Если даже просто, визуально, оценивать корабли нашего флота, построенные до Первой Мировой и новые корабли, построенные в 30-е годы, то четко видна разница. Корабли, построенные в 30-е годы, выглядят изящнее: это уже не тяжеловесные «утюги» (хоть и не изящные «клипера»). Почему?
В принципе, оно понятно: произошла еще одна технологическая революция. С появлением турбин возросли скорости кораблей, возросли скорости, изменились требования к обводам. Стали сложней обводы, шире начали использовать сварку. Начали использовать сварку, изменились используемые в судостроении стали. Потом начали использовать конструкционные стали повышенной прочности, чтобы сэкономить на толщинах, начали использовать новые виды покрытий, шире стали использовать кадмированные и цинкованные листы (дабы убрать надбавку на коррозию). Все это процессы на которых стоило бы остановиться отдельно.
Начнем, пожалуй, со сварки, которая позволила сэкономить до 20% веса корпуса. Есть еще один нюанс: прочность заклепочного соединения (имеющего отверстие для заклепок), при всех ухищрениях, не может превышать 80 % сварного соединения. В обычных судовых заклепочных швах она не выше 65 %. А. потому…
Что такое сварка? ГОСТ 2601-74 «Сварка металлов. Основные понятия, термины и определения» предлагает следующую формулировку: «Сварка - процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого». (Резку и подготовку листов мы пока не рассматриваем). В мое время шутили, что опытный сварщик может сварить даже дерево, используя бамбуковый электрод. Шутка конечно, но…
Говорить о том, что сварка появилась в судостроении в 20-е годы ХХ века, было бы абсолютно неправильно, ибо, первый пароход со сварными конструкциями корпуса был построен еще в 1889 году. Но метод сей имел несколько сдерживающих факторов, и, прежде всего, это учет сварочных деформаций (об этом чуть позже).
Принято делить все существующие способы на два крупных класса: сварка плавлением и сварка давлением. Последняя в судостроении используется редко. С начала XIX в. применялся так называемый способ сварки «литьем». Этот способ по существу является разновидностью обычного литья, когда две металлические детали соединялись заливкой расплавленного металла в зазор между ними. Издавна использовалась кузнечная сварка (например, при изготовлении якорей). Пока мы смотрим только электросварку.
Первыми методами сварки, использованными в судостроительной промышленности стали: методы отечественных ученых Барнадоса (сварка неплавящимся угольным электродом) и Славянова (сварка плавящимся электродом). Сущность способа Н. Н. Бенардоса заключается в том, что между угольным электродом и изделием, подключенными к аккумулятору, возникает электрическая дуга, приводящая к плавлению металла изделия. В область дуги сбоку вводится добавочный металл в виде присадочного прутка для обеспечения формирования сварного шва. Способ Н. Г. Славянова отличается тем, что в качестве электрода применен металлический плавящийся стержень, который поддерживает горение дуги и, одновременно расплавляясь, формирует шов. Следует отметить, что Славянов разнообразил свое изобретение и на многие его виды получил патенты в ряде стран (а, вот на Родине ему в "привелегии" отказали, мол, ничего нового, и вообще все это ерунда, никому не нужная). Его предложения впоследствии были развиты русскими, а больше советскими учеными и получили широкое распространение в мировой промышленности (например, у немцев и американцев). Славянов был пионером использования электросварки в судостроении, применив ее для ремонта деталей судовых механизмов.
Сварка применялась для ремонта кораблей в руско-японскую войну, как альтернатива клепке для того, чтобы наскоро «залатать» повреждения. В 1915-1917 годах активно ремонтировали с помощью сварки небольшие баржи. В 1918 Регистр Ллойда выдал нормативы на сварку судов. С этого момента стало возможным проектирование судов с цельносварным корпусом и их спуск на воду. Но это судоремонт, применять в судостроении этот метод долго не решались, из-за возникающих сварочных деформаций. Про газосварку мы, пока, не говорим, там все еще сложнее.
Однако в заметных объемах электросварка в судостроении начинает применяться только в 20-х гг. прошлого столетия. Причины образования деформаций и напряжений при сварке подразделяются на основные и побочные категории. К первым относят те, которые возникают во время сварки, поэтому неизбежны. Вторые нужно предотвращать.
Основные причины возникают как следствие:
1. Неравномерного нагрева сварочной зоны и прилегающих участков. Более горячий металл расширяется больше чем холодный, поэтому между слоями с разной температурой начинает концентрироваться напряженность. Ее величина определяется степенью нагревания и коэффициентом теплового расширения. Чем больше эти значения, тем выше вероятность нарушения геометрии конструкций.
2. Усадки. Когда при охлаждении после сварки металл переходит из жидкой фазы в твердое состояние, объем уменьшается. Этот процесс сопровождается растягиванием прилегающих участков с образованием напряжений, направленных вдоль или поперек шва. Продольное воздействие изменяет длину соединения, а поперечное способствует образованию угловой деформации.
3. Структурных изменений. При сварке высокоуглеродистой или легированной стали с большим нагревом происходит процесс закаливания с изменением объема и коэффициента теплового расширения. Это явление создает напряжения, приводящие к образованию трещин внутри и на поверхности швов. У сталей, в составе которых углерода меньше 0,35%, структурные изменения настолько малы, что не оказывают существенного влияния на качество сварных соединений.
Чуть позже, мы вернемся к этой теме, и распишем все подробнее. Пока просто пробежимся «галопом по Европам».
За рубежом, первые небольшие корабли со сварным корпусом датируются 1916-1919 годами. Сварку пробуют применять сначала шведы, потом японцы, французы. Но самым большим судном в этом ряду стал 46-метровый английский корабль Fullagar, который спустили на воду в 1919 году. Тормозили дело пресловутые сварочные деформации.
Первыми их научились считать немцы, которые активно применяли сварку при строительстве крейсера «Эмден», они заложили основы расчетов. «Эмдену» отчасти повезло, за счет того, что при его строительстве использовались низкоуглеродистые стали.
Эксплуатация сварных судов выявила неизвестный ранее вид разрушения их корпусов. Причиной этого стали остаточные напряжения и невозможность деформации в определенных ситуациях (т.н. "хрупкий излом"). Данная проблема была решена путем проведения научно-исследовательских работ, но для этого потребовались годы и опыт (часто негативный). Сварка, она только внешне штука простая, в реальности, там много «подводных камней».
В отечественном судостроении сварку начали активно внедрять еще в 1926 году. Занимался этим профессор Виктор Петрович Вологдин. Именно он проработал теорию сварочных деформаций, он же применил электросварку по методу Славянова на Дальзаводе в г. Владивостоке, где в 1926 г. было организовано производство сварных котлов, а в 1930 г. построен первый цельносварной корпус морского буксира. В. П. Вологдин впервые в стране организовал подготовку инженеров-сварщиков, первый выпуск которых состоялся в Дальневосточном политехническом институте в 1930-31 гг.
Впоследствии (1934-1949 гг.) Вологдин возглавлял кафедру сварки Ленинградского кораблестроительного института. В эти годы он много сделал для того, чтобы сварка стала ведущим технологическим процессом в отечественном судостроении, так же, как и пришедший ему на смену профессор Георгий Александрович Бельчук.
Опыт применения электросварки на Дальзаводе постепенно распространялся на другие судостроительные заводы страны. С помощью сварки осуществляется производство судов, турбин, котлов, самолётов, мостов, реакторов и других необходимых конструкций. Проекты новых судостроительных заводов разрабатывались уже исходя из постройки только сварных корпусов судов.
Развитие техники в разных странах шло «параллельными курсами». США построили в 1927 г. корабль Береговой охраны «Нортленд». В 1929—1930 гг. с частичным применением сварки созданы два американских крейсера типа «Солт Лейк Сити» водоизмещением 9,1 тыс. т, а в 1933 г. во флоте США появляется цельносварная подводная лодка «Кашалот» водоизмещением 1,6 тыс. т. В том же году вступил в строй немецкий «карманный» линкор «Дойчланд», корпус которого был цельносварным.
У нас к тому времени тоже очень широко использовалась сварка. В1930 г. по инициативе известного специалиста Д.А.Мушенко в Наркомводе была создана специальная организация "Электроверфь" по проектированию и постройке целиком сварных речных; судов.
Первой продукцией "Электроверфи" были: верповальные катера (Ленинград, 1931 г.),речные наливные барки (Ростов нa Дону, 1931-1932 гг.), речные барки-понтоны для перевоза хлопка (Чарджоу Узб.ССР, 1931-1932 гг.). В 1931 г. в Киеве был сварен корпус 150-сильного речного буксирного парохода. Затем сварное речное судостроение стало интенсивно развиваться во многих бассейнах страны.
С 1939 г. специальным распоряжением Наркомвода постройка речных судов с применением клепки вообще запрещалось. Постройка морских судов с частично сварными корпусами постепенно осваивалась на многих заводах в период 1935-1936 гг. Первыми отечественными морскими судами с корпусами, где использовался большой объем сварки. были гидрографические суда типа '"Седов" (длина 80,6 м) и ледокольные типа "Севморпуть" (длина 104 м). Спроектированные в 1932 г., они строились в Ленинграде в период 1934-1936 гг. Стыки и пазы наружной обшивки на этих судах были ещё клёпанными. Сварка всех соединений внутри корпуса выполнялась электродами с меловой обмазкой. При постройке одного из судов этой серии "Леваневский" - судостроители впервые столкнулись с неблагоприятными проявлениями сварочных напряжений в условиях малопластичного металла, шва и неправильной последовательности сборочно-сварочных работ, появлением трещин и разрывов металла конструкций.
В 1935-1936 гг. в Николаеве также началась постройка целиком сварных плавучих доков грузоподъемностью 10000 т по чертежам "Судопроекта". В марте 1939 г. состоялся ХVIII съезд партии, который рассмотрел третий пятилетний план развития народного хозяйства СССР (I938-I942 гг.). План предусматривал дальнейшее повышение индустриальной мощи страны, в том числе постройку новых судов только со сварными корпусами. В военном кораблестроении электросварка, признание получила несколько позднее. Но в 30-е годы сварка активно использовалась и при строительстве боевых кораблей (хотя были проблемы). Какие проблемы были со сваркой? Об этом чуть позже…
