Сварка в годы Второй Мировой войны

Подготовка к войне и сама война дали толчок развитию сварки, как новой, перспективной технологии во многих странах мира.

В довоенные годы в Германии в сварке увидели средство обойти ограничения по водоизмещению боевых кораблей, установленные Версальским договором. Не превышая разрешенных 10000 тонн, конструкторы сумели разместить на крейсерах мощное вооружение благодаря тому, что вес сварного корпуса стал на 15% меньше клёпаного. Возросли темпы строительства кораблей. Корпуса линкоров, подводных лодок стали изготавливать с помощью ручной дуговой сварки. Бронированные плиты бортов, палуб, башен и рубок сваривали хромоникельмолибденовыми электродами.

Массовое производство самолётов-снарядов "Фау-1" (рис.2.14) стало возможным благодаря применению сварки, с помощью которой изготавливались шарообразные баллоны для сжатого воздуха, необходимого для работы двигателя.

Толчком к развитию сварных конструкций в Великобритании послужило известие о строительстве военного флота в Германии, в том числе подводных лодок. Тогда, чтобы ускорить производство, сварку стали применять для изготовления ответственных узлов корпуса кораблей. К началу войны Великобритания уже располагала цельносварными кораблями.

С началом войны стало ясно, что техника в этой войне должна сыграть решающую роль. Повсеместно вырос спрос на сварку. Компании, занимающиеся сваркой, лаборатории вузов и секции сварочных обществ начали переключаться на решение проблем, которые возникали в связи с освоением и увеличением выпуска вооружений. Работы велись по двум направлениям: совершенствование известных технологий сварки и поиск новых. Целью первого направления было ускорение производства и по-вышение качества вооружения из броневой стали, а второго - разработка новых способов сварки.

Рис.2.14. Конструкция "летающей бомбы" "Фау-1"

Одним из основных видов вооружения во Второй Мировой войне были танки. С точки зрения технолога-изготовителя танк - сложное инженерное сооружение, состоящее из корпуса и башни (рис.2.15). Корпус танка собирается из катаных броневых плит толщиной от 45 до 120 мм. Эти плиты необходимо соединить в прочную конструкцию. Поэтому инженеру-сварщику приходится рассматривать танк как сооружение, изготавливаемое не только путём получения угловых и стыковых соединений в различных пространственных положениях, но ещё и как сооружение, изготавливаемое из трудносвариваемого материала.

Суровые условия войны требовали десятков тысяч танков. Препятствием к увеличению выпуска танков стали бронекорпуса, которые необходимо было сваривать. Чтобы выполнить эту работу ручной дуговой сваркой, нужны были сотни, тысячи высококвалифицированных сварщиков. А вместе с тем даже в мирное время опытных сварщиков не хватало. Подготовить в кратчайший срок необходимое количество специалистов было невозможно. Из создавшегося положения был только один выход - автоматизация процесса сварки.

Рис.2.15. Танк - сложная сварная конструкция

В это трудное время академик Е.О. Патон начал разработку технологии автоматической сварки брони под флюсом. И эта задача была успешно решена: выбраны сварочные материалы, разработан флюс, созданы сварочное оборудование и технология сварки.

Производительность автоматической сварки не шла ни в какое сравнение с производительностью других методов сварки. Например, на приварке подкрылка к борту двумя швами длиной более пяти метров квалифицированный сварщик работал около 20 часов. Автоматом неквалифицированный рабочий после 5 - 10 дней обучения мог сварить этот шов за 2 часа. Сектор погона башни вместо пятичасовой сварки вручную автомат сваривал за 49 минут и т.д.

За выдающиеся достижения, ускоряющие производство танков и металлоконструкций, Е.О. Патону было присвоено звание Героя Социалистического Труда, десять сотрудников института были награждены орденами и медалями.

Большую работу по внедрению скоростной автоматической сварки под флюсом выполнил отдел сварки Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ). Разработанный здесь флюс ОСЦ-45 хорошо зарекомендовал себя при сварке малоуглеродистых сталей, из которых изготавливали боеприпасы (бомбы, снаряды и т. п.). Здесь же была спроектирована и изготовлена установка для контактной сварки рельсов в условиях работы с подвижной платформы. С помощью этой установки, размещённой на рельсосварочном поезде, было сварено за один 1942 год более 30 тысяч стыков.

Г.С. Шпагин разработал пистолет-пулемёт (ППШ) с широким применением штампосварных конструкций, что значительно упрощало производство стрелкового оружия. В годы войны сварочные процессы стали широко применяться и при изготовлении авиационной техники: подмоторных рам боевых самолётов, сварных алюминиевых баков и т. п.

С честью выполнили сварщики Ленинграда важное задание Государственного комитета Обороны по скоростному строительству барж для "дороги жизни". Было изготовлено 14 сварных барж общим водоизмещением 12 тысяч тонн.

В годы войны возникла насущная проблема в подводной сварке и резке металлов при ремонте кораблей, мостов, при аварийных и спасательных работах. В декабре 1942 года был сформирован специальный поезд для подводной резки, состоящий из электростанции, водолазных станций, сварочных агрегатов, подъёмных и плавательных средств и т. д.

Характерно, что в годы войны впервые сварка стала применяться практически без ограничений. Так, в 1944 году были спроектированы цельносварные доменные печи, башни и мачты высотой 180 - 200 м и другие ответственные сооружения.

Война открыла широкую дорогу сварке в энергетику. В каждом котельном агрегате тепловой электростанции довоенной постройки имелось по три-четыре барабана - огромных цилиндрических емкости со сферическими днищами. Изготовление этой сложной и ответственной конструкции требовало специального мощного кузнечно-штамповочного оборудования, причём на какие-либо виды сварки или подварки был наложен строжайший запрет - взрыв котла грозил разрушением всей электростанции.

Во время войны при отступлении электростанции выводились из строя взрывом сферической части барабана. Замена барабана для запуска электростанции означала сборку нового котельного агрегата.

В 1943 году после освобождения оккупированных территорий было принято рискованное по тем временам решение - "отремонтировать барабаны сваркой". Предлагалось: вырезать повреждённые участки; из одного барабана сделать заплатки; вварить заплатки в остальные три барабана.

Ручной дуговой сваркой покрытыми электродами с предварительным подогревом свариваемого материала были восстановлены барабаны, которые выдержали гидравлическое давление, в два раза превышающее рабочее. Такого применения сварочной дуги не знала мировая практика. Электростанция была пущена в кратчайший срок.

В начальный период войны Америка сохраняла нейтралитет. В её портах было интернировано большое количество немецких торговых судов. Но как только она вступила в войну, на всех немецких судах почти одновременно прогрохотали взрывы. Оказалось, что команды этих судов заранее подготовили взрывы, чтобы не дать американцам возможности использовать немецкий флот против немцев же.

Экспертная комиссия, обследовав суда, пришла к выводу, что для восстановления их потребуется не менее двух-трёх лет.

И тогда морское министерство предложило для ремонта судов применить электродуговую сварку. Через полгода все немецкие корабли под флагом США вышли в море.

С 1940 по 1942 год объём сварочного производства в США возрос в три раза, в основном за счёт ручной дуговой сварки электродами с качественными покрытиями и автоматической сварки голой проволокой под флюсом.

В США, стране значительно удалённой от фронтов, большое внимание уделялось строительству морского транспорта. Была разработана программа, по которой тоннаж флота к 1946 году должен был увеличиться более чем в 2,5 раза. Не последняя роль в ускорении строительства отводилась сварке "преимущественно электродуговой", почти полностью заменившей клёпку. Только за 1942 год, благодаря замене клёпаной конструкции и технологии клёпки на сварную конструкцию и сварку судов было сэкономлено 500 тыс. тонн стали. Цикл постройки сократился до 50 дней. На верфи "Ричмонд Ярд" (Калифорния) был поставлен рекорд сборки и сварки корпуса - 4 дня. Для сокращения времени и уменьшения стоимости изготовления, снижения остаточных напряжений и деформаций была разработана схема "расчленения" корпуса на секции (рис.2.16). Каждая секция сваривалась из отдельных листов и элементов набора, что позволяло изготавливать судно на поточной линии в цехе одновременно на нескольких участках. Для сварки листов обшивки, толщина которых достигала 20 мм, применялась дуговая автоматическая сварка под слоем флюса. Для уменьшения деформаций применялась многослойная обратно-ступенчатая сварка.

Сварка применялась и в строительстве американских подводных лодок. В судостроении США впервые был применен способ резки металлов угольной дугой со сжатым воздухом - "Арк эйр", разработанный М. Степатом.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами применялась для соединения стальных деталей и узлов вертолётов и самолётов. Так, фюзеляж истребителя "Вэлиент" собирали из 410 частей: 110 отрезков хромомолибденовых трубок, 295 уголков, кронштейнов и фитингов из хромомолибденовых листов и т. д. Для ускорения процесса изготовления самолёта было предложено увеличить диаметр применяемых электродов, создать поточную линию с кантователями и упростить конструкцию фюзеляжа.

В период развития военного авиастроения для соединения магниевых сплавов Р. Мередитом был разработан новый способ дуговой сварки вольфрамовым электродом в инертных газах (TIG). Дуга при обратной полярности в среде гелия и аргона горела стабильно. При этом применяли присадочную проволоку.

Рис.2.16. Схема сборки и сварки корпуса судна; цифрами обозначена последовательность сборки корпуса из объёмных секций, выделенных утолщёнными линиями; стрелками показано направление сварки

Сварка сыграла большую роль в производстве и другой военной техники и боеприпасов. Не обошлись без сварки при изготовлении первых атомных бомб. Применение автоматической сварки под флюсом сократило срок изготовления бомб на 30 дней по сравнению с теми сроками, которые планировались при других технологиях.

Таким образом, с началом Второй Мировой войны в странах антигитлеровской коалиции интенсифицировалось применение сварки, что позволило решить многие задачи промышленного строительства, производства вооружений, восстановления народного хозяйства.