Современные технологические процессы сварки по­зволяют получать качественные сварные соединения, отвечающие самым высоким требованиям.

Сварка за последние годы нашла широкое применение в раз­личных отраслях современного промышленного производства: в тяжелом, энергетическом и транспортном машиностроении, су­достроении, авиации, строительно-дорожном машиностроении, автомобилестроении, сельскохозяйственном машиностроении, стро­ительной индустрии и др.

Фундаментальные расчетно-конструкторские и технологиче­ские разработки и оценку эксплуатационной надежности свар­ных конструкций в широком объеме проводили в Институте электросварки им. Е. О. Патона, МВТУ им. Н. Э. Баумана [127], ЦНИИТМАШе, Институте металлургии им. А. А. Байкова [152], Ленинградском политехническом институте им. М. И. Калинина [135] и ряде других организаций.

Грандиозные задачи создания в СССР материально-техниче­ской базы коммунизма требуют дальнейшего быстрого развития машиностроения в направлении роста мощностей машин, повы­шения скоростей, увеличения давлений. При этом в ряде случаев размеры и масса отдельных современных деталей машин и эле­ментов конструкций достигают десятков метров и сотен тонн. Это делает зачастую невозможным их монолитное изготовление. Перед конструкторами и технологами поставлены сложные задачи создания крупных деталей и конструкций путем соединения свар­кой прокатных, кованых и литых элементов больших сечений при высоких требованиях к их прочности при статических, ударных и переменных нагрузках. К таким уникальным деталям и кон­струкциям относятся, например, рамы и архитравы сверхмощных гидравлических прессов, станины прокатных станов, валы мощ­ных гидравлических и паровых турбин и турбогенераторов, кор­пуса атомных реакторов, ахтерштевни ледоколов и супертанкеров и др.

При проектировании и изготовлении указанных деталей и кон­струкций используют принципиально новые конструктивные ре­шения и технологические приемы. Например, прогрессивный элек- трошлаковый способ сварки, разработанный в Институте элек­тросварки имени Е. О. Патона [194], впервые позволил осуще­ствить однопроходную сварку металла практически неограничен­ной толщины.

На Ново-Краматорском машиностроительном заводе (НКМЗ им. В. И. Лепина) с применением электрошлаковой сварки были изготовлены из прокатных листов стали 22К крупногабаритные элементы рамных конструкций мощных гидравлических штампо­вочных прессов (рис. 1) усилием 75 000 т [14]. Каждая из пла­стин пресса массой более 100 т имеет длину около 31 м при ши­рине 17—25 м и толщине 2—2,5 м [138]. Производство таких элементов в виде цельнокованых деталей в настоящее время прак­тически невозможно.

Интересно отметить, что в США при изготовлении пластин гидравлического пресса аналогичной конструкции усилием 50 000 тс была применена многопроходная автоматическая сварка под слоем флюса. При этом сварку выполняли в 180 проходов с многократной кантовкой пластины [263].

В результате разработки и освоения на НКМЗ нового электро - шлакового способа сварки металла большой толщины были по­лучены принципиально новые возможности в проектировании машин, коренным образом изменившие технологию производства крупногабаритных изделий.

К числу крупнейших уникальных сварно-литых деталей, из­готовленных на НКМЗ с помощью электрошлаковой сварки, следует отнести архитравы массой более 160 т (рис. 2) для мощ-

ного гидравлического штамповочного пресса усилием 30 000 тс. Архитравы сваривали из двух половин, отлитых из среднеугле­родистой стали 35Л 124]. На НКМЗ была разработана и конструк­ция специализированного гидравлического пресса усилием 30 000 тс по оригинальной конструктивной схеме [52]. Станина пресса состоит из верхней поперечины, двух проставок и нижней поперечины.

Использование крупногабаритных сварно-литых и сварно­кованых деталей сложной формы позволило создать компактную конструкцию пресса, масса и стоимость которого в 2 раза меньше по сравнению с прессом старой конструкции.

В СССР впервые была осуществлена электрошлаковая сварка швов, расположенных на цилиндрических и криволинейных (в плане) поверхностях разъема сложных крупных поковок из среднелегированной стали 35ХМ (рис. 3) [52].

На НКМЗ совместно с Институтом электросварки имени Е, О. Патона впервые в мировой практике была выполнена уни­кальная сварка электрошлаковым способом бабы бесшаботного молота, состоящей из двух кованых заготовок общей массой 100 т. Сечение стыка 2020x3120 мм было сварено с применением 12 пла­вящихся мундштуков. Электрошлаковую сварку применяли при изготовлении сварно-литых конструкций станин крупных прокат­ных станов (массивные прямоугольные сечения до 900x900 мм) [43, 164].

Освоение технологии электрошлаковой сварки кольцевых сты­ковых швов позволило по-новому решать вопросы изготовления крупных изделий цилиндрической формы. Так, на Таганрогском и Барнаульском котельных заводах барабаны котлов высокого давления изготовляют электрошлаковой сваркой продольных и кольцевых швов [441.

Електрошлаковую сварку широко используют при изготовле­нии баллонов высокого даьления (320 кгс/см2) аккумуляторной станции мощных гидропрессов (толщина металла 155 мм); цилин­дров мощных гидравлических прессов (цилиндр из стали 15ГН4М пресса усилием 30 000 тс имеет диаметры 2490/2010 мм и длину 3260 мм); цилиндров механизма шагания экскаваторов [43, 52, 151, 164, 195].

Удачным решением оказался переход на сварную конструкцию валов мощных гидравлических турбин [37,38,42,107]. Масса слитка, необходимого для изготовления поковки обечайки свар­ного вала, значительно меньше, чем цельнокованого. Так, у ва­лов гидротурбин Волжской ГЭС указанные массы составляют соответственно 51 и 160 т [37].

Для изготовления кованого вала гидротурбин мощностью 225 мВт Братской ГЭС потребовался бы слиток массой более 200 т [107]. Для более мощных турбин масса слитков суще­ственно возрастает. В настоящее время производственные воз­можности заводов не позволяют изготовлять слитки указанной массы. Сварка позволила применять самые тяжелые валы, в част­ности для гидротурбин Красноярской ГЭС, мощностью 508 мВт в одном агрегате. Вал агрегата является наиболее крупным из всех когда-либо изготовлявшихся. Рабочая длина вала 7700 мм, наружный диаметр 2300 мм, диаметр внутреннего отверстия 1900 мм, диаметр фланцев 3150 мм [42]. Заготовку вала выпол­няли в виде кованой трубы из стали 25ГС. Общая масса вала 100 т. В этой же гидротурбине грандиозным сооружением является сварная конструкция статора из стали 20ГСЛ, состоящая из шести частей общей массой 180. Электрошлаковой сваркой соединено 12 колонн с поясами. Максимальный диаметр статора 12 200 мм, вы­сота 3440 мм.

Специально спроектированная и изготовленная универсаль­ная сборочно-сварочная установка позволила собрать и сварить цилиндрические сферические и конусные изделия массой до 200 т [195].

Электрошлаковую и электродуговую сварку успешно приме­няют при строительстве корпусов (рис. 4) атомных реакто­ров [36].

На предприятиях тяжелого машиностроения, в судостроении, транспортном и автомобильном машиностроении, в сельскохо­зяйственном машиностроении и других отраслях широко приме­няют разработанный в ЦНИИТМАШе способ сварки в углекис­лом газе [103].

Па ряде заводов внедрена комплексная механизация всего цикла производства сварных конструкций. Так, на Узловском машиностроительном заводе им. Федунца создано комплексно­механизированное поточное производство мостовых электрических крапов грузоподъемностью от 10 до 20 т применением сварки в углекислом газе. На специализированных линиях изготовляют

Иис. 4. Сварной корпус реактора А! атомной Злекіріі*
станции (ЧССР)

без переналадок более 70 модификаций сварных пролетных балок длиной от 8 до 36 м в широком диапазоне сечений.

Для увеличения производства сварно­кованых, сварно-литых и комбинирован­ных конструкций на Уралмашзаводесоздан уникальный по размерам, масштабам про­изводства и технической оснащенности блок цехов сварных машиностроительных конструкций (БЦСМК) [1513. Благодаря широкому применению комплексной меха­низации с использованием высокопроиз­водительного универсального и специаль­ного оборудования в БЦСМК организовано высокоэффективное и экономичное произ­водство сварных конструкций, с замкну­тым циклом, т. е. начиная от подготовки металла и заканчивая термической обра­боткой, окраской, упаковкой и сдачей готовой продукции.

Автоматическую сварку под флюсом и в среде углекислого газа используют на Уралмашзаводе при производстве конст­рукций экскаваторов и других объектов. Шагающий экскаватор ЭШ-15/90А пред­ставляет собой гигантскую землеройную машину массой 1600 т, высотой 20 м, с ковшом емкостью 15 м8 [151, 164].

Основные несущие сварные металлоконструкции экскаватора необычны по своим габаритам ц массе. Поворотная платформа шагающего экскаватора размером 11 600x25 500x1890 мм, мас­сой 200,9 т. Опорная рама весит 154 т, надстройка — 120 т. Стрела представляет собой трубу диаметром 830 мм, длиной 90 м, сваренную из отдельных обечаек с толщиной стенки от 10 до 14 мм. Конструкции изготовляют в основном из низколегированной стали 10ХСНД. Протяженность сварных швов на одном экскаваторе до­стигает 5 км.

На Уралмашзаводе создан гигантский экскаватор ЭШ-25/100 с ковшом емкостью 25 м3 и стрелой 100 м, с еще большим объемом сварочных работ [53].

Оригинальным и смелым инженерным решением является пере­ход от крупногабаритных монолитных литых конструкций на сварнолитые конструкции ахтерштевня и форштевня ледоколов и крупнотоннажных танкеров [134, 136]. Общие размеры и кон­
фигурация сварной конструкции сохраняются такими же, как и заменяемой цельнолитой. Выполнение уникальной конструкции ахтерштевня атомного ледокола «Ленин» (рис. 5) сваркой из от­дельных литых заготовок позволило избежать значительных труд­ностей, связанных с производством крупной отливки сложной конфигурации, требующей заливки 135 т жидкого металла [134]. Масса сварного ахтерштевня 82,3 т.

Сварку широко используют и при изготовлении металлокон­струкций подъемно-транспортного оборудования (мостовые краны общего назначения грузоподъемностью до 80—320 т; литейные краны грузоподъемностью 450 и 630 т и многие другие типы кра­нов) [53]. В транспортном машиностроении в большом количе­стве изготовляют сварные рамы локомотивов и подвижного со­става, сварные конструкции блоков дизелей [200] и др.

С помощью сварки в настоящее время изготовляют горноруд­ное и угольное оборудование (конусные и щековые дробилки, трубные мельницы, механизированные очистные комплексы); ро­торные экскаваторы; комплексы горнотранспортного землерой­ного оборудования; драги для добычи золота; уникальные буровые установки для бурения нефтяных и газовых скважин глубиной до 8—15 км; тяжелое станочное оборудование; строительно-дорож­ные машины; сельскохозяйственные машины и многие другие ма­шины и оборудование для различных отраслей промышленности.

Переход к сварным конструкциям особенно целесообразен при изготовлении роторов мощных паровых трубин ввиду сложности.

а порой и невозможности их изготовления в цельнокованом испол­нении. Сварка дает практически неограниченные возможности из­готовления роторов любых размеров. С помощью сварки в СССР и за рубежом освоено изготовление роторов паровых турбин мощ­ностью от 150 до 500 мВт [38, 193, 204, 205, 237, 242].

В Институте электросварки (ИЭС) им. Е. О. Патона [132] создан принципиально новый метод изготовления крупных куз­нечных слитков на основе использования двух прогрессивных технологических процессов — электрошлакового переплава и электрошлаковой сварки. Указанный способ позволяет получать швы того же химического состава, что и основной металл; заго­товки при этом могут быть не только прямоугольного, но также и круглого сечения, практически неограниченных размеров [слитки диаметром до 3000 мм).

Новый способ сварки весьма перспективен для получения по­ковок роторов сверхмощных турбогенераторов, так как исклю­чает необходимость использования сверхкрупных слитков массой более 400 т.

Значительный опыт, накопленный передовыми заводами и научно-исследовательскими организациями, позволяет сделать за­ключение, что в настоящее время можно осуществлять сварку из­делий и сооружений практически любых размеров и конфигура­ции, с обеспечением их достаточной надежности и долговечности в эксплуатации.

Эти возможности в ряде случаев ограничиваются условиями транспортирования и термической обработкой.