Введение
Тяжелое машиностроение является основным изготовителем и поставщиком современного оборудования для ведущих отраслей народного хозяйства страны: черной и цветной металлургии, нефтедобывающей, газовой, угольной и горнообогатительной промышленности.
Современное тяжелое машиностроение характеризуется применением в широких масштабах сварки при изготовлении машин и оборудования. Бурное развитие процессов сварки началось в годы первой пятилетки, когда строили Уралмашзавод, Ново-Краматорский машиностроительный завод им. В. И. Ленина (НКМЗ), такие гиганты черной металлургии, как Магнитогорский и Кузнецкий металлургические комбинаты. Подготовка, проведенная в 20-х годах на предприятиях по разработке технологии и оборудования для сварки, создала условия для широкого применения этого прогрессивного технологического процесса при изготовлении строительных конструкций и сварных узлов в машиностроении.
Сварку в тяжелом машиностроении начали применять в первой половине 30-х годов. В металлургическом и горном машиностроении замену клепаных и литых конструкций на сварные интенсивно осуществляют с 1935 г. В это время сварку широко применяют при изготовлении агломерационного оборудования. При производстве прокатного оборудования на сварное исполнение были переведены многие ответственные детали. В горном машиностроении с 1935 г. был начат выпуск сварных шаровых мельниц, дробилок, шахтных лебедок, редукторных коробок, воздушных резервуаров и других ответственных узлов. При изготовлении экскаваторов ряд основных (рамы, корпуса редукторов, стойки и др.) и вспомогательных деталей был переведен с литья на сварку. В 1933 г. началось применение сварных узлов при изготовлении мостовых кранов.
Опыт эксплуатации машин со сварными деталями показал, что они по качеству не уступают литым и во многих случаях экономичнее их.
Уралмашзавод стал одним из передовых машиностроительных предприятий по применению сварки. В 1931 г. на съезде сварщиков иностранные специалисты, прибывшие из Германии, говорили о возможности сварки двутавровых балок и демонстрировали как новинку сварку балки пролетом 5 м со стенкой высотой 500—60Э мм. В то время на Уралмашзаводе была освоена сварка подкрановых балок пролетом 10 м со стенкой высотой 1,0 м под краны грузоподъемностью 15 т и уже сваривали крупные решетчатые конструкции, хотя на других предприятиях еще только проводили исследования и разрабатывали технические условия на проектирование и изготовление этих конструкций.
Электроды без покрытия и с ионизирующим покрытием были заменены электродами с качественным покрытием, применение которых гарантировало высокие механические свойства наплавленного металла. Усовершенствование технологии, сварочного оборудования и материалов дало возможность применять электрическую сварку в тяжелом машиностроении для конструкций машин, работающих при динамических нагрузках. С 1936 г. началось применение сварных комбинированных конструкций: литье с прокатом, прокат со штампованной заготовкой и др.
Метод автоматической сварки под флюсом, разработанный Институтом электросварки (ИЭС) им. Е. О. Патона в конце 30-х годов, позволил в годы Отечественной войны, когда заводы тяжелого машиностроения перешли на выпуск военной техники, резко увеличить производительность сварочных работ. Сконструированные ИЭС им. Е. О. Патона в середине 40-х годов полуавтоматы для сварки под слоем флюса позволили на заводах тяжелого машиностроения увеличить объем механизированных видов сварки.
Благодаря исследованиям в области сварки, проведенным ИЭС им. Е. О. Патона, Центральным научно-исследовательским институтом технологии машиностроения (ЦНИИТмаш), Уральским политехническим институтом (УПИ), а также сварочными лабораториями ведущих заводов, стало возможным в послевоенный период на заводах тяжелого машиностроения резко увеличить выпуск сварных конструкций и создать уникальные машины. В этот период были созданы шагающий экскаватор с ковшом емкостью 15 м8 и длиной стрелы 90 м на Уралмашзаводе, мощные гидравлические прессы и уникальные роторные комплексы (рис. 1) на НКМЗ, агломерационные машины на Южно-Уральском машиностроительном заводе (ЮУМЗ) и др. На ряде машиностроительных заводов были созданы и освоены поточные сборочно-сварочные линии с применением комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.
Важным этапом в развитии отечественного сварочного производства явился способ электрошлаковой сварки, разработанный в 1949 г. ИЭС им. Е. О. Патона в сотрудничестве с работниками НКМЗ, Таганрогского завода «Красный котельщик» и Барнаульского котельного завода. Новый вид сварки нашел широкое применение на всех заводах тяжелого машиностроения. На НКМЗ и Уралмашзаводе этим методом начали сваривать станины рабочих клетей массой 110—130 т для прокатных станов, цилиндры тяжелых гидравлических прессов и другие ответственные детали металлургического оборудования. Применение электрошлаковой сварки на Уралмашзаводе позволило обойтись без строительства нового металлургического цеха и изготовлять прессы на существующих мощностях. Внедрение этого метода сварки в тяжелом машиностроении обеспечивает высокую экономическую эффективность.
Существенное изменение в области технологии сварки на заводах тяжелого машиностроения произошло благодаря разработанному методу сварки в среде углекислого газа. Применение этого способа позволило повысить производительность труда сварщиков в 2—3 раза по сравнению с ручной сваркой, снизить себестоимость наплавленного металла и улучшить условия труда сварщиков. Сварка в среде углекислого газа обладает большой универсальностью, крайне необходимой в единичном и мелкосерийном производствах.
В техническом перевооружении сварочных производств большое значение имела замена ручной кислородной резки механизированной резкой на современных машинах, в результате чего производительность труда выросла в 2—3 раза. Применение фотоэлектронного масштабного копирования контура деталей и машин, с ЧПУ позволило рез^о сократить объем разметочных операций. и улучшить использование металла.
()днако автоматизация отдельных сварочных процессов не решала проблемы комплексной механизации сварочных производств и внедрения научной организации труда. Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР были обусловлены основные направления дальнейшего развития сварочных производств страны и намечены конкретные задачи развития механизированных видов сварки. Было также предусмотрено создание на некоторых ведущих заводах показательных сварочных производств для массового перехода при производстве сварных конструкций от механизации отдельных сварочных операций к комплексной механизации и автоматизации всех технологических процессов.
Техническое перевооружение на основе широкой механизации и автоматизации производственных процессов привело к дальнейшему повышению уровня механизации заготовительных и сборочносварочных работ. Произошли существенные сдвиги в области создания специализированных мощностей по производству сварных конструкций. Были построены уникальные блоки цехов металлоконструкций на Уралмашзаводе, Ждановском заводе тяжелого машиностроения им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (ЖЗТМ), на ЮУМЗ и на других заводах.
Впервые в практике отечественного машиностроения на Уралмашзаводе было разработано и внедрено комплексно-механизированное показательное сварочное производство на основе широкого применения высокопроизводительного оборудования, прогрессивных типовых технологических процессов, их механизации, научной организации производства и труда, использования новейших достижений науки и техники. Создание нового блока цехов сварных машиностроительных конструкций (БЦСМК) коренным образом изменило и расширило технологические возможности завода.
К главным особенностям нового сварочного производства Уралмашзавода прежде всего следует отнести организацию технологических линий изготовления деталей по определенному диапазону толщин из листового металла и размеров профильного проката и труб в заготовительных цехах. В сборочно-сварочных цехах заложена предметная и технологическая специализация. Строгая специализация, прямоточность производственных процессов и ' технологическая замкнутость участков и блока в целом являются отличительной чертой этого производства. Возросло применение электрошлаковой сварки, сварки в среде углекислого газа, сварки и наплавки порошковой проволокой и лентой, а также других прогрессивных технологических процессов. Все основные и вспомогательные операции комплексно механизированы. Для механизации вспомогательных операций спроектировано большое количество нестандартизированного оборудования. Во многих случаях технические решения, осуществленные на Уралмашзаводе, явились типовыми и были с успехом внедрены на других заводах тяжелого машиностроения и использованы при проектировании новых и реконструкции действующих цехов сварных конструкций отрасли.
Выпуск металлоконструкций на Уралмашзаводе за эти годы увеличился в 3,5 раза. Уровень механизации сварочных работ с 25% в 1958 г. вырос до 85,2% в 1978 г. За создание блока цехов сварных машиностроительных конструкций Уралмашзавода была присуждена Государственная премия СССР.
Накопленный опыт создания и эксплуатации крупных сварочных производств дал возможность приступить к созданию более мощных блоков и заводов по производству сварных конструкций в отрасли тяжелого машиностроения. В настоящее время уже строится завод сварных конструкций производственного объединения «Уралмаш» в г. Верхняя Пышма мощностью 130 тыс. т в год.
Со времени выхода книги «Производство сварных конструкций в тяжелом машиностроении» в 1970 г. в области науки и техники произошли большие изменения. В бурный век научно-технической революции прогрессивные для данного периода времени технические решения через несколько лет становятся устаревшими. Во втором издании книги освещены вопросы технологии и организации сварочных производств заводов тяжелого машиностроения на базе передового опыта ведущих объединений отрасли «Уралмаш», «Ждановтяжмаш», «Сибтяжмаш», «Ново-Краматорский машиностроительный завод», а также на базе исследований и разработок ведущих институтов страны: ИЭС им.шЕ. О. Патона, ВПТИ-тяжмаша, НИИПТмаша, и некоторых зарубежных данных. В книге приведен ряд перспективных технических решений, которые, по мнению автора, было бы необходимо внедрить на заводах тяжелого машиностроения.
Автор выражает благодарность всем, кто оказал помощь в этой работе, и в первую очередь сварщикам Уралмашзавода, чей ценный опыт нашел широкое отражение в книге. Автор надеется, что книга позволит ускорить развитие технологии и организации сварочных производств на заводах тяжелого машиностроения.