HomeСварка стали › Сварка стали на стройках и в цехах

Сварка стали на стройках и в цехах

Сварка стали на стройках и в цехахЕще не окончилась Великая Отечественная война, а Институт электросварки им. Е. О. Патона вернулся в освобожденный Киев, где, не прекращая работы оборонного значения, занялся проблемами народного хозяйства. Тысячи разрушенных предприятий, домны, шахты, мосты ждали сварку.

 

Аппараты, технологию, флюсы, разработанные институтом для танков, теперь нужно было использовать для мирной продукции. Но массивные подвесные головки были рассчитаны для работы в стационарных условиях, в цехах, где они намертво крепились на стойках или перемещались по рельсовым путям. Такие установки нельзя было применить на строительстве и монтажных работах для выполнения швов сложной конфигурации, таких, как набор и обшивка корпуса корабля или соединений в различных пространственных положениях, например для сварки стыков трубопроводов и многого другого.

 

Коллектив института начинает разработку переносных самоходных сварочных аппаратов — сварочных тракторов и полуавтоматов — портативных головок, перемещаемых вручную. И вскоре страна получила серию универсальных сварочных тракторов типа «ТС». Тракторы выполняют все основные функции сварочной установки и в то же время могут двигаться даже непосредственно по свариваемому изделию и выполнять прямолинейные и кольцевые швы стыковых, угловых и нахлесточных соединений.

Так была создана дуговая полуавтоматическая сварка под флюсом.

 

При этом удалось сохранить все технологические преимущества, которыми обладал способ автоматической сварки. В полуавтоматах электродная проволока сматывается с катушки и заталкивается подающим механизмом в специальный шланг, а оттуда в горелку, укрепленную в держателе. Держатель находится в руке сварщика. Таким образом, механизированной осталась только подача проволоки, но зато рабочий получил возможность манипулировать дугой.

 

Флюс в зону сварки попадает из небольшого бункера-воронки, прикрепленного к держателю. Полуавтоматы особенно широко стали применяться для сваривания коротких и прерывистых швов. В начале 50-х гг. полуавтоматическая сварка значительно потеснила ручную там, где невозможно было внедрить автоматы, — при изготовлении сложных пространственных узлов и блоков кораблей, вагонов, паровозов, тракторов, домен и каркасов зданий.

 

Принципы конструкции автоматов и полуавтоматов для сварки под флюсом позже послужили основой при создании аппаратов для дуговой сварки в защитных газах.

Сотни марок различных автоматов, полуавтоматов, приспособлений и вспомогательного оборудования спроектированы сварщиками-конструкторами Института электросварки им. В. О. Патона, Всесоюзного научно-исследовательского института электросварочного оборудования в Ленинграде, конструкторами многих других научно-исследовательских институтов, кафедр высших учебных заведений, бюро промышленных предприятий нашей страны.

 

Мосты, уходящие в будущее. Особым этапом в развитии теории и техники электродуговой сварки стало строительство моста через реку Днепр в Киеве. Мост — сложное инженерное сооружение — должен выдерживать большие статические и динамические нагрузки, поэтому к его прочности предъявляют особые требования.

 

В Институте электросварки разработали специальную малоуглеродистую сталь повышенного качества. Одновременно были разработаны соответствующие составы флюса и прбволоки, методика проверки качества сварных соединений, режимы и приемы сварки металла большой толщины автоматами и полуавтоматами. Оставалось решить вопрос о конструкции будущих сварных мостов и о том, как организовать их изготовление.

 

Ученые института предложили создать цельносварные мосты. Однако оказалось, что многие ученые-мостостроители и сварщики считали цельносварные мосты делом будущего и настаивали на клепке монтажных стыков. Рассудила спор практика. Через реку Сне-жеть был построен цельносварной опытный мост пролетом 77 м, который выдержал опытные испытания.

 

Е. О. Патон — ученый-мостостроитель и ученый-сварщик — создал рациональную форму и оптимальную технологию изготовления сварных мостов. Он предложил отказаться от решетчатых ферм, которые невозможно сваривать автоматом, и заменить их крупными балками, сваренными из листовой стали. Такие балки решено было изготавливать на заводе с помощью автоматической сварки, а непосредственно на месте строительства выполнять только монтажные стыки между большими блоками.

 

Успешно освоил мостостроение Днепропетровский завод металлических конструкций. Этому заводу и доверили сварить 264 балки (каждая высотой 3,6 м, длиной 29 м и весом 28 т), из которых в Киеве был сооружен цельносварной мост длиной 1542 м. Весит он около 10 тыс. т. Почти все швы моста были сварены автоматами и полуавтоматами. Если бы конструкции клепали, то пришлось бы просверлить миллионы отверстий и на заклепки и накладки потратить дополнительно сотни тонн металла.

 

Миллионы тонн нефти, добываемой ежегодно из недр земли, хранятся в нефтерезервуарах. Огромные стальные цилиндры диаметром в несколько десятков метров, высотой в два-три десятка метров вмещают в себя несколько тысяч тонн нефти каждый. Чтобы выдержать напор жидкости, не прогнуться и не лопнуть, расчетная толщина днища и стенки среднего резервуара объемом 5000 м3 достигает 8 мм.

 

Еще до войны сварка уверенно закрепилась на строительстве резервуаров. Изготавливали их из отдельных листов шириной немногим более метра и длиной в пределах 10-20 м. Размеры эти ограничиваются возможностями прокатных станов и транспортных средств. Резервуары из таких «кусочков» строили, как кирпичный дом, — один лист прикладывали к другому, сваривали, потом следующий и еще следующий… пока не образовывалось днище. По краям днища устанавливали и приваривали листы стенки с необходимой кривизной.

 

Собирали лист к листу до тех пор, пока пояс не замыкался. Затем на нижнем поясе собирали следующий и так далее, все выше и выше. Потом наступала очередь крыши, и опять собирали лист к листу, пояс за поясом.

 

Трудоемкой и сложной была такая работа. Большинство швов располагалось на вертикальной стенке. Выполнять их могли только сварщики высокой квалификации. Инженерно-технические и научные работники в разных странах мира настойчиво пытались усовершенствовать сложную технологию изготовления этой сравнительно простой сварной конструкции. Вопрос о строительстве нефтерезервуаров особенно остро встал в Советском Союзе, где на временно оккупированных фашистами территориях были уничтожены все нефтехранилища.

 

Как выполнить огромный объем сварочных работ по восстановлению нефтебаз? Где взять тысячи квалифицированных сварщиков?\’

Ученые Института электросварки им. Е. О. Пато-на предложили новый принцип сооружения резервуаров: почти всю сварку выполнять на заводе, в нижнем, удобном положении, высокопроизводительными автоматами, под слоем флюса.

 

Как можно сделать в цехе стальной цилиндр, высота которого в несколько раз превышает высоту помещения? И как такой цилиндр доставить на нефтебазы?

Ответы на эти вопросы были простыми, как и сама идея. Три основные листовые части резервуара — днище, стенку и крышу — изготавливать полностью в виде плоских полотнищ, соответствующих их развертке, а потом сворачивать в цилиндрические рулоны, удобные для транспортировки по железной дороге.

 

А на месте, на нефтебазе, останется только сварка одного вертикального стыка стенок, шва конуса-крыши и двух швов, связывающих между собой днище, стенку и крышу, а также небольшой объем сварки по монтажу внутренней колонны, перекрытий и лестниц.

 

В начале 1948 г. впервые в мировой практике начали изготавливать резервуары по новой технологии. Цилиндрические рулоны, доставленные на монтажные площадки, легко разворачивались с помощью трактора, а швы при этом оставались невредимыми. За год на монтажных работах было сэкономлено до миллиона рублей, значительно улучшилось качество резервуаров.

 

Толстостенный котел из тонкого листа. Не раз сварка открывала возможности для создания нового оборудования, давала «добро» новым технологическим процессам, аппаратам, устройствам.

 

Трудно перечислить все сложные технологические, конструкторские и организационные задачи, которые пришлось и приходится решать сварщикам. Многие из решений коренным образом изменяли производство, удешевляя изготовление, упрощая конструкцию, улучшая эксплуатационные качества изделий.

 

Много технических проблем решено с помощью сварки, и одна из недавних — проблема создания аппаратуры высокого давления. Повышение давления и температуры рабочей среды в энергетике, химической технологии дает заметный эффект. Но чем выше поднимались эти параметры, тем больше приходилось увеличивать толщину стенок сосудов и труб (20, 30, 40, 50 мм), тем труднее их было изготавливать: отливать, ковать, точить, сваривать.

 

И сварщики вводили «в бой» все более мощные средства: многослойную дуговую, электрошлаковую, электроннолучевую сварку. Технологические возможности сварки еще не были исчерпаны, когда вдруг оказалось, что повышать дальше толщину стенок не имеет смысла.

 

Прочность металла толстых стенок уменьшалась по сравнению с прочностью такого же по химическому составу металла, но тонколистового.

Известно, что изделия из одной и той же стали, с одним и тем же составом элементов, но изготовленные разными методами обладают и различными механическими свойствами. Металл литого или даже кованого, но толстого бруска после прокатки в полосу небольшой толщины становится намного прочнее, потому что крупные кристаллы его дробятся, дефекты «выжимаются».

 

Новый принцип изготовления сосудов и труб обеспечил при любой толщине стенок прочность металла такую же, какую имеет и тонколистовой прокат.

Заключается он в том, что сравнительно тонкие стальные листы накатывают на основной барабан в виде плотного рулона, образующего цилиндрическую обечайку сосуда или трубы.

 

Концы ленты и торцы обечайки проваривают, поэтому слои не могут скользить друг по другу и многослойный сосуд не размотается. Длина обечайки равна ширине рулонной стали (1-2 м), и чтобы изготовить длинный сосуд, обечайки сваривают между собой кольцевыми прочноплотными швами. Многослойные сосуды высокого давления надежны и дешевле кованых. 

 

Много смелых, оригинальных идей, улучшивших технологию изготовления и изменивших облик машин, аппаратов, промышленных сооружений, предложили сварщики. И часто авторам новых проектов задают такие вопросы: «Как вы рискнули сворачивать, сплющивать, штамповать…? А если бы резервуар (труба, радиатор) лопнул при испытании?»

 

Тот, кто выдвигает и разрабатывает новые идеи, будь то научный работник или рабочий-новатор, всегда рискует столкнуться с непредвиденными, а может быть и неприятными, результатами. Уменьшить долю риска помогает знание. Для любого проекта и технологического процесса очень важно определение «обоснованный». Что касается сварных конструкций машин и различных сооружений, то в это определение в первую очередь входит расчет на прочность.

 

Сварщики уделяют большое внимание разработке более совершенных элементов и узлов сварных конструкций, расчету прочности сварных соединений, оптимальной технологии изготовления и изучению работы сварных соединений. Для того чтобы машины или сооружение соответствовали своему назначению и могли нормально эксплуатироваться, их элементы (обшивка, перекрытия, ребра, каркасы и пр.) должны обладать таким запасом прочности, чтобы не разрушаться под действием рабочих нагрузок и собственного веса.

 

Конечно, чем массивнее элементы конструкций, чем толще их сечение, тем большую величину внешних нагрузок они могут выдержать. Но это не единственный фактор, который нужно принимать во внимание при определении размеров конструкций и швов. Излишек металла увеличивает стоимость изготовления, а часто и эксплуатации, например в транспортных средствах. Увеличение размеров изделия приводит к возрастанию собственного веса.

 

Выход из создавшегося положения — рассчитать сечения элементов конструкций и сварных швов из условия, что напряжения, которые в них возникнут, будут на какую-либо определенную величину меньше напряжений, при которых разрушается материал, выбранный для изготовления нашей конструкции.

 

Физические возможности каждого конструкционного материала характеризуются пределом прочности, пределом текучести, ударной вязкостью, относительным сужением и другими показателями.

 

Эти показатели определяют специальными методами. Например, чтобы определить предел прочности сварного соединения, вырезают полоску шириной от нескольких миллиметров до десятков миллиметров в зависимости от толщины металла. В середине такой полоски располагается шов. Образец укрепляют в испытательной машине и начинают растягивать, регистрируя прикладываемые усилия. Если усилие, при котором разорвался образец, разделить на площадь его сечения (ширину умножить на толщину), то это и будет показатель предела прочности при растяжении.

 

Если элементы конструкции или швы работают не на растяжение, а на срез или сжатие, то во внимание принимается способность материала сопротивляться срезу или сжатию.

Сварные швы изгибаемых элементов конструкции подвержены в зависимости от их положения растягивающим, сжимающим или срезывающим усилиям. Эти усилия рассчитываются по формулам.

 

Те конструкции, на которые периодически действуют много раз повторяющиеся нагрузки, рассчитывают и на выносливость. При этом величину для допускаемых напряжений уменьшают, потому что прочность металлов при периодических нагружениях (определяется пределом выносливости или усталости) снижается и зависит от характера нагружения, от концентрации напряжений и других факторов.

 

Процесс контактной стыковой сварки оплавлением. Самый производительный способ сварки. Для соединения деталей контактной точечной сваркой достаточно десятых долей секунды. Причем одновременно на изделие можно ставить десятки электрозаклепок. Вот почему этот высокопроизводительный способ стараются применить при массовом производстве.

 

Например, детали кузова автомобиля «Москвич-412» скрепляют пятью тысячами точек. Высокой производительностью и степенью автоматизации отличается и способ контактной стыковой сварки. Однако применялся этот способ для соединения деталей с малыми сечениями. Для сварки крупных изделий требовались огромные сварочные установки с мощными источниками электрического тока, способные развивать значительные усилия сжатия.

 

Ученые предложили выход из этого положения — более эффективный дополнительный нагрев. Так, при стыковой сварке оплавлением для подогрева торцов деталей удалось применить еще и другие явления преобразования электроэнергии в тепло. Разработанная в Институте электросварки им. Е. О. Патона

 

Для контактной сварки кольцевых швов в Институте электросварки им. Е. О. Патона созданаспециальная установка (К-700), самостоятельно перемещающаяся внутри трубопровода, технология сварки методом непрерывного оплавления изделий большого сечения позволила значительно снизить мощность сварочных машин и источников питания, увеличить производительность сварки при высоком качестве сварного соединения.

 

Особенно эффективным этот способ оказался при сварке рельсов, трубопроводов, картеров дизелей.

Мощность дизельных двигателей, которые выпускает Коломенский тепловозостроительный завод, составляет тысячи лошадиных сил. Картер — корпус, в котором располагаются цилиндры, клапаны и другие элементы, — трудоемок в изготовлении. Эту объемную стальную конструкцию из множества пересекающихся между собой плоскостей сваривали

 

вручную штучными электродами.

На изготовление одного картера уходило около месяца — сварщики с трудом манипулировали электродом в тесных ячейках. Многие ячейки располагались к тому же в вертикальной плоскости. Ненамного бы облегчился процесс, если бы даже создали специальный автомат для дуговой сварки: слишком много времени требовалось на предварительную подготовку и сборку деталей. Пришлось бы много раз переворачивать и наклонять тяжеловесную, многотонную конструкцию. Каждому автомату все равно был бы необходим сварщик.

 

Казалось, что сварка в данном случае исчерпала свои возможности и никакими средствами невозможно выполнить задачу, в которой основным условием было записано: сократить время изготовления изделия, уменьшить число работающих и добиться стабильности качества шва независимо от квалификации сварщика.

 

Эту задачу решили сотрудники лаборатории контактно-стыковой сварки Института электросварки им. Е. О. Патона. Когда была пущена установка, ее возможности оказались поразительными: производительность труда, затрачиваемого на изготовление картера, возросла в 79 раз, его себестоимость снизилась в 18 раз. Вместо 300 человек (электросварщики, слесари-сборщики, контролеры) программу по изготовлению картера выполняет руководитель работ и два оператора.

 

Установкой заинтересовались многие зарубежные фирмы. Впрочем, работы советских сварщиков в области контактной сварки высоко ценились и раньше. Так, например, рельсосварочные машины, созданные Институтом электросварки им. Е. О. Патона, работают в США, Японии, Франции, Италии, Бельгии, Польше.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.