Сварка броневых сталей

12.07.2018
Среди множества задач, над которыми постоянно работают несколько поколений патоновцев, весьма важным является создание сварочных материалов и технологий, а также оборудования для изготовления корпусных конструкций из броневых сталей и сплавов.

В разные годы этой тематикой занимались Е.О. Патон, Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, А.М. Макара, В.Ф. Мусияченко, В.Г. Гордонный.

Исследования по созданию технологий сварки броневых сталей в институте начались в предвоенные годы. В годы Великой Отечественной войны, когда институт был эвакуирован на «Уралвагонзавод» (УВЗ), эти работы были существенно ускорены.

По прибытии в Нижний Тагил ученые института вместе с заводча-нами сразу же приступили к разработке технологии и аппаратуры для автоматической сварки под флюсом бронеконструкций.

В предельно сжатые сроки была создана технология скоростной автоматической сварки на переменном токе брони марки 8С толщиной до 45 мм для танка Т-34, предусматривавшая применение низколегированной кремнемарганцевой (Св-18ГС) электродной проволоки, плавленых флюсов АН-2 и АШ. Одновременно с разработкой технологии сварки был спроектирован и изготовлен ряд сварочных установок, оснащенных новыми сварочными головками с саморегулированием электрической дуги при постоянной скорости подачи электродной проволоки.

Только на УВЗ были созданы и введены в эксплуатацию 15 установок для автоматической сварки под флюсом различных узлов боевой машины Т-34. В 1943 г. в мастерских института изготовлено и установлено на заводах Наркомата танковой промышленности около 50 аппаратов для автоматической сварки под флюсом.

Созданная в тяжелых условиях военного времени технология позволила повысить производительность сварки более чем в 5 раз, значительно улучшить качество сварных швов; она стала основой для организации поточного производства танка Т-34, который вплоть до середины 1950-х годов оставался основным средним танком Советской Армии. Более 30 тыс. знаменитых «тридцатьчетверок» вышли из цехов УВЗ в годы войны. Одна из них навечно установлена во внутреннем дворе Института электросварки им. Е.О. Патона. Танк был подарен коллективу института в честь ознаменования 50-летия Победы в Великой Отечественной войне над фашизмом. Это дорогое для всех патоновцев место, где каждый год ветераны войны и труда отмечают знаменательный день Победы 9 мая.

В послевоенный период были созданы и начали применяться в бронекорпусном производстве новые хромоникельмолибденовые высокопрочные стали повышенной (до 100 мм) толщины. Они отличались достаточно высокой бронестойкостью, однако из-за большого содержания углерода и наличия хрома, никеля и молибдена их свариваемость ухудшилась — сварные соединения оказались склонными к образованию холодных околошовных трещин. По этой причине, а также из-за недостаточной стойкости («живучести») сварных соединений при снарядном обстреле технология автоматической сварки под флюсом, успешно примененная при массовом изготовлении танка Т-34, нуждалась в доработке для новых моделей среднего танка. Последующий его тип — танк Т-54 изготавливался с использованием высоколегированных аустенитных проволок Св-08Х21Н10Г6, что значительно повысило стойкость швов против образования холодных трещин. Возросла сопротивляемость хрупкому разрушению при снарядном обстреле. Новая сварочная проволока марки Св-08Х20Н9Г7Т в сочетании со специально разработанным под нее плавленым низкокремнистым флюсом марки АН-14 обеспечили таким швам повышенную сопротивляемость образованию горячих трещин даже в случае сварки на повышенных режимах. Впоследствии проволока Св-08Х20Н9Г7Т вошла в Государственный стандарт России, а флюс АН-22 получил широкое применение и для сварки конструкционных сталей. Производительность сварки, при сохранении качества соединений броне-конструкций повышенной толщины, возросла за счет этого в 4-5 раз — до уровня, который был достигнут при сварке танков Т-34. Она составила около 20 кг наплавленного металла в час.

В середине 1960-х гг. при изготовлении бронекорпусов и башен танка Т-55 на Омском машиностроительном заводе под руководством Б.Е. Патона была опробована и внедрена в производство новая, разработанная в ИЭС им. Е.О. Патона высокопроизводительная (до 30...35 кг наплавленного металла в час) технология двухдуговой автоматической сварки под флюсом. Несколько позже на Харьковском заводе имени В.А. Малышева была внедрена аналогичная по производительности однодуговая автоматическая сварка под флюсом с удлиненным вылетом электрода, а на УВЗ — технология автоматической сварки трехфазной дугой при выполнении основных швов бронекорпусов танков Т-62 и Т-72. В эти годы технология автоматической сварки под флюсом проволокой Св-08Х20Н9Г7Т широко использовалась на упомянутых заводах для изготовления бронеконструкций средних танков Т-55 и Т-64. Общий уровень автоматической и механизированной сварки был доведен до 60 % (по массе наплавленного металла), осуществлено конвейерное производство бронекорпусов.

Одновременно с совершенствованием сварки бронекорпусов институт занялся проблемой сварки элементов сверхмощного дизельного двигателя для серии танков Т-55, Т-62, Т-64, Т-72, Т-80, Т-84. Впервые в мире было освоено производство цельносварных роторов для турбонадува из высокопрочных никелевых сплавов. Технология была использована в серийном производстве. Мощность и долговечность двигателя значительно возросли.

Наряду с работами в области создания технологии автоматической сварки корпуса среднего танка Т-54 Б.Е. Патон инициировал начало исследований, связанных с разработкой технологии изготовления броне-конструкции легкого танка. Корпус изготавливался из кремнемарганцевомолибденовой стали марки 2П толщиной до 20 мм. Небольшая толщина, а также пониженное содержание в этой стали углерода и легирующих элементов позволили применить при сварке тонкостенной брони низколегированную проволоку Св-08ГСМТ (ЭИ-581). В конце 1950-х годов на базе этой проволоки была создана и внедрена при изготовлении бронекорпусов легкого плавающего танка ПТ-76 технология автоматической сварки под плавленым флюсом АН-42. Технология газоэлектрической сварки проволокой Св-08ГСМТ получила быстрое и широкое распространение в бронекорпусном производстве и стала основным процессом практически на всех заводах при изготовлении легких танков и бронетранспортеров разных модификаций — ПТ-76, БМП-1, БМП-2, БТР-50 и др. В дальнейшем она совершенствовалась, и в качестве защитной среды начали использовать смеси газов на основе аргона.

Наряду с совершенствованием технологии сварки усовершенствовались и сварочные материалы. В частности, в 1960-х годах был разработан и внедрен на заводах Челябинска и Нижнего Тагила новый гранулированный керамический флюс марки КТФ-78 с улучшенными санитарно-гигиеническими характеристиками, обеспечивающий повышенную сопротивляемость металла шва образованию пор и горячих трещин. Флюс широко использовался при однодуговой сварке бронекорпусов и башен танков Т-10М и Т-62. В начале 1980-х гг. разработаны высоколегированная безникелевая проволока Св-08Х10Г32 и керамический низкоокислительный флюс КМ-78А. Сочетание этих материалов обеспечило практически двукратное снижение стоимости сварочных работ при сохранении требуемого качества сварных соединений.

Для восстановления башен танков из литой броневой стали СБл-1 разработана проволока Св-08ХГСН2МТ и на ее базе созданы электроды Бл-1КА и УБТ-1, а также разработаны технологические рекомендации по заварке дефектов в литых корпусах башен.

He менее широкое использование в бронекорпусном производстве нашла и технология механизированной сварки в углекислом газе с использованием аустенитной проволоки Св-08Х20Н9Г7Т. Изначально она осуществлялась на постоянном токе при обратной полярности и по производительности уступала механизированной сварке под флюсом. В ИЭС им. Е.О. Патона и Харьковском заводе им. В.А. Малышева создали модифицированную цирконием проволоку Св-08Х20Н9Г7Т. Возросла стабильность дуги, а производительность процесса увеличилась в 1,5 раза.

Дальнейшее совершенствование механизированной сварки брони было достигнуто за счет новых, стабилизированных аустенитных порошковых проволок, обеспечивающих одновременное увеличение производительности сварки, уменьшение разбрызгивания электродного металла и повышение сопротивляемости металла шва образованию горячих трещин. Новая порошковая проволока марки ПП-АНВ8 (Св-05Х21Н10Г2Т) впервые применена при механизированной сварке в углекислом газе корпуса танка Т-72. Для легких бронекорпусов сотрудники ИЭС разработали и внедрили на Курганском машиностроительном заводе технологию сварки гетерогенными швами с применением газоэлектрической облицовки швов порошковой проволокой ПП-АН180. Это позволило повысить пулестойкость сварных соединений выше уровня, характерного для брони. Применение проволоки ПП-АН 180 решило также проблему восстановления деталей из брони высокой твердости, что существенно улучшило технологию сборки бронекорпусов легких танков.

Как это не раз уже случалось, именно сварщики первыми указали на возможность совершенствования корпусных материалов, применявшихся для изготовления танков. Осознание того, что танк — это сварная конструкция, которая после снарядного обстрела должна сохранять целостность не только сварных швов, но и корпуса в целом, привело к тому, что в ИЭС под руководством Б.Е. Патона были начаты работы по совершенствованию толстолистовой брони для танкостроения.

На первом этапе этих исследований установили, что новые высокопрочные хромоникельмолибденовые броневые стали при удовлетворительной стойкости к снарядному обстрелу не обладают достаточной вязкостью и, как следствие, не удовлетворяют требованиям танкостроителей и армии по «живучести» (отсутствию отколов с внутренней стороны бронекорпуса при снарядном обстреле). Ученые института провели всесторонние исследования металла листовых слитков высокопрочных сталей по всей металлургической цепочке производства броневых сталей (от выплавки до прокатки и термообработки). Была создана надежная технология производства танковой брони. При этом впервые была освоена выплавка таких сталей в кислородных конверторах с последующим электрошлаковым переплавом (ЭШП), а впоследствии и их непрерывная разливка. Новые прочные броневые стали начали изготавливаться с применением способа ЭШП в конце 1970-х начале 1980-х гг. Это вызвало необходимость совершенствования сварочных материалов и технологии сварки таких сталей.

Уже в середине 1980-х гг. были разработаны новые материалы: для автоматической сварки под флюсом АН-22 и АН-22М — аустенитная проволока ЭК-67 (Св-05Х20Н10М2Т); для механизированной сварки в углекислом газе — аустенитная порошковая проволока ПП-АНВ9 (Св-05Х20Н10М2Т). Они обеспечили более высокие, по сравнению с серийной проволокой, механические свойства и технологическую прочность шва. Разработанные на базе этих материалов технологические процессы сварки корпусных сталей нового типа — 69Ш, 24Ш, 22Ш использованы при изготовлении бронекорпусов средних танков последующих модификаций — Т-80 и Т-84.

Исследования в ИЭС им. Е.О. Патона позволили применить в танкостроении принципиально новый конструкционный материал — армированную квазимонолитную сталь (AKM). При ее создании использовано новаторское предложение, направленное на уменьшение содержания углерода в броневых сталях почти в 2 раза. Это решение, без существенного изменения системы легирования, привело не только к улучшению свариваемости, но и к заметному повышению вязкости толстолистовой стали и ее «живучести» как бронекорпусного материала. Новая броневая сталь AKM и технология ее сварки были впервые использованы при изготовлении сварно-катаной башни танка Т-80. Улучшенная свариваемость броневой стали AKM позволила повысить и «живучесть» танка.

В эти же годы Борисом Евгеньевичем организованы активные исследования, направленные на создание сварных бронеконструкций из разнородных материалов, в частности путем сварки стальной брони с алюминиевой. В результате этих работ разработана технология, при которой сварка броневой стали с алюминиевой броней толщиной до 100 мм осуществляется с использованием переходников специальной конструкции. Последние изготавливаются автономно или с помощью наплавки, что позволяет получать качественные сварные соединения различных типов (стыковые, угловые, нахлесточные). За счет этого жесткость днища без изменения массы танка удалось увеличить в несколько раз. Натурные испытания показали, что сварные соединения из разнородных металлов выдерживают пулевой и снарядный обстрелы, а также минный подрыв. Соответствующие технологии ИЭС реализованы при изготовлении легких броневых машин.

В середине 1980-х гг. сотрудники ИЭС им. Е.О. Патона разработали новую технологию высокоэффективной автоматической сварки плавящимся электродом в аргоне брони на основе алюминия из сплава АМг6. Технология предусматривала оптимизацию условий сварки различных типов соединений металла толщиной от 8 до 60 мм и использована при изготовлении корпусов легких десантируемых танков и бронемашин пехоты на Волгоградском заводе и Курганском машиностроительном заводе. В начале 1990-х гг. ученые ИЭС разработали для Харьковского тракторного завода установку УД-474 и новую технологию сварки конструкций штампосварных элементов из алюминиевого сплава марки АМг6 для боевых машин пехоты.

Менялось время, изменялись и подходы к изготовлению броневых конструкций. Для разработчиков и изготовителей стало важным повышение уровня механизации сварочных работ. К концу 1980-х годов он возрос до 95 %. При этом доля автоматической сварки под флюсом (по объему наплавленного металла) уменьшилась до 25 %, что в 2 раза меньше, чем при изготовлении танка Т-34, а доля сварки в защитных газах увеличилась до 70 %. Столь широкое использование механизированной газоэлектрической сварки в бронекорпусном производстве обусловлено универсальностью этого процесса, позволяющего осуществлять сварку внутренних и неудобных для автоматизации сварки коротких и криволинейных швов. Специфические особенности конструкции броне-корпусов сдерживали дальнейшую автоматизацию сварки. В связи с этим в ИЭС начались интенсивные исследования, направленные на разработку принципиально новых специализированных сварочных аппаратов с автоматическим программным управлением по всему циклу производства.

В основу создания этих аппаратов был положен принцип модульного построения их структуры. Новые разработки нашли конкретное воплощение в автоматах серии АД-238 и АД-241, которые стали основой новой конвейерной линии сварки различных швов бронекорпуса танка Т-72, включая приварку бонок к бронелистам. Это послужило мощным толчком для механизации сварочных работ при производстве бронетехники.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: