5.3. Состав и характеристика технологических операций изготовления корпусных конструкций

Производственный цикл в сборочно-сварочном цехе начинается с момента получения деталей с комплектовочного участка корпусообрабатывающего цеха и заканчивается испыта­нием на непроницаемость и окраской готовой корпусной кон­струкции (там, где есть окрасочные участки). При этом выпол­няются различные виды работ, основные из которых: сборочные (в том числе разметка и проверка), сварочные, с последующим контролем сварных соединений, пневматические (зачистка, рубка, сверление, клепка и чеканка), тепловая или холодная правка, работы по установке деталей насыщения, контроль, а также окраска корпусных конструкций.

Сборка под сварку. Процесс сборки под сварку заключается в подготовке и предварительном соединении простых элементов конструкций в более сложные для последующего окончательного скрепления их с помощью сварки. Промежуточное (до сварки) взаимное сочетание кромок и поверхностей собираемых частей, удовлетворяющее требованиям обеспечения последующего про­цесса сварки, называется сопряжением. Различают линейные и поверхностные виды сопряжении. При сборке более сложных конструкций, например, секций, часто подгоняется не единичное сопряжение, а одновременно несколько сопряжении, находя­щихся рядом или пересекающихся друг с другом.

Трудоемкость сборочных работ, включая пригонку деталей, составляет от 40 до 50 % всей трудоемкости изготовления кор­пусных конструкций.

Непременным условием успешного изготовления корпусных конструкций является настройка соответствующей оснастки. В большинстве случаев это сводится к проверке формы ее рабо­чей поверхности: для плоских конструкций она должна быть плоской, для криволинейных — соответствовать плазовым дан­ным. Допускаемые при этом отклонения от заданной формы регла­ментируются соответствующим ОСТом.

Непосредственное изготовление корпусной конструкции начинается с разметки, которая не всегда обязательна. При сборке конструкций с применением сборочно-сварочных агрегатов раз­метка, как правило, отсутствует. Основными документами для выполнения разметки являются данные, полученные с плаза, чертежи конструкций и другие. Разметку чаще всего производят вручную, выполняя соответ­ствующие геометрические построения с помощью простейше­го измерительного (рулетки, метры, линейки, штангенциркули, транспортиры и др.) и разметочного (чертилки, циркули, мело­вая нить, кернеры) инструмента. Совершенствование способов разметочных работ связано с применением оптических, в том числе и лазерных систем.

Состав размечаемых линий и знаков определяется конструкцией данного узла и секции и способами их изготовления. Например, на полотнищах плоских секций намечают линии двух взаимно перпендикулярных базовых плоскостей, от которых будут выполнять все последующие измерения, линии положения набора и насыщения, устанавливаемого при изготовлении данной секции, линии контуров узла или секции и вырезов в них и так называемые контрольные линии. Все эти линии фиксируют кернением. Допускаемые отклонения линий разметки от их требуе­мого положения не более 2 мм.

Кромки деталей и прилегающие к ним поверхности, подлежа­щие сварке, а также места приварки временных креплений и сборочных приспособлений непосредственно перед сборкой необходимо очищать от ржавчины, окалины, влаги и т. п. до чистого металла. Ширина зачищаемой полосы на 5—10 мм превышает ширину сварного шва. Зачистку производят пневматическими ма­шинками с вставными металлическими щетками, абразивными кругами и т. п. Толщина снимаемого слоя металла при этом не должна превышать допускаемых отклонений на толщину металла, предусмотренных техническими условиями на его поставку.

При установке и ориентировании деталей, их первичном наве­дении и проверке необходимы сборочные базы, т. е. поверхности, линии или точки, определяющие положение собираемых элемен­тов конструкций. В качестве сборочных баз используют основ­ные конструктивные и вспомогательные базы. Основные базы воспроизводят на сборочной оснастке (стендах или постелях); они соответствуют обычно ОП, ДП, ПМШ судна. Вспомогатель­ные базы служат для установки некоторых элементов, а затем не­обходимость в них отпадает. Примерами вспомогательной базы являются торец ранее установленного листа, разметочные риски на месте устанавливаемой детали и др.

Проверка положения элементов корпусных конструкций зак­лючается в определении линейных или угловых отклонений от­носительно базовых плоскостей или линий, т. е. предусматривает линейные измерения, горизонтальное и вертикальное нивелиро­вание.

Чтобы компенсиро­вать возможные погрешности, возникающие при изготовлении корпусных конструкций и их последующем монтаже на построеч­ном месте по части кромок деталей и узлов, а также монтажных кромок готовых конструкций, оставляют припуск (избыточная часть металла) шириной 20—30 мм.

По результатам проверки положения деталей и узлов произво­дят их подгонку, в процессе которой частично или полностью тепловой резкой удаляют имеющийся по их кромкам припуск.

Для разделки кромок под сварку после удаления припуска, корня сварного шва, удаления электроприхваток и временных креплений применяют строжку — разновидность тепловой резки металлов. Существует несколько способов строжки, из которых наиболее распространены газовая и воздушно-дуговая.

Газовая строжка заключается в том, что подогретый кисло­родно-ацетиленовым пламенем специального резака (строгача) обрабатываемый металл частично расплавляется и сжигается в струе режущего кислорода, образующиеся окислы выдуваются на поверхность конструкции в направлении строжки. В резуль­тате на поверхности металла образуется канавка в форме полу­цилиндра.

Процесс воздушно-дуговой строжки основан на расплавлении металла электрической дугой, горящей между угольным электро­дом и обрабатываемой деталью. Расплавленный металл уда­ляется из образовавшейся канавки струёй сжатого воздуха, направляемой параллельно электроду.

В отдельных случаях, когда невозможно применение тепловой резки или строжки, при подгонке деталей для удале­ния припусков не более 5 мм, временных креплений, а также для разделки кромок деталей под сварку допускается применять пневматическую рубку.

При выполнении сборки необходимо прилагать усилия к со­бираемым деталям для их смещения в требуемое положение, а также для стягивания сопрягаемых деталей. В процессе стяги­вания сопряжении происходит частичное упругое деформирова­ние кромок. Необходимые стягивающие усилия зависят от типа сопряжении, зазора между сопрягаемыми элементами, формы и геометрических характеристик самих элементов, а также от ха­рактера закрепления участков, смежных с местом сопряжения.

Сборочные усилия можно прилагать по открытой или замкну­той схемам (рис. 5.3). При открытой схеме реакция сборочного усилия воспринимается внешними элементами сборочно-сварочной оснастки. При замкнутой схеме усилия воспринимаются смежными участками собираемой конструкции и на оснастку не передаются. Во втором случае требуются обычно меньшие усилия, что объясняется податливостью обоих элементов сопряжения.

Рис. 5.3. Открытая (а) и замкнутая (б) схемы обжатия

скулового листа при сборке

Для создания усилий при сборке широко применяют различ­ные ручные приспособления (рис. 5.4). Стягивающие и прижим­ные приспособления закрепляют за планки или обуха, приварен­ные к собираемым деталям. Прихватка обухов и планок увеличи­вает трудоемкость сборки и вызывает опасность повреждения поверхности конструкции короткими, зачастую некачественными швами. Поверхность портится также при неизбежном удалении планок и обухов после сборки. Поэтому рациональнее использовать приспособления, исключающие приварку временных планок и обухов. Такие приспособления могут иметь механические (рис. 5.4, ж, з), вакуумные или электромагнитные захваты.

Существующие механизированные инструменты и приспособ­ления для сборки корпусных конструкций можно разделить на специализированные и универсальные. Специализированные при­способления входят в состав механизированного оборудования участков и поточных линий, предназначенных для определенных видов собираемых конструкций, например, для изготовления тавровых балок, плоских секций и др. Универсальные механи­зированные сборочные инструменты представляют собой пере­носные стяжки (талрепы), распорки или домкраты. Они могут иметь гидравлический, пневмогидравлический или пневматиче­ский привод.

Закрепление деталей при сборке конструкций под сварку выполняют с помощью электроприхваток (жесткое закрепление) или эластичных креплений (гребенки, скобы, талрепы, струб­цины). При изготовлении конструкций на механизированных линиях и участках закрепление деталей при сборке должно про­изводиться, как правило, с помощью штатных устройств (при­жимов) механизированного оборудования.

Электроприхватки выполняют электродами той же марки, которые будут применяться при сварке данного соедине­ния. Электроприхватки должны выполняться качественно, по­скольку они входят в состав сварного шва.

Установка при сборке эластичных креплений обеспечивает свободное укорочение сварных соединений в плоскости сваривае­мых листов и противодействует развитию угловых деформаций. Сборочные гребенки имеют длину порядка 350—450 мм и высоту около 80 мм. Их толщина должна быть в пределах 0,5S<S2<:S, но не более 24 мм (S — минимальная толщина стыкуемых листов, 52—толщина гребенки). Гребенки при сборке устанавливают параллельно друг другу под углом около 45° к сварному шву, как правило, со стороны, обратной выполнению первого прохода с приваркой к обеим сторонам листа. Удаляют гребенки после выполнения первого прохода сварного шва.

Рис. 5.4. Прижимные при­способления: а, б — Г- и П-образные скобы с клиньями;

в — болт-угольник; г — скоба с нажимным винтом; д — скоба «рыбий хвост»; е — струбцина; ж — клиновой прижим; з — прижим с тал­репом

Сварка узлов и секций. Сварку узлов и секций, изготавли­ваемых в сборочно-сварочном цехе, выполняют в основном ме­ханизированными способами. Объем ручной сварки обычно не превышает 10 % протяженности выполняемых швов. Высокий уровень механизации объясняется использованием тех пре­имуществ, которые создает предварительная сборка, а именно:

конструкции можно кантовать, чтобы перевести швы в удобное для сварки положение, в закрытых помещениях исключается влияние атмосферных условий, благодаря доступности швов мож­но применять специализированные более производительные сва­рочные установки и т. д.

Все стыковые соединения в нижнем положении протяженностью более 2 м, а также имеющие наклон вдоль продольной оси не более 8° и поперек оси до 20° обычно сваривают автомати­ческой сваркой под слоем флюса, характеризующейся высокой производительностью и качеством швов. Применяется также автоматическая сварка в среде защитных газов.

Швы тавровых соединений в нижнем положении в цехе можно выполнять полуавтоматической и автоматической сваркой под слоем флюса, а также полуавтоматической и автоматической сваркой в среде защитных газов.

Автоматическую сварку швов тавровых соединений (под флю­сом и в среде углекислого газа) выполняют с помощью автоматов наклонным электродом, т. е. направленным под углом в вершину угла, образованного свариваемыми деталями. Полуавтоматиче­ской сваркой в среде углекислого газа выполняют все короткие швы стыковых и тавровых соединений. Этим способом выполняют и длинные швы пересечений элементов друг с другом, имеющие пространственное положение, отличное от нижнего. Все большее применение получает сварка порошковой проволокой.

Сварные соединения конструкций подвергают контролю, с тем чтобы убедиться в отсутствии недопустимых наружных и внутренних дефектов. Погрешности формы и внутреннего строе­ния всегда могут встречаться в реальных сварных соединениях. Однако, если эти погрешности превышают пределы, установлен­ные техническими условиями, то они считаются дефектами. Раз­меры допустимых погрешностей сварных швов оговариваются в правилах контроля, в частности, в Правилах Регистра России.

Контроль сварных соединений узлов и секций корпуса вклю­чает:

тщательный внешний осмотр и измерение сечения швов всех сварных соединений по всей протяженности;

проверку некоторых швов проникающим излучением (рентгено- или гамма-графированием); перечень таких швов приведен в Правилах Регистра;

ультразвуковой контроль некоторых швов, осуществляемый вместо контроля проникающим излучением или параллельно с ним;

проверку плотности отдельных швов путем смачивания керо­сином поверхности одной из их сторон после промазывания мелом другой стороны шва.

Правка сварных корпусных конструкций. Изготовление сварных корпусных конструкций сопровождается образованием так называемых сварочных деформаций, возникающих от не­равномерного нагрева конструкций при сварке в условиях, исклю­чающих свободное образование и развитие тепловых деформаций металла. Остаточные сварочные деформации корпусных конструк­ций разделяются на общие и местные. Общими называют де­формации, которые вызывают изменение размеров и формы всей конструкции. Они проявляются в виде продольного и попереч­ного укорочений и изгиба конструкции как жесткой балки. Мест­ные деформации приводят к изменению формы отдельных эле­ментов конструкций. К местным деформациям относятся: бухтиноватость полотнищ, «домики» по стыкам и пазам свариваемых листов и др.

В тех случаях, когда остаточные сварочные деформации превышают допускаемые, конструкции подвергаются правке. Правку корпусных конструкций можно осуществить холодными способами или с применением местных нагревов.

Холодные способы правки основаны на принципе удлинения волокон сварных соединений, которые при сварке получили пла­стические деформации укорочения. Правка этими способами может осуществляться прокаткой сварных полотнищ в вальцах или растягиванием полотнищ на специальных растяжных ма­шинах, правкой сварных балок на гидравлических прессах по схеме изгиба сосредоточенной силой на двух опорах, проколачиванием зон сварных соединений конструкций пневматическим молотком со специальным зубилом, а также прокаткой зоны сварного соединения в специальных установках. Физическая сущность методов правки, основанных на при­менении местных нагревов, заключается в следующем.

При нагреве металла волокна нагреваемых участков в про­цессе теплового расширения встречают противодействие со сто­роны окружающего холодного металла и получают пластические деформации сжатия. Толщина металла в нагретой зоне несколько (на десятые и сотые доли миллиметра) увеличивается. Утолщен­ная зона после охлаждения вызывает стягивание окружающих ее участков металла, в результате чего стрелка прогиба бухтины будет уменьшаться.

Нагрев конструкций в форме полос или пятен осуществляют чаще всего кислородно-ацетиленовым пламенем до температуры 650—750 °С. Применяются установки с индукционным нагревом. Ширина полос нагрева зависит от толщины металла и составляет 8—10 мм при толщине 2—3 мм и 35—40 мм при толщине 16—20 мм. Длина полос обычно не превышает тридцати толщин металла. При правке пятнами диаметр видимого пятна нагрева должен быть равен примерно четырем толщинам металла. Расстояние между полосами и пятнами нагрева принимают не более 6b, где b — ши­рина полосы или диаметр пятна нагрева.

Пневматические работы. К пневматическим относятся работы, выполняемые с помощью инструмента, приводимого в действие энергией сжатого воздуха. Сжатый воздух давлением 0,4— 0,6 МПа поступает к потребителю по специальным магистраль­ным трубопроводам от заводской компрессорной станции. Пневма­тические инструменты могут быть ударного действия с прямо­линейным поступательно-возвратным движением или с вращательным движением. К ударным инструментам относятся пневма­тические молотки, которые в зависимости от назначения можно разделить на рубильно-чеканные и клепальные. К пневматиче­ским инструментам вращательного действия относятся различные пневматические машины (сверлильные, шлифовальные и др.).

Рубильно-чеканные молотки служат для подрубки кромок листов и других деталей, срубания временных сборочных при­способлений, чеканки заклепочных соединений и т. п. Клепаль­ные молотки в отличие от рубильно-чеканных имеют, как правило, большие мощности, габариты и массу. В качестве вставного инструмента к рубильно-чеканным молоткам применяют зубила, крейцмейсели, чеканы и пр. (рис. 5.5), а к клепальным—бойки, обжимки и пр. Для прижима закладной головки заклепки в про­цессе клепки применяют поддержки, форма, размеры и масса которых зависят от конструкции склепываемого соединения.

Рис 5.5 Вставной инструмент к пневматическим молоткам а — зубило, б — крейцмейсель, в — чекан, г — обжимка, д — боек для клепки

Работа пневматического молотка сопровождается вибрацией, повышающей утомляемость рабочих и влияющей на их здоровье, поэтому рекомендуется применять молотки, снабженные виброгасящим устройством.

Пневматическая рубка связана с применением тяжелого физического труда, оказывает вредное воздействие на работаю­щего и окружающих (шум, вибрация) и характеризуется низ­кой производительностью. Чтобы сократить применение этой операции, стремятся повысить точность изготовления деталей, узлов, секций, кроме того, заменяют рубку тепловой резкой и строжкой, зачисткой кромок с применением фрез создают непри­варные сборочные приспособления и т. п.