Реферат сварка в судостроении
Обновлено: 05.07.2024
Рецензент - кафедра кораблестроения Калининградского государственного технического университета,
Морозов В.Н. Конспект лекций: сварка судовых конструкций: Учебное пособие.
ISBN НЕ присвоен. Внутреннее издание Калининградского государственного технического университета.
IBSN НЕ присвоен. Внутреннее издание КГТУ В.Н.Морозов, 2011
Электрическая дуговая сварка в настоящее время является основным технологическим процессом соединения судовых корпусных конструкций. В зависимости от условий производства, особенностей свариваемых материалов, а также требований, предъявляемых к свойствам и качеству сварных соединений, в настоящее время в промышленности применяют более шестидесяти видов сварки. Переход от клёпаного судостроения к сварному позволил существенно упростить конструкцию судна и снизить вес корпуса, удешевить постройку корпуса благодаря упрощению технологии и повысить качество изготовления конструкций и др. [8, 7]. Но появились определённые сложности, связанные с проявлением остаточных сварочных деформаций (искажение размеров и формы конструкции) и остаточных напряжений в сварных конструкциях [ 1, 8]. За последние 15-20 лет в сварочной технике и, в частности, в судостроении стали применять много новых процессов сварки – это и односторонняя сварка конструкций на охлаждаемых медных подкладках и скользящем медном ползуне, положено начало широкому внедрению электрошлаковой сварки в судостроении при постройке корпусов судов и применению газоэлектрической резки металлов в судостроении и многое другое.
Согласно программе курса в учебном пособии основное внимание уделено электрической дуговой сварке – начиная от ручной дуговой и её разновидностях и кончая высокопроизводительной автоматической сварке под слоем флюса и в среде защитных газах. Определённое внимание уделено и причинам возникновения остаточных сварочных деформаций судовых корпусных конструкций. В учебном пособии рассмотрены также металлургические процессы при сварке, а также современные способы контроля качества сварных соединений. Данное учебное пособие, в формате конспекта лекций, значительно облегчит усвоение этой дисциплины и послужит основой для закрепления полученных теоретических знаний и компетенций в области сварки. Предшествующая этой дисциплине рабочая учебная практика студентов на судостроительном предприятии и получение ими квалификационного разряда по сварке, поможет студентам успешно освоить лабораторные работы.
К началу 30-х годов на заводах морского и речного судостроения была создана база, необходимая для производства сварочных работ, подготовлены квалифицированные сварщики, что позволило приступить к строительству цельносварных корпусов судов. Первенец отечественного сварного судостроения— сварной морской катер был построен на Дальневосточном заводе (г. Владивосток) весной 1930 г. [5] и сдан в начале 1931 г. В конструкции катера имелся ряд особенностей, вызванных переходом с клепки на сварку и отражавших отсутствие опыта постройки сварных судов. В результате перехода на сварку масса корпуса была снижена на 19,6%, а трудоемкость изготовления корпуса — на 31,4%.
Рис. 13.1. Первый цельносварной 150-сильный речной буксирный пароход в процессе изготовления
Используя опыт постройки первого катера, под руководством В. П. Вологдина в 1931 г. был спроектирован п построен подобный морской катер, но с гранеными шпангоутами. При такой форме корпуса значительно упрощаются заготовительные работы по обшивке, так как каждый лист представляет собой элемент конической поверхности малой кривизны, развертываемой на плоскость. В 1932 г. на заводе была заложена серия из 10 сварных катеров и начата постройка двух целиком сварных 500-тонных речных барж. В конструк-ции катеров и барж постройки Дальневосточного завода было применено много новшеств и упрощений, обеспечивающих технологичность и использующих преимущества сварки по сравнению с клепкой [1, 4].
В июле 1932 г. правление Союзверфп приняло решение о разработке проекта и технологических процессов постройки цельносварного морского траулера. К этому времени в Судопроекте уже заканчивалась разработка чертежей сварных конструкций корпуса морских лесовозов, причем проектировались сварными не только второстепенные, но и ответственные части судового корпуса, включая второе дно, верхнюю палубу и даже наружную обшивку. В технических планах ряда заводов на 1932 г. была предусмотрена постройка сварных судов, например, в Николаеве — шесть сухогрузных барж и сварного буксира, на Севастопольском заводе — баржи и т. д.
В связи с необходимостью пополнения речного флота новыми судами была начата постройка судов в новых бассейнах.
В конце 1930 г. состоялась Первая Всесоюзная научно-техническая конференция по судостроению, которая наметила обширную программу исследовательских и экспериментальных работ по сварке, в том числе постройку четырех опытных сварных судов. Не смотря на достигнутые успехи, сварка в морском судостроении оставалась еще весьма новым и неизученным процессом. В технической литературе того времени продолжались дискуссии о возможности и целесообразности перехода на постройку полностью сварных морских судов [9, 15]. Но сварка как прогрессивный технологический процесс, прокладывая путь к широкому промышленному применению, выдвигала много сложных научно-технических проблем.
Атомный ледокол ленин
Трехдуговая сварочная головка
Все сварные соединения в то время выполняли преимущественно ручной дуговой сваркой электродами с тонким (меловым) покрытием. Металл шва хотя и обладал достаточной прочностью, близкой к прочности основного металла, но вследствие значительного окисления и насыщения азотом имел крайне низкие пластические свойства. Из-за малой пластичности металла шва сдерживалось применение сварки для наружной обшивки корпуса судна. Вызывала серьезные сомнения работоспособность швов, испытывающих при эксплуатации продольную растягивающую нагрузку. Из-за этого в первых сварных судах не применялись сварные соединения встык по пазам: на ряде судов пазы обшивки оставались клепаными, а стыки — сварными. Весь набор к обшивке приваривали. С появлением толсто покрытых электродов, дающих металл шва высокой пластичности, указанные опасения были устранены и сваривать стали все ответственные части корпуса, в том числе наружную обшивку [10]. Отмеченные выше опасения относительно работы продольно нагруженных швов для речного судостроения не имели такой остроты, как для морского судостроения. Поэтому уже в мае 1932 г. Наркомтяжпром, объединявший в то время заводы речного судостроения, издал распоряжение о разработке плана полного перевода с 1934 г. речного судостроения на сварку и прекращении выпуска клепаных судов.
В 1935 г. на многих заводах сварщики-стахановцы значительно повысили производительность труда. Так, на
Ленинградском заводе средняя выработка сварщиков по сравнению с началом 1935 г. увеличилась в октябре на 34%, в ноябре —на 55%, и в декабре — на 100%. В то же время па Ленинградском заводе была применена автоматическая сварка открытой дугой автоматом АМ-2 при изготовлении трубчатых конструкций и плоскостных секций. Однако эта попытка оказалась неудачной из-за низкой производительности автомата по причине значительных затрат времени на его наладку и установку.
Более быстрыми темпами развивалось применение сварочной технологии в речном судостроении. План перехода от постройки клепаных судов к цельносварным, намеченный в середине 30-х годов, был успешно осуществлен. Это открыло большие возможности для дальнейших крупных технических усовершенствований в речном судостроении. Переход к сварке создал благоприятные условия для строительства корпусов судов секционным методом. Этот метод выгодно отличается тем, что основные сборочные и сварочные работы можно выполнять не па открытой площадке, а в закрытых цехах, оснащенных более совершенными техническими средства-ми. При этом почти все сборочные, сварочные и другие виды работ можно, выполнять в наиболее удобном нижнем положении. Широкое распространение секционного метода постройки судов в речном судостроении, начавшееся в середине 30-х годов, ограничивалось тем, что существовавшие в то * время на заводах и верфях здания производственных цехов не соответствовали требованиям изготовления в них крупных секций корпуса. Строительство новых цехов и реконструкция существовавших отставали от темпов развития новой технологии.
Внедрение секционного метода постройки речных судов представляло в 30-е годы сложную техническую задачу, так как необходимо было решать многочисленные конструктивные и
Труднее всего для речного судостроения оказалось изыскание способов борьбы с короблением тонких листов наружной обшивки, палубного настила, обшивки продольных и. поперечных переборок, а также частей надстройки корпуса. В те годы местные деформации выпучивания обшивки устраняли преимущественно путем нагрева таких мест пламенем газовых горелок. Изредка с той же целью наплавляли холостые валики.
При постройке первых сварных судов сохранились многие традиции клепаного судостроения. Сохранилось, в частности, и расположение стыков листов вразброс для смежных поясков. Однако такое конструктивное исполнение монтажных поперечных стыков корпуса оказалось трудно осуществимым в производственных условиях. От таких монтажных стыков отказались, но расположение стыков листов вразброс в пределах каждой секции сохранялось долгое время.
При переходе к постройке сварных корпусов из секций много внимания было уделено отысканию рациональной последовательности сборки и сварки секций. При весьма тонкой обшивке предпочитали осуществлять полную сборку секции, т. е. собирать листы на прихватках, и сразу же устанавливать и прихватывать продольные и поперечные ребра. После этого сваривали соединения между ребрами. Затем приваривали ребра к листам и в последнюю очередь сваривали поперечные и продольные стыки между листами. Такая последовательность работ позволяла существенно уменьшить местные деформации выпучивания листов, так как ребра, препятствуя свободной их усадке при сварке стыковых соединений, создавали натяжение обшивки. Одновременно с этим широко использовали прижатие листов к сборочной плите и приварку свободных кромок секции к плите прихватками и гребенками. У сек-ции с более толстой обшивкой (6>4 мм) после полной сборки листов между собой в первую очередь сваривали стыки листов каждого пояса, затем соединяли между собой продольными швами пояса. В последнюю очередь приваривали к листам поперечные и продольные ребра. Сварка производилась с прижатием листов грузами; избирали, как правило, последовательность выполнения швов от середины секции к ее краям. Изготовление секции завершалось подваркой швов поперечных и продольных стыков обшивки. Для облегчения сборки монтажных стыков между секциями продольные швы обшивки не приваривали до края полотнища на 250—300 мм.
Применение секционного метода постройки судов позволило успешно использовать новый для того вромени технологический процесс — автоматическую дуговую сварку. К 1937 г. в Институте электросварки АН УССР были разработаны два способа автоматической сварки: с применением проволоки со стабилизирующим тонким по-крытием и проволоки крестового сечения с толстым покрытием. В это же время в Институте электросварки создан первый в СССР сварочный самоходный аппарат-трактор для автоматической сварки в судостроении. Возможность применения таких аппаратов в судостроении еще не была доказана [8, 12].
Повышение технического уровня сварочной техники и применение новых механизированных процессов потребовали создания ряда нормативных документов и правил, которые были разработаны Научно-исследовательским институтом судостроения (в 60-е годы переименованный в ЦНИИ им. Крылова). В 1939—1940 гг. здесь был разработан комплекс проектов стандартов по сварке, в том числе по электродам, сварным соединениям и форме подготовки кромок под сварку, контролю ка-чества сварки, обозначениям сварки на чертежах, испытаниям на свариваемость и др. Часть этих проектов предназначалась для замены действовавших до этого стандартов по сварке, изданных Наркомводом. Одновременно для решения принципиальных технических вопросов по применению сварки в судостроении при Главном управлении судостроительной промышленности в 1940 г. создана постоянная комиссия по сварке под председательством В. П. Вологдина, возглавлявшем в то время кафедру сварки в Ленинградском кораблестроительном институте.
Героически трудились советские судостроители в годы Великой Отечественной войны. На ленинградских судостроительных заводах в условиях блокады и голода был организован серийный выпуск самоходных мелкосидящих судов, так называемых тендеров и плашкоутов, для плавания на Ладожском озере, а также сварных барж грузоподъемностью 1000 т для снабжения блокированного Ленинграда.
На ряде судостроительных заводов в войну была организована поточно-позиционная постройка бронекатеров, мониторов, больших охотников за под-водными лодками, а также рейдовых тральщиков. Все эти суда были исключительно сварными.
В СССР были проведены комплексные исследования по вопросам прочности сварных корпусов морских судов. Эти исследования продолжены и в послевоенное время. В результате их в 1946 г. разработаны уточненные требования к низкоуглеродистой и низколегированной сталям для корпусов судов [6]. В 1947 г. разработан проект правил конструирования сварных корпусов судов.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Сварка судовых конструкций
Цель работы: Разработать технологический процесс сборки и сварки заданной корпусной конструкции. В качестве корпусной конструкции задана лобовая переборка.
Таблица 1
Марка материала секции
Место выполнение сварных швов
Размеры секции
Детали секции и их размеры
Размеры сечения, мм
Полособульб N10
Стенка рамной стойки
Полка рамной стойки
Полособульб N10
Ребро жесткости
Полособульб N10
Руководитель курсовой работы ……………………………….
Сборку лобовой переборки будем производить в цехе на постеле, т.к. секция представляет собой криволинейную поверхность.
Сборочно-сварочные работы будем производить в следующей технологической последовательности:
На стенд укладываем листы (детали 1,2,3,4) с подготовленными к сварке кромками с зазором 1мм.
Свариваем листы автоматической сваркой под слоем флюса на флюсо-медной подкладки.
Размечаем местоположение и собираем на электроприхватках комингс (деталь 9).
Привариваем комингс к полотнищу с помощью полуавтоматической сварки в среде СО2.
Свариваем стенку рамной стойки (деталь 6) с полкой рамной стойки (деталь7).
Устанавливаем стойки на полотнище и закрепляем электроприхватками.
Стойка приваривается к полотнищу полуавтоматом в среде СО2.
Затем размечаем местоположение и собираем на электроприхватках стойки (детали 5 и 8)
Свариваем стойки к полотнищу с помощью полуавтоматической в среде СО2.
В таком же технологической последовательности производим сварку ребер жесткости (деталь 10).
Расчет параметров режимов сварки.
Сварка автоматическая под слоем флюса на флюсовомедной подкладки. Используем для сварки листов (детали 1и2). Силу тока и скорость сварки определим расчетным путем.
Сила сварочного тока для сварки деталей 1 и 2: .
Диаметр электродной проволоки: .
Скорость сварки , где А-коэффициент выбираемый в зависимости от диаметра проволоки. При
Напряжение на дуге определяем по выражению: , где
Мгновенная скорость охлаждения металла в околошовной зоне.
- начальная температура изделия, ;
Сварка автоматическая под слоем флюса на флюсовомедной подкладки. Используем для сварки листов (детали 3и4). Силу тока и скорость сварки определим расчетным путем.
Сила сварочного тока для сварки деталей 3 и 4: , где А-коэффициент выбираемый в зависимости от диаметра проволоки. При ., где
Глубина проплавления - теплопроводность ;
- начальная температура изделия, ;
Сварка полуавтоматическая в среде СО2. В качестве сварочной проволоки выбираем
Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей.
Применяем электрод марки УОНИ
Оборудование и сварочные материалы.
Ручная дуговая сварка.
Оборудование: сварочный аппарат для РДС, источник питания с номинальным сварочным током
Полуавтомат в среде СО2:
Оборудование: сварочный аппарат “Гранит-2; источник питания ВС-600 с номинальным током
Материалы: сварочная проволока Св – 08Г2С, сварочный газ СО2 1-го сорта.
Автоматическая под слоем флюса:
Оборудование: сварочный аппарат “Бриг” с источником питания ВС – 1000 с номинальным сварочным током
Материалы: сварочная проволока Св 10ГН , на сборку и сварку корпусной конструкции. Таблица4.
Содержание сборочных и сварочных операций с нумерацией деталей
Условное обозначение способа сварки
Буквенно-цифровое обозначение сварного шва.
Положение шва в пространстве
Диаметр электрода (проволоки),ммм
Марка проволоки (электрода)
Марка флюса или защитного газа.
Напряжение на дуге ,В
Скорость сварки ,м/ч
Сборка и сварка полотнища.
Собрать полотнище из деталей 1,2,3,4.
Сварить детали (1,2),(3,4).
Сборка и сварка узлов набора.
Собрать комингс с полотнищем.
Собрать тавровую балку из деталей 6и7 (6шт)
Сборка и сварка секции.
Установить комингс к полотнищу.
Приварить комингс к полотнищу
Установить тавровые балки к полотнищу.
Приварить тавровые балки к полотнищу
Установить стойки и ребра жесткости к полотнищу.
Приварить тавровые балки к полотнищу
Контроль качества шва.
При проверке качества сварки применяют следующие методы.
Внешние дефекты, свищи, поры, раковины, смещение шва, подрез шва, неравномерности сечения шва выявляют путем внешнего осмотра для определения поверхности шва, а так же сравнение эталонов при проверке поверхности.
Внутренние дефекты: такие как трещины, непровары выявляют ренгенографированием сварного шва.
Выполнение сварных работ при сборке данной конструкции подразумевает работу человека с приборами и аппаратами, которые при их неумелом использовании могут привести к травматизму рабочего и послужить причиной аварийной ситуации.
Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека выполняющего данного вида работу, включает в себя:
Соблюдение норм допуска рабочих к данному виду работ.
Гарантированность исправности оборудования перед началом работ, обеспечение заземления и необходимой энерговооруженности машин и автоматов.
Инструктаж работника перед началом работ.
Бельчук Г.А.,Гатовский К.М.,Кох Б.А. Сварка судовых конструкций. –Л.:Судостроение, 1980.-448с.
Методические указания по выбору методов и режимов сварки при изготовлении корпусных конструкций.
ГОСТ 3242-81. Швы сварных соединений. Методы контроля качества.
Л.В.Верховенко.Тухин А.К., Справочник сварщика. - Минск: Высшая школа, 1990.-480с.
С начала применения металла для строительства корпусов судов различного назначения судостроители постоянно занимались поиском более прогрессивной технологии производства. Применение металлоконструкций при изготовлении судовых корпусов позволило значительно повысить прочностные характеристики кораблей.
К тому же сварные металлоконструкции в сравнении с клепанными предоставляют ряд неоспоримых преимуществ. За счет использования элементов конструкции с минимально допустимым сечением и оптимальной формой появляется возможность значительно снизить общую массу конструкции. Более того, применение меньшего количества крепежных составляющих и элементов более рациональной формы позволяет значительно экономить металл. При этом сварка в судостроении дала возможность не только существенно повысить прочность и надежность всех соединений, но и снизить трудовые и временные затраты на постройку судов. Это достигается благодаря возможности механизации и автоматизации сварочного процесса.
Виды сварки в судостроении
При изготовлении корпусов судов преимущественно применяют дуговые способы сварки. Создание сварных соединения двух деталей происходит за счет разогрева свариваемых кромов и их плавления теплом, выделяемым при горении электрической дуги. Образование расплавленного металла и хорошей текучести металла способствует свободному перемешиванию и образованию единого целого при последующей кристаллизации. .
Подобный механизм образования неразъемных соединений обеспечиваютвиды сварки:
Ручная электродуговая покрытыми штучными электродами;
Аргонодуговая неплавящимся вольфрамовым электродов в среде инертного газа;
MIG/MAG – механизированная сварка плавящимся электродом в среде защитного газа;
Автоматическая сварка под слоем флюса;
В судостроении применяется в различной степени каждая из этих технологий. Однако наиболее распространения получила электродуговая сварка. Соединение деталей газокислородным методом стали в последнее время применять все меньше. Это связано в основном с низкой производительностью процесса и вероятностью возникновения деформаций конструкций в результате проведения сварочных операций.
Какие электроды используются для сварки в судостроении
В зависимости от марки судостроительной стали применяют покрытые штучные электроды основного типа: для сварки высокопрочных сталей во всех пространственных положениях и с тонкослойной обмазкой для установки прихваток и сварку на спуск. При работе на полуавтомате применяют как порошковую проволоку рутилового типа в защитном газе CO2, так и порошковую рутиловую проволоку в среде смеси защитного газа Ar/CO2 для сварки во всех пространственных положениях и на керамических подкладках. Кроме того, используют высокопроизводительную металлопорошковую проволоку для сварки угловых швов и заполняющих проходов в нижнем пространственном положении в среде Ar/CO2 или в 100 % CO2.
Выбор сварочных материалов является довольно ответственным этапом подготовки к процессу сварки. Предлагаем ознакомиться с некоторыми рекомендациями, позволяющими сделать правильный выбор сварочных материалов:
Нужно учитывать толщину деталей, которые будут свариваться. Чем больше этот параметр, тем больший диаметр электрода должен быть. Для сварки металла толщиной 0,5…1,5 мм лучше применять TIG-сварку либо полуавтомат.
Сварочный материал напрямую зависит от типа сварочного аппаратом, которым осуществляется сварочный процесс.
Большое влияние на тип и марку сварочного материала влияет марка основного свариваемого металла и требования, предъявляемые к наплавленному металлу.
Подбираем сварочные материалы под сварочный аппарат
Полуавтомат. Для проведения сварки на этом типе сварочного оборудованиятребуется выбрать оптимальный вариант сварочной проволоки. В зависимости от толщины свариваемого металла, пространственного положения, требумых механических характеристик наплавленного металла и производительности подбирается сплошная или порошковая проволока той или иной марки..
Аппараты для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом (TIG). Наиболее часто процесс TIG сварки применяется в судостроении для сварки алюминия и его сплавов. Для осуществления сварочного процесса нужно использовать вольфрамовые электроды определенной маркировки (легирования) в зависимости от рода тока (постоянный или переменный). Также на выбор марки вольфрамового электрода влияет мощность дуги (величина сварочного тока), на котором будет производиться сварка. Сварочным материалом в этом процессе является присадочный пруток определенного диаметра и марки, который следует подбирать в зависимости от марки свариваемого металла и требуемых механических характеристик.Аппараты для ручной дуговой сварки. Среди аппаратов этого типа в настоящее время наиболее популярны инверторы. Для ручной дуговой сварки применяются покрытые штучные электроды, наиболее популярны в судостроении электроды с основным типом покрытия.
Подбираем электрод для ручной дуговой сварки под свариваемый металл
При работе с легированными сплавами оптимальным вариантом будет применение марки УОНИ (Э50). Такие электроды дают возможность качественно сварить детали из сталей высокой и повышенной прочности.
Компания КЕДР предлагает широкий ассортимент сварочных материалов и оборудования для различных видов дуговой и газовой сварки. Такое разнообразие позволит без проблем подобрать оптимальный вариант решения для задачи по сварке любой сложности.
Читайте также: