С пылу с жару

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», входящем в холдинг НПК «Объединенная Вагонная Компания», применяются современные технологии по выпуску востребованных рынком моделей для широкого спектра наливных грузов. Заглянем за кулисы!

От простого к сложному

«ТихвинХимМаш» (ТХМ) – молодое предприятие. Первый вагон здесь сошел с линии в конце 2015 года. Это была цистерна для перевозки серной кислоты.

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, патоки, нефтяных и других 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. 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), а при необходимости дополнительно подогреваться электрооборудованием, установленным на вагоне.

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) 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.). 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.

«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 специалистам «ТихвинХимМаша» пришлось серьезно потрудиться над повышением качества сварки, поскольку это довольно капризный материал.

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.

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). 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.

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) и сборка тормозного оборудования. Далее рама проходит дробеочистку и грунтовку. Остается только смонтировать тормозное оборудование, и рама готова к установке котла.

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»), и уже в собранном виде вагон передается на финальную окраску. Качество работ при этом повышается.

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.

Технологии поколения next

С каждым годом 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.

Освоен на ТХМ и выпуск уникальных для рынка цистерн, например для концентрированной азотной кислоты с алюминиевым котлом. При ее производстве 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).

Еще на ТХМ впервые в России освоено производство сочлененных вагонов-цистерн для перевозки СУГ и светлых нефтепродуктов. Уникальная конструкция цистерны состоит из двух котлов, соединенных беззазорным шарнирным узлом сочленения, рассчитанным на повышенные продольные и вертикальные нагрузки и обеспечивающим беспрепятственное прохождение как одиночного сочлененного вагона, так и в сцепе с типовыми вагонами по прямым и криволинейным участкам пути, в том числе малых радиусов.

Эксплуатационные показатели 6-осных вагонов показали возможность перевозки значительно большего объема груза – более чем в полтора раза по сравнению с типовым подвижным составом.