ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ И ТОЧНОСТИ СБОРКИ СОЕДИНЕНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ПОД СВАРКУ НА ВОЗМОЖНОСТЬ КАЧЕСТВЕННОГО ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ

Изготовление деталей корпуса судна с необходимой точностью является важной задачей. От качества ее решения зависят возмож­ность появления последующих технологических операций сборки с большим или меньшим объемом пригоночных работ и необходимость ремонта сварных швов. Точность деталей оказывает непосредственное влияние на качество и трудоемкость изготовления и монтажа судо­вых корпусных конструкций, на конструктивные, технологические и эксплуатационные характеристики как отдельных элементов корпу­са судна, так и всего судна.

Абсолютную точность деталей для последующей их сборки с дру­гими деталями при изготовлении металлоконструкций обеспечить в процессе их изготовления невозможно. Поэтому на практике принято на номинальные размеры деталей устанавливать допускаемые откло­нения или припуски, которые удаляются при выполнении последую­щих операций их сборки с другими деталями.

В машиностроении допуски на размеры деталей, как правило, яв­ляются окончательными, т. е. при сборке детален Друг с другом они не изменяются. Такие детали обладают большой жесткостью и изготав­ливаются с применением высокоточных технологий и оборудования (точение, фрезерование и др.). Сборка этих деталей является окон­чательной (завершающей) технологической операцией при изготов­лении изделия, в результате которой оно приобретает возлагаемые на него эксплуатационные характеристики.

Аналогичный подход к деылям корпуса судна невозможен, гак как детали и собираемые из них конструкции не обладают достаточ­ной жесткостью, применяемые технологические процессы изготов­ления детален (правка, гибка, механическая и тепловая разделитель­ные резки) не обеспечивают необходимой точности заданных размеров.

Однако на размеры деталей корпуса судна назначаются допускае­мые отклонения, что особенно важно для деталей, сопрягаемых с дру­гими деталями. Они назначаются, исходя из условий возможности их исполнения с применением современных технологий и оборудо­вания при изготовлении, а также из условия возможности выполне­ния последующих операций сборки и сварки конструкций. Но гаран­тия их качества достигается путем выполнения пригоночных работ при сборке и ремонта сварных швов.

Основными геометрическими параметрами деталей, влияющими на качество конструкций при последующих технологических опера­циях сборки и сварки, являются габаритные размеры и форма деталей, качество кромок деталей (прямолинейность или иная форма, конст­руктивные элементы разделки кромок под сварку, плоскостность и др.). Под прямолинейностью или иной (криволинейной) формой кромки детали понимается величина кромки в плоскости детали от заданного техническим документом. Значения этих параметров определяют ве­личины зазоров, получаемых при их соединении с другими деталями под сварку. Под плоскостностью детали понимается расстояние от фак­тической поверхности плоской детали до прилегающей плоскости при контроле детали. Отклонение от плоскостности детали оказывает вли­яние на величину разностенности и величину смещений притуплений разделок кромок детален при сборке соединений! под сварку. Качество плоскостности детали обеспечивается при помощи предварительной правки стального проката и готовых деталей.

Отклонения от заданных габаритных размеров и форм деталей в их плоскости определяются разностью заданных значений и факти­ческих размеров и формой кромок. Эти параметры оказывают влия­ние на качество сборки соединений под сварку (несоответствие габа­ритных размеров деталей и разделки кромок и др.).

Габаритные размеры и форма плоских деталей зависят от каче­ства технологий тепловой и механической резки. Отклонение от заданной формы гнутых деталей представляет собой расстояние от фактической поверхности детали до поверхности детали с задан­ной геометрической формой. Значения этих параметров оказывают влияние на величину разностенностей и смещений притуплений при сборке стыковых соединений и на величины зазоров при сборке тав­ровых соединений. Геометрическая форма гнутых деталей обеспе­чивается гибочными операциями.

Конструктивные элементы подготовки кромок деталей, подлежа­щих сборке и сварке с другими деталями, имеют большое значение для качества швов сварных соединений и эффективности изготовле­ния конструкций. Качество кромок деталей без фасок под сварку обеспечивается преимущественно процессами тепловой резки на ста­ционарных и переносных машинах и частично механической резки. Качество фасок под сварку, выполняемых на вырезанных деталях, как правило, обеспечивается тепловой резкой по разметке на пере­носных машинах и иногда при помощи механической обработки (строгание, фрезерование).

Допускаемые отклонения на размеры подаваемых на сборку деталей и допускаемые отклонения на параметры разделки кромок в собранном соединении не связаны между собой. Фактическая достижимая точ­ность изготовленных деталей при применяемых технологических про­цессах и оборудовании ниже предъявляемой для обеспечения качествен­ной сварки. Контроль собранной конструкции осуществляется визуально и с помощью измерений непосредственно перед сваркой.

Визуально контролируются правильность формы и расположе­ния свариваемых кромок, качество подрубки корня шва, правиль­ность расположения и количества прихваток, качество обработки и чистоты свариваемых кромок и поверхностей, прилегающих к ним, и т. п. При помощи измерений проверяют общий угол разделки кро­мок в соединении под сварку, правильность совмещения поверхно­стей деталей в стыковых соединениях, правильность совмещения поверхностей тавровых и угловых соединений с заданной поверх­ностью, правильность совмещения или величину смещения свари­ваемых кромок по корню шва и по поверхности соединения и др.,
руководствуясь при этом требованиями, изложенными в табл. 6.1- 6.3. В тех случаях, когда фактические размеры по отдельным пара­метрам не укладываются в установленные допустимые отклонения, производятся подгоночные работы (подрезка, подрубка, наплавка, поджатие и т. п.).

Сущность пригоночных работ заключается в том, что в составе собираемой конструкции выполняются дополнительные работы с целью доведения поступивших на сборку деталей до необходимых форм и размеров при помощи механической рубки, ручной тепловой резки, ручной дуговой сварки или тепловой строжки, в результате которых собранные соединения под сварку становятся пригодными для получения сварного соединения необходимого качества для за­данного технологическим процессом способа сварки.

По причинам, вызвавшим необходимость выполнения пригоноч­ных работ, и характеру применяемых технологических операций при­гоночные работы можно условно разделить на два типа.

К первому типу пригоночных работ относятся технологические операции, которые вызываются недостаточным качеством правки и гибки деталей, низким качеством сборочных стендов и постелей и приводят при сборке стыковых соединений к недопустимым зазо­рам, разностенностям, смещениям притуплений и т. п. Эти пригоноч­ные работы выполняются путем силового обжатия деталей до сведе­ния кромок или их прижатия к сборочным стендам и постелям (или к набору) при помощи скоб, клиньев ручным способом или с исполь­зованием средств малой механизации.

Ко второму типу пригоночных работ относятся технологические операции, которые вызываются недостаточным качеством деталей по геометрическим параметрам (габаритные размеры, прямолинейность и конструктивные элементы подготовки кромок) и приводят при сбор­ке стыковых соединений к недопустимым зазорам, углам разделки кромок, смещениям притуплений и т. п.

При сборке тавровых соединений могут иметь место пригоночные работы одновременно обоих типов. Например, для установленных зна­чений волнистости и бухтииоватости плоских деталей разностенность в стыковом соединении может достигать 1,0...1,5 толщины металла, а зазоры в тавровом соединении - до 20,0 мм и более, что значительно превышает установленные требования сварки к сборке конструкций. Приведенные данные свидетельствуют о том, что при установленных допускаемых отклонениях на детали и сборочную оснастку невозмож­но обеспечить сборку стыковых и тавровых соединений, удовлетворя­ющих требованиям сварки. Опыт заводов показывает, что даже точно

им

изготовленные детали и узлы флоров, стрингеров, шпангоутов, шель­фов переборок и платформ при сборке подрезаются и подгоняются к опорной поверхности обшивки по месту. Практически весь днищевой и бортовой набор секций вследствие отклонений в обшивке корпуса также подгоняется (подрезается).

Наибольшее значение в соединении под сварку имеет величина за­зора, оказывающего решающее влияние на образование прожога или непровара при сварке. Особенно важно обеспечить необходимый за­зор в стыковых соединениях, выполняемых автоматической и полуав­томатической сваркой под флюсом, который при сварке на весу до­пускается не более 1,0 мм. Для ручной сварки покрытыми электродами и полуавтоматической сварки в защитных газах стыковых соединений величина зазора допускается до 3,0 мм. Это положение объясняется различными значениями параметров режимов указанных процессов сварки. Ручная сварка покрытыми электродами и полуавтоматичес­кая сварка в защитных газах выполняются на небольших значениях сварочного тока. Поэтому эти виды сварки обеспечивают небольшой объем расплавленного металла сварочной ванны, положением которо­го в свариваемом соединении сварщик легко управляет, что позволяет ему заварить практически любой зазор, не опасаясь прожога.

Процессы сварки под флюсом проходят при существенно боль­ших значениях сварочного тока. Расплавленный металл вместе с рас­плавленным флюсом закрыт слоем флюса, и сваргцик в процессе сварки лишен тех возможностей влияния на формирование шва, которые имеются у сварщиков по другим открытым процессам сварки с мень­шим объемом расплавленного металла. Поэтому при сварке под флю­сом соединений с недопустимыми зазорами может образоваться про­жог, а при больших притуплениях в разделке и пониженных сварочных токах возможно образование непровара.

Сопоставление требований к прямолинейности кромок деталей и к соединениям при их сборке под сварку показывает, что при сборке деталей с допустимыми отклонениями от прямолинейности зазор в соединениях под сварку может достигать значений 0,5.„2,5 мм, факти­чески до 60...80% длины стыкуемых кромок под сварку, что не удовлет­воряет требованиям сварки под флюсом. При сборке тавровых соеди­нений до 60...80% зазоров достигают значений 15,0...20,0 мм.

На качество сборки и сварки судокорпусных конструкций большое влияние оказывает качество применяемой оснастки (стенды, постели и т. п.). Погрешности горизонтальности и плоскостности сборочных стен­дов допускают отклонения от горизонтальности до 8,0 мм, отклонения от плоскостности рабочей поверхности стендов допускаются до 10,0 мм на дли­ну секции. Допускаемые отклонения от плоскостности и горизонтальности сборочных стендов способствуют образованию разностенности в стыко­вом соединении и пригоночных работ при сборке конструкций.

Анализ приведенных в табл. 6.16 значений допускаемых отклоне­ний на всех стадиях изготовления деталей корпуса судна свидетель­ствует о неизбежности пригоночных работ при сборке конструкций под сварку. Применение пригоночных работ (подрезки, подварки, поджатия и т. п.) при сборке конструкций, с одной стороны, исключа­ет возможность образования прожогов и неггроваров. С другой сто­роны, приводит к изменению размеров конструктивных элементов разделки кромок и соответственно площади поперечного сечения в различных сечениях собранного стыкового соединения, что приво­дит к изменению размеров усилений сварных швов, увеличению рас­хода сварочных материалов, трудоемкости сварки и т. д.

Установлено, что уже на стадии подготовки исходных данных для изготовления копир-чертежей для стационарных машин тепловой резки закладываются возможные отклонения от номинальных значе­ний габаритных размеров и прямолинейности кромок, превышаю­щие значения допустимых отклонений у готовых деталей (табл. 6.17, 6.18). Кроме того, на указанные погрешности размеров деталей в пос­ледующем будут наложены погрешности, допущенные вычерчивани­ем копир-чертежей и, самое главное, погрешности, возникающие при вырезке деталей за счет погрешностей технологии и машин, а также за счет остаточных тепловых деформаций. Более высокая точность вырезаемых деталей достигается при использовании числовых про­грамм, исходные данные для которых получены с математической модели, а также при вырезке деталей плазменным способом на маши­нах с ЧПУ (табл. 6.18).

Отклонение от заданных значений габаритных размеров деталей преимущественно происходит за счет погрешностей, вызванных не­достатками машин и технологий, и в значительно меньшей степени за счет остаточных тепловых деформаций. При вырезке деталей кисло­родным способом на машинах с фотоэлектронным управлением типа “Одесса” погрешность по длине, ширине и суммарная для деталей со­ставила +4,0 мм, а при вырезке деталей на машинах с ЧІІУ типа “Кри­сталл” первых выпусков погрешность по длине, ширине и суммарная для деталей, длина которых 5000 мм и более, а ширина 800 мм и более, составляет от -2.0 до +3,0 мм. При вырезке деталей на пере­носных машинах кислородным способом по разметке предельные от­клонения от прямолинейности составляют 3,0.„4,0 мм, и причиной этого являются искривление направляющих, колебания полуавтома­та при движении по направляющим, неточность установки резака по-

Допустимые отклонения па контролируемые параметры стальных судокорпусных деталей в процессе их изготовления и их влияние па образование пригоночных работ

луавтомата по кернам разметки, выполнение резки за несколько ус­тановок направляющих, нарушение режимов резки, вследствие чего ширина реза получается больше допустимой.

Точность деталей, вырезанных механическими способами (по габа­ритным размерам и прямолинейности), также не удовлетворяет уста­новленным требованиям. Точность гибки цилиндрических и коничес­ких деталей не удовлетворяет существующим допускам (3,0...4,0 мм); точность гибки деталей седлообразной и парусовидной формы близка к требованиям отраслевого стандарта (5,0...10,0 мм); точность гибки дета­лей сложной формы удовлетворяет требованиям отраслевого стандарта (4,0...8,0 мм).

Фактическая точность изготовления гнутых корпусных деталей скла­дывается из следующих погрешностей, величина которых, по данным литературы и проведенным в производственных условиях эксперимен­тальным замерам, составляет; при снятии размеров с плаза до +2 мм; при изготовлении деревянных шаблонов до ±2 мм; при самом процессе гиб-

ки на прессах и в вальцах в зависимости от сложности кривизны дета­лей до ±(5,0...11,0) мм.

Опыт изготовления судовых корпусных конструкций с примене­нием механизированных способов сварки под флюсом и в защитных газах свидетельствует о том, что необходимое качество сборки кон­струкций под сварку, как правило, достигается за счет пригоночных работ. Но они обусловлены недостаточной точностью деталей и низ­ким качеством сборочных стендов и оснастки. Необходимое же ка­чество сварных швов и соединений зачастую достигается после ре­монта сварных швов с наружными (несоответствие размеров швов) и внутренними (поры, шлаковые включения и др.) дефектами.