Сварка бронированной стали - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Сварка бронированной стали

Сварка броневых сталей

Среди множества задач, над которыми постоянно работают несколько поколений патоновцев, весьма важным является создание сварочных материалов и технологий, а также оборудования для изготовления корпусных конструкций из броневых сталей и сплавов.

В разные годы этой тематикой занимались Е.О. Патон, Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, А.М. Макара, В.Ф. Мусияченко, В.Г. Гордонный.

Исследования по созданию технологий сварки броневых сталей в институте начались в предвоенные годы. В годы Великой Отечественной войны, когда институт был эвакуирован на «Уралвагонзавод» (УВЗ), эти работы были существенно ускорены.

По прибытии в Нижний Тагил ученые института вместе с заводча-нами сразу же приступили к разработке технологии и аппаратуры для автоматической сварки под флюсом бронеконструкций.

В предельно сжатые сроки была создана технология скоростной автоматической сварки на переменном токе брони марки 8С толщиной до 45 мм для танка Т-34, предусматривавшая применение низколегированной кремнемарганцевой (Св-18ГС) электродной проволоки, плавленых флюсов АН-2 и АШ. Одновременно с разработкой технологии сварки был спроектирован и изготовлен ряд сварочных установок, оснащенных новыми сварочными головками с саморегулированием электрической дуги при постоянной скорости подачи электродной проволоки.

Только на УВЗ были созданы и введены в эксплуатацию 15 установок для автоматической сварки под флюсом различных узлов боевой машины Т-34. В 1943 г. в мастерских института изготовлено и установлено на заводах Наркомата танковой промышленности около 50 аппаратов для автоматической сварки под флюсом.

Созданная в тяжелых условиях военного времени технология позволила повысить производительность сварки более чем в 5 раз, значительно улучшить качество сварных швов; она стала основой для организации поточного производства танка Т-34, который вплоть до середины 1950-х годов оставался основным средним танком Советской Армии. Более 30 тыс. знаменитых «тридцатьчетверок» вышли из цехов УВЗ в годы войны. Одна из них навечно установлена во внутреннем дворе Института электросварки им. Е.О. Патона. Танк был подарен коллективу института в честь ознаменования 50-летия Победы в Великой Отечественной войне над фашизмом. Это дорогое для всех патоновцев место, где каждый год ветераны войны и труда отмечают знаменательный день Победы 9 мая.

В послевоенный период были созданы и начали применяться в бронекорпусном производстве новые хромоникельмолибденовые высокопрочные стали повышенной (до 100 мм) толщины. Они отличались достаточно высокой бронестойкостью, однако из-за большого содержания углерода и наличия хрома, никеля и молибдена их свариваемость ухудшилась — сварные соединения оказались склонными к образованию холодных околошовных трещин. По этой причине, а также из-за недостаточной стойкости («живучести») сварных соединений при снарядном обстреле технология автоматической сварки под флюсом, успешно примененная при массовом изготовлении танка Т-34, нуждалась в доработке для новых моделей среднего танка. Последующий его тип — танк Т-54 изготавливался с использованием высоколегированных аустенитных проволок Св-08Х21Н10Г6, что значительно повысило стойкость швов против образования холодных трещин. Возросла сопротивляемость хрупкому разрушению при снарядном обстреле. Новая сварочная проволока марки Св-08Х20Н9Г7Т в сочетании со специально разработанным под нее плавленым низкокремнистым флюсом марки АН-14 обеспечили таким швам повышенную сопротивляемость образованию горячих трещин даже в случае сварки на повышенных режимах. Впоследствии проволока Св-08Х20Н9Г7Т вошла в Государственный стандарт России, а флюс АН-22 получил широкое применение и для сварки конструкционных сталей. Производительность сварки, при сохранении качества соединений броне-конструкций повышенной толщины, возросла за счет этого в 4-5 раз — до уровня, который был достигнут при сварке танков Т-34. Она составила около 20 кг наплавленного металла в час.

В середине 1960-х гг. при изготовлении бронекорпусов и башен танка Т-55 на Омском машиностроительном заводе под руководством Б.Е. Патона была опробована и внедрена в производство новая, разработанная в ИЭС им. Е.О. Патона высокопроизводительная (до 30. 35 кг наплавленного металла в час) технология двухдуговой автоматической сварки под флюсом. Несколько позже на Харьковском заводе имени В.А. Малышева была внедрена аналогичная по производительности однодуговая автоматическая сварка под флюсом с удлиненным вылетом электрода, а на УВЗ — технология автоматической сварки трехфазной дугой при выполнении основных швов бронекорпусов танков Т-62 и Т-72. В эти годы технология автоматической сварки под флюсом проволокой Св-08Х20Н9Г7Т широко использовалась на упомянутых заводах для изготовления бронеконструкций средних танков Т-55 и Т-64. Общий уровень автоматической и механизированной сварки был доведен до 60 % (по массе наплавленного металла), осуществлено конвейерное производство бронекорпусов.

Одновременно с совершенствованием сварки бронекорпусов институт занялся проблемой сварки элементов сверхмощного дизельного двигателя для серии танков Т-55, Т-62, Т-64, Т-72, Т-80, Т-84. Впервые в мире было освоено производство цельносварных роторов для турбонадува из высокопрочных никелевых сплавов. Технология была использована в серийном производстве. Мощность и долговечность двигателя значительно возросли.

Наряду с работами в области создания технологии автоматической сварки корпуса среднего танка Т-54 Б.Е. Патон инициировал начало исследований, связанных с разработкой технологии изготовления броне-конструкции легкого танка. Корпус изготавливался из кремнемарганцевомолибденовой стали марки 2П толщиной до 20 мм. Небольшая толщина, а также пониженное содержание в этой стали углерода и легирующих элементов позволили применить при сварке тонкостенной брони низколегированную проволоку Св-08ГСМТ (ЭИ-581). В конце 1950-х годов на базе этой проволоки была создана и внедрена при изготовлении бронекорпусов легкого плавающего танка ПТ-76 технология автоматической сварки под плавленым флюсом АН-42. Технология газоэлектрической сварки проволокой Св-08ГСМТ получила быстрое и широкое распространение в бронекорпусном производстве и стала основным процессом практически на всех заводах при изготовлении легких танков и бронетранспортеров разных модификаций — ПТ-76, БМП-1, БМП-2, БТР-50 и др. В дальнейшем она совершенствовалась, и в качестве защитной среды начали использовать смеси газов на основе аргона.

Наряду с совершенствованием технологии сварки усовершенствовались и сварочные материалы. В частности, в 1960-х годах был разработан и внедрен на заводах Челябинска и Нижнего Тагила новый гранулированный керамический флюс марки КТФ-78 с улучшенными санитарно-гигиеническими характеристиками, обеспечивающий повышенную сопротивляемость металла шва образованию пор и горячих трещин. Флюс широко использовался при однодуговой сварке бронекорпусов и башен танков Т-10М и Т-62. В начале 1980-х гг. разработаны высоколегированная безникелевая проволока Св-08Х10Г32 и керамический низкоокислительный флюс КМ-78А. Сочетание этих материалов обеспечило практически двукратное снижение стоимости сварочных работ при сохранении требуемого качества сварных соединений.

Для восстановления башен танков из литой броневой стали СБл-1 разработана проволока Св-08ХГСН2МТ и на ее базе созданы электроды Бл-1КА и УБТ-1, а также разработаны технологические рекомендации по заварке дефектов в литых корпусах башен.

He менее широкое использование в бронекорпусном производстве нашла и технология механизированной сварки в углекислом газе с использованием аустенитной проволоки Св-08Х20Н9Г7Т. Изначально она осуществлялась на постоянном токе при обратной полярности и по производительности уступала механизированной сварке под флюсом. В ИЭС им. Е.О. Патона и Харьковском заводе им. В.А. Малышева создали модифицированную цирконием проволоку Св-08Х20Н9Г7Т. Возросла стабильность дуги, а производительность процесса увеличилась в 1,5 раза.

Дальнейшее совершенствование механизированной сварки брони было достигнуто за счет новых, стабилизированных аустенитных порошковых проволок, обеспечивающих одновременное увеличение производительности сварки, уменьшение разбрызгивания электродного металла и повышение сопротивляемости металла шва образованию горячих трещин. Новая порошковая проволока марки ПП-АНВ8 (Св-05Х21Н10Г2Т) впервые применена при механизированной сварке в углекислом газе корпуса танка Т-72. Для легких бронекорпусов сотрудники ИЭС разработали и внедрили на Курганском машиностроительном заводе технологию сварки гетерогенными швами с применением газоэлектрической облицовки швов порошковой проволокой ПП-АН180. Это позволило повысить пулестойкость сварных соединений выше уровня, характерного для брони. Применение проволоки ПП-АН 180 решило также проблему восстановления деталей из брони высокой твердости, что существенно улучшило технологию сборки бронекорпусов легких танков.

Как это не раз уже случалось, именно сварщики первыми указали на возможность совершенствования корпусных материалов, применявшихся для изготовления танков. Осознание того, что танк — это сварная конструкция, которая после снарядного обстрела должна сохранять целостность не только сварных швов, но и корпуса в целом, привело к тому, что в ИЭС под руководством Б.Е. Патона были начаты работы по совершенствованию толстолистовой брони для танкостроения.

На первом этапе этих исследований установили, что новые высокопрочные хромоникельмолибденовые броневые стали при удовлетворительной стойкости к снарядному обстрелу не обладают достаточной вязкостью и, как следствие, не удовлетворяют требованиям танкостроителей и армии по «живучести» (отсутствию отколов с внутренней стороны бронекорпуса при снарядном обстреле). Ученые института провели всесторонние исследования металла листовых слитков высокопрочных сталей по всей металлургической цепочке производства броневых сталей (от выплавки до прокатки и термообработки). Была создана надежная технология производства танковой брони. При этом впервые была освоена выплавка таких сталей в кислородных конверторах с последующим электрошлаковым переплавом (ЭШП), а впоследствии и их непрерывная разливка. Новые прочные броневые стали начали изготавливаться с применением способа ЭШП в конце 1970-х начале 1980-х гг. Это вызвало необходимость совершенствования сварочных материалов и технологии сварки таких сталей.

Уже в середине 1980-х гг. были разработаны новые материалы: для автоматической сварки под флюсом АН-22 и АН-22М — аустенитная проволока ЭК-67 (Св-05Х20Н10М2Т); для механизированной сварки в углекислом газе — аустенитная порошковая проволока ПП-АНВ9 (Св-05Х20Н10М2Т). Они обеспечили более высокие, по сравнению с серийной проволокой, механические свойства и технологическую прочность шва. Разработанные на базе этих материалов технологические процессы сварки корпусных сталей нового типа — 69Ш, 24Ш, 22Ш использованы при изготовлении бронекорпусов средних танков последующих модификаций — Т-80 и Т-84.

Исследования в ИЭС им. Е.О. Патона позволили применить в танкостроении принципиально новый конструкционный материал — армированную квазимонолитную сталь (AKM). При ее создании использовано новаторское предложение, направленное на уменьшение содержания углерода в броневых сталях почти в 2 раза. Это решение, без существенного изменения системы легирования, привело не только к улучшению свариваемости, но и к заметному повышению вязкости толстолистовой стали и ее «живучести» как бронекорпусного материала. Новая броневая сталь AKM и технология ее сварки были впервые использованы при изготовлении сварно-катаной башни танка Т-80. Улучшенная свариваемость броневой стали AKM позволила повысить и «живучесть» танка.

В эти же годы Борисом Евгеньевичем организованы активные исследования, направленные на создание сварных бронеконструкций из разнородных материалов, в частности путем сварки стальной брони с алюминиевой. В результате этих работ разработана технология, при которой сварка броневой стали с алюминиевой броней толщиной до 100 мм осуществляется с использованием переходников специальной конструкции. Последние изготавливаются автономно или с помощью наплавки, что позволяет получать качественные сварные соединения различных типов (стыковые, угловые, нахлесточные). За счет этого жесткость днища без изменения массы танка удалось увеличить в несколько раз. Натурные испытания показали, что сварные соединения из разнородных металлов выдерживают пулевой и снарядный обстрелы, а также минный подрыв. Соответствующие технологии ИЭС реализованы при изготовлении легких броневых машин.

Читайте также:  Почему прилипают электроды при электросварке

В середине 1980-х гг. сотрудники ИЭС им. Е.О. Патона разработали новую технологию высокоэффективной автоматической сварки плавящимся электродом в аргоне брони на основе алюминия из сплава АМг6. Технология предусматривала оптимизацию условий сварки различных типов соединений металла толщиной от 8 до 60 мм и использована при изготовлении корпусов легких десантируемых танков и бронемашин пехоты на Волгоградском заводе и Курганском машиностроительном заводе. В начале 1990-х гг. ученые ИЭС разработали для Харьковского тракторного завода установку УД-474 и новую технологию сварки конструкций штампосварных элементов из алюминиевого сплава марки АМг6 для боевых машин пехоты.

Менялось время, изменялись и подходы к изготовлению броневых конструкций. Для разработчиков и изготовителей стало важным повышение уровня механизации сварочных работ. К концу 1980-х годов он возрос до 95 %. При этом доля автоматической сварки под флюсом (по объему наплавленного металла) уменьшилась до 25 %, что в 2 раза меньше, чем при изготовлении танка Т-34, а доля сварки в защитных газах увеличилась до 70 %. Столь широкое использование механизированной газоэлектрической сварки в бронекорпусном производстве обусловлено универсальностью этого процесса, позволяющего осуществлять сварку внутренних и неудобных для автоматизации сварки коротких и криволинейных швов. Специфические особенности конструкции броне-корпусов сдерживали дальнейшую автоматизацию сварки. В связи с этим в ИЭС начались интенсивные исследования, направленные на разработку принципиально новых специализированных сварочных аппаратов с автоматическим программным управлением по всему циклу производства.

В основу создания этих аппаратов был положен принцип модульного построения их структуры. Новые разработки нашли конкретное воплощение в автоматах серии АД-238 и АД-241, которые стали основой новой конвейерной линии сварки различных швов бронекорпуса танка Т-72, включая приварку бонок к бронелистам. Это послужило мощным толчком для механизации сварочных работ при производстве бронетехники.

сварочная проволока для сварки броневых сталей

Изобретение относится к области металлургии и сварки, в частности к составу легированных сталей, которые применяются при изготовлении сварочной проволоки для электросварки броневых сталей. Сварочная проволока содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий, серу, титан, фосфор и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,02-0,08, кремний 0,6-1,5, марганец 0,8-2,0, хром 22,5-25,0, никель 6,5-8,5, молибден 0,8-3,5, алюминий 0,08-0,35, сера 0,005-0,020, титан 0,4-1,0, фосфор 0,005-0,025, железо – остальное. После сварки отсутствуют холодные и горячие трещины в сварном шве и зоне термического влияния, снижаются затраты, связанные с ограничениями по сварочному току и обязательной ручной подварки корня шва, а также повышаются противоснарядная стойкость и живучесть сварной брони.

Изобретение относится к области металлургии и сварки, в частности к составу легированных сталей, которые могут найти применение при изготовлении сварочной проволоки для электросварки броневых сталей.

Известна сварочная проволока, обеспечивающая аустенитную структуру шва и повышенную устойчивость к образованию горячих трещин, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,02-0,7; кремний 0,10-0,70; марганец 6,0-10,0; никель 15,0-20,0; хром 15,0-20,0; молибден 2,00-4,00; редкоземельный элемент 0,03-0,30; сера 0,005; фосфор 0,015, азот 0,02-0,25, кислород 0,01, железо – остальное (JP 62197294, МПК C22C 38/00; C22C 38/58; B23K 35/30; опубл. 31.08.1987).

Однако известная сварочная проволока не обеспечивает высокого качества сварного шва при ее использовании для сварки толстолистовых конструкций из броневых сталей, в первую очередь из-за появления холодных и горячих трещин по сварному шву и по зоне термического влияния.

Наиболее близкой по составу и достигаемому техническому результату является сварочная проволока для электросварки аустенитных нержавеющих сталей, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,008-0,15; кремний 0,20-1,00; марганец 1,00-3,00; хром 11,0-32,0; никель 3,0-22,5; молибден 0,001 – 4,00; алюминий 0,011; сера 0,0015, кальций 0,005; кислород 0,01; магний 0,005; азот 0,25; железо – остальное (JP 09-308988, МПК C22C 38/00, C22C 38/58, B23K 35/30, опубл. 02.12.1997).

Известная сварочная проволока также в достаточной степени не обеспечивает высокого качества сварного шва сварной брони из толстолистовых броневых сталей с содержанием углерода никеля до 5 мас.% из-за наличия холодных и горячих трещин в области шва и зоны термического влияния, а также устойчивости сварного шва при его обстреле снарядами (трещины, излом, отколы). Это ведет к необходимости введения ограничений по сварочному току, регламентации раскладки валиков сварного шва, обязательной ручной подварке корня сварного шва.

Задачей изобретения является разработка сварочной аустенитно-ферритной проволоки для механизированной сварки толстолистовых броневых конструкций из высокопрочных сталей средней твердости и высокопрочных корпусных сталей с содержанием никеля до 5 мас.%, обеспечивающей устойчивость сварного шва при динамическом воздействии высокоскоростных средств поражения.

Техническим результатом является отсутствие холодных и горячих трещин в сварном шве и зоне термического влияния после сварки броневых сталей, снижение затрат при сварке, связанных с ограничениями при сварке по сварочному току и обязательной ручной подваркой корня шва, а также повышение противоснарядной стойкости и живучести сварной брони.

Технический результат достигается тем, что сварочная проволока для сварки броневых сталей содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий, серу, а также титан и фосфор при следующем отношении компонентов, мас.%: углерод 0,02-0,08; кремний 0,6-1,5; марганец 0,8-2,0; хром 22,5-25,0; никель 6,5-8,5; молибден 0,8-3,5; алюминий 0,08-0,35; сера 0,005-0,020; титан 0,4-1,0; фосфор 0,005-0,025, железо – остальное.

Изобретение может быть проиллюстрировано примером.

Для оценки качества сварного шва и его противоснарядной стойкости использовали сварочную проволоку по изобретению диаметром 2 мм, содержащую, мас.%: углерод 0,04; кремний 1,2; марганец 1,5; хром 22,8; никель 7,2; молибден 2,4; алюминий 0,22; сера 0,01; титан 0,8; фосфор 0,008. В качестве естественных примесей сварочная проволока по изобретению содержала медь, азот, вольфрам, ниобий, ванадий и мышьяк.

Сварке подвергали листы толщиной 45 и 70 мм броневой стали с пределом прочности 1272-1510 МПа, содержащей, мас.%: углерод 0,32; кремний 0,22; марганец 0,53; хром 1,46; никель 2,1; молибден 0,79; ванадий 0,16; алюминий 0,04; азот 0,008; медь 0,35; ниобий 0,02; сера 0,012; фосфор 0,011; железо – остальное. Полуавтоматическую сварку вели многопроходным швом на повышенных токах 350-400 A. Ручную подварку корня сварного шва не проводили.

Качество сварного шва оценивали по наличию горячих трещин, а также холодных трещин типа «отрыв» в области сварного шва и зоны термического влияния (через 3-5 дней после сварки). Обстрелу подвергали: сваренные плиты размером 500 на 400 мм толщиной 45 мм – снарядами калибром 57 мм, сваренные плиты размером 1500 на 1200 мм толщиной 70 мм – снарядами калибром 100 мм. Выдержавшими испытания считались образцы, которые не были пробиты при требуемых расстояниях обстрела и углах поражения и в сварных швах которых отсутствовали трещины.

Результаты испытаний показали отсутствие холодных и горячих трещин после сварки, а также отсутствие пробития и разрушения шва (излома, трещин) испытуемых сваренных плит после обстрела.

Таким образом, сварочная проволока по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: отсутствие холодных и горячих трещин в сварном шве и зоне термического влияния после сварки броневых сталей, снижение затрат при сварке, связанных с ограничениями при сварке по сварочному току и обязательной ручной подваркой корня шва, а также повышение противоснарядной стойкости и живучести сварной брони.

Как используется броневая сталь

Броневая сталь используется для изготовления военной техники и специальных транспортных средств, предназначенных для перевозки VIP-пассажиров. Она должна обладать всеми необходимыми свойствами по твердости, пластичности и вязкости, чтобы выдерживать прямые попадания пуль, выпущенных из мелкокалиберного огнестрельного оружия. Также броня должна эффективно противостоять оборонительным и наступательным осколочным гранатам. При этом защитный материал не должен быть слишком тяжелым, чтобы не снижать скоростные и маневренные параметры транспортных средств.

Важной задачей при изготовлении брони является придание металлу таких свойств, чтобы он имел возможность равномерно распределять кинетическую энергию, с которой он сталкивается при попадании снаряда. Это позволяет в значительной мере снизить точечный урон, что в конечном итоге и спасает сталь от проникающих повреждений. Принцип изготовления бронированных листов для военных целей держится в строгом секрете.

Частные компании, занимающиеся сборкой специальных автомобилей для высокопоставленных персон, имеют собственную технологию производства. Также под заказ эти фирмы изготавливают сейфы, двери, шкафы и другую продукцию. Процесс закалки специальной стали очень сложен и требует тщательного соблюдения установленных технологий на всех этапах. Только так можно получить материал действительно высокого качества, который, возможно когда-нибудь спасет чью-то жизнь.

Состав броневой стали

Состав броневой стали мало чем отличается от стандартного сплава. В него входят: около 0,5% углерода, 2% кремния, 1,5% марганца, 2% хрома, 1,8% никеля, 0,3% молибдена, 0,15% алюминия, 0,35% меди, 0,15% титана, до 5% кобальта. Остальная доля приходится на железо. Сталь становится броней не при помощи введения в сплав дополнительных материалов, а с помощью специальной закалки.

Обработка подразумевает соблюдение особых термических режимов в течение установленных промежутков времени, которые изменяют структуру материала на молекулярном уровне. Углерод внедряется непосредственно в кристаллическую решетку железа, образу сверхпрочные связи. Это придает стали повышенную твердость. Но этого мало.

Слишком твердый материал будет и слишком хрупким и не сможет противостоять огнестрельному оружию. Поэтому необходимо обеспечить стали достаточную пластичность, которая будет приводить к деформации металла, но не его разрыву или расколу. Это и является самой сложной задачей во всем процессе обработки. Поэтому военные так тщательно берегут свои секреты, чтобы злоумышленники и потенциальные враги не смогли заполучить в свое распоряжение сверхпрочный материал для вооружения.

Виды и особенности броневой стали

Марка броневой стали зависит от спектра ее применения. Существует три основных вида. Первый – танковая броня. Она имеет толщину от 80 до 380 миллиметров. Существуют отдельные танки с толщиной брони до 9,5 сантиметров, но широко они не применяются, так как такая махина весит более 200 тонн и затраты топлива на приведение ее в движения неоправданно высоки. Правда, такая массивная броня способна выдерживать лобовое попадание артиллерийских снарядов, но массовое ее применение все равно остается нецелесообразным.

Второй вид – это стали для бронирования легкой техники. Она используется на бронетранспортерах, военных самолетах и кораблях, боевых и гражданских машинах. Ее стандартная толщина составляет 50-80 миллиметров. Такая сталь способна выдерживать попадание из мелкокалиберного оружия, но совершенно бесполезна против тяжелой артиллерии. Зато она имеет небольшой вес, и ее использование не лишает транспорт высокой маневренности и скорости. Одним из лучших представителей данной категории является броневая сталь А-3 российского производства. Она имеет 5-й класс прочности и используется в частности для производства правительственных автомобилей. Кроме этого, данный вид брони применяется для защиты инкассаторских автомобилей, изготовления дверей для личного жилья и банковских хранилищ.

Третий вид – броневая сталь широкого применения. Сюда относится материал, толщина которого не превышает 50 миллиметров. Из него изготавливаются индивидуальные бронежилеты, сейфы, металлические шкафы. Этот материал пробивается даже из мелкокалиберного оружия при использовании бронебойных пуль. Возникает резонный вопрос, а почему не использовать для защиты личного состава более толстую броню. Ответ лежит на поверхности. Во-первых, чем толще броня, тем она тяжелее, а солдат в бою не должен ощущать дискомфорта, мешающего ему быстро перемещаться.

Во-вторых, толстая броня может и остановит пулю, но избыток нерастраченной кинетической энергии полета все равно нанесет серьезные повреждения внутренним органам, возможно даже в больше степени, чем это могла бы сделать пуля при попадании в тело. Поэтому и используется броня такой толщины, которая при блокировке пули не превратит внутренности бойца в сплошное месиво. Маркируются все перечисленные виды брони следующим образом: вначале идет название фирмы-изготовителя, например, Mars или Armox, затем указывается толщина листа в миллиметрах. После числового обозначения может также стоять буквенное, которое говорит об особых свойствах данного материала.

Основной принцип, который используется при проектировании боевых машин, состоит не в том, чтобы выдержать лобовое попадание, а в том, чтобы принять снаряд вскользь при помощи обтекаемого корпуса. Для этого установка бронированных листов производится под определенным углом к предполагаемому месту обстрела. Такой способ виртуально увеличивает прочность металла.

Сварка материала

Сварка броневой стали происходит по особой методике. Для начала в сварной шов укладывают низкоуглеродистую проволоку, использование которой значительно снижает образование трещин. Далее используется метод флюсовой сварки, который позволяет очень быстро и качественно скреплять броневые листы между собой. Шов должен также обладать высокой прочностью, поэтому содержание углерода в нем должно сводиться к минимуму.

Найти установленную цену на броневую сталь практически нереально. Стоимость всегда формируется в индивидуальном порядке и зависит от толщины материала, площади его поверхности и необходимой формы. Есть небольшое количество компаний, которые предлагают купить уже готовые листы с фиксированными параметрами по рыночной цене. Например, на текущий момент лист броневой стали 1,2х6 метров толщиной 6,5 миллиметров обойдется в 139 тысяч рублей.

Русская DARPA

Российские приоритеты

Рубрики

  • Война (19)
  • Инфраструктура (12)
  • История (58)
  • Личности (23)
  • Наука (18)
  • Пропаганда (11)
  • Техника (58)
  • Энергия (16)
  • Реклама

    Популярное

    Казнь на кресте (распятие). Технические подробности

    Самолёт с ядерной силовой установкой

    Скальные (подземные) укрытия для атомных подводных лодок

    Как появился рубль

    Реклама

    Метки

    Внедрение автоматической сварки в отечественном танкостроении

    В начале 1941 года автоматическая сварка уже внедря­лась на 20 крупнейших предприятиях СССР. Толь­ко сварка броневых сталей «застряла» в лаборатории. Танковая броня не хотела покоряться новому способу сварки.

    Танкостроители поначалу не особенно доверяли сварке — этому слишком быст­рому способу соединения металлов и считали клеп­ку более надежным и достаточно производительным технологическим процессом.

    Однако в 1937 году корпус танка Т-26 был изготов­лен не клепкой, а ручной дуговой сваркой.

    В 1939 году во время войны с Финляндией обнаружилась сла­бость брони клепаных танков Т-28. И тогда к корпу­сам и башням уже готовых к отправке на фронт ма­шин были приварены дополнительные броневые лис­ты толщиной 20 — 50 мм.

    Но главной заботой сварщиков стали новые тан­ки. 19 декабря 1939 года успешно прошел испытания и был рекомендован в производство средний танк Т-34, оказавшийся самым лучшим из танков, участвовав­ших во второй мировой войне.

    Успех применения той или иной конструкции тан­ка (впрочем, как и других машин широкого потреб­ления) в значительной степени зависит от приспо­собленности к массовому производству, от надеж­ности технологии изготовления. При массовом про­изводстве недопустимы часто повторяющийся брак, перерасход энергии и материалов, завышенная трудоемкость. Ведь даже малейший недостаток, незаметное на первый взгляд на единичной машине упу­щение, умноженное на большое количество машин, обернется довольно значительными потерями, кото­рые особенно ощутимы в военное время.

    Суровые условия войны требовали десятки тысяч танков. Препятствием к увеличению выпуска тан­ков стали бронекорпуса, которые необходимо было сваривать. Чтобы выполнить эту работу, 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 немыслимо. Тем более что фронт нуждался в людях не менее, чем промышленность.

    Из создавшегося положения был только один вы­ход — автоматическая сварка. И в это трудное время Институт электросварки АН УССР под руководством

    начал разработку технологии автомати­ческой сварки брони под флюсом с электродной про­волокой.

    Сотрудники Института электросварки работали по 12—16 ч в сутки. Сменяя друг друга, сваривали куски броневой стали, резали образцы, шлифовали, изучали под микроскопом, измельчали минералы, плавили флюсы, опять варили… Эксперимент за экспериментом, флюс за флюсом, режим за режи­мом… Но трещинки, очень маленькие, часто заметные только в микроскоп, раскалывали монолит шва, предвещая неприятности при ударе снаряда. Основная задача, которая стояла перед коллективом ин­ститута, — выяснить причину растрескивания шва и разработать технологию сварки брони.

    Броню непревзойденного качества смогли создать советские металлурги. Но те же химические элемен­ты, что обеспечивали металлу хорошую противоснарядную стойкость и живучесть, делали его чувст­вительным к нагреву, ухудшали свариваемость. Од­нако сварщики обязаны были принять броню цели­ком, со всеми ее свойствами — хорошими и плохими. Их задача была связать броневые плиты так, чтобы танки, корабли, самоходные артиллерийские уста­новки и другие сварные конструкции обладали наи­высшими боевыми качествами.

    Мягкий шов

    Лабораторные исследования все же увенчались успехом — была найдена основная при­чина образования трещин. Оказалось, что высокая проплавляющая способность дуги, горящей под флю­сом, необходимая для повышения производитель­ности процесса, имеет и отрицательную сторону. В сварочную ванну попадало значительное количест­во основного металла. Вместе с тем в ванну пере­ходил и углерод. «Объединяясь» с легирующими примесями, углерод делал металл шва склонным к образованию трещин.

    Для решения этой проблемы была предложена оригинальная идея — предварительно уложить в за­зор между кромками малоуглеродистую проволоку и затратить часть тепла на ее плавление. Развар кромок уменьшился, и в ванне снизилось содержа­ние углерода.

    Оставалось ответить на вопросы: как будут чувст­вовать себя танки в бою, при попадании снарядов прямо в шов с уменьшенным содержанием углерода? Можно ли допустить в «работу» танки, сваренные швом более мягким и менее твердым, чем броня?

    Е.О. Патон до испытания ответил на эти вопро­сы: поскольку диаметр снаряда больше ширины шва, то снаряд, попавший точно в шов, все равно встретится с бронёй и заклинится между кромками в мягком шве. Бездефектный вязкий шов должен хорошо принимать на себя ударные нагрузки при та­ране. На полигоне подтвердилось: ученый прав.

    На испытательный полигон доставили корпус танка, один борт которого был сварен старым спо­собом — вручную, а другой — автоматом под флю­сом. От бронебойных и фугасных снарядов «ручные» швы быстро разрушались. «Автоматные» швы про­должали держать изуродованные броневые плиты после жесточайшего обстрела, немыслимого в реаль­ных условиях.

    Танковый конвейер

    Технология автоматической сварки корпусов танков быстро внедрялась на заво­дах Урала, Сибири, Поволжья. Научные сотрудники Института электросварки из лаборатории перебра­лись в цеха, стали инструкторами-наставниками, мастерами, технологами. Конструкторская группа в кратчайшие сроки спроектировала специализиро­ванные установки для изготовления различных уз­лов боевых машин, в том числе для сварки кольце­вых швов, которыми приваривались командирские башенки, для приварки отражательных подбашен­ных колец. Скоростная сварка заставила улучшить весь процесс изготовления корпусов. В цехе был из­менен порядок рабочих мест, из вагонеток был со­оружен конвейер для сборки и сварки танковых кор­пусов. Теперь уже заготовки в строгой последова­тельности поступали на сборочно-сварочные места, где из них формировались узлы и корпуса боевых машин.

    Производительность нового способа сварки пре­взошла возможности сварки покрытыми электрода­ми. Например, чтобы приварить днище подкрылка к борту старым способом сварки, высококвалифици­рованному сварщику нужно было затратить около 20 часов. Новичок после 5 — 10 дней обучения варил эти швы новым способом сварки за 2 часа. Ввод одной ав­томатической сварочной установки освобождал 7 сварочных трансформаторов и 8 дросселей-регуля­торов, обеспечивал экономию 42% электроэнергии. Но главное — это высокое качество и необходимое количество танков.

    О работе Е.О. Патона в то время была сложена легенда. Танкисты, ездившие на заводы получать танки, рассказывали своим товарищам, что ходит по цехам высокий седоусый профессор-академик, спе­циально приехавший с Украины, выстукивает моло­точком и выслушивает каждый танк. И если уж он дает «добро», за машину можно не беспокоиться — снаряд не сможет пробить ее броню.

    К лету 1942 года на танкостроительных заво­дах СССР для производства танков Т-34 работало уже несколько десятков автосварочных установок. Советский Союз выиграл промышленную битву с германскими концернами.

    А сварщики уже разрабатывали технологию соединения броневых плит толщиной 90 и 120 мм для тяжелых танков и самоходных установок се­рии «ИС» («Иосиф Сталин»).

    Но не только технология сварки была в центре внимания руководителя Института электросварки. Во многом ка­чество сварки зависело от аппаратуры.

    Сварочная головка повышенной надёжности

    Сконструированная в мирное время, рассчитанная на спокойную эксплуатацию, сварочная двухмотор­ная головка с обратной связью оказалась теперь не­достаточно надежной. Моторы для подачи элект­родной проволоки в условиях военного времени ра­ботали плохо. Колебания напряжения в сети влия­ли на число оборотов двигателя постоянного тока, а следовательно, и на скорость подачи проволоки. Нарушение режима сварки неизбежно приводило к браку.

    В настоящее время сварщики, используя достиже­ния электроники, создали аппаратуру с надежными стабилизирующими системами, с системами, регу­лирующими различные параметры дуги. При по­мощи этой аппаратуры можно управлять процессом сварки, программировать изменения параметров и т. д. В военное время даже стабилизация напря­жения была почти неосуществимой технической проблемой.

    Вторым недостатком довоенной головки была сложность ее механической части, основанной на использовании специального дифференциала. В мир­ное время на эту сложность никто и внимания не обращал, но в условиях военного времени, когда запасы комплектующих деталей кончились, выпуск сварочных головок оказался под угрозой срыва.

    Евгений Оскарович Патон давно заметил недостатки двухмо­торных головок и принимал все меры, чтобы упростить конструкцию, повысить надежность их работы. И все же наилучшим решением оказалась разработка принципиально нового аппарата. Новая головка была сконструирована с учетом свойства саморегулирования дуги, открытого в Институте электросварки в 1942 году.

    Саморегулирование дуги проявляется при сварке плавящимся электродом при достаточно больших плотностях тока. При этом устойчивый режим сварки характеризуется равенством скорости подачи электрода в зону дуги и скорости его плавления. Скорость подачи задают постоянной. В соответствии с ней устанавливается и скорость плавления, кото­рая прямо пропорциональна коэффициенту плавле­ния электрода и сварочному току. Чем больше ско­рость подачи, тем больше и сварочный ток, тем ско­рее плавится электрод.

    Все это происходит при постоянной скорости по­дачи. Значит, в сварочных головках можно устано­вить один двигатель, независимый от напряжения дуги!

    На головки начали монтировать трехфазные асинхронные двигатели небольшой мощности (око­ло 100 Вт) с постоянным числом оборотов.

    Отпала необходимость в дефицитных купроксных выпрямителях, вместо дифференциала применили обычные шестерни. Упростилась электросхема. Для изменения скорости подачи ввели сменную пару шестерен. Простота в изготовлении и надежность работы новых сварочных головок были неоспоримы. И с декабря 1942 года мастерские Института электро­сварки полностью перешли на их выпуск.

    Флюс из доменного шлака

    В разгар внедрения нового способа сварки в адрес Института электро­сварки начали поступать тревожные сообщения: «Кончаются запасы флюса!»

    Стекольный завод, на котором перед войной был выплавлен флюс, остался на оккупированной тер­ритории. На Урале таких заводов не было. Необхо­димо было срочно ответить на вопросы: где получить флюс? Можно ли наладить его производство соб­ственными силами?

    Перед технологическими группами института, приступившими к поиску флюса-заменителя, возник­ла очень сложная задача — сделать флюс из местного сырья. Основываясь на опыте, накопленном при разработке сварки под флюсом, удалось рас­считать требующееся количество отдельных ком­понентов. Были найдены местные минералы, содер­жащие необходимые элементы.

    Началась экспериментальная проверка. Различ­ные минералы дробили, просеивали, тщательно взве­шивали, перемешивали, засыпали в электропечь. После 2 — 3 часов варки при температуре около 1600°С расплав гранулировали (выливали) в воду, высушивали, размельчали, просеивали. Флюс испытывали сразу непосредственно на сварке. Требования были высокие.

    При сварке дуга должна гореть устойчиво, с незначительными колебаниями тока и напряжения, пламя не должно прорываться через флюс, шов должен быть ровным, поверхность блестящая, с мелкими чешуйками, шлак должен свободно от­деляться при легком ударе, никаких трещин и де­фектов не допускается…

    Одни составы были забракованы сразу, над дру­гими продолжали работать, корректируя с точностью до 1 — 2% содержание компонентов. Последним кри­терием пригодности флюса были механические ис­пытания сварных соединений и металла шва. Во время этих испытаний определяли сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлине­ние, ударную вязкость, относительное сужение, выносливость при повторных нагрузках.

    Новый флюс назвали АН-2. Его удалось составить всего из четырех минералов: песка, известняка, мар­ганцевой руды и небольшого количества плавиково­го шпата. При сплавлении их в стекловидную массу происходили некоторые химические превращения: флюс раскислялся, освобождаясь от закиси железа и высших окислов марганца (имевшихся в марган­цевой руде, песке), дегазировался.

    Оставалось наладить его промышленный выпуск. Потребности промышленности во флюсе настолько возросли, что для его производства необходимо было построить завод наподобие стекольного. А чтобы снабжать его сырьем, необходимо было открыть но­вые карьеры. Нереальные в военные годы требова­ния.

    Е.О. Патон предложил использовать в качестве флюса доменный шлак, но он отличался повышен­ным содержанием серы, что для флюса не допуска­лось. Поэтому начали исследовать шлаки старых доменных печей, работавших на древесном угле, в котором не было серы. Шлак Ашинских домен вблизи Уфы оказался похожим на флюс АН-2. В нем недоставало только 10% окиси марганца.

    Металлурги добавили марганцевую руду в до­менную шихту, и к лету 1942 года разработка «шла­кового» флюса, получившего индекс АШ, была за­кончена. Новый флюс давал возможность сваривать как броню, так и конструкционные стали.

    За выдаю­щиеся заслуги в разработке скоростной сварки бро­ни и ускорении выпуска боевой техники Евгений Оскарович Патон в марте 1943 года был удостоен высокого звания Героя Социалистического Труда. В короткий срок, в сложных условиях военного времени коллектив Института электросварки разработал оборудование и технологию автоматической дуговой сварки бронекорпусов и других видов вооружения и боепри­пасов. В США только в 1944 году освоили сварку брони под флюсом, а в 1953 году была выпущена пер­вая сварочная головка с постоянной скоростью пода­чи электродной проволоки. В Германии до конца вой­ны сваривали танки вручную.

    Сварка бронированной стали

    И в России и за рубежом для бронирования военной техники применяют, в основном, низколегированные гомогенные броневые стали.

    1. Стали для бронирования тяжелой техники (танковая броня)

    Эти стали должны выдерживать без раскола попадания крупнокалиберных снарядов (требование живучести), а также обеспечивать требования по свариваемости (отпуск сварных соединений не допускается).

    В абсолютном большинстве случаев применяются стали с системой легирования Cr-Ni-Mo с ограничением по верхнему допустимому содержанию углерода (не более 0,30% для толщин до 100 мм).

    Стали поставляются в состоянии термического улучшения (закалки и высокого отпуска) на твердость 280…388 НВ. Основные технические требования и условия приемки регламентируются техническими условиями на поставку броневого листа (за рубежом – MIL-A-12560 “Armor plate, steel, wrought, homogeneous. For use in combat-vehicles and for ammunition testing)”.

    Требования по твердости зависят от толщины листа, а именно:

    при толщине 6,2…12,6 мм – НВ 341…388
    при толщине 12,7…19,0 мм – НВ 331…375
    при толщине 19,1…31,7 мм – НВ 321…375
    при толщине 31,8…50,5 мм – НВ 293…331
    при толщине 50,5…101,3 мм – НВ 269…311

    Типичными представителями этого класса являются броневые стали марки MARS 190 (Франция), ARMOX 370S (Швеция).

    Стали ARMOX 300S и ARMOX 400S также относятся к указанному классу прочности, но при этом из-за более низкого содержания углерода требуемый уровень прочности (твердости) реализуется на этих сталях за счет закалки и низкого отпуска.

    Отечественные аналоги, как правило, имеют большее содержание углерода, что предъявляет более жесткие требования к выбору сварочных материалов и технологии изготовления сварных бронеузлов.

    Особенности в условиях приемки

    Броневые листы по MIL-A-12560 контролируются по твердости, ударной вязкости по Шарпи при температуре -40°С и уровню противопульной и противоснарядной стойкости. Типичный пример условий приемки приведен ниже в таблице.

    При обстреле как пулями, так и снарядами, определяется скорость баллистического предела пробития V50

    Диапазон толщин, мм

    Тип и калибр пули (снаряда)

    Угол обстрела, град.

    В отечественной практике и НТД условия приемки несколько отличаются. При обстреле пулями определяется не V50, а угол непробития, не применяется снаряд калибра 20 мм, вместо 90-мм снаряда используется 100 мм и т.д. Кроме того, вместо ударной вязкости в России контролируется вид излома технологической пробы.

    Эти различия носят достаточно условный характер и ничто не мешает выработать условия приемки, устраивающие обе стороны.

    Типичные представители зарубежных броневых сталей данного класса приведены в таблицах 1, 2. Отечественные улучшаемые противоснарядные броневые стали обеспечивают уровень прочности 1000…1400 МПа.

    2. Стали для бронирования легкобронной техники (БТР, БМП)

    Эти стали должны выдерживать без раскола попадания крупнокалиберных пуль (требование живучести), а также обеспечивать требования по свариваемости (при условии отпуска сварных соединений).

    В абсолютном большинстве случаев применяются стали с ограничением по верхнему допустимому содержанию углерода (не более 0,32%).

    Стали поставляются в состоянии закалки и низкого отпуска на твердость 477…534 НВ. Основные технические требования и условия приемки регламентируются техническими условиями на поставку броневого листа (за рубежом – MIL-A-46100 “Armor plate, steel, wrought, high-hardness”).

    Типичными представителями этого класса являются броневые стали марки MARS 240 (Франция), ARMOX 500S (Швеция).

    Отечественными аналогами являются стали марок “2П”, “7”. При этом сталь марки “7” не требует отпуска сварных соединений.

    Броневые листы по MIL-A-46100 контролируются по твердости, ударной вязкости по Шарпи при температуре -40 0 С и уровню противопульной стойкости бронебойными пулями калибра 7,62 мм, 12,7 мм и 14,5 мм. Имеющиеся отличия в условиях приемки уже отмечались выше.

    Типичные представители зарубежных и отечественных сталей данного класса приведены в таблицах 1,2,3.

    3. Стали широкого спектра применения

    Эти стали должны выдерживать без расколов и появления трещин в местах попадания снарядов калибра 20 мм.

    Стали поставляются в состоянии закалки и низкого отпуска на твердость 534…601 НВ (для толщин 4,7…25,4 мм) и 477…534 НВ (для толщин 25,5…76,2 мм).Броня второго класса поставляется с твердостью 302…352 НВ.

    Основные технические требования и условия приемки регламентируются техническими условиями на поставку броневого листа (за рубежом – MIL-A-46173 “Armor steel, plate, wrought, (ESR). (3/16 through 3 inches, inclusive))”.

    Типичными представителями этого класса являются броневые стали марки MARS 270 (Франция), ARMOX 560S (Швеция).

    Отечественными аналогами являются стали марок “77” и “88”. При этом сталь марки “77” требует отпуска сварных соединений.

    Броневые листы по MIL-A-46173 контролируются по твердости, ударной вязкости по Шарпи при температуре -40°С и уровню противопульной и противоснарядной стойкости бронебойными пулями калибра 7,62 мм, 12,7 мм, 14,5 мм. и (для толщин 25…50 мм) снарядами калибра 20 мм. Имеющиеся отличия в условиях приемки уже отмечались выше.

    Таблица 1. Основные марки броневых сталей Франции

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector
  • Классы МПК:B23K35/30 с основным компонентом, плавящимся при температуре ниже 1550°C
    C22C38/58 с более 1,5 % марганца по массе
    C22C38/50 с титаном или цирконием
    Автор(ы):Сергиенко Анатолий Иванович (RU) , Парамонов Борис Владимирович (RU) , Жуков Алексей Васильевич (RU) , Барышников Александр Павлович (RU) , Шаврин Адольф Иванович (RU) , Мураховский Исаак Матвеевич (RU) , Войцеховский Владимир Андреевич (RU) , Зяблова Татьяна Александровна (RU) , Любимов Юрий Андреевич (RU) , Григурко Владимир Васильевич (RU) , Лебедев Виктор Николаевич (RU)
    Патентообладатель(и):Сергиенко Анатолий Иванович (RU)
    Приоритеты: