Балтзавод поделился опытом: как правильно строить ледоколы

Ледоколы, особенно атомные, это то, чем наша страна всегда заслуженно гордилась. У нас самый большой в мире ледокольный флот, самый богатый опыт их эксплуатации и опыт их строительства. Петербургский "Балтийский завод", со стапелей которого сошло уже немало атомоходов, лучше, чем кто бы то ни было знает, какие для этого нужны стали и какие угрозы подстерегают корпуса в процессе эксплуатации.

Сегодня в нашем блоге мы публикуем доклад технического директора Балтзавода Алексея Пищугина, сделанный в самом конце 2017 года на конференции "Материалы и технологии для Арктики". Он рассказывает о том, как решалась проблема стремительного коррозионного износа металла ледового пояса, какие новые технологии внедрены сейчас в производственный процесс, с какими сложностями сопряжен проект 22220.

От редакции

Опыт строительства атомных ледоколов на Балтийском заводе

Балтийский завод был основан 26 мая 1856 года. Миссия завода – строительство крупнотоннажных технологически сложных кораблей и судов, в том числе ледового класса и с ядерной энергетической установкой. Балтийский завод исторически был первым в освоении новых технологий и в строительстве новых проектов кораблей и судов. Это первая канонерская лодка с паровым двигателем, первый тепловоз, ПЭБ, самые крупные в мире ракетные крейсеры и атомные и дизельные ледоколы.
 

Балтийский завод / пресс-служба ОСК

Для корпусных конструкций ледоколов были выбраны стали АК25, АК27, АК28 с пределом текучести 520 МПа, разработанные ранее ЦНИИ КМ "Прометей" для АПЛ 1 поколения. При освоении производства корпусов из данных марок возникли проблемы, связанные со склонностью данных сталей к намагничиванию в процессе перемещения конструкций кранами с магнитными захватами, что создавало проблемы при сварки конструкций с намагниченными кромками. Проблема была решена установкой нового кранового оборудования и внедрением технологии борьбы с так называемым "магнитным дутьем", вызываемым намагниченными кромками.

Для обеспечения строительства первой серии атомных ледоколов "Арктика" и "Сибирь" на заводе был создан специализированный цех, обеспечивающий подготовку к монтажу и монтаж ядерной энергоустановки на строящиеся ледоколы. В цехе были оборудованы специализированные участки, обеспечивающие все заданные требования по чистоте помещений для работы с полостями агрегатов ядерной энергетической установки. Отдельно были созданы специализированные участки для сборки и сварки баков металловодной защиты и блоков биологической защиты. Параллельно был сформирован отдел "Спецэнергетики", производящий технологическую подготовку производства.
 

Атомный ледокол "Арктика" / "Росатомфлот"

Проект новых ледоколов предусматривал наличие прочного ледового пояса из высокопрочной стали больших толщин, ранее не применявшихся в отечественном судостроении. В этот же период завод внедрил раскрой металла с использованием плазморезательных машин "Кристалл" с числовым программным управлением.

При постройке следующих атомных ледоколов типа "Россия" было продолжено совершенствование технологии производства. В этот период была освоена электрошлаковая сварка конструкций металловодной защиты из коррозионностойкой стали толщиной до 50 мм и конструкций биологической защиты из низколегированных сталей толщиной до 100 мм. Были внедрены в производство автоматы для сварки трубопроводов энергоустановки из коррозионностойкой стали.

Полученный большой опыт по сварке сталей АК позволил без труда перейти на сварку разработанных позднее высокопрочных сталей типа АБ. Одновременно была произведена модернизация стапельного производства. Имеющиеся краны грузоподъемностью 50 тонн были заменены на 80-тонные. В процессе создания ледоколов серий "Арктика" и "Россия" Балтийский завод приобрел бесценный опыт технологии сварки высокопрочных сталей, требующих подогрева при сварке в условиях отрицательных температурах, в условиях открытого стапеля.

Опыт эксплуатации первых атомных ледоколов в тяжелых льдах морей Арктики выявил существенную проблему: интенсивный коррозионный износ металла ледового пояса с образованием глубоких язв, достигающих глубины 2-5 мм за один сезон.
 

Атомный ледокол "Арктика" / "Росатомфлот"

Исследования показали, что этот специфический процесс коррозии связан с электризацией трущихся поверхностей металла о лед. Интенсивный коррозионный износ с образованием так называемой "терки" приводил к резкой потере скорости движения во льдах. Наиболее эффективным методом защиты от коррозионно-эрозионного воздействия льда на корпус в районе ледового пояса, приводящего к быстрому образованию язвенной коррозии и интенсивному износу, является применение плакированной стали.

Основной слой – низколегированная сталь высокой прочности; наружный плакирующий слой – нержавеющая сталь аустенитного класса. Впервые такая сталь была опробована на корпусе ледокола "Арктика", где был вварен лист площадью около 2 м2 из стали марки АБ1 с плакирующим слоем 08Х19Н10Г2Б.

По результатам опытной эксплуатации этот вариант оказался наилучшим по сравнению с другими способами защиты (цинковое покрытие, покрытие финской краской "Инерта-160", бакелито-эпоксидный слой). Это послужило основанием, несмотря на увеличение материалоемкости и значительное повышение трудоемкости на обработку и сварку плакированной стали, для принятия решения о полномасштабном применении плакированной стали для ледового пояса ледокола "50 лет Победы" в комбинации с системой активной катодной защиты.

К тому моменту "Балтийский завод" уже обладал большим опытом сварки плакированных сталей, приобретенным при строительстве атомных крейсеров, где плакированные стали широко использовались в конструкции реакторных отсеков. Это позволило изготовить ледовый пояс атомного ледокола "Пятьдесят лет Победы" весом 640 тонн полностью из плакированной стали.

Эксплуатация ледокола начата в 2006 году, по результатам периодических освидетельствований состояние поверхности металла ледового пояса – идеальное.

Применить плакированную сталь для ледоколов проекта 22220 оказалось невозможно, так как в связи с увеличением массы корпуса не обеспечивалась двухосадочная конструкции судна.
 

Строительство головного атомного ледокола "Арктика" проекта 22220 на стапеле Балтийского завода, 2015 г. / Балтийский завод

При постройке ледоколов проекта 2220 техническое оснащение завода продолжало совершенствоваться. Была внедрена уникальная технология погрузки баков металловодной защиты весом 240 тонн на формируемый на стапеле корпус ледокола. Одновременно для погрузки крупногабаритных агрегатов новой ядерной установки "РИТМ-200" был закуплен новый портальный кран грузоподъемностью 100 тонн. Для вырезки деталей баков металловодной защиты в чистый размер внедрена технология гидрообразивной резки.

На настоящий момент по своему техническому оснащению и наличию квалифицированных кадров завод готов приступить к строительству еще более мощных судов для "Атомфлота". К настоящему моменту на заводе в корпусном производстве закончился процесс перевода сварочных работ на механизированную сварку в среде защитных газов вместо ручной дуговой покрытыми электродами. Сварщики корпусного производства имеют аттестацию Морского регистра России на сварку высокопрочной стали всех категорий.

Ранее завод внедрил технологию механизированной сварки корпусных конструкций порошковыми проволоками для всех категорий сталей, применяемых при строительстве атомных ледоколов. При этом доля ранее применявшейся технологии ручной дуговой сварки была сведена к нулю.

В настоящее время Балтийский завод осуществляет конструкторско-технологическую подготовку производства для строительства атомного ледокола-лидера мощностью 120 МВт. На заводе отработаны технологии сварки, и известны проблемы, возникающие при сварке высокопрочных сталей.

В отличие от других предприятий, Балтийский завод – единственный, который владеет технологией сварки толстолистовых конструкций из высокопрочных сталей в зимний период в условиях открытого стапеля. Это позволяет серийно строить атомные ледоколы проекта 22220. Но для дальнейшего снижения себестоимости строительства требуется организовать производство отечественных сварочных материалов, локализовав весь цикл их производства на территории Российской Федерации. В целях сокращения негативного влияния сварки необходимо выполнение комплекса научных работ по отработке типовых узлов подготовки кромок соединений под сварку.

Таким образом, строительство современных атомных ледоколов с увеличенной мощностью и ледопроходимостью поддерживается непрерывным совершенствованием металлургического производства России.
 

Алексей Пищугин, 
технический директор Балтийского завода
 

Доклад предоставлен организаторами конференции "Материалы и технологии для Арктики - 2017"
 

Материалы по теме:

Арктика ждет "Арктику" (о спуске на воду атомного ледокола "Арктика" на Балтийском заводе)

Еще ледоколы, больше ледоколов! (о строительстве современных ледоколов в России)

Дух итальянского станкостроения на Балтийском судостроительном заводе (о запуске нового станка)