Литературный обзор по изготовлению типовых конструкций

Полотнища секций являются весьма распространенным типом узлов корпусных конструкций. Полотнища можно изготовлять по двум следующим организационно-технологическим вариантам:

- сборка и сварка полотнищ в виде отдельного самостоятельного узла;

- сборка и сварка полотнищ на механизированной поточной линии изготовления плоских секций.

Рассмотрим первый вариант изготовления полотнищ. В этом случае их сборка и сварка осуществляется на самостоятельном участке, оборудованном специализированной оснасткой. При серийном изготовлении полотнищ целесообразно применять не единичные стенды, а поточную линию, состоящую из нескольких позиций (рис. 2). На первых этапах изготовления полотнищ основное внимание уделено сварочным работам. К настоящему времени создано и освоено промышленностью несколько способов сварки стыков полотнищ.

Весьма распространенным все еще является способ, при котором сварка осуществляется «на весу». В этом случае производится автоматическая сварка (под слоем флюса) одной стороны полотнища, а затем после перекантовки полотнища и зачистки корня шва производится подварка обратной стороны швов. При сварке «на весу» требуется тщательно подгонять стыкуемые соединения и применять ограниченные режимы сварки во избежание прожогов. Это обстоятельство снижает эффективность автоматической сварки. В то же время при таком способе сварки легко обеспечить качественный шов по всей его длине. В дальнейшем был разработан техпроцесс, предусматривающий автоматическую сварку полотнищ на специальном стенде с желобами, заполненными флюсом.

Флюсовая подушка, предохраняющая от протекания сварочной ванны, позволяет иметь повышенный зазор в стыковых соединениях. Технология сварки при повышенных зазорах значительно облегчила сборку полотнищ, исключила прирубку или подрезку кромок и обусловила применение достаточно высоких режимов сварки. В последнее время получила широкое распространение односторонняя сварка с двусторонним формированием шва. Этому способствовал целый ряд существенных преимуществ указанного способа по сравнению с двусторонней сваркой. [5]

Технология сборки и односторонней сварки с двусторонним формированием шва на судостроительном заводе им. А.А. Жданова.Рис.2. Сборка полотнища осуществляется в следующей последовательности. Первая пара листов подается козловым краном с вакуумными захватами на стенд сборки. Сборка каждого стыка производится на силовой балке стенда сборки. Кромки листов зачищаются от ржавчины и окалины с помощью пневматической металлической щетки, ориентируются по базовым упорам, прижимаются друг к другу с помощью механизмов перемещения. Выравнивание кромок листов при прихватке производится специальным электромагнитом, укрепленным на транспортировочной тележке. Прихватка листов и прихватка выводных планок производится вручную электродами УОНИ-13/45А. после прихватки листы сдвигаются в направлении формирующих устройств, освобождая место для укладки последующего листа. Все технологические операции и управление механизмами линий выполняются бригадой рабочих, состоящей из трех сборщиков и двух электросварщиков. Собранное под сварку полотнище с помощью механизма передвижения подается на позицию сварки. На медные подкладки предварительно насыпается флюс с помощью флюсоукладчика. Медные подкладки с насыпанным на них флюсом подводятся под собранный стык и поднимаются до соприкосновения электромагнитов с полотном, затем включаются электромагниты. После опускания магнитной системы подается сжатый воздух в пневморукава подкладки и последняя с флюсом поджимается к стыку с заданным усилием. Механизм передвижения и поворота сварочного агрегата автомат «Мир» ориентируется на стык полотнища, после чего производится его сварка. [6]

Сварка листов в полотнище производится автоматами или полуавтоматами (полуавтоматы применяются лишь в исключительных случаях) на стендах, имеющих флюсовые, флюсомедные или другие подушки для формирования двустороннего шва за один проход. При отсутствии таких подушек полотнище, заваренное с одной стороны, перекантовывается и подваривается также автоматами с обратной. Наиболее часто в судостроении применяется односторонняя сварка с двусторонним формированием шва, однако, применение этого способа не всегда удовлетворяет существующим методам. [3]

С учетом важности широкого применения в судостроении способа односторонней сварки были проведены исследования технологии сварки полотнищ толщиной 4-10 мм, изготовляемых из стали Ст3. Исследовались два способа: сварка на медной подкладке с канавкой и сварка на флюсо-медной подкладке. При сварке стыков без засыпки флюса в формирующую канавку, получить хорошее формирование шва не удалось вследствие слишком быстрого застывания расплавленного металла на подкладке. Введение в канавку различного количества флюса повысило качество обратной стороны шва; лучшие результаты были получены при полном заполнении канавки флюсом. В результате выполненных исследований были отработаны режимы сварки, позволяющие получить удовлетворительное формирование обеих сторон шва, однако полностью избежать дефектов на обратной стороне шва не удалось. [7]

Важнейшим направлением является комплексная механизация производства сварных конструкций. Работа по механизации сварочного производства на судостроительных заводах ведется в направлении расширения объема применения известных способов механизированной сварки; разработки и освоения новых механизированных методов сварки, а также в направлении создания комплексно-механизированных линий для изготовления типовых корпусных конструкций (крупногабаритных полотнищ, различных секций, выгородок и стенок надстроек и др.). Относительный объем применения различных видов сварки на Выборгском судостроительном заводе следующий:

- полуавтоматическая в смеси газов 95% С0₂+ 5% 0₂75,7%

- автоматическая и полуавтоматическая под флюсом 3,6%

- контактная0,5%

- ручная электродуговая19,7%

- газовая и др.0,5%

3. Анализ предлагаемых вариантов при разработке техпроцесса

Правка

Правка в валках применяется для выправления в холодном состояний стальных листов и листов из цветных сплавов толщиной до 50 мм и шириной до 5000. Листы толщиной более 50 мм обычно правят под прессами. Холодная правка в валках обеспечивает получение качества листового проката в соответствии со стандартами на прокатную тонколистовую и толстолистовую сталь. Рассматриваемый способ правки является наиболее производительным по сравнению с другими способами правки поперечным изгибом на прессах с правкой растяжением, правка осуществляется между двумя рядами валков, причем валки одного ряда размещены в шахматном порядке по отношению валков другого ряда. Расстояние между рядами валков регулируется. Просвет между валками верхнего и нижнего рядов устанавливается несколько меньшим толщины листа, подлежащего правке. Лист захватывается вращением валков и при прохождении между ними получает многократные, чередующиеся в противоположные стороны изгибы (перегибы) с напряжениями, превосходящими предел текучести материала, благодаря чему и достигается выправление листа. Бывают машины с параллельными рядами валков и с непараллельными рядами валков. Последние машины предназначены не только для правки, но и для изменения размеров листа (уменьшение толщины, увеличение двух других размеров) из материалов с низким пределов текучести.

Рис.4 Схемы расположения валков в машинах с параллельными рядами валков и с непараллельными рядами валков.

Число валков зависит от толщины и нужного качества листа. Чем больше толщина листа, тем меньшее количество валков необходимо, но при этом увеличивается число заходов правки. Так при правке листов толщиной 6 мм на пяти валковой машине, что бы получить необходимую корабоватость нужно пропускать листы два раза, что увеличивает время заготовительных операций и понижает производительность. Тоже качество можно получить на семи валковых машинах, но уже за один проход. [5] Выбираем правку на семи валковой машине.

3.2 Схема механической резки листов

Кромки ребер имеют прямолинейную форму, и в данном случае будет более производительной механическая резка. При термической резке деталей с прямолинейными кромками возможно деформирование металла, что требует дальнейшей правки и механической обработки. Поэтому целесообразнее применить механический способ резка.

Резка на гильотинных ножницах

Работа на гильотинных ножницах аналогична работе на пресс-ножницах Частота этих ножниц несколько ниже (11 раз за минуту), однако большая ширина ножа (до 3,2 м) делает их более производительными. К тому же после резки на гильотинных ножницах наблюдается более чистый рез, а заготовки меньше деформируются и не требуют правки. Резке на гильотинных ножницах по упору исключает разметку и при небольших размерах деталей обеспечивает получение заготовок заданных размеров с высокой точностью.

Резка на дисковых ножницах

Резка дисковыми ножницами менее трудоемкая, чем на гильотинных Производительность зависит от скорости вращения дисков, которая обеспечивает скорость резки до 0,2 м/с. Толщина разрезаемых листов может достигать 25 мм, но при больших толщинах затрудняется начало резки. К тому же отечественная промышленность не выпускает дисковые ножницы, режущие листы толщиной свыше 10 мм. В промышленности их используют, как правило, для резки листов толщиной до 5 мм. Заготовки после резки этими ножницами требуют правки , что увеличивают время заготовительных операций. [ 6 ]

Таким образом выбираем резку на гильотинных ножницах. Перед дисковыми - по затратам, т. к. импортное оборудование дороже отечественного. Также использование гильотинных ножниц по сравнению с другими рассмотренными схемами не требует правки.

Вырезка люка

Для вырезки люка применяем термическую резку. При этом возможно применение:

а) кислородной резки;

б) воздушно-дуговой резки.

Производительность воздушно-дуговой резки значительно выше кислородной, но при этом плохое качество реза и отрезанные кромки придется подвергать дополнительной механической обработке. Точность соблюдения размеров при кислородной резке значительно выше. Выбираем кислородную резку. [9]

Вид сварки

При выборе вида сварки рассмотрим два варианта:

а) сварка под слоем флюса;

б) сварка в смеси газов 95% С0₂+ 5% 0₂.

Анализируя предлагаемые варианты, принимаю сварку в смеси газов, так как одним из важнейших преимуществ, по сравнению со сваркой под слоем флюса, является возможность стабильно зажигать дугу, а в нашей конструкции необходимо сваривать прерывистыми швами, в этом случае сваривать под флюсом невозможно. Это преимущество является важнейшим при выборе вида сварки. Но существуют и другие преимущества сварки в смеси газов. Это отсутствие операций по удержанию и удалению флюса, эти операции трудоемки, а, следовательно, и производительность при сварке в смеси газов будет выше, чем при сварке под флюсом. При сварке в смеси газов возможно контролировать свариваемое соединение при сварке. В связи с выделенными преимуществами применяем сварку в смеси газов. [10, 11]

Защитная среда

В качестве защитных газов при сварке плавлением применяют различные газы и их смеси. Для сварки углеродистой стали можно применить:

1 СО₂ + 5% О₂

2 Ar + 20% СО₂[10]

Преимуществом защитной среды Ar + 20% СО₂ над защитной средой СО₂ и СО₂ + 5% О₂ существенно, но при этом ее стоимость значительно выше и применять защитную среду Ar + 20% СО₂ нецелесообразно. Наиболее широкое применение находит в последние годы смесь СО₂ + 5% О₂ , она оказывает более интенсивное окисляющее действие на жидкий металл, чем чистый углекислый газ. Благодаря этому повышается жидкотекучесть металла, что приводит к стабильности струйного процесса и улучшает формирование шва, а также снижает привариваемость капель металла к поверхности изделия. При добавлении к углекислому газу кислорода уменьшается вероятность образования пор, кроме того, кислород дешевле углекислого газа, что делает смесь экономически выгодной. Выбираем защитную среду СО₂ + 5% О₂ . [10]

Сварочная проволока

Для сварки конструкционных сталей в окислительных защитных газах обычно применяют легированные кремнием и марганцем сварочные проволоки: Св-08Г2; Св-08ГС; Св-08Г2С. Все они отличаются количеством легирующих компонентов. Наиболее большое количество марганца содержится в проволоке Св-08Г2С, наиболее большое содержание кремния содержит проволока Св-08ГС и Св-08Г2С. Повышенное содержание марганца и кремния в металле сварочной ванны препятствует переходу серы из шлака в металл и устраняет вредное влияние серы в сварном соединении. Реакция окисления углерода проходит в металле сварочной ванны более интенсивно при варке проволоками, содержащими значительные количества марганца и кремния. Окисление углерода ведет к уменьшению его концентрации в металле шва, что повышает стойкость шва против образования кристаллизационных трещин. Выбираем проволоку Св-08Г2С, так как она содержит больше марганца по сравнению с проволокой Св-08ГС и больше кремния по сравнению с проволокой Св-08Г2. При сварке проволокой Св-08Г2С в металле шва будет меньшее содержание серы, и стойкость шва будет выше против образования кристаллизационных трещин. [10, 3]