемых к боевым и гражданским машинам требованиях.

Напомним, что на серийных отечественных танках того времени типа БТ или Т-28 использовались двигатели мощностью 400–500 лошадиных сил, в то время как на тракторах и автомобилях – не более 100 лошадиных сил. Это означало совсем другие нагрузки на трансмиссию и ходовую часть и, следовательно, другие методы изготовления. Но главное – автотракторные технологии совершенно не годились для выпуска броневых корпусов и башен. Полученные из-за рубежа автоматы контактной сварки отлично справлялись с автодеталями из конструкционной стали, но были бессильны перед листами даже относительно тонкой противопульной брони. Броневые конструкции приходилось собирать на заклепках либо в лучшем случае при помощи ручной дуговой сварки. И второй, и особенно первый процессы отличались неимоверной трудоемкостью. Не случайно именно в 30-х годах на танкостроительных заводах сложилась поговорка: «Есть бронекорпус – есть танк».

Тем не менее в течение первого же года Великой Отечественной войны все необходимые для поточно-конвейерного производства бронетехники технологии и материалы появились как по мановению волшебной палочки. В промышленности, как известно, чудес не бывает. Новации опирались на уникальные научные разработки, самостоятельно выполненные в СССР и подготовленные к серийному применению как раз в то время, когда Германия громила Польшу и Францию. Не пытаясь объять необъятное, приведем лишь несколько самых ярких примеров.

Броневой шедевр: сталь 8С

Купить или украсть отработанную марку противоснарядной броневой стали в довоенный период не представлялось возможным хотя бы потому, что ее еще только создавали. Немногочисленные же наработки хранились пуще глаза, к ним не допускались не только вероятные противники в будущей войне, но и ближайшие союзники.

“ Отливка одной башни Т-34 занимала пять – семь суток и была невозможна без высококлассных формовщиков ”

В дореволюционной России и затем в СССР выплавка броневых сталей была отделена от танкостроения и сосредоточена в судостроительной промышленности, прежде всего на Ижорском и Мариупольском заводах. Исторически сложилось так, что первыми еще во второй половине XIX века в броню «оделись» боевые корабли, соответственно и выпуск ее предназначался в первую очередь для флотских нужд. Поэтому не случайно в годы Первой мировой войны именно эти предприятия поставляли стальную защиту для бронеавтомобилей и бронепоездов. Кстати сказать, по противопульной стойкости русский металл того времени не уступал лучшим зарубежным аналогам.

В 30-х годах Ижорский, Мариупольский и Кулебакский заводы обеспечивали броневым прокатом всю танковую отрасль СССР. Легированный металл с высоким содержанием углерода (до 0,5%) и твердой цементированной поверхностью гарантировал заданную военными стойкость при обстреле из винтовок и пулеметов. Однако как показали опыт войны в Испании и собственные полигонные испытания, это не соответствовало требованиям предстоящей войны. И дело не только в том, что уже была необходима противоснарядная защита, способная устоять при обстреле хотя бы малокалиберной артиллерии. Не меньшее значение имели и технологические параметры. А они оставляли желать лучшего, и это мягко сказано: из-за сложности процессов поверхностного упрочения и термической обработки в брак уходило до 90 процентов броневых деталей!

Создание противоснарядной танковой брони потребовало новой организации дела. В 1936 году на Ижорском и Мариупольском заводах были созданы две центральные броневые лаборатории (№ 1 и № 2) с широкими исследовательскими возможностями. В 1939-м они объединились в главный советский броневой институт – НИИ-48 во главе с А. С. Завьяловым.

Коллаж Андрея Седых

Концентрация усилий и бесчисленные опыты позволили разработать и в 1939–1940 годах внедрить в серийное производство несколько новых марок броневого танкового металла, в их числе знаменитую сталь 8С. Она была создана в ЦБЛ-2 под руководством Г. И. Капырина и первоначально освоена на Мариупольском заводе. В дальнейшем 8С выпускалась многими металлургическими предприятиями нашей страны, именно из нее были изготовлены вертикальные (подверженные снарядному обстрелу) детали корпусов всех советских «тридцатьчетверок». Кроме этого, сталь 8С применялась на САУ и в лобовой проекции некоторых легких танков. В общем, это был советский броневой металл № 1 периода Великой Отечественной войны.

В отличие от предшествующих образцов сталь 8С являлась гомогенной (однородной по составу) и потому относительно простой в производстве. Прекрасная стойкость при обстреле высокоскоростными бронебойными снарядами малокалиберной артиллерии обеспечивалась закалкой на высокую твердость.

Пониженное по сравнению с немецким броневым металлом содержание углерода давало хорошую свариваемость деталей из стали 8С. Не случайно в танке Т-34 почти все соединения броневых деталей были изначально запроектированы как сварные.

Вопреки широко распространенному мнению сталь 8С отнюдь не превосходила немецкий металл начального периода войны по содержанию дорогостоящих легирующих веществ, таких, например, как никель. Совсем наоборот: высокая пластичность, ударная вязкость и стойкость нашего металла при многократном обстреле объяснялись отлично подобранным «букетом» различных и по большей части недорогих легирующих добавок и уникальными технологиями термической обработки. Благодаря умеренному расходу дефицитных ферросплавов советские заводы смогли значительно увеличить объемы выплавки броневой стали. В Германии о необходимости перехода на экономнолегированные броневые стали задумались только в 1942–1943 годах.

Вообще надо сказать, что броневое дело накануне войны стояло в СССР выше, нежели в Германии. Интересный пример: в октябре 1939 года советская делегация во главе с И. Ф. Тевосяном (в годы войны – нарком черной металлургии) проводила переговоры о возможности покупки немецкой броневой стали (в данном случае корабельной). Технические требования взяли из реально действовавших на Ижорском и Мариупольском заводах, причем в несколько сниженном варианте. Однако представитель немецкой стороны, директор крупповского НИИ, известный металловед и автор знаменитой книги «Специальные стали» Э. Гудремон после тщательного изучения документации заявил: «Господа, вам, вероятно, не приходилось изготавливать и сдавать броню. По таким техническим условиям ни одна фирма в мире не может поставить броню из-за чрезмерно высоких требований по противоснарядной стойкости».

Технология для военного времени

В довоенный период отечественные методы выплавки броневого металла отличались медлительностью и немалой трудоемкостью. Сталь варили в небольших мартеновских печах с кислым подом: либо монопроцессом из чистого древесноугольного чугуна, либо дуплекс-процессом (основная + кислая печи) из рядового коксового чугуна. Монопроцесс на высокопроизводительных крупных мартенах с основным подом считался невозможным из-за строгих требований к чистоте финального продукта. Поскольку древесноугольного чугуна в СССР производилось немного, господствовал дуплекс-процесс. Тем не менее на случай военного времени на Ижорском, Мариупольском и Кулебакском заводах в 1936–1940 годах был проведен ряд опытных плавок в основных печах. Накопленного опыта оказалось достаточно для решительных действий в первые месяцы войны: уже в июле 1941 года на Магнитогорском металлургическом комбинате начался (по инициативе и под руководством ученых НИИ-48) переход на работу основным процессом. Первая плавка была получена 23 июля. В сентябре броневую сталь выдала основная мартеновская печь большой мощности Кузнецкого металлургического комбината. В октябре по приказу наркома черной металлургии все производство броневых марок стали в СССР было переведено на основной процесс. Итог: производительность действующих агрегатов выросла почти вдвое.

Броня из литейных цехов

Преимущества крупных броневых деталей, отлитых из жидкой стали, понятны и очевидны. Во-первых, они более надежны под снарядным обстрелом из-за отсутствия ослабленных зон вблизи сварных швов. Во-вторых, броневое литье менее трудоемко по сравнению со сборкой и сваркой броневых узлов из катаной стали. Оно позволяет высвободить для других надобностей прессовое, сварочное и прочее оборудование. И наконец, последнее, но весьма важное обстоятельство: в отливках легче добиться рациональной дифференциации толщины брони, усиливая наиболее подверженные обстрелу участки и ослабляя прочие.

Нельзя сказать, что подобная технология являлась чем-то принципиально новым: литая башня устанавливалась еще на французских танках «Рено FT» выпуска 1918 года. В межвоенный период танкостроители Франции широко использовали литые башни и детали корпуса на легких танках «Рено» R-35, «Гочкисс» Н-35 и среднем S-35. Не пренебрегали броневым литьем и наши англо-американские союзники.

Но нельзя забывать, что литейное дело применительно к броневой стали имело множество нюансов. Относительно простой считалась отливка деталей с последующей обработкой на низкую и среднюю твердость, как это имело место на американских, британских и некоторых французских танках. Более сложной являлась закалка литья на высокую твердость. В СССР и Германии для защиты средних танков в конце 30-х годов была выбрана броня высокой твердости. Поэтому немецкие металлурги предпочли не рисковать и вплоть до 1945-го использовали отливки лишь для относительно небольших деталей, таких как пушечные маски или командирские башенки.

Советские специалисты пошли на осознанный риск и приступили к освоению броневого литья с последующей закалкой на высокую твердость. Начиналось все с робких попыток 1937–1938 годов по отливке броневых пушечных масок центральной башни танков Т-35 на Харьковском паровозостроительном и Мариупольском металлургическом заводах. Затем, в 1938-м для первого в СССР танка с противоснарядной защитой Т-46-5 была изготовлена литая башня. В 1939–1940 годах опыты броневого литья возглавил НИИ-48, что позволило к июню 1941-го организовать серийное производство литых башен и бронемасок для танков КВ, а для Т-34 – башен, носовых балок, крышек люка водителя, защиты пулемета ДТ, защиты картера и оснований смотровых приборов. Если для тяжелых боевых машин использовалась броня средней твердости, то для «тридцатьчетверок» – литой вариант стали 8С высокой твердости.

Поначалу технология броневого литья не отличалась совершенством. К примеру, в довоенном Мариуполе башни Т-34 формовались вручную в сухих формах. Отливка одного изделия занимала пять – семь суток и была невозможна без высококлассных формовщиков. Поэтому неудивительно, что накануне войны харьковские и мариупольские металлурги изучали возможности цеха крупного стального литья Уралвагонзавода с его машинной формовкой и конвейерной заливкой форм.

Автоматическая сварка

Электрическая сварка для соединения броневых конструкций привлекла внимание отечественных танкостроителей еще в 1930 году, когда на Ижорском заводе появилась специальная опытная группа. По сравнению с креплением броневых листов на уголках с помощью заклепок новая технология выглядела более чем привлекательной. Путь от намерений до серийного производства занял несколько лет: в выпуске корпусов и башен танков Т-26 электросварка была внедрена лишь в 1935 году, а танков БТ – к началу 1937-го. Дело сопровождалось массой проблем: в ходе прошедшей в 1938 году на Ижорском заводе конференции технологи печально констатировали, что почти все сварные конструкции поражены трещинами. Металлургам пришлось корректировать состав броневой стали марки 2П (противопульной), чтобы улучшить ее свариваемость. Сталь 8С, как уже упоминалось, изначально рассчитывалась на сварные соединения.

При всей прогрессивности перехода от клепаных конструкций к сварным необходимо учитывать, что ручная сварка не могла обеспечить поточно-конвейерное производство танков как в силу недостаточной производительности, так и по причине острой нехватки в СССР высококвалифицированных сварщиков. Автоматов же для сварки металлов больших толщин Советский Союз приобрести не смог, хотя в мире они уже имелись, например в США.

По этой же причине серьезные проблемы возникли не только в танковой промышленности, но и в других машиностроительных отраслях. Например, по проекту Уралвагонзавода 30 процентов всех сварочных операций на вагонных конвейерах должны были выполнять автоматы и полуавтоматы. На момент пуска предприятия в 1936 году последних в цехах УВЗ вообще не было.

Инициатором освоения автоматической дуговой сварки стал Институт электросварки Академии наук УССР под руководством Е. О. Патона. Известно, что по его предложению весной 1936-го в Киеве была созвана специальная конференция. По ее итогам 23 мая того же года в Наркомате тяжелой промышленности издан приказ о развитии автоматической сварки и определены шесть промышленных баз для ее внедрения: мариупольский завод «Азовсталь», ленинградская Северная верфь, киевский сварочный комбинат треста «Оргометалл», а также вагоностроительные заводы: «Красный Профинтерн», Мытищенский и Нижнетагильский.

Новое дело потребовало нескольких лет работы, и к середине 1940 года сотрудники киевского института сумели самостоятельно воссоздать метод автоматической сварки под слоем флюса, запатентованный в 1936-м американской фирмой «Линде». Технологией нового процесса в институте занимался В. И. Дятлов, специальное оборудование разрабатывал П. И. Севбо. Выпуск автоматических сварочных головок системы П. П. Буштедта в 1940 году наладил ленинградский завод «Электрик». На Уралвагонзавод комплект оборудования для автоматический сварки под слоем флюса поступил весной 1941-го.

Однако и американцы, и сотрудники патоновского института использовали свой метод для соединения деталей из конструкционной стали, для сварки брони он нуждался в серьезном усовершенствовании. Именно этим в начале 1941 года занялись ученые НИИ-48 совместно с работниками Ижорского завода. К лету благодаря введению во флюс ферротитана и ферросилиция удалось добиться стабильно высокого качества сварного шва броневых конструкций. Это позволило внедрить в серийное производство автоматическую сварку нескольких узлов танка Т-50. Был также разработан технологический процесс автоматической сварки прямолинейных швов танка КВ, но освоить его не удалось из-за эвакуации предприятия.

Параллельно с Ижорским заводом автоматическая сварка брони под слоем флюса вводилась на Харьковском танковом заводе № 183. Мы не знаем точно, принимали ли сотрудники НИИ-48 или Института электросварки непосредственное участие в этом. Достоверно известно лишь то, что чертежи автомата харьковчане получили от Института электросварки и самостоятельно изготовили три установки типа R-72. Одна из них была запущена и использовалась для сварки бортов танка Т-34 с днищем подкрылка, две другие до перемещения завода в Нижний Тагил установить не успели. По свидетельству директора завода Ю. Е. Максарева, академик Е. О. Патон присутствовал на испытании первого автомата. Новый метод продемонстрировал великолепное качество: при испытании сваренной конструкции снарядным обстрелом оказался разбит не шов, а броневой лист.

На Уралвагонзаводе первая установка автоматической сварки появилась еще весной 1941-го и предназначалась для соединения длинных вагонных деталей. После начала войны сотрудники Института электросварки не тратили времени даром и к октябрю сумели переналадить установки Р-70 вагонного производства для работы с бортами танков.

Остается добавить, что 6 ноября 1941 года нарком танковой промышленности В. А. Малышев, будучи в Нижнем Тагиле, подписал приказ № 0204/50, содержащий предписание всем предприятиям отрасли: «В связи с необходимостью в ближайшее время значительно увеличить производство корпусов для танков и недостатком квалифицированных сварщиков на корпусных и танковых заводах единственно надежным средством для обеспечения выполнения программ по корпусам является применение уже зарекомендовавшей себя и проверенной на ряде заводов автоматической сварки под слоем флюса по методу академика Патона. Считаю необходимым в ближайшее время всем директорам корпусных и танковых заводов серьезно заняться внедрением автоматической сварки для изготовления корпусов танков».

P.S. Существенное добавление

Соединение освоенных в гражданском секторе принципов поточно-конвейерного производства и новейших оборонных технологий – задача невероятной сложности. Но в СССР имелся соответствующий «инструмент» для ее решения, скрытый под шифром 8ГСПИ. Он был создан в Ленинграде в 1933 году. Название «Государственный союзный проектный институт № 8» (8ГСПИ) появилось в 1937-м. Все отечественные довоенные танковые и танкомоторные заводы были построены либо модернизированы по проектам 8ГСПИ. Работать институту приходилось в условиях подчас экстремальных. Так, в 1935–1939 годах проектирование корпуса дизельного производства на Харьковском танковом заводе и разработка технологий под новейший двигатель В-2 велись одновременно с созданием самого дизеля, так что 8ГСПИ можно смело включать в число создателей мотора танков Т-34, КВ и ИС. Сфера деятельности института распространялась далеко за пределы собственно проектирования. В появившемся в 1935 году при 8ГСПИ Центральном бюро стандартизации и взаимозаменяемости вырабатывались все стандарты и нормали в области инструментов, приспособлений, штампов, а также деталей и узлов танков. Институт обеспечивал армию и ремонтные заводы нормативными материалами на ремонт самых массовых довоенных танков типа Т-26 и БТ, а также их моторов.

И еще один факт. Совместно с технологами Харьковского паровозостроительного завода специалисты 8ГСПИ спроектировали и в 1933–1934 годах пустили в действие первый в СССР и в мире конвейер финальной сборки танков типа БТ. Один из руководителей и организаторов этого события – Г. З. Павлоцкий в 1935 году был назначен директором еще не достроенного, но готовящегося к пуску крупнейшего предприятия поточно-конвейерного типа – Уральского вагоностроительного завода. Через шесть лет он превратится в Уральский танковый завод № 183 – главный производитель «тридцатьчетверок».

И в этом нет ничего случайного. Чтобы победить, думать нужно до боя.

vpk-news.ru


Смотрите также