Главный рубеж: Автоматическая сварка под флюсом
Начало войны поставило перед промышленностью СССР задачи, которые в мирное время казались невыполнимыми. Эвакуация заводов на восток, острейшая нехватка квалифицированных кадров и необходимость выдавать фронту десятки тысяч единиц техники ежедневно — в этих условиях традиционные методы производства оказались беспомощны. Особенно остро стоял вопрос с изготовлением танковых корпусов. Ручная дуговая сварка требовала тысяч высококлассных специалистов, а заклепочные соединения, как выяснилось в первые же бои, были смертельно опасны для экипажа: при попадании снаряда заклепки разлетались, превращаясь в поражающие элементы. Спасти ситуацию могла только автоматизация сварочных процессов.
Единственным человеком в стране, готовым к такому вызову, оказался 71-летний академик Евгений Оскарович Патон. Вместе с эвакуированным в Нижний Тагил Институтом электросварки АН УССР он начал внедрение технологии, которая навсегда изменила мировое танкостроение, — автоматической сварки под слоем флюса.
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. Суть метода заключалась в том, что электрическая дуга, плавящая металл, была скрыта от глаз под слоем гранулированного флюса. Это защищало расплав от вредного воздействия воздуха и обеспечивало формирование идеального шва. Во время войны эта технология была усовершенствована: сварщики использовали токи до 400 ампер для ускорения процесса в несколько раз, несмотря на риск перегрева оборудования.
Результаты не заставили себя ждать. Ученым удалось компенсировать нехватку квалифицированных кадров — на заводах трудились подростки и женщины, обученные за считанные недели. Главные усилия были направлены на совершенствование брони и швов, чтобы техника выдерживала боевые повреждения. В результате сварка не только ускорила сборку, но и повысила прочность конструкций, делая швы крепче самой брони. Трудоёмкость изготовления одного бронекорпуса Т-34 снизилась в 8 раз. На смену индивидуальной, штучной работе пришло поточное производство. Одна автоматическая установка, которую могла обслуживать 16-летняя девушка, теперь делала работу, на которую раньше требовалось несколько высококлассных сварщиков-мужчин.
Чтобы убедиться в прочности стыковых соединений, был проведён показательный эксперимент. У танка Т-34 один борт сварили вручную, а второй - автоматом Патона под флюсом. После обстрела с близкой дистанции швы ручной сварки разошлись, а автоматические остались нетронутыми. Выяснилось, что сварочный шов, выполненный по методу Патона, прочнее самой брони: разрушить его сложнее, чем пробить целый бронелист. К лету 1942 года на советских танковых заводах работали около 40 таких установок, и ни в одной другой стране мира, включая Германию, эта технология в годы войны так и не была освоена. Переход на сварку вместо клёпки облегчил корпус Т-34 на 250 кг – эту массу использовали для усиления лобовой брони. А отказ от заклёпочных нахлёсток сэкономил сотни тонн дефицитного металла.
Убедившись в эффективности метода, нарком танковой промышленности В.А. Малышев в ноябре 1941 года издал приказ №0204/50, предписывающий директорам всех ключевых заводов (№183, Уралмаш, Муромского, Выксунского и др.) в кратчайшие сроки внедрить «зарекомендовавшую себя и проверенную автоматическую сварку под слоем флюса по методу академика Патона» и использовать опыт сотрудников его института.
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 и боеприпасов.
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 и боеприпасов.
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 качества для Советской Армии. Только на танковом заводе им. Коминтерна с помощью автоматов для сварки под флюсом было выполнено 2400 км шва. К концу войны завод изготовил более 35 тысяч танков.
Кстати, одним из сотрудников института в ту пору был молодой Борис Евгеньевич Патон, только что окончивший Киевский политехнический институт. Именно он в 1942 году разработал и создал портативный сварочный автомат, который наравне с отцом приближал Победу, за что в 1943-м был награждён орденом Трудового Красного Знамени.
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.
Сварка в экстремальных условиях: под водой и на льду
Сварочные технологии в годы войны проникли во все сферы оборонной промышленности и даже в гражданскую жизнь блокадных городов. Каждый день учёные и инженеры решали новые, уникальные задачи: от сварки под водой до массового производства «Катюш».
В годы войны получила некоторое развитие термитная сварка металлов. Научными сотрудниками отделения связи ЦНИИ железнодорожного транспорта 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.
Поскольку основной объем сварочных работ в стране выполнялся вручную, большое значение имела проблема создания совершенных электродов.
Легендарные электроды марки УОНИ-13 (универсальная обмазка научно-исследовательского института №13), созданные ещё в 1940 году в лаборатории К.В. Петраня, стали настоящим прорывом. При создании УОНИ-13 советские инженеры проанализировали лучшие образцы из США, Германии и Франции, взяв от каждого всё самое лучшее. В отличие от довоенных электродов с меловым покрытием, которые боялись влаги и давали швы низкого качества, УОНИ-13 позволял варить ответственные конструкции из углеродистых и легированных сталей в любом положении, обеспечивая исключительную пластичность и вязкость шва. Этот успех был настолько велик, что электродовая проволока для ручной сварки и сегодня во всём мире известна как «сварка Патона».
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.
Авиация
С началом войны советская авиация оказалась под угрозой остановки из-за банальной нехватки заклёпок. На небольшой самолёт требовалось до 200 000 заклёпок, а на штурмовик Ил-2 — до 800 000. Когда производство заклёпочной проволоки встало, инженер В.Г. Головкин с сотрудниками ВИАМ предложили отчаянное решение: лить проволоку напрямую из расплава. Технология прямой кристаллизации жидкого металла, разработанная в рекордные сроки в пустующих цехах, спасла положение, и советские авиазаводы бесперебойно работали на этой проволоке всю войну. Кроме того, для нужд авиации была разработана специальная комбинированная сварка для элементов конструкции самолётов Ил-2 и Як-7, что позволило широко использовать в их конструкции закалённую сталь, которую раньше боялись варить из-за образования трещин.
Ладожский бензопровод
Особо следует отметить строительство подводного бензопровода в осажденный Ленинград через Ладожское озеро в мае-июне 1942 г. Осаждённый Ленинград задыхался без топлива. «Дорога жизни» по льду Ладожского озера имела слишком малую пропускную способность. Было принято решение проложить по дну озера бензопровод. Постановление ГКО №1652с было подписано Сталиным в апреле 1942 года. Уже 16 июня, через рекордные 43 дня, первый в мире подводный трубопровод длиной 29 километров (из них 21 км под водой) был готов. Бензопровод был изготовлен из труб диаметром 101 мм. Его протяженность – 30 км, в том числе по дну Ладожского озера 21,5 км и 8,5 км по суше. В качестве основного метода соединения труб была выбрана ручная дуговая сварка. Вручную сварщики соединили 4500 стыков труб, работая в тяжелейших условиях. За дефектами следили настолько тщательно, что брак был обнаружен лишь на одном стыке. Построенный сварщиками треста Наркомстроя под руководством А.С. Фалькевича бензопровод подавал в город до 350 тонн бензина и керосина в сутки, работая до полного снятия блокады и позволив Ленинграду выжить и воевать.
Сварка под водой
Боевые действия на море и задачи восстановления мостов требовали умения выполнять сварку под водой. Эту уникальную задачу решил инженер Константин Константинович Хренов. Он разработал специальные электроды с водоотталкивающим покрытием, которые могли стабильно гореть в водной среде, и специальную камеру с инертным газом вокруг сварочной зоны, что позволяло сваривать детали на глубине без воздуха и влаги, улучшая качество швов. Электроды позволяли водолазам резать и сваривать металл на глубине до 15 метров. Они поднимали затонувшие суда, восстанавливали взорванные мосты через Волгу и Днепр. За один 1944 год бригады Хренова восстановили 17 стратегических переправ. В марте 1942 года для развития этой технологии при МЭМИИТ была создана специальная лаборатория под руководством Хренова. За своё изобретение в 1946 году К.К. Хренов был удостоен Сталинской премии.
Оружие Победы
Автоматическая сварка Патона применялась не только для танков. Та же технология позволила в кратчайшие сроки наладить поточное производство других ключевых видов вооружения: осколочно-фугасных авиабомб, реактивных снарядов для легендарных «Катюш» и многих других боеприпасов. Именно высокая скорость и качество сварки обеспечили ту массовость и огневую мощь, которую советская армия обрушила на врага.
Итоги войны и научный задел
К 1944 году в СССР работало уже более 100 установок автоматической сварки под флюсом, а к концу войны только один завод в Нижнем Тагиле выпустил 35 000 единиц бронетехники. Огромный вклад в это внесли и другие организации: в феврале 1944 года был создан Научно-исследовательский институт автогенной промышленности (НИИавтоген) по инициативе П.Л. Капицы, занимавшийся механизацией газопламенных процессов.
Подготовка к войне и сама война дали толчок развитию сварки как новой, перспективной технологии во многих странах мира. Было доказано, что сварные конструкции не только не уступают клёпаным, но и превосходят их по весу и прочности. Опыт, полученный в это время, стал основой для послевоенного восстановления страны и развития таких направлений, как электрошлаковая сварка, которая нашла применение при создании крупногабаритных изделий для гидроэлектростанций и уникальных мостов.
В 1945 году Евгений Оскарович Патон получил свою вторую звезду Героя Социалистического Труда – за сварку, которая стала невидимым, но решающим аргументом Победы.
Наследие военных сварщиков
Многие разработки военных лет живут до сих пор:
· Электроды УОНИ-13 применяются на атомных ледоколах и подводных лодках.
· Автоматы Патона с постоянной скоростью подачи – основа всех современных сварочных тракторов.
· Флюс АН-348 – прародитель всех керамических флюсов в мире.
· Принципы подводной сварки, созданные Хреновым, используют при ремонте морских платформ и трубопроводов.
Факты о сварке во время Великой отечественной войны (1941 – 1945 гг).
Факт №1. Электроды УОНИ-13 – живые до сих пор. Эта марка, разработанная в 1940 году Константином Петраном и Николаем Кизиным, оказалась настолько удачной, выпускается по сей день. Секрет – в обмазке из рутила, карбонатов и ферромарганца, которая обеспечивала стабильное горение дуги даже при -45 °C. В войну каждая тонна таких электродов экономила 10 тонн броневой стали за счёт бездефектной варки.
Факт №2. Флюс из мусора: как шлак спас Урал
После потери Донбасса с его марганцевыми рудами академик Патон дал задание – найти сырьё для флюса буквально под ногами. Инженер А.И. Коренной предложил использовать доменный шлак Ашинского металлургического завода – отходы, которые раньше шли в отвал. Он позволял варить легированную броню не хуже импортного сырья. Из этого шлака к концу войны выплавили 1200 тонн флюса – хватило на 15 000 танков.
Факт №3. Девушки в масках – 80 % армии сварщиков
К 1943 году мужчины почти полностью ушли на фронт. Их место у сварочных постов заняли женщины и подростки. На Уралвагонзаводе средний возраст сварщицы – 17 лет. За смену они укладывали до 60 метров шва. Звание «Гвардейцев сварочного фронта» присваивалось бригадам, перевыполнявшим норму вдвое без брака.