Сварка "Рубки судна"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и / или пластическом деформировании.

Качество проекта технологического процесса изготовления сварных конструкций в основном определяет их технико-экономические показатели, такие, как надежность, экономичность в изготовлении и эксплуатации. В проекте технологии изготовления комплексно разрабатывают операции заготовки, сборки, сварки и контроля качества готового изделия. Рационально разработанный проект технологии должен обеспечить изготовление изделия при минимальной трудоемкости операций, минимальном расходе сварочных материалов и электроэнергии, с высоким качеством сварных соединений, при наименьших остаточных деформациях конструкции и при полном соблюдении мер по технике безопасности.

Принципиальная технология производства предусматривает: последовательность технологических операций, разбивку конструкции на отдельные технологические узлы или элементы, проработку специальных приспособлений и оснастки, расчеты режимов сварки основных сварочных операций, расчеты ожидаемых сварочных деформаций, технико-экономическую оценку технологии.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка технологии изготовления конструкции рубок судна.

Рубка - отдельная часть надстройки или конструкции на палубе, не занимающая всей ширины корпуса судна (остаются проходы на палубе вдоль бортов). На маломерных судах рубкой часто называют помещение для управления судном и двигателем.

Совокупность знаний о способах и средствах постройки и ремонта судов является основой технологической подготовки специалистов для промышленных предприятий судостроения.

Спецификой судостроения на большинстве предприятий являются небольшие объёмы производства при значительном разнообразии судов, тесное сочетание судостроительных и судоремонтных работ на одних и тех же производственных площадях.

Перспективным направлением в совершенствовании технологии постройки и ремонта судов на современном этапе является создание гибких переналаживаемых производств и гибких производственных систем на основе механизации и автоматизации.

Главные задачи по внедрению гибкой технологии на предприятиях судостроения - совершенствование всех видов производств в судостроении и в судоремонте на основе средств механизации, использование созданных в смежных отраслях средств автоматизации (станков с числовым программным управлением, промышленных роботов и др.), внедрение математических методов подготовки производства на базе вычислительной техники, организация специализированных производств с широким развитием кооперации.

Разработка технологии изготовления конструкции рубок судна может быть достаточно сложной задачей, требующей большого количества различных технических решений.

1. Инженерная подготовка организации технологического процесс изготовления судовой конструкции

1.1 Конструкторская документация для изготовления деталей узлов судна

Строительство судна, как любого изделия, осуществляется на основе конструкторской документации, разработка которой делится на несколько стадий: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и рабочая документация.

Утвержденное заказчиком техническое задание выдается проектно-конструкторской организации и является исходным документом для разработки технического предложения.

Техническое предложение представляет собой совокупность конструкторских документов, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности постройки судна. Его составляют на основании анализа технического задания заказчика в различных вариантах возможных решений, их сравнительной оценки с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей создаваемого и существующих судов.

Документацию технического предложения составляют чертежи, схемы, таблицы, расчеты, ведомость технического предложения, пояснительная записка, патентный формуляр и карта технического уровня.

Утвержденное техническое предложение служит основанием для разработки эскизного (или технического) проекта.

Эскизный проект - совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размерения проектируемого судна.

В эскизном проекте на основании разработки нескольких вариантов уточняют совместимость различных требований технического задания, основные тактико-технические элементы судна, его архитектурный вид, состав основных механизмов и реальность их поставки. Конструкторские документы позволяют произвести выбор завода-строителя, уточнить ориентировочную стоимость и сроки постройки судна.

По электрооборудованию в эскизном проекте уточняют основные параметры электроэнергетической системы, определяют количество и мощности источников электрической энергии, состав, габаритные и массовые показатели основного оборудования и его размещение на судне. Для решения этих вопросов разрабатывают следующую конструкторскую документацию:

· чертежи (габаритные) генераторных и главных электрораспределительных устройств;

· схемы электроэнергетической системы, а также основных электрифицированных механизмов и устройств (например, на электроходах - схему электродвижения);

· таблицы и расчеты (электрических нагрузок генераторов, токов к. з., провалов напряжения).

Утвержденный эскизный проект служит основанием для разработки технического проекта.

Технический проект представляет собой совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве проектируемого судна, и исходные данные для разработки рабочей документации. Поэтому технический проект называют основной стадией проектирования судна.

В процессе разработки технического проекта (с учетом замечании по эскизному проекту) решают следующие задачи:

· окончательно устанавливают основные тактико-технические характеристики проектируемого судна;

· уточняют основные материалы, оборудование, контрагентские поставки, продолжительность постройки, ориентировочную стоимость судна и штатную численность личного состава;

· разрабатывают принципиальную технологию постройки судна и его деталей и намечают мероприятия, связанные с подготовкой производства.

Надстройка - палубная конструкция, ширина которой равна ширине судна. Надстройка может не доходить до бортов на величину не превышающее 4% от ширины судна. Если подобная конструкция отстоит от бортов на большее расстояние, то она называется рубкой.

Надстройки и рубки (рисунок 1) служат для размещения различных судовых помещений. Длинные надстройки и рубки могут принимать участие в обеспечении общей продольной прочности, снижая при этом напряжения в палубе до 30%. На современных судах надстройки и рубки, как правило, многоярусные, кроме надстройки бака.

Надстройки разделяются на:

в зависимости от протяженности:

§ сплошные;

§ раздельные;

в зависимости от высоты:

§ одноярусные;

§ многоярусные;

по месту расположения:

§ носовая (бак);

§ средняя;

§ промежуточная (смещенная в корму приблизительно на ѕ длины судна);

§ кормовая (ют);

а также комбинации вышеназванных (средняя надстройка сливается с носовой или кормовой):

§ удлинённый бак (не менее 25% длины судна);

§ удлинённый ют;

по функциональному назначению:

§ жилая (обычно многоярусная; служит для расположения жилых, бытовых и служебных помещений);

§ нежилая (например, высокий бак, предназначенный для повышения мореходности судна).

В процессе эксплуатации судна на надстройки действуют силы тяжести различных устройств и вышележащих ярусов, удары волн при заливании палубы, усилия от общего продольного изгиба корпуса. Надстройки и рубки обычно стальные. В последнее время на многих судах получили распространение надстройки и рубки из легких сплавов, что уменьшает массу корпуса и понижает ЦТ судна, при этом улучшается остойчивость. Чтобы избежать контактной коррозии между стальным комингсом рубки и ее стенкой из легких сплавов, между ними устанавливают диэлектрическую прокладку из резины или тиоколовой ленты.

Рисунок 1.1. Конструкция рубки

Шпангоуты надстройки или стойки рубки ставят на каждом основном шпангоуте с учетом расположения различных вырезов в стенках и палубах надстроек и рубок. К палубам шпангоуты и стойки крепят кницами. В плоскости поперечных переборок устанавливают рамные шпангоуты и рамные бимсы или выгородки. Толщина переборок и палуб надстроек и рубок колеблется в пределах 3-10 мм. Наибольшую толщину имеют фронтальные (носовые) переборки.

В последнее время стенки надстроек и рубок на некоторых судах стали делать гофрированными, что дает выигрыш в массе и уменьшает коробление при сварке. Гофры располагаются вертикально или горизонтально. Горизонтально расположенные гофры улучшают внешний вид надстройки, но требуют постановки рамных стоек, которые занимают много места. Все вырезы в переборках и палубах выполняются со скругленными углами во избежание появления толщин. С этой же целью углы длинных надстроек или рубок к палубе и борту не приваривают, а приклепывают.

Надстройки и рубки, принимающие участие в общем продольном изгибе корпуса судна, называют длинными, а надстройки или рубки, имеющие небольшую длину и незначительно участвующие в общем изгибе корпуса, - короткими. Длинные средние надстройки могут быть включены в эквивалентный брус, и тогда расчетной палубой будет палуба надстройки, а площадь поперечного сечения верхней палубы под надстройкой будет больше у концов надстройки. Длинные средние надстройки конструируют аналогично корпусу судна, короткие средние надстройки, бак и ют, рубки - исходя из обеспечения местной прочности.

Набор надстройки аналогичен набору в междупалубных помещениях, только более легкий. Шпангоуты надстроек и бортовые стойки рубок устанавливают на каждом основном шпангоуте, учитывая расположение вырезов в стенках и палубах надстроек и рубок. В плоскости поперечных переборок корпуса судна устанавливают рамные шпангоуты и бимсы или выгородки. Из поперечных переборок надстроек наиболее прочными делают концевые носовые переборки средней надстройки и юта. Бортовые стенки надстроек швартующихся в море судов отстоят от борта не менее чем на 0,1 своей высоты либо имеют уклон не менее 0,1 в сторону ДП судна. По концам надстроек наблюдается концентрация напряжений, поэтому места окончания надстроек усиливают. Листы нижнего пояса бортовой обшивки надстройки имеют толщину большую, чем листы средней части надстройки.

Надстройки и рубки обычно стальные, однако на некоторых промысловых судах рубки изготовлены из алюминиевых сплавов, что уменьшает массу и понижает ЦТ судна. Для предотвращения контактной коррозии между стальным комингсом надстройки (рубки) и ее стенкой из алюминиевых сплавов устанавливают прокладку из резины или тиоколовой ленты и выполняют заклепочное соединение.

Углы соединения боковых стенок рубок с концевыми переборками выполняют закругленными. Для предотвращения концентрации напряжений в углах оконных и дверных вырезов и появления трещин углы вырезов скругляют, вырезы подкрепляют обделочными рамками. Вырезы для дверей в рубках, расположенных в средней части судна, подкрепляют утолщенными листами, вырезы для иллюминаторов и окон подкрепляют горизонтальными ребрами.

1.2 Выбор оборудования цеха для изготовления судовой рубки

Сварочный участок относится к группе «горячих цехов» и может размещаться отдельно или в общем блоке помещений, располагаемых в основном производственном корпусе. Участок может работать в две смены.

Непосредственное управление технологическим процессом сварочного участка осуществляется сменным мастером и начальником участка. Они подчиняются начальнику производства.

Для цеха подберем оборудование и сведем всё в таблицу.

Таблица 1.1. Оборудование сварочного цеха

Наименование	Тип или модель	Количество	Размер в плане ми.	Общая площадь м2
Стол с приспособлениями для крепления обрабатываемых деталей	Нест	2	1200*1200*682	2,88
Кран балка	ГОСТ 5890-67	1	Грузоподъемность 2 тонны
Нагревательное устройство	Нест	1	2730*1000*1200	2,73
Ванна с охлажденной водой для охлаждения горелок	Нест	2	682*682*682	0,92
Ящик с песком для медленного охлаждения деталей, склонных трещинообразованию	Нест	1	1230*1000*600	1,23
Газовый баллон кислородный	Нест	4	400*400*1200	0,64
Газовый баллон ацетиленовый	Нест	4	400*400*1200	0,64
Тележка для болона	ТБ - 1	2	682*600*700	0,8
Сварочный генератор ацетеленовый	АСП -10	2	1000*1000*820	1,0
Регулятор углекислородный	У - 30	2	682*682*682	0,92
Стеллаж для деталей	Нест	3	1100*600*1000	1,98

2. Разработка технологического процесса и механизация сборки и сварки рубки судна

2.1 Сварочные материалы и оборудование

Принципиальный технологический процесс сборки и сварки корпусных конструкций состоит из следующих основных технологических операций:

· подготовки места сборки, раскладки деталей согласно чертежу;

· судовой разметки и маркировки (контуровки, разметки мест установки набора и деталей насыщения);

· резки и строжки (удаления припусков, разделки кромок шва под сварку);

· пневматической рубки (разделки корня шва, удаления временных креплений);

· зачистки кромок шва под сварку; установки деталей по разметке и закреплению их под сварку (как и чем);

· сварки;

· правки после сварки;

· контуровки;

· проверки и приемки конструкции.

Сварочные материалы - это общий термин, под которым понимают расходные материалы, используемые в процессе сварки. В зависимости от вида сварки в качестве сварочных материалов могут быть использованы флюсы, проволока, электроды, присадочные прутки, защитные газы, керамические подкладки и др.

При автоматической и полуавтоматической сварке для обеспечения устойчивого горения дуги, защиты металла от вредного воздействия на него составляющих воздуха и частичного легирования применяют сварочные флюсы, представляющие собой зернистое вещество, которые при расплавлении образуют шлак, покрывающий металл сварочной ванны.

Флюсы изображены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. Сварочный материал - флюс

Флюс замедляет процесс затвердевания жидкого металла и тем самым создает благоприятные условия для выделения газов из металла, способствует лучшему формированию шва, уменьшает потери тепла сварочной дуги в окружающую среду, сокращает потери электродного металла на угар и разбрызгивание.

По способу производства флюсы делятся на плавленые и керамические.

Плавленые флюсы изготовляют путем плавления марганцевой руды, кварцевого песка, плавикового шпата и других компонентов в электрических или пламенных печах. Их выпускают в соответствии с требованиями ГОСТ, который устанавливает состав флюса, размер его зерен, плотность, методы испытания, требования по маркировке, упаковке, транспортированию и хранению.

ГОСТом регламентированы размеры зерен флюса от 0,25 до 4,0 мм с различными, в зависимости от марки флюса, максимальными размерами зерен.

Керамические флюсы представляют собой механическую смесь мелко измельченных компонентов, связанных жидким стеклом. Сырьем для их изготовления служит титановый концентрат, марганцевая руда, кварцевый песок, мрамор, плавиковый шпат, ферросплавы и др.

Эти флюсы очень гигроскопичны и требуют хранения в герметичной упаковке, а малая прочность флюса требует транспортировки его в жесткой таре.

Преимуществом керамического флюса является то, что он дает возможность легирования металла шва и снижает чувствительность процесса сварки к ржавчине.

При сварке проволокой диаметром более 3 мм рекомендуется применять флюс, имеющий крупную грануляцию (размер зерна 3,0-3,5 мм). С уменьшением диаметра проволоки, повышением плотности тока рекомендуется и снижение грануляции флюса.

Расход флюса, идущего на образование шлаковой корки, ориентировочно равен массе наплавленного металла. Расход флюса с учетом потерь при уборке и подаче на свариваемое изделие составляет массу, равную по массе расходу сварочной проволоки.

Защитные газы, изображённые на рисунке 2.2, служат для защиты и (или) изменения химического состава сварочного шва. Газы подразделяются на инертные и активные. Инертные газы (в сварке применяют аргон, гелий и смеси, содержащие эти газы) предназначены для защиты сварочной ванны от вступления свариваемых металлов в химические реакции с элементами, содержащимися в воздушной среде. Активные газы (используют углекислый газ, его смесь с аргоном и / или кислородом) используются для защиты, а иногда и обогащения металла в сварочной ванне.

Рисунок 2.2. Защитные газы

Основная роль сварочных электродов - подача электропитания для нагрева в точку сварки. Кроме того, при помощи электродов можно существенно изменять химический состав сварного шва или производить легирование свариваемого металла в точке сварки. При дуговой сварке обычно используются плавящиеся электроды, к которым относится сварочная проволока (она бывает сплошная и порошковая), присадочные прутки, сварочные ленты и пластины. Если сварочный процесс предусматривает плавление, то при помощи таких электродов вводится присадочный материал. Неплавящимися электродами называют электродные стержни.

В чертежах указывается тип электродов, которыми должна быть выполнена сварка, а в технологической документации конкретные марки электродов, по которым устанавливается режим сварки, норма расхода электродов, нормы времени и т.п.

Технические требования на электроды для сварки сталей независимо от их типа регламентированы ГОСТ.

ГОСТ регламентирует длину электродов и допускаемые ее отклонения, эксцентричность покрытия и величины допускаемых дефектов покрытия, требования по прочности и влагостойкости покрытия, а также технологические свойства, методику испытаний, маркировку, упаковку, транспортирование и хранение электродов.

Электроды для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей выпускают по ГОСТ, который распространяется на электроды типа Э42, Э42А, Э50 и другие для углеродистых и легированных сталей.

Цифры, стоящие за буквой Э, означают величину временного сопротивления разрыву металла шва в кг/мм2. (Для перевода в МПа нужно это значение умножить на 10). Буква А - повышенные требования по пластическим свойствам металла (относительное удлинение и ударная вязкость).

Все электроды для сварки сталей изготовляются на основе металлических стержней необходимого диаметра и марки из сварочной проволоки, выпускаемой по ГОСТ.

Сварочные свойства электродов, показанных на рисунке 2.3, должны соответствовать следующим требованиям:

дуга должна легко зажигаться и стабильно гореть с использованием тока, род и режим которого рекомендованы паспортом на электроды;

покрытие должно плавиться равномерно, без отваливающихся кусков и без образования «чехла» или «козырька», препятствующего непрерывному плавлению электродного стержня;

наплавленный на поверхность пластины валик должен равномерно покрываться шлаком, который после охлаждения должен легко удаляться;

металл шва и металл, наплавленный электродами, не должен иметь трещин.

Рисунок 2.3. Электроды

Сварочные свойства электродов определяются путем сварки тавровых соединений пластин из стали, для сварки которой предназначены данные электроды.

Для защиты расплавленного и перегретого металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, а также для легирования металла шва и повышения стабильности горения при дуговой сварке применяют электроды со специальным покрытием, которое может составлять по массе до 40% массы электродного стержня.

Электроды, выпускаемые по ГОСТ, могут иметь руднокислое (Р), рутиловое (Т), фтористокальциевое (Ф) или органическое (О) покрытие.

Покрытие электродов изготовляют из компонентов, которые подразделяются на стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие.

В сертификате на электроды дается их условное обозначение, представляющее собой дробное выражение. В числителе выражения записываются тип электрода, марка, диаметр, назначение, толщина покрытия и группа по качеству изготовления.

В знаменателе записываются индекс характеристики металла шва, вид покрытия, допускаемое пространственное положение, индекс рода тока и полярности.

Для дуговой и газовой сварки, металлических конструкций, для наплавки и изготовления электродов применяется сварочная проволока сплошного сечения, выпускаемая по ГОСТ. Она показана на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4. Сварочная проволока

В соответствии с этим ГОСТ изготовляют проволоку трех групп: низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную.

Обозначение марок проволоки состоит из сочетания букв и цифр. Индекс «Св» означает, что проволока - сварочная. Следующие за индексом две цифры говорят о содержании в проволоке углерода в сотых долях процента. В остальном маркировка стальной сварочной проволоки соответствует маркировке сталей, где буквы указывают на содержание в проволоке легирующих элементов, а цифры - содержание этих элементов в процентах.

Стальная сварочная проволока выпускается диаметром от 0,3 до 12 мм и поставляется в кассетах или намотанной на катушки. Масса одного мотка или бухты проволоки обычно не превышает 80 кг.

Каждая партия проволоки должна сопровождаться сертификатом, удостоверяющим соответствие проволоки требованиям стандарта.

В сертификате указывается: товарный знак предприятия-изготовителя; условное обозначение проволоки; диаметр проволоки и номер ГОСТа, по которому она изготовлена; номер плавки и партии; состояние поверхности проволоки; химический состав; результаты испытаний на растяжение; масса проволоки в килограммах.

Проволока должна храниться в сухом закрытом помещении, защищающем ее от воздействия атмосферных осадков и почвенной влаги, в условиях, предохраняющих проволоку от ржавления, загрязнения и механических повреждений.

Химический состав проволоки оказывает большое влияние на качество сварного соединения. Поэтому марку сварочной проволоки выбирают в соответствии с химическим составом свариваемой стали. Так, для низкоуглеродистых и большинства низколегированных сталей применяют низкоуглеродистые (Св-08, Св-08А), марганцевые (Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2), кремнемарганцевые (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС) и др.

Для сварки высоколегированных сталей применяют специальные проволоки, легированные хромом, никелем, ванадием, молибденом, титаном, ниобием и т.д.

Марку проволоки выбирают в зависимости от требуемых механических свойств и химического состава наплавленного металла.

Кроме сплошной проволоки для сварки и наплавки применяют порошковую проволоку (рисунок 2.5), ленточные сплошные и порошковые присадочные материалы.

Рисунок 2.5. Порошковая проволока

Порошковая проволока производится с самыми различными видами сечений, показанными на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6. Поперечное сечение порошковой проволоки

Трансформатор - это аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформатор представляет собой сердечник из магнитомягкой стали с двумя обмотками. Его общий вид показан на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7. Сварочный трансформатор

Изменение величины сварочного тока в трансформаторах может осуществляться путем изменения числа витков в первичной или вторичной обмотке (применяется только для изменения диапазонов регулирования) или путем изменения индуктивного сопротивления сварочной цепи. Индуктивное сопротивление может изменяться за счет изменения величины воздушного зазора в магнитопроводе, за счет изменения расстояния между первичными и вторичными обмотками, за счет введения магнитного шунта и др.

Сварочные трансформаторы для ручной дуговой сварки изготовляют на номинальные сварочные токи от 100 до 500 А. Такие трансформаторы обычно имеют два диапазона регулирования, обеспечивают падающую вольтамперную характеристику, а отношение величины тока короткого замыкания к рабочему составляет 1,2-1,6.

Для питания постов автоматической сварки и в качестве многопостовых источников изготовляют трансформаторы на ток 1000-5000 А.

Кроме сварочных трансформаторов при изготовлении и монтаже строительных конструкций находят широкое применение сварочные агрегаты, преобразователи и выпрямители.

Сварочные агрегаты изготовляют в соответствии с требованиями ГОСТ 2402-82 и состоят из сварочного генератора и двигателя внутреннего сгорания.

Генератор и бензиновый или дизельный двигатель могут быть исполнены для крепления к полу или фундаменту, на автоприцепе или в кузове автомашины.

Сварочный преобразователь по своей сути такой же агрегат и состоит из сварочного генератора и электродвигателя трехфазного переменного тока. Сварочный агрегат применяют в тех случаях, когда нет или затруднена возможность подсоединения к достаточно мощной сети трехфазного тока, а преобразователи используются во всех случаях, где имеется возможность использования электроэнергии в качестве источника энергии для привода в действие электродвигателя.

За счет применения импульсного стабилизатора горения дуги, изображённого на рисунке 2.8, достигается надежное и легкое ее зажигание.

Рисунок 2.8. Сварочные инверторы

Ведутся работы по усовершенствованию и созданию установок для сварки в среде защитных газов от источников с инверторным управлением, которое позволяет сократить время зажигания дуги до 2-3 мкс, а применение инвертора на базе широкоимпульсного модулятора за счет возможностей корректировки параметров режима позволяет значительно повысить скорость сварки на малых токах, что бывает необходимо при сварке тонкостенных конструкций.

Электрододержатель выпускается в соответствии с требованиями ГОСТ и должен иметь надежную электроизоляцию, не нагреваться, позволять быстро сменять и надежно закреплять электрод в нужном положении, иметь небольшую массу.

Для соединения электрододержателя к конструкции с источником питания и присоединение последнего к сети применяют провода различной конструкции и сечения.

Для защиты от излучений дуги и брызг расплавленного металла каждый сварщик обеспечивается спецодеждой и щитком или маской.

Рабочее место для выполнения сварки под флюсом и в среде защитных газов обеспечивается сварочным автоматом или полуавтоматом, пультом управления.

Сварочные аппараты для автоматической сварки под флюсом классифицируют по следующим признакам:

по способу защиты дуги и сварочной ванны - под флюсом, по флюсу, с газовой защитой;

по способу регулирования дуги - о саморегулированием, с автоматическим регулированием;

по способу формирования металла шва - свободное и принудительное;

по числу электродов - одно- и многоэлектродные;

по количеству одновременно горящих дуг - однодуговые и многодуговые;

по способу передвижения - подвесные и самоходные сварочные головки, сварочные тракторы, рельсовые и безрельсовые автоматы;

по типу свариваемых швов - универсальные для сварки различных швов сварных соединений и специализированные для сварки швов определенного типа.

Сварочный аппарат называется автоматом, если его механизмы и устройства выполняют следующие функции: подачу электродной проволоки и регулирование длины дуги; зажигание дуги в начале сварки; обрыв дуги в конце сварки; подвод тока к электродной проволоке; перемещение сварочной головки или изделия с заданной скоростью сварки; направление движения сварочной головки или изделия; корректировку положения электродной проволоки (угол наклона, вылет, положение относительно стыка и т.п.); правку проволоки; подачу и уборку флюса и др. Сварочный автомат изображён на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9. Сварочный автомат

Сварочный аппарат, закрепленный неподвижно или перемещаемый только по специальным направляющим, установленным вне изделия, называется сварочной головкой. Головки могут быть подвесные и самоходные.

Сварочный аппарат, который может перемещаться непосредственно по свариваемому изделию, называется сварочным трактором.

Сварочный аппарат, имеющий только механизм подачи сварочной проволоки, называется полуавтоматом.

Полуавтоматы шланговые для дуговой сварки плавящимся электродом должны удовлетворять требованиям ГОСТ, в котором регламентированы технические требования к полуавтоматам, их комплектность, техника безопасности при эксплуатации, правила приемки и срок службы.

Срок службы до списания полуавтомата должен быть не менее 5 лет, за исключением быстроизнашивающихся составляющих частей. Срок службы до первого капитального ремонта - не менее 2000 ч.

Для уменьшения трудоемкости и продолжительности сварочных работ, а также для повышения качества и снижения себестоимости конструкций в цехах сборки-сварки применяют механизированное вспомогательное оборудование и приспособления.

Приспособления подразделяются на сборочные, сварочные и комбинированные.

При сборке деталей и конструкций применяют винтовые прижимы, распорки, домкраты, фиксаторы, кондукторы, быстродействующие зажимные устройства пружинного, эксцентрикового и рычажно-винтового типа.

Примером рычажно-винтового зажимного устройства является струбцина, изображённая на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10. Струбцина

Струбцина состоит из корпуса 5 с гайкой 3, винта 2 с пятой 4 и рукояткой 1.

На поточных сборочно-сварочных линиях применяют специализированные кондукторы, имеющие надежные и быстродействующие механизмы для зажатия деталей.

Для вращения цилиндрических изделий во время сварки кольцевых швов и для установки таких изделий при сварке продольных швов применяют роликовые стенды.

Для поворота свариваемого изделия с целью установки его в положение, удобное для сварки, применяют кантователи и манипуляторы. Манипуляторы используют для сварки нескольких видов изделий, что позволяет выполнять ее с заданной скоростью и в наиболее благоприятном для сварки положении.

2.2 Требования к технологическому процессу сварки

Изготовление и постройка судов под надзором Регистра должны выполняться только после одобрения технологических процессов сварки, применяемых в процессе постройки судов с приложением спецификаций процессов сварки, применяемых в процессе постройки судов с приложением спецификаций процессов сварки на основании письма Главного Управления Регистра.

Проектирование технологического процесса сварки представляет собой сложную оптимизационную задачу, основанную на использовании расчетных аналитических методов проектирования. Оптимальный вариант технологического процесса изготовления сложной сварной конструкции выбирается из нескольких расчетных вариантов технологии.

Технологический процесс сварки включает в себя:

последовательность технологических операций;

разбивку конструкции на отдельные технологические узлы или элементы;

эскизную проработку специальных приспособлений и оснастки;

расчеты режимов основных сварочных процессов, расчеты ожидаемых сварочных напряжений и деформаций;

сравнительную оценку разработанных вариантов технологии.

После окончательного утверждения технического проекта и принятого варианта технологии выполняют рабочее проектирование конструкции (составление конструкторской документации) и разработку рабочей технологии (составление технологической документации).

К сварке допускаются сварщики, прошедшие аттестацию Регистром и получившие свидетельство о допуске сварщика.

Сварка узлов и конструкций должна производиться после приёмки сборки конструкции под сварку в соответствии с ОСТ 5. 9324.

Рабочий технологический процесс сварки включает в себя:

уточнения и изменения принципиального технологического процесса, связанные с изменением конструкции на этапе рабочего проектирования;

разработку технологических карт, в которых указывают все параметры режима сварки, применяемые сварочные материалы и оборудование;

краткие описания технологических приемов выполнения отдельных сварочных операций;

требования к прочности и качеству сварных конструкций на отдельных этапах их изготовления;

указания методов проверки точности и контроля качества соединений, узлов и готовой конструкции.

В зависимости от количества изделий, охватываемых процессом, установлено два вида технологического процесса: типовой и единичный. Правила разработки рабочих технологических процессов предусматривают обязательное использование типовых технологических процессов и стандартов на технологические операции.

Технология сварки корпусных конструкций рубок судна должна соответствовать требованиям ОСТ 5. 9673, ОСТ 5. 9856, РД 5. 9083, РД 5. 9633, РД 5. 90. 2488 и Правилам Регистра.

Для уменьшения и компенсации сварочных деформаций корпусных конструкций предприятию - изготовителю следует разработать технологические мероприятия в соответствии с РД 5. 9807.

Рабочее место сварщика, в особенности при работе под открытым небом - должно быть защищено от ветра, влаги и холода. Прежде всего при сварке в защитных газах следует обеспечить защиту от сквозняка.

Рекомендуется подогревать свариваемые кромки до получения сухого состояния при сварочных работах на открытых площадках.

Сварку при отрицательных температурах выполнять по Правилам МРС. Часть 14. Сварка. Раздел 2 пункт 2.1.3-2.1.5

При подготовке и подгонке конструктивных элементов необходимо соблюдать величины зазоров между свариваемыми кромками.

Сварку стыков и пазов полотнища по одному из следующих вариантов:

Сварку полотнища выполнять с двух сторон с кантовкой до установки набора.

Автоматическая сварка должна выполняться «напроход» по всей длине соединения, так как это показано на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 Сварка «напроход»

При длине соединения более 6 м допускается вести сварку от середины соединения к концам. Ведение сварки от середины к концам изделия изображено на рисунке 13.



Рисунок 2.12. Ведение сварки от середины к краям изделия

Ручная и полуавтоматическая сварка должна вестись от середины конструкции к её краям. При длине соединения более 2 м и «напроход».

Приварка набора главного направления к полотнищу выполнять автоматом «напроход» симметрично относительно продольной оси полотнища.

В местах, недоступных для автоматической сварки, применять полуавтоматическую сварку. Сварку выполнять обратно-ступенчатым способом, который показан на рисунке 2.13, от середины набора к краям и от середины конструкции к краям.

Рисунок 2.13. Обратно - ступенчатый способ сварки

Приварка рамного набора. Сварить набор между собой и с полотнищем по ячейкам с общим направлением сварки от середины конструкции к её краям, выполняя сначала сварку набора между собой, затем приварку его к полотнищу.

При выполнении сварочных работ следует применять раздельный способ сварки, при котором первоначально на полотнище устанавливается и приваривается набор главного направления после чего устанавливается перекрёстный набор и приваривается к набору главного направления и к полотнищу. В случае, когда раздельный способ сварки неприемлем по конструктивно-технологическим соображениям, необходимо устанавливать на полотнище весь набор, сваривать его между собой, а затем приваривать к полотнищу ячейковым способом в направлении от середины конструкции к краям, приваривая в первую очередь набор главного направления.

Сварку продольных и поперечных главных переборок на стапеле следует выполнять после окончания всех сборочно-сварочных работ по днищевым секциям, при этом должны быть сварены по стыкам продольные переборки затем к ним приварены поперечные переборки и только затем приступать к приварке продольных и поперечных переборок к настилу второго дна.

Приварка продольных и поперечных переборок.

выполнить сварку стыков продольных переборок со стороны набора;

удалить корень шва и выполнить подварку с другой стороны;

выполнить приварку переборок к настилу второго дна, выполняя приварку симметрично от середины конструкции и от ДП одновременно;

сварить соединения рамного, а затем промежуточного набора, выполняя сначала сварку поясков, а затем стенок;

приварить недоваренные участки набора к обшивке;

приварить соединения деталей и узлов россыпи.

При визуальном и измерительном контроле сварных швов не допускается:

наличие трещин в шве и околошовной зоне, непроваров, прожогов, свищей, незаваренных кратеров, протёков металла, наплывов, требований ГОСТов, местных скоплений пор и включений;

наличие отдельных пор более 0,1S при сварке листов до 20 мм;

подрезов до 1 мм длинной свыше 15 мм и подрезов более 1 мм любой длины, суммарная длина участков с подрезами глубиной до 1 мм не должна превышать 10% длины технологически самостоятельного соединения;

бугристости и чашуйчатости более 2 мм, западаний между валиками более 1,5 мм, неплавности перехода к основному металлу 3 мм для соединения с односторонним скосом кромок и 2 мм для остальных типов швов.

2.3 Выбор материалов на изготовление

Точность изготовления конструкции рубок судна во многом определяется точностью подаваемых на сборку деталей, а также оснащённостью стендов и постелей средствами контроля контура конструкции и положения концов набора. Даже современные методы обработки деталей и методы сборки не всегда обеспечивают изготовление конструкции «в чистый размер».

Собранное изделие - должно удовлетворять требованиям точности, для того чтобы снизить объём пригоночных работ при последующих работах. Поэтому в судостроительной промышленности выпущен ряд ОСТов, регламентирующих допуски на отклонения формы отдельных элементов рубок.

Детали, поступающие на сборку соединений для последующей сварки, должны быть обработаны, выправлены, замаркированы, приняты службами технического контроля, скомплектованы и иметь сопроводительную документацию в соответствий с требованиями.

Также детали должны быть очищены от грязи, масла, ржавчины и не иметь на поверхности и кромках дефектов в виде заусенцев, грата, трещин, забоин, вмятин. Листовые детали следует подавать на сборку загрунтованными.

Детали, поступающие на сборку с припусками, должны быть изготовлены в соответствии со «Схемой припусков». При этом необходимо учитывать различие между припусками контуровочными, которые удаляют при сборке конструкции, и монтажными, которые удаляются при монтаже конструкции на стапеле.

Контуровочные припуски рекомендуется выполнять величиной 20 - 30 мм, а монтажные - 30 - 50 мм. Детали с припусками должны иметь соответствующую маркировку, указывающую величины припуска.

Детали, поступающие на сборку без припуска, обрабатываются с учётом зазоров под сварку.

Детали, предназначенные для сборки соединений со скосом кромок или имеющие технологический припуск, удаляемый перед сваркой, должны быть вырезаны тепловой (кислородной или плазменной) резкой или механическим способом в соответствия с требованиями действующей документации. Скос кромки у деталей должен быть произведен кислородной резкой или механическим способом.

Детали, предназначенные для сборки соединений без скоса кромок, подлежащие автоматической дуговой сварке под флюсом, должны быть вырезаны тепловой (кислородной) резкой или механическим способом при толщине деталей соединения до 7 мм включительно и тепловой или механическим способом при толщине деталей соединения от 8 до 14 мм включительно.

При применении плазменной резки, для обеспечения требуемого качества сборки соединения под сварку, детали должны быть вырезаны по первому классу точности ГОСТ.

Детали, предназначенные для сборки соединений без скоса кромок, подлежащие сварке способами, предусмотренными настоящим стандартом, должны быть вырезаны тепловой резкой (кислородной или плазменной) или механическим способом.

Кромки деталей соединения и прилегающие к ним поверхности, подлежащие сварке, непосредственно перед сборкой должны быть защищены от влаги, краски, масла, ржавчины, окалины и специальных покрытий до чистого металла.

В собранных под сварку соединениях конструктивные элементы и их размеры (угол разделки кромок, зазор, притупление) должны соответствовать требованиям действующей документации на сварные соединения или требованиям чертежа.

Допускаемое смещение кромок деталей соединения, собранного под сварку, не должно превышать размеров, установленных требованиями действующей документации на сварные соединения.

В предписанных нормативными документами Регистра случаях, собранные под сварку конструкции или изделия должны предъявляться инспектору Регистра для освидетельствования.

Собранные под сварку конструкций или изделия должны быть проконтролированное службой технического контроля на соответствие требованиям чертежа, и настоящего стандарта.

рубка технологический палуба сварка

2.4 Расчет основных параметров

Согласно 1.1.3 части II [2], шпация - расстояние между балками основного набора, принимаемое исходя из нормальной шпации а_о, определяемой по формуле:

а_о = 0,002L+0,48 (3.1)

а_о = 0,002206,8+0,48 ? 0,894 м

Для судов неограниченного района плавания разрешено отклонение от нормальной шпации ±25%. Исходя из этого, окончательно принимаем а_о = 0,7 м.

Для форпика и ахтерпика принимаем шпацию равную 0,6 м.

Шпация между переборкой форпика и сечением 0,2L в корму от носового перпендикуляра - не более 0,7 м. В этом районе так же принимаем шпацию равную 0,6 м.

Согласно 1.1.6.3.1 части II [2] форпиковая или таранная переборка должна располагаться на расстоянии не менее 5% длины судна и не более 3 м плюс 5% длины судна от носового перпендикуляра. Следовательно, принимаем длину форпика 11,4 м из конструктивных соображений, что равно 19 шпациям.

Длина ахтерпика составляет обычно (0,04 - 0,07) L в зависимости от типа кормы. Из конструктивных соображений принимаем длину ахтерпика равной длине форпика 11,4 м, что равно 19 шпациям.

Длину машинного отделения в корме принимаем согласно прототипу 23,1 м.

Длина трюмов судна должна быть кратна длине 20-футовых контейнеров с учётом интервалов между их торцами, но расстояние 30 м между водонепроницаемыми поперечными переборками не должно превышать указанное в 2.7.1.3 части II [2]. Разбиваем оставшуюся длину корпуса на 6 грузовых трюмов и 2 коффердама для увеличения местной и поперечной прочности бортов.

Таким образом, поперечные переборки размещены согласно таблице 2.1.

Таблица 2.1

№	Отсеки	Длина отсека, м	Число шпаций	Размер шпации, м
1	Форпик	11,4	19	0,6
2	Трюм №1	15	25	0,6
3	Трюм №2	28,3	25	0,6
			19	0,7
4	Трюм №3	28,7	41	0,7
5	Коффердам №1	1,4	2	0,7
6	Трюм №4	28,7	41	0,7
7	Трюм №5	28,7	41	0,7
8	Коффердам №2	1,4	2	0,7
9	Трюм №6	28,7	41	0,7
10	МКО	23,1	33	0,7
11	Ахтерпик	11,4	19	0,6

Так как данное судно длиной более 185 м, минимальное число водонепроницаемых поперечных переборок определяется по согласованию с Регистром.

Вырезы для люков в верхней палубе судна выполняют максимально возможной ширины, допустимой с точки зрения прочности и кратной ширине контейнеров с учётом интервалов для направляющих. По данным [3] ширина люков обычно составляет 79-85% ширины судна.

Таким образом, принимаем для трюма №1 люк 12,6х19 м, для трюма №2 и №6 - 2 люка 12,8х24,3 м, для трюмов №3-5 - два люка 12,8х28 м.

Для судна применяют люковые закрытия понтонного типа.

Для изготовления элементов конструкций рубок судна предусматривается применение судостроительной стали согласно 1.2.2 части II [2].

При выборе стальных листов и профилей для изготовления конструкций следует учитывать множество факторов. Среди них отметим: степень ответственности связи, характер напряжённого состояния элемента конструкции, температуры эксплуатации, прочностные и пластические свойства стали, коррозионную стойкость; стоимость стального проката.

Степень ответственности связей рубок судна определяем согласно 1.2.3.7 и таблице 1.2.3.7-1 части II [2].

Расчетную температуру конструкций принимаем 0°С, так как в предполагаемом классе судна нет обозначений, подразумевающих эксплуатацию судна в ледовых условиях.

Требуемую категории стали определяем в соответствии с рис. 1.2.3.1-1 - 1.2.3.1 - 3 части II [2].

При выборе стали также ориентируемся на таблицу 1 [1], согласно которой для судов длиной более 200 м рекомендуемые категории стали А40, D40, E40, F40 по ГОСТ52927-2015.

Для изготовления элементов рубок судна принимаем следующие категории судостроительной стали, представленные в таблице 2.

Таблица 2.2

№	Расчетная температура конструкции, Та	Группа связи	Требуемая категория стали	Принятая категория стали
1
1.1	0°С	I, II	А, А32, А36, А40	D32
1.2	0°С	I	А, А32, А36, А40	D32
1.3	0°С	I	А, А32, А36, А40	A40
2
2.1	0°С	I	А, А32, А36, А40	D32
2.2	0°С	III	А, А32, А36, А40	D40
2.3	0°С	I, II, III	А, А32, А36, А40	D32, D40
2.4	0°С	I	А, А32, А36, А40	A40
3
3.1	0°С	I, III	А, А32, А36, А40	D32, D40
3.2	0°С	II, III	А, А32, А36, А40	D32, D40
4	0°С	II, III	А, А32, А36, А40	D32, D40
5
5.1	0°С	I, II	А, А32, А36, А40	A40, D32
5.2	0°С	I	А, А32, А36, А40	A40
6
6.1	0°С	I	А, А32, А36, А40	А40
6.2	0°С	I	А, А32, А36, А40	А40

Размеры большинства конструкций рубок судна определяются действующими на них внешними нагрузками. Нагрузки условно делятся на общие (определяющие изгиб в целом) и местные (вызывающие напряжение и деформацию отдельных конструкций).

На первом этапе проектирования конструкции рубок судна рассчитываются на местные нагрузки.

Расчет производится в соответствии с 1.3 части II [2].

Расчет нагрузок при статическом положении судна на тихой воде

При положении судна на тихой воде, расчетное давление воды на все точки поверхности борта и днища изменяется пропорционально заглублению точек под поверхностью воды. Таким образом на уровне конструктивной ватерлинии (КВЛ) это давление будет равно нулю, а на уровне днища в районе диаметральной плоскости (ДП) будет равно произведению осадки судна на плотность воды и ускорение свободного падения.

Таким образом,

P_тв = Тсg = 121,0259,81 = 120,66 кПа.

Расчет нагрузок, действующих на судно при волнении

Согласно 1.1.3.4 части II [2] основным параметром расчетных нагрузок и ускорений, воспринимаемых рубками судна со стороны моря, является волновой коэффициент c_w, определяемый в зависимости от длины судна.

При 90 ? L ? 300 коэффициент c_w определяется по формуле

.

Таким образом, c_w = 9,94.

Расчетное давление р, кПа, действующее на рубки судна со стороны моря, определяется по формулам:

- для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней грузовой ватерлинии (ГВЛ),

p = p_st + p_w;

- для точек приложения нагрузок, расположенных выше летней ГВЛ,

p = p_w,

где p_st - статическое давление, кПа, определяемое по формуле

p_st = 10z_i,

z_i - отстояние точки приложения нагрузки от летней ГВЛ, м,

p_w - расчетное давление, обусловленное перемещениями конструкции относительно профиля волны, кПа.

Находим p_st, для чего принимаем z_i равной осадке (Т). Следовательно, p_st равно 120 кПа.

В свою очередь p_w определяется по формулам:

- для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней ГВЛ,

р_w = p_w0 - 1,5c_wz_i/T;

- для точек приложения нагрузок, расположенных выше ГВЛ,

р_w = p_wo-7,5a_xz_i,

где p_w0 = 5c_wa_хa_x;

a_х = 0,8Vэк (L/10³ + 0,4)/ + 1,5;

a_x = k_x(1-2x_l/L) ? 0,267;

k_x - коэффициент, равный 0,8 и 0,5 для поперечных сечений в нос и корму от миделя, соответственно;

x_l - отстояние рассматриваемого поперечного сечения от ближайшего (носового или кормового) перпендикуляра, м.

Кроме того, при расчете необходимо учесть следующие требования:

1) Произведение a_хa_x должно приниматься не менее 0,6;

2) При расчете р_w для точек приложения нагрузок, расположенных выше ГВЛ, z_i принимаем как разность между высотой борта (Н) и Т, что равно 5,3 м;

3) Минимальная нагрузка, действующая на верхнюю палубу (ВП) принимается 0,7р_w согласно 2.6.3.1 части II [2] при выполнении условия

0,7р_w ? р_min,

где р_min = 0,1L + 7 = 0,1·206,8+ 7 = 27,68 кПа - в носовой оконечности в пределах 0,2L от носового перпендикуляра;

р_min = 0,015L + 7 = 0,015·206,8 + 7 = 10,10 кПа - в средней части и в корму от средней части.

Расчет нагрузок, действующих на судно при волнении, сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

	-0,4L	-0,2L	0 (мидель)	0,2L	0,4L
xl	20,68	62,04	103,4	62,04	20,68
aх	1,85	1,85	1,85	1,85	1,85
kx	0,5	0,5	0,5	0,8	0,8
ax	0,400	0,267	0,267	0,320	0,640
aхax	0,74	0,60	0,60	0,60	1,18
pw0	36,78	29,82	29,82	29,82	58,65
рw ниже ГВЛ	21,87	14,91	14,91	14,91	43,74
р ниже ГВЛ	141,87	134,91	134,91	134,91	163,74
рw = р выше ГВЛ	20,88	19,21	19,21	17,10	33,21
0,7рw выше ГВЛ	14,62	13,45	13,45	27,68	27,68

Построим эпюры расчетного давления на наружную обшивку конструкции рубок судна при статическом положении судна на тихой воде и от воздействия на судно волны, а также эпюры суммарного давления.



Рисунок 2.14. Эпюры расчетного давления:

1) на тихой воде; 2) при волнении; 3) суммарного давления

Проверка общей прочности конструкции рубок судна в дипломном проектировании сводится к определению минимального момента сопротивления сечения W_min и минимального момента инерции сечения I.

W_min, см³, определяется согласно 1.4.6.7 части II [2] по формуле

,

где С_b = 0,793 - коэффициент общей полноты;

с_w = 9,94 - волновой коэффициент, который определен в 6.2;

? принимаю среднего значения 0,72.

Рассчитаем W_min.

см³.

I, см⁴, определяется согласно 1.4.6.9 части II [2] по формуле

Находим I.

см⁴.

2.5 Технологический процесс сборки и сварки узлов

Сборка объемных секций надстроек и юта

Такие секции (рис. 2.15) состоят из тонколистовых плоскостных секций - поперечных переборок, бортовых стенок и внутренних (продольных и поперечных) выгородок.

Объемные секции надстроек и юта в большинстве случаев собирают в перевернутом положении на вышележащей палубе.

Рисунок 2.15. Объемная секция надстройки.

1 - поперечная переборка; 2 - бортовые секции; 3 - внутренние выгородки.

Если палуба имеет конструктивную погибь, то сборка секции осуществляется в постели. Плоскостные секции при сборке объемных секций надстроек и юта устанавливают после разметки палуб в следующей очередности:

1. ставят поперечную переборку так, чтобы ее линия диаметральной плоскости была совмещена с такой же линией на палубе;

2. затем устанавливают бортовые стенки. Теоретические линии их шпангоутов должны совпасть с аналогичными на настиле палубы;

3. при установке внутренних выгородок проверяют положение каждой из них по крену, дифференту и высоте.

Недопустимую бухтиноватость бортовых стенок и переборок устраняют правкой.

При построении корпуса рубки сначала формируется ее крыша. Для этого:

1. Изучение рабочих чертежей конструкции и технологического процесса, проверка необходимых для сб...