С пылу с жару

На заводе «ТихвинХимМаш» применяются уникальные технологии по выпуску востребованных рынком моделей для широкого спектра химических грузов. Заглянем за кулисы.

Цистерна – один из самых технологически сложных типов подвижного состава, поскольку предназначается для перевозки в основном жидких, газообразных, опасных и агрессивных грузов. Котел и арматура должны учитывать массу особенностей перевозимых продуктов, поэтому цистерна – это почти всегда штучный товар. А значит, отношение разработчиков и производителей к этому изделию тоже индивидуальное. На заводе «ТихвинХимМаш» применяются уникальные технологии по выпуску востребованных рынком моделей для широкого спектра химических грузов. Заглянем за кулисы!

От простого к сложному

«ТихвинХимМаш» (ТХМ) — совсем молодое предприятие. Первый вагон здесь сошел с линии в конце 2015 года. Это была цистерна для перевозки серной кислоты. Но завод развивался очень быстро: в 2016 году было построено более 450 цистерн, а в 2017-м-уже почти 750.

С момента запуска серийного производства на предприятии увеличивалась и номенклатура выпускаемых изделий. Продуктовый ряд вырос до 15 моделей и модификаций вагонов-цистерн с повышенной грузоподъемностью, предназначенных для перевозки расплавленной серы, метанола, серной кислоты, аммиака, каустика, этилового спирта, формалина и других химических продуктов. «Некоторые модели цистерн выпускаются в относительно небольшом количестве, что связано с конструктивной сложностью изделий и, как следствие, трудоемкостью их изготовления. Так, цистерны для серной кислоты, с которых все начиналось, были гораздо проще, нежели те, которые рассчитаны, например, на перевозку расплавленной серы», — рассказывает Александр Мочалов, директор по производству «ТихвинХимМаша». Этот вагон оборудован целой системой со сложной теплоизоляцией. Котел из нержавеющей стали представляет собой термос, в котором продукт может до 10 суток перемещаться без потери температуры (расплавленная сера перевозится при температуре 140–150 ˚С. — Прим. ред.), а при необходимости дополнительно подогреваться электрооборудованием, установленным на вагоне. Изготовление первых экземпляров для расплавленной серы занимало до 2 месяцев, а теперь завод может собирать по несколько таких цистерн в сутки. Повысить производительность удалось благодаря эффективной организации рабочих мест, их дооснащению, а также организации конвейерной сборки. «Сегодня по объему выпуска данной модели с ТХМ не может сравниться ни один завод в России и странах СНГ», — добавляет Александр Мочалов.

Конвейер гибочных вальцев: при прохождении между вращающимися валиками обечайки приобретают форму цилиндра.

От заготовки до сварки

Какие основные этапы проходит цистерна, прежде чем отправиться к заказчику?

Для начала на завод поступают необходимые материалы, которые по результатам контроля качества и проверки химических и механических свойств попадают на заготовительный участок, где проходят операцию дробеочистки для удаления следов от коррозии, окалины и других посторонних включений. Далее на листоправной машине избавляются от прогибов, которые могли возникнуть при транспортировке.

Ровные листы уходят на плазменную резку. Здесь металл распределяется в зависимости от предназначения – пойдет он для изготовления карт (заготовок для будущих цилиндрических обечаек. – Прим. ред.) или других деталей, например узлов насыщения (так называются все элементы, которые крепятся к котлу: лестницы, помосты, люки заливной горловины, крышки, предохранительные дуги, солнцезащитные экраны и т.д. – Прим. ред.). После плазменной резки часть заготовок подается на листогибочные станки для придания им нужной формы. Готовые детали перемещаются на сборочно-сварочные участки. С этого момента процесс разделяется на два параллельных потока – изготовление котлов и рам.

Участок сборки котла

«Рождение котла начинается с листов обечаек – заготовок плоской формы, которые впоследствии превращаются в цилиндрические обечайки. Черный металл и нержавеющая сталь проходят сварку на разных линиях. Кстати, для освоения нержавейки пришлось серьезно потрудиться над повышением качества сварки, поскольку это довольно капризный материал», – объясняет Андрей Бекшаев, технический директор «ТихвинХимМаша».

Для выполнения поперечного стыка применяется автоматическая сварка под флюсом. Стыки листов совмещаются и фиксируются при помощи зажимных приспособлений. Далее происходит сварка листов между собой сначала с одной стороны. Затем сваренная конструкция переворачивается на 180 градусов и перемещается на позицию сварки листов уже со второй стороны.

Штамповка днища

Процесс создания цистерны разделяется на два параллельных потока — изготовление котлов и рам

Сваренные детали фрезеруются по контуру, а потом подаются на конвейер гибочных вальцев (принцип его действия схож с ручным отжимом белья в стиральных машинах XX века, когда вода выжималась при его прохождении между вращающимися валиками. – Прим. ред.). Именно после вальцовки обечайки приобретают форму цилиндра. Одни из них пойдут на тонкостенные (от 8 до 12 мм) цистерны, другие – на толстостенные (от 13 до 20 мм). В целом сборочно-сварочные технологии для двух типов котлов схожи, однако есть и отличия, которые приводят к тому, что операции с толстостенными цистернами занимают втрое больше времени, чем с тонкостенными. 

К примеру, толстостенные котлы для перевозки сжиженных углеводородов должны проходить термообработку для того, чтобы снять сварочные напряжения и выровнять структуру металла. Эта процедура может длиться от 6 до 10 часов в зависимости от типа котла.

Вся сварка происходит под флюсом – это самый эффективный и надежный способ. Да и в целом сварочные операции – наиболее ответственный этап во всей технологической цепочке. Происходит он в полуавтоматическом режиме. За ходом процесса у монитора следит оператор.

Отверстия под заливную горловину цистерны в теле котла вырезаются установкой плазменной резки. Внутренний замыкающий шов выполняется специальным сварочным трактором. 

Котел проходит три такта насыщения: первичный, вторичный и окончательный. Последовательно вырезаются мелкие отверстия, привариваются горловины, патрубки, платики, накладки, позднее – арматура, а также каркас теплоизоляции. Эти процедуры выполняются вручную, поскольку требуют повышенной ответственности.

Тем временем на другом участке свариваются и формуются днища, после чего они подвергаются термической обработке в печи и дробеочистке.

Испытания на прочность

Ввиду того что все типы вагонов-цистерн являются объектом повышенной опасности, сварные швы проходят 100%-ный ультразвуковой контроль. Этот же метод применяется на «ТихвинХимМаше» и для контроля качества сварки коррозионностойких сталей. Это дает определенные преимущества при изготовлении цистерн, поскольку на других отечественных и зарубежных вагоностроительных предприятиях такой контроль, как правило, проводится рентгенографическим способом.

После проведения контроля качества сварных швов котел подвергается испытаниям на прочность и герметичность на специализированном стенде.

Вначале проводятся гидравлические испытания. Процедура выглядит так: на котел устанавливается технологическая крышка, к которой подключается шланг. Оператор с пульта подает сигнал, и котел полностью наполняется водой, а затем в него подается давление. В зависимости от конструкции оно может достигать 40 кгс/см., что равноценно 40 земным атмосферам. После этого производится осмотр всей поверхности сосуда на определение течей.

Полный цикл испытаний котла и его элементов занимает примерно 4−6 часов.

Стенд гидравлических и пневмоиспытаний: котел полностью наполняется водой, затем в него подается давление до 40 земных атмосф

Далее наступает черед проверки крышки люка. Для этого цистерну опустошают наполовину и заполняют воздухом. Все разъемные соединения обмыливаются и проверяются на предмет появления пузырьков. Этот дедовский метод проверки герметичности действует еще с советских времен и закреплен в соответствующем ГОСТе.

Полный цикл испытаний котла и его элементов занимает примерно 4−6 часов. Если дефектов не обнаружено, вагон получает своего рода паспорт качества, подтверждающий, что он соответствует всем стандартам.

После этого котлы еще проходят дробеочистку, грунтуются с наружной стороны и сушатся в специальной камере. На выходе получается полностью готовый котел, который можно устанавливать на раму.

С филигранной точностью

Как уже было сказано, рама производится параллельно с котлом, но на другом участке. В начале технологической цепочки изготавливается хребтовая балка. Она имеет классическую конструкцию, в основе которой заложен Z-образный профиль.

Готовая хребтовая балка укладывается в приспособление для сборки рам. Одновременно в сварочных кабинах осуществляется сборка и сварка отдельных элементов рамы. Окончательная сварка рамы производится на сварочном кантователе. После этого выполняется клепка пятников (опорный элемент рамы, посредством которого она соединяется с тележкой. – Прим. ред.) и сборка тормозного оборудования. Далее рама проходит дробеочистку и грунтовку. Остается только смонтировать тормозное оборудование, и рама готова к установке котла.

Установка подкладных листов на опору

Для сборки и подгонки рамы с котлом оборудовано два стенда. В отличие от других предприятий на ТХМ установка котла автоматизирована. Точность нивелировки достигается с помощью лазерных датчиков. Ни кран, ни ручной труд такого результата не дает. Более того, котел устанавливается на раму не классическим способом со времен СССР (то есть на деревянные опоры), а на специальные подкладные листы. Это избавило от необходимости открытия отдельного цеха по производству деревянных брусков и постоянного подгона. Подкладные листы из полимера обеспечивают необходимое прилегание по всей поверхности. Мощные домкраты устанавливают котел вагона в сборе с рамой на тележки.

Готовые вагоны перемещаются трансбордером в камеру окраски и сушки. Тут тоже есть отличия от других вагоносборочных предприятий. «Обычно вагон красится вместе с рамой. А на ТХМ все сборочные узлы проходят дробеочистку, грунтуются и красятся. Загрунтованный котел и рама стыкуются (в производстве этот процесс называется «взятие». – Прим. ред.), и уже в собранном виде вагон передается на финальную окраску. Качество работ при этом повышается», – уточняет Андрей Бекшаев.

Затем цистерны попадают на позиции маркировки и нанесения надписей, взвешиваются на вагонных весах. На отметке габаритных рамок происходит проверка и регулировка тормозных усилий, а также проверка положения автосцепного устройства и других параметров. Теперь цистерна считается сданной и может быть отправлена заказчику.

Модельный ряд цистерн, выпускаемых на «ТихвинХимМаше», расширяется с каждым годом

Технологии поколения next

Каждый год модельный ряд выпускаемых на ТХМ цистерн расширяется. Новые технологии сначала осваиваются на опытном участке, а потом передаются на основные производственные линии. Весь цикл до получения сертификата может занимать до 9 месяцев.

К примеру, в прошлом году освоено изготовление двух новых цистерн – для этилового спирта и концентрированной азотной кислоты с алюминиевым котлом. При производстве последней на заводе-партнере применяется ротационная сварка трением. «Преимущество этого процесса заключается в том, что соединение кромок металлов перемешиванием происходит в твердом состоянии, а значит, отсутствуют проблемы, которые возникали при дуговой сварке: коробление, выгорание легкоплавкой эвтектики (химические элементы в шве, выгорание которых приводит к снижению прочностных свойств сварного соединения. – Прим. ред.)», – говорит Андрей Бекшаев.

Такую технологию пока можно применять только для алюминия и меди. Если удастся распространить ее и на сталь (для этого нужно продумать материал фрезы. – Прим. ред.), это станет настоящим переворотом в сварочном деле. А пока на ТХМ рассматривается возможность внедрения плазменной сварки, при которой может формироваться не только внешний, но сразу и обратный шов – это позволит повысить производительность, снизить трудозатраты, при этом улучшить качество сварочных работ.

Что касается алюминия, то он, как и нержавеющая сталь, применяется для особо агрессивных грузов. В остальных случаях достаточно черной стали. Также прорабатывается вопрос применения внутренних покрытий – это может подойти, в частности, для пищевой промышленности (к примеру, для перевозок растительного масла).

Сочлененный вагон-цистерна для перевозки СУГ

Еще на ТХМ планируется производство сочлененных вагонов-цистерн, аналогов которым в СНГ нет. Возможна безрамная конструкция, где несущим элементом является корпус котла. Кроме того, к серийному производству готовится танк-контейнер. В более отдаленной перспективе, возможно, появится нецилиндрический котел.

Эти и другие новшества продумываются для создания дополнительных преимуществ конструкции. Некоторые интересные решения уже применяются. Скажем, есть корпус котла с ломаной осью. Два цилиндра расположены относительно друг друга под небольшим углом – эта особенность обеспечивает более полный слив продукта благодаря характерному наклону.

В будущем, вероятно, все больше операций будет роботизировано. Хотя ручной труд все-таки сохранится, ведь есть дела, которые можно доверить только людям!

Елена Романова – Время «ОВК»