| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
ГЛАВА 8.
Но даже после первых успехов в освоении автоматической сварки на вращающихся стендах нас не отпускали напасти. Например — температурные деформации. Корпуса были довольно объемными, при сварке в швах оставались температурные напряжения — усадка металла, рекристаллизация — все это приводило к тому, что тонкостенные конструкции типа вездеходов и БМП вело, а в толстостенной броне танков появлялись трещины, особенно после ударов по ним снарядами. С тонкими листами как-то справились — начали выполнять сварку с разных направлений, так, чтобы возможные деформации взаимно компенсировали друг друга, ввели операцию отпуска всего корпуса в печах — на самом деле долгая операция, несколько часов, так что печей потребовалось много. Но справились.
А вот с танковой броней было сложнее. С одной стороны, достаточная толщина плит сама по себе давала конструкции жесткость, поэтому корпус не вело. Но швы получались непрочными — почти в каждом из наших первых танков приходилось подваривать растрескавшиеся места соединений — чуть посильнее удар снарядом — и привет — трещина, а то и щель в пару сантиметров. У немцев была та же проблема, и мы уж подумывали поступить так же, как и они — вытачивать кромки спрягаемых плит для шипового соединения — выступ в одной и вырез — в другой. Этими элементами плиты будут дополнительно соединяться между собой, то есть их будет держать не только сам шов, но и основной металл плит, что снизит растрескивание швов. Но в этом случае механическая обработка будет просто зашкаливающей. И если немцы со своим громадным станочным парком и массой профессионалов-станочников еще могли себе такое позволить, то нам это даст катастрофическую просадку в выпуске бронетехники, даже со станочным парком, захваченным позднее в Восточной Пруссии. Некоторый выход мы нашли в снижении степени легирования бронеплит — они стали менее углеродистыми и легированными — это же повысило и свариваемость — меньше выгорало углерода и легирующих металлов, соответственно металл шва больше походил на основной металл в плане одинаковой усадки. Военные, конечно, ворчали, но несильно — снижение степени легирования было объявлено временным, а выработанная тактика — активная оборона — и стратегия — оборона по всем фронтам — снижали риски для танкистов, благо что всем уже было ясно, что быстро немца не победить. Да и легирующих материалов уже практически не оставалось — запасы, что скопились на заводах до войны, были исчерпаны, битая бронетехника, которую уже невозможно было восстановить — переплавлена, и новых легирующих элементов в заметных количествах все-равно взять было неоткуда — наши собственные шахты еще только начинали работу. Так что снижение легированности все-равно произошло бы.
Но окончательно от проблем это нас не избавило. Они решились только после того, как летом сорок второго я как-то спросил:
— А может, применить электрошлаковую сварку ?
— Блин, почему раньше молчал ?!?
А я и сам вспомнил мимоходом. Все хотел записать свои знания, но делал это наскоком, нерегулярно, да и вспоминалось многое уже по ходу дела, случайно.
С отладкой новой технологии возились полгода, как раз до начала сорок третьего. Но результат стоил того. В отличие от сварки под флюсом, при электрошлаковой сварке будущий шов располагается вертикально. Между свариваемыми деталями насыпается флюс — чтобы заполнил промежуток, затем в него опускается сварочная проволока, и проходящий через нее ток расплавляет флюс и металлы проволоки и кромок деталей — так они и свариваются в такой небольшой ванночке, которая постепенно, по мере сваривания, перемещается вверх вдоль шва. Чтобы флюс удерживался в шве а металл не вытекал, по бокам ставятся медные пластины, которые охлаждаются водой, или асбестовые, или даже кирпичные опалубки — только чтобы выдержали температуру. А в самом начале шва снизу также ставится преграда из флюса, стальной пластины, асбеста — чтобы удержать первоначальную ванночку жидкого металла, пока ее дно не застынет и уже оно станет держать следующие порции расплава. И, хотя тут были свои сложности с кантовкой, в общем новая технология позволила еще увеличить скорость сварки — швы можно было делать уже со скоростями до двадцати пяти килограммов металла в час. Сравните с десятью килограммами при сварке под флюсом и двумя — при ручной сварке. На порядок.
А еще наконец убралась механическая разделка кромок — расплавленный флюс отлично слизывал все неровности, отсутствие дуги исключало магнитное дутье, да и сварка выполнялась за один проход — ванна расплавленного металла просто поднималась вверх, независимо от толщины свариваемых деталей — знай только сдвигай вверх опалубку. А разделка кромок была непростым процессом, там приходилось потрудиться. Ведь чтобы проварить листы толщиной полтора сантиметра и более, электродами требовалось орудовать в том числе и в глубине свариваемого шва. И чтобы добраться до всех уголков, кромки толстых деталей надо обрабатывать на фрезерных или строгальных станках, чтобы при взгляде с торца стыка он образовывал букву Х, или К, или V — и затем начинать сваривать с самого узкого места 'буквы', постепенно заполняя шов металлом в направлении к самым широким участкам. Соответственно, в самом начале сварка идет тонким электродом — чтобы добраться до самого низа. А учитывая, что с незащищенным электродом дуга возникнет и с боковыми стенками, его надо защищать слоем флюса, то есть проволоку надо делать еще более тонкой, чтобы между нею и стенками было достаточно насыпанного флюса, поэтому количество металла в электродной проволоке стремительно уменьшается, соответственно, уменьшается объем наплавляемого металла, требуется снижать силу тока, которую можно пропускать через проволоку, и как следствие — производительность сварки падает еще больше. И только затем, проварив дно шва, можно переходить на электродную проволоку большего диаметра — чтобы как-то повысить производительность сварки. То есть требовалось и перенастроить сварочный аппарат, что тоже снижало производительность. Да и толстой проволокой требуется уже два-три продольных валика, а ближе к поверхности — и пять-шесть-восемь — чем толще свариваемые листы, тем шире будет разделка.
В электрошлаковой сварке эти сложности исчезают. Сам промежуток можно сделать минимальным, только чтобы в него помещалась довольно толстая проволока — ведь присадочный металл плавится в расплавленном шлаке, который подплавляет и стенки деталей, а так как процесс является бездуговым, то исчезает проблема защиты от магнитного дутья между электродом и стенками деталей — то есть между стенками и электродом можно оставлять гораздо меньше пространства, соответственно, электроды могут быть гораздо толще при том же зазоре между деталями. Вдобавок, если при сварке под флюсом надо закрывать флюсом весь шов, на всем его протяжении, то при электрошлаковой флюс нужен только на самой вершине свариваемого шва — еще экономия трудозатрат и материалов. Да и сама электрошлаковая сварка значительно производительнее — ведь в ванну расплава можно вводить и несколько проволок, и даже ленту, скорее — пластину — хватило бы расстояния между стенками. То есть к шву можно было подать больше сварочного металла. К тому же чем сильнее нагревается сталь, тем выше ее удельное сопротивление — при 1400 градусах оно уже в десять раз выше, чем при нормальной. Соответственно, при электрошлаковой сварке больше тока уходит на нагрев именно электрода — скорость переноса его металла в ванну возрастает. То есть электрошлаковая сварка была существенным прорывом.
Конечно, поначалу мы работали с небольшими деталями — сваривали большие листы из отдельных кусков, а уже их отработанной технологией сваривали под флюсом в саму конструкцию корпуса или башни. Но постепенно мы освоили электрошлаковую сварку и целых корпусов — на своих вращающихся стендах. И, так как теперь вверх смотрело до четырех, а то и восьми, двенадцати и даже шестнадцати швов — если танк лежит на боку и свариваются кромки носа и кормы — то и работало сразу несколько автоматов электрошлаковой сварки — еще одно преимущество перед сваркой под флюсом, где в одном корпусе одновременно можно было сваривать только один шов, край — два — остальные находились под углом к полу и не держали флюс. То есть скорость формирования швов возрастала уже раз в двадцать по сравнению даже со сваркой под флюсом, а если сравнивать с ручной — и раз в сто.
Так что уже в мае сорок третьего мы разогнались до скорости в пять тяжелых корпусов в день — не хватало даже пушек, поэтому выпускали всего по два танка, остальные корпуса шли на производство разградителей, машин боевого сопровождения танков и тяжелых БМП прорыва. А вездеходы, легкие БМП и ЗСУ у нас, конечно, вылетали как пирожки — мы разогнались аж до тридцати корпусов в сутки, и тут тормозящим фактором служил лишь недостаток проката — мы даже отправили в Сталинград шестнадцать стапелей с комплектом сварочного оборудования — оборачиваемость стапелей у нас резко повысилась, так что теперь хватало и меньшего количества, а там с прокатом брони было гораздо лучше, так что пусть работают. Тем более что под эти поставки нам выделили в общесоюзном балансе дополнительные объемы по легирующим ферросплавам, а то с учетом поставок СКС, ЗУ-23, РПГ, готовых вездеходов и БМП республиканский баланс и так получался слишком профицитным — кроме легирующих металлов нам ничего и не нужно было, да и с ними — с налаживанием воздушного моста до Кавказа стало существенно проще.
А мы ведь не остановились на элеткрошлаковой сварке. Собственно, такая сварка — это еще один способ получения расплавленного металла, просто в данном случае этот металл сразу же используется для соединения стальных заготовок. Но ведь из такого металла можно отливать и какие-то изделия — электричество, в отличие от угля и кокса, сравнительно легко плавит любые металлы и сплавы, в том числе твердые и жаропрочные. Поэтому этот же принцип мы начали использовать и для электрошлакового переплава инструментальных и конструкционных сталей с заданными свойствами — жаропрочных, быстрорезов, кислотоустойчивых, нержавеек — номенклатура сталей начала множиться, как культура бактерий, попавшая в питательную среду.
Причем разработка способов получения расплавов таких сталей повлияла и на технологию сварки. Так, в первых версиях нашей технологии мы старались ускорить сварку, поэтому пускали слишком большой ток, из-за чего высота расплава была довольно высокой, из-за большого поступающего тепла сталь остывала медленно, и из-за этого сравнительно медленного остывания металла вырастали крупные кристаллы — не как в сплошной отливке, но тоже немаленькие. И, хотя они были направлены по восходящей дуге от стенок к центру и сходились в центральной линии шва, то есть имели некоторую пространственную структуру, все-равно они порой под ударами снарядов давали трещины. Помогли методы, открытые при разработке технологий получения качественных сталей — введение ванадия или титана делало кристаллы шва значительно мельче, а ультразвуковые колебания присадочной проволоки их дополнительно измельчали. Ну и подключение к деталям, а значит и к ванне, всегда только отрицательного электрода, привело к тому, что в сталь из шлаков переходили только положительно заряженные ионы марганца и других металлов, а отрицательно заряженный кислород, наоборот, выходил в шлак и через него — наружу. А газов в среде над ванной практически и не было. Ну и уменьшили силу тока, чтобы металл застывал быстрее. После введения этих материалов и процессов наши швы не трескались никогда.
Но на этом мы не остановились и стали выпускать электрошлаковым переплавом бронесталь — она была на 10-15% прочнее стали, полученной обычным путем, даже если сравнивать со сталью повышенной твердости, к тому же электрошлаковая обладала еще и улучшенной вязкостью. Все из-за повышенной однородности деталей и заготовок, получаемых электрошлаковым переплавом.
В обычном процессе отливки металл готовой детали или заготовки для последующей обработки — прокатки, резания и так далее — заливается в форму целиком и затем там остывает. Но остывание сразу всей массой сопровождается рядом нежелательных процессов — из-за разницы температур между уже остывающими краями и еще горячей сердцевиной внутри отливки возникают тепловые потоки, которые переносят еще незастывшие порции металла, из-за разницы в плотностях компонентов стали ее составляющие перераспределяются в объеме отливки — где-то легирующих примесей становится больше, где-то — меньше — происходит ликвация — разделение компонентов сплава внутри объема. А когда слиток начинает кристаллизовываться, меняется плотность его отдельных объемов, причем неравномерно — из-за неоднородности внутреннего состава. Это приводит к неравномерной усадке, соответственно, возникают внутренние напряжения. В результате отливка получается с довольно неоднородной внутренней структурой — как по составу, так и по плотности, и чтобы хоть как-то убрать эту неоднородность, приходится дополнительно ее обрабатывать механическими и термическими методами — прокатывать, отпускать, причем порой неоднократно — неоднородность добавляла до двадцати технологических процессов.
В отличие от заливки в форму сразу всего металла при обычном процессе, электрошлаковый переплав работает с небольшими порциями металла — шлак насыпается на дно формы, сверху подается электрод — проволока или стержень диаметром до 30 сантиметров или квадратного сечения таких же размеров, между электродом и дном формы пропускается ток, который проходит через шлак, где и выделяется основное тепло. Это тепло расплавляет электрод, капельки расплава проходят через шлак и оседают на дне формы, а расплавленный шлак понемногу поднимается над металлом — все то же самое, что и при электрошлаковой сварке, только теперь, постепенно расплавляя электрод, из него отливают сами детали и заготовки, а не просто соединяют уже готовые.
Причем форма как правило делается из меди, охлаждаемой водой, то есть, пройдя вниз, расплавленный металл тут же начинает охлаждаться и застывать, соответственно, период его расплавленного состояния довольно ограничен, поэтому тепловые потоки не разносят примеси по отдельным объемам — ликвация практически отсутствует.
Более того — так как очередные порции расплава быстро застывают, в слитке образуется плотная дендритная структура — однородность металла еще больше повышается, а это не только более высокие механические характеристики, но и повышение устойчивости к коррозии, и повышение износостойкости, жаропрочности. К тому же шлак можно подбирать так, чтобы он дополнительно очищал расплавляемый металл от вредных примесей — например, от серы. Вдобавок, застывание малыми порциями существенно уменьшает усадку — она происходит в небольших объемах постоянно в процессе застывания, и металл успевает 'улечься' до того как окончательно застынет — остаточные напряжения в стали, полученной электрошлаковым переплавом, гораздо ниже.
Более того — так как отливка происходит в форму, омываемую охлаждающей водой, то имеется возможность целенаправленно задавать рост кристаллов — их направление и размер, да и различные способы подачи электродов, воздействие на небольшую ванну расплава ультразвуком и магнитными полями открывает большие возможности для управления ходом процесса — обилие механизмов управления делает электрошлаковый переплав похожим на работу средневековых алхимиков, которые также в своих горшках варили-смешивали-трясли различные вещества в надежде получить эликсир вечной молодости и другие ништяки. Металлурги же гнались за более приземленными целями — они пытались получить рецепт вечной работоспособности деталей и механизмов. Например, наши металлурги выяснили, что если вести переплавку на постоянном, а не переменном токе, и при этом вращать расходуемый электрод или саму форму, то экономия флюса доходит до 15%, расход электроэнергии снижается почти на 40% — с 1600 кВт*ч/т до 1000 киловатт-час на тонну, производительность — наоборот повышается на четверть — с 5 до 7 килограммов в минуту, если на электродах диаметром 400 миллиметров — все потому, что при механическом перемещении электрода пленка на его конце имеет постоянную толщину — она все время стачивается о расплавленный шлак, а расплавленные капли проходят через шлак более длинный путь и лучше очищаются, ну а если ускорить вращение, то возросшие центробежные силы делают капли более мелкими. Я ж грю — магия !
| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
