ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

1. Применение рациональной последовательности сборки и свар­ки конструкций, которая либо предусмотрена проектом конст­рукции, либо назначена технологом в пределах имеющихся у него возможностей. Технолог, владея расчетным методом определения общих сварочных деформаций, может рассмотреть несколько тех­нологически возможных вариантов изготовления конструкции и выбрать оптимальный, обеспечивающий требуемую точность размеров конструкции при минимальной трудоемкости (см. под - разд. 17.5, пример 2).

2. Назначение экономичных способов и режимов сварки с мини­мальным телловложением, т. е. максимальное использование ав­томатической и полуавтоматической сварки.

3. Применение соответствующей оснастки и приспособлений для сборки и закрепления свариваемых элементов. Они особенно эффективны для ликвидации временных перемещений (в про­цессе сварочного нагрева и охлаждения), которые могут быть значительны по величине. Например, прижатие тонких листов при сварке стыковых соединений, закрепление ребер при вы­полнении угловых швов и т. д. Следует заметить, что остаточ­ные деформации свариваемого изделия после освобождения от закрепления будут мало отличаться от деформаций изделия, сварка которого выполнялась в свободном состоянии. Однако закрепление может дать и положительный эффект, если конст­рукция (например, плоскостная секция с набором в двух направ­лениях) имеет большое количество продольных и поперечных швов. По мере выполнения швов закрепленное по периметру полотнище секции будет испытывать растяжение, и последую­щие швы будут выполняться на растянутом металле, что приве­дет к снижению объемов укорочений последующих швов. Эф­фект крепления изделия к технологической оснастке может быть положительным и за счет повышенного теплоотвода от сва­риваемого изделия в металлоемкую оснастку при условии его плотного прижатия на всем протяжении швов.

4. Применение искусственного охлаждения. Повышенный тепло­отвод от высоконагретой зоны металла при сварке может быть получен при использовании охлаждаемых подкладок и накла­док, при обдуве швов воздухом или газоводяной смесью. Ис­кусственное охлаждение приводит к уменьшению объемов уко­рочений и, следовательно, к уменьшению общих сварочных деформаций. Однако, и это не следует забывать, односторонний поверхностный теплоотвод (чаще с обратной стороны сварива­емого изделия) может привести к более неравномерному про­греву изделия по толщине, что в свою очередь увеличит угло­вые деформации.

5. Использование предварительного растяжения. Растяжение сварного соединения при сварке до его полного охлаждения при­водит к уменьшению объема продольного укорочения и, следо­вательно, к уменьшению остаточных деформаций (см. под - разд. 16.2). Чаще предварительное растяжение достигается пу­тем упругого изгиба, реже - растяжением. Для полного снятия остаточных напряжений необходимо растянуть металл в зоне сварного соединения до потери упругих свойств а = о, что тре­бует для реальных конструкций сложных нагружающих уст­ройств, именно по этой причине этот метод на производстве при­меняется редко.

6. Компенсация ожидаемых общих сварочных деформаций, зак­лючающаяся в соответствующем изменении начальных размеров свариваемых элементов и придании им обратных пластических выгибов. С этой целью корректируются размеры деталей, направ­ляемых на сборку, а также форма постели, на которой произво­дят сборку и сварку секций. Указанную корректировку выпол­няют на основании результатов расчета общих сварочных деформаций секции. Зная величины ожидаемых деформаций, нетрудно установить, лежат ли отклонения размеров и формы секции в пределах заданных допусков. Если оптимальный вари­ант последовательности сборки и сварки секции не обеспечивает требуемой точности, то необходимо предусмотреть специальные мероприятия по уменьшению или компенсации возникающих де­формаций.

7. Использование раздельного метода сборки и сварки плоскостных секций. Если плоскостная секция имеет набор в двух направлени­ях, то рекомендуется сначала ставить и приваривать автоматичес­кой сваркой набор того направления, протяженность швов кото­рого больше (т. е. набор главного направления). Затем выставляют

перекрестный набор, приварку которого осуществляют полуавто­матической сваркой. Такая последовательность обеспечивает ми­нимальные деформации изгиба секции в направлении, перпенди­кулярном к набору главного направления. Действительно, поперечные укорочения сварных соединений набора главного на­правления с полотнищем вызывает в этом случае укорочение сек­ции. но не изгиб.

8. Применение раздельного метода формирования сложных объем­ных конструкций (секции третьей группы). В общем случае слож­ную конструкцию, например объемную днищевую секцию, рас­членяют на отдельные узлы (подсекции), которые свариваются отдельно, как самостоятельные конструкции, с использованием требуемых мероприятий по уменьшению ожидаемых общих сва­рочных деформаций. Далее сложная конструкция формируется из готовых узлов (подсекций), причем сборку целесообразно ве­сти от наиболее жесткого узла.

Формирование корпуса судна, являющегося очень сложной объем­ной конструкцией, следует вести на построечном месте из укрупнен­ных узлов (крупных секций, блоков). Опыт существующих методов формирования корпусов судов на стапеле позволяет сделать ряд реко­мендаций по уменьшению ожидаемых деформаций:

• желательно иметь минимум сварных швов, выполняемых при монтаже и влияющих на изгиб формирующегося корпуса;

• по возможности при формировании корпуса судна на стапеле свар­ку вести так, чтобы монтажные швы располагались как можно блі і~ же к центральным осям сечения корпуса или симметрично отно­сительно этих осей (см. подразд. 17.5, пример 2);

• сварку монтажных кольцевых стыков между блоками рекомен­дуется выполнять одновременно многими сварщиками по участ­кам, расположенным симметрично относительно диаметральной плоскости и центральной горизонтальной оси, при этом устра­няются перекосы и расхождения еще незаваренных участков сты­ков и уменьшаются деформации изгиба корпуса.

Проиллюстрируем влияние поперечных монтажных (ремонтных) швов на примере вварки вставок (заплат) в жестких конструкциях.

При выполнении сварных швов (рис. 19.2. а) свободное укорочение ДВ жестко закрепленного элемента шириной В запрещено, поэтому в нем образуются растягивающие напряжения

Г21В

о,=£—. (19.1)

И. і полученного выражения видно, что, чем меньше В, т. е. чем боль­ше жесткость конструкции, 'гем больше значения растягивающих на­пряжений. С целью уменьшения напряжений можно сделать предва­рительны]} выгиб вставки, чтобы за счет увеличенной вследствие изгиба длины вставки компенсировать укорочение ДВ. При наличии выгиба вверх (рис. 19.2,6) но причине образования угловых деформа­ций, обусловленных как литейной усадкой, так и неравномерным про­гревом по толщине, произойдет не уменьшение выгиба, а его увеличе­ние, т. е. такой выгиб не только не уменьшит напряжения о#, а даже может их несколько увеличить. В случае выгиба вставки вниз (рис. 19.2, в) угловые деформации стыковых соединений способству­ют компенсации укорочения AS за счет выпрямления вставки. Так можно добиться не только отсутствия напряжений, но и уменьшения местных геометрических искажений.

ч ч - ч а ч ч ч

6)

в)

Для предотвращения местных сварочных деформации применяют­ся те же примы, что и для борьбы с общими деформациями. Выделим наиболее простые,

1. Закрепление свариваемых элементов в процессе сварочного нагрева и охлаждения. Например, при односторонней сварке стыкового соединения закрепление следует располагать как мож­но ближе ко шву, чтобы увеличить пластические деформации уд­линения при охлаждении и тем самым уменьшить угловые де­формации, Так, если без закрепления свариваемые элементы получили волнистость (рис. 19,3, а), то при закреплении (поджа - тии к основанию силой Р) на расстояниях L,, от шва угловые де­формации уменьшаются: < Pt (рис. 19,3, б), причем, чем мень­

ше Lv тем меньше р,,

2. Предварительный обратный изгиб. Нарис. 19,3, в показан про­стой и эффективный метод предотвращения угловых дефор­маций стыкового соединения: предварительный обратный из­гиб должен быть таким, чтобы после сварки угловые деформа­ции отсутствовали. Также этот метод может быть использован для уменьшения грибовидности тавровых соединений и для уменьшения ребристости полотнища от приварки к нему на­бора (рис. 19.3, г).

3. Установка временных (технологических) ребер жест кости. Это технологический прием временного предупреждения местных де­формаций из плоскости свободных элементов конструкции. На­пример, в готовой днищевой секции наблюдается коробление по свободным кромкам наружной обшивки в виде волнообразного изгиба. Это коробление можно предупредить предварительной установкой вдоль кромок временных жесткостей (рис. 19.4). Вре­менные жесткости рекомендуется сохранять на все время сборки и сварки и снимать их на стапеле после установки п подгонки бортовых секций.

В заключение следует отметить, что не может быть универсальных однозначных рекомендаций по предотвращению сварочных деформа­ций различных видов. В каждом конкретном случае на базе теории сва­рочных деформаций и напряжений следует критически анализировать возможность применения различных методов уменьшения сварочных деформаций и применять оптимальный для конкретной конструкции. Не следует забывать, что всякие случайные принудительные подгон­ки при сборке вызывают в изделиях начальные напряжения, в резуль­тате чего нарушаются стабильность размеров и формы изделия. Борь­ба с такими деформациями чрезвычайно затруднена вследствие их

з)

б)

Т r/r f r~fr7r^-7^7mГГТ7-7 І"?

УТ777 f / > /'"/ V / '/ /У/ / / ;т

JL

7 / / / / / / / } Г'Г'Ї m Г Г / 7 ‘

Рис. 19.3. Мее і мыс деформации. жетон при олноеюронпсм сварочном нагреве:

а — 6с > закрепления: 6 с. закреп чемнем: в, / - обрлшмп изгиб

случайного характера. Поэтому все конструктивные и технологичес­кие методы предотвращения сварочных деформаций эффективны только в случае отсутствия нарушений нормальной технологии сбор­ки и сварки конструкции.