Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Бронский, А. И. Основы выбора конструкций корпуса судна

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

20.10.2023

Размер:

8.42 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 2013 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Таблица 10

Особенности

и дефекты сварных

соединений

Х а р а к т е р особенностей

Причины

возникновения

Способы

выявления

и дефектов

Сварные

конструкции

Остаточные

сварочные

Неравномерность тер

Внешний

осмотр

напряжения

и деформа

мического

воздействия

с применением

изме

ции

процесса

сварки

на

рительного

инстру

разные элементы и ча

мента

сти конструкции

Сварные

соединения

Различия

структуре,

Неравномерность тер

Металлографические

химическом

составе

и ме

мического

воздействия

исследования;

испыта

ханических

характери

в зоне сварки

ния

на

растяжение,

стиках

основного

метал

изгиб,

ударную

вяз

ла, металла шва и около

кость,

усталостную

шовной

зоны

прочность

т.

д.;

коррозионные

испыта

ния;

определение

хи

мического

состава

Неравномерность

физи

Случайные изменения

То

же

ко-механических п хими

параметров

процесса

ческих

характеристик

сварки

соединения

Неравномерность			гео	То	же
метрических		параметров
соединения		(переменность
усиления,	ширины		и ка
тета шва	по	длине)
Внешние		дефекты	сое	Ошибки	при	выборе
динений	(наплывы,		под	режима сварки, смеще
резы, прожоги)				ние электрода		или про
				волоки
				Сварные		швы

Внешний осмотр с применением изме рительного инстру мента

То же


Дефекты		структуры		Ошибки			при	выборе	Внешний		осмотр,
шва	(неметаллические			режима		сварки;		нали	просвечивание,		уль
шлаковые включения,			га	чие	загрязнений кро				тразвуковая дефекто
зовые	поры,	трещины	и	мок; влажность кромок,					скопия,	металлогра
прочие нарушения сплош				электродов,				флюса;	фические	исследова
ности	и	однородности		неправильный				выбор	ния
шва)				сварочных			материалов
Дефекты геометрии шва				Ошибки			при	выборе	Внешний		осмотр,
(отклонение		катета шва		режима		сварки,		пре	металлографические
от проектного, концевые				рывистость			процесса		исследования
кратеры и непровары)				(сварка прерывистых и
				точечных		швов,		смена
				электродов,			выполне
				ние	замеров и т.			п.)

121

дятся в допустимых пределах точности и качества выполнения тех нологических операций. Вместе с тем сочетание высокого уровня нагруженное™, особенностей конструктивного оформления, неточ

ностей и	дефектов	технологического процесса может	привести
к резкому	снижению	работоспособности конструкции и	д а ж е к ее

разрушению, хотя сосредоточение всех этих факторов в одной зоне мало вероятно.

Различные причины снижения конструктивной надежности кор пуса судна и соответствующие мероприятия по уменьшению техно логической концентрации напряжений можно объединить в три группы:

1)выполнение технологических операций;

2)заданные изменения р е ж и м а технологической операции;

3)случайные отклонения параметров технологических процес сов от номинальных величин.

Сократить или ликвидировать дефекты, вызванные первой груп пой причин, можно в результате уменьшения количества техноло гических операций (улучшения раскроя материала, использования специальных прогрессивных профилей проката, крупногабаритных листов, панелей), а т а к ж е , главным образом, в результате соответ ствующего выбора номенклатуры, последовательности и режимов операций, входящих в технологический процесс. При этом могут потребоваться дополнительные операции для полной или частичной ликвидации дефектов, возникших в процессе предшествующих опе раций (например, зачистка или механическая обработка кромок

после газовой резки и сварки), специальные	конструкции и ос
настка для ведения процесса в оптимальных	условиях (например,

выбор наиболее целесообразной подготовки кромок под сварку, применение кондукторов и поворотных постелей для сварки в ниж нем положении) . Изменение геометрических, механических харак


теристик и химического			состава	сварных		соединений в процессе
выполнения	технологических операций				достигается		соответствую
щим подбором скорости сварки, токового					режима, сварочных			мате
р и а л о в — электродов,		проволоки,		флюсов,		защитных	газов	[8].
Большое	влияние	на	итоговые показатели работоспособности

конструкции оказывает не только средний номинальный режим опе рации, но и степень его прерывистости.

Любой технологический процесс изготовления корпусной кон струкции представляет совокупность технологических операций н а д определенным объемом материала, повторяющуюся в направлении некоторой, в общем случае криволинейной, оси (например, газовая резка вдоль кромки, сварка по линии соединения двух деталей, по следовательное причерчиваиие и поджатие соединяемых кромок,, гибка листового или профильного проката на вальцах, получение гофрированных листов штамповкой с передвижкой штампа по.

122

д л и не либо последовательной гибкой граней) . К а ж д ы й перерыв в осуществлении комплекса технологических операций создает не-

стациоиарность		р е ж и м а .	М о ж н о		выделить	два	типа нестационар
ности:
1.	Быстрое	изменение	параметров р е ж и м а в				начале	и в	конце
процесса, т. е. переходный			режим		до начала (или		после	окончания)
процесса со стабильными			п а р а м е т р а м и .
2.	Перерывы в выполнении				технологических		операций		в пре
д е л а х	одного	процесса;	эти	перерывы		сопровождаются			т а к ж е
наличием переходных режимов				в	начале и	в конце к а ж д о г о			повто

ряющегося звена процесса (например, замена электродов при руч ной сварке, применение прерывистых швов, штамповка с последо

вательной передвижкой штампа по длине заготовки) .
Вследствие нестационарности р е ж и м а технологической	опера
ции значительно снижается работоспособность конструкции	в за

висимости от вызванной геометрической или технологической (свя занной с изменением структуры и химического состава материала) концентрации напряжений .

Устранить эти причины уменьшения работоспособности и на дежности конструкций можно, если ликвидировать многозвенность процесса, т. е. перейти к непрерывному процессу либо к одноразо вой группе операций, которые полностью охватывают всю деталь

(узел, секцию) . Кроме того, переходная		часть процесса				д о л ж н а
осуществляться вне обрабатываемой части материала				(применение
выводных планок для сварных швов, з а ж и г а н и е			и гашение пла
мени газовой резки вне о б р а б а т ы в а е м ы х		кромок,	обварка			торцов
деталей без перерыва в горении дуги и т. п.).
При	изготовлении, сборке и сварке	конструкций		неизбежны
т а к ж е	некоторые случайные отклонения	от номинальных			парамет
ров процесса. Так, при ручной газовой резке случайные					изменения
давления газа, колебания расстояния м е ж д у наконечником						горелки

и поверхностью металла, изменения угла наклона резака вдоль и поперек линии реза, переменность структуры металла вдоль линии реза и другие отклонения влияют на ширину реза и качество кромки . П р и гибке неплотность прилегания листа к матрице и пу

ансону,	его бухтиноватость	приводят	к	неравномерному	давлению
на заготовку, а различия в		толщине	и	механических	характери
стиках	металла в ы з ы в а ю т	неодинаковое упругое разгружение;

в результате фактическая конфигурация детали отличается от тео ретической, причем в разных точках это отличие будет неодинако вым по величине.

Отклонения параметров технологического процесса от номи нального в любую сторону обычно снижают работоспособность и надежность конструкций, поскольку, к а к правило, нарушается од нородность геометрических, механических, химических или струк-

123

турных характеристик металла и увеличивается уровень напряжен ности в отдельных зонах конструкции. С ростом номинального уровня напряженности в связях корпуса (в крайних связях эквива лентного бруса, в зонах макроконцентрацни напряжений, в районах воздействия интенсивных ударных и вибрационных нагрузок, при использовании сталей повышенной прочности) д о л ж н ы возрастать требования к качеству изготовления конструкций, т. е. к точности выполнения технологических процессов, допустимым отклонениям от заданных размеров и конфигурации конструкций и т. п. Особую опасность представляют дефекты сварных швов, что обусловли вает необходимость их повышенного контроля в наиболее напря женных местах конструкций.

П р а в и л а Регистра С С С Р лишь частично учитывают уровень на пряженности конструкций, регламентируя объем контроля сварных швов п качество их исполнения вне зависимости от механических


характеристик	применяемого	основного		металла	конструкций (во
внимание принимается только		тип	конструкции,		ее расположение
в корпусе и наличие макроконцентраторов				н а п р я ж е н и й ) .
Полностью	исключить различные		и многочисленные случайные

отклонения параметров технологических процессов и дефекты кон

струкций

невозможно . Д л я

уменьшения

степени

их

влияния

на ра

ботоспособность

конструкций

необходимо

постоянно

контролиро

вать и регулировать параметры

процесса.

В той или иной степени контроль и регулирование

осуществля

ются при любых технологических операциях. Однако

д о с т и ж и м а я

степень точности и, значит, гарантируемые показатели

работоспо

собности конструкций для разных процессов

неодинаковы.

При ручных операциях параметры процесса регулируются на

основе визуальных наблюдений, и точность регулирования

зависит

от опыта

рабочего. Д л я проведения

инструментального

контроля

приходится прерывать технологическую

операцию,

что

приводит

к определенным

дефектам .

Кроме

того,

такой

контроль

может

лишь фиксировать полученные результаты, и в случае

обнаружения

недопустимых

отклонений — устанавливать

объем

необходимых

переделок. Вероятность брака увеличивается еще в большей сте пени, если контроль производится только после завершения про цесса.

Следовательно, для обеспечения заданных показателей работо способности конструкций желательно вести непрерывный поопера ционный контроль и автоматически регулировать параметры про цесса, т. е. внедрять механизацию технологических, процессов. Это позволяет т а к ж е в значительной степени исключить перерывы в опе рациях, а следовательно, повышает экономическую эффективность процесса и уменьшает возможность появления технологических де фектов.

124

При механизированных процессах можно регулировать л ю б ы е параметры с произвольной заранее заданной точностью, гаранти рующей получение необходимых характеристик конструкций (в том1 числе и ее работоспособность). Вместе с тем повышение требова ний к количеству контролируемых параметров и точности их регу лирования, как правило, приводит к резкому увеличению капиталь

ных и	эксплуатационных з а т р а т		на использование средств механи
зации,	а т а к ж е во	многом определяет		их конструктивный тип,
Поэтому повышение		требований	к качеству	и точности технологиче

ских операций должно находиться в разумных технически и эконо мически оправданных пределах. В частности, для обоснования при нимаемых характеристик контроля и регулирования необходимо использовать результаты размерно-технологического анализа вели

чин систематических	и случайных отклонении параметров процесса
с учетом их влияния	на работоспособность конструкций.

Снижение уровня концентрации напряжений только технологи ческими средствами далеко не всегда экономически оправдано и

технически	целесообразно. Так,		по данным работы	[8] предел	уста
лости стыковых сварных соединений, выполненных				с помощью ав
томата двусторонним		швом без	скоса кромок, составляет 65—85%
от предела	усталости	гладкого	образца при симметричном ц и к л е
нагружения	(в зависимости от		высоты и ширины	усиления	ш в а ) .

Н а л о ж е н и е галтельных швов в районе усиления уменьшает эффек тивный коэффициент концентрации напряжений настолько, что

усталостная	прочность		гладкого	образца и	стыкового соединения
с галтельными		швами становится		практически одинаковой (рис. 27),
Вместе с тем	в	период	эксплуатации судна		неравномерный корро

зионный износ листов приводит к снижению их предельной н уста лостной прочности. В частности, в работе [95] показано, что в з а в и симости от глубины коррозионных язв, их распределения по пло щади листа и уровня нагружения конструкции расчетная толщина может снизиться почти в два раза по сравнению со средней тол

щиной, определенной в соответствии с действующими	правилами
дефектации [67]. В результате при общем увеличении	н а п р я ж е н н о

сти изношенных связей в районах коррозионных язв возникает су щественная концентрация напряжений, которая в большинстве слу чаев превышает концентрацию напряжений в сварных соединениях,- выполненных обычными способами. Следовательно, наложение г а л


тельных		швов,		приводящее к дополнительной				трудоемкости			р а
бот	и з а т р а т а м			сварочных материалов, для			сварки листов судовых-
перекрытий			м е ж д у собой нецелесообразно,				т а к	как	в	этой	кон
струкции		в	процессе эксплуатации		могут	появиться			такие ж е		или
более сильные концентраторы напряжений, чем стыковые швы.
	Таким образом, разумное, экономически оправданное повыше
ние	общей		надежности корпуса		судна	достигается			в	результате

I2S

повышения работоспособности в первую очередь менее надежных его элементов и соединений, повреждение которых в условиях экс плуатации наиболее вероятно. Ка к показывают результаты испыта ний [12], [13], [40], такими элементами обычно являются у з л ы наибо лее напряженных конструкций судового корпуса. Д л я совершен ствования подобных конструкций, обеспечивающего наибольший технико-экономический эффект, применяются следующие основные

конструктивные		мероприятия:
1. Уменьшение собственно конструктивной (или геометрической)
концентрации	напряжений .			Это		достигается		соответствующим
йгкгс/см2
2800						.т
				У	1	.т
2Ш				У
2Ш
2000
1600
1200		2-W			5-W			2-10° N
10		2-W			5-W		10	2-10° N
Рис. 27.		Усталостные		характеристики			образцов		сварных
				соединении.
/ — лист	в	состоянии	поставки		без	соединений; 2— стыковое сое
динение с		разделкой	кромок;		3 — стыковое		соединение	с	дополни
		тельными		галтельнымн швами;
о — максимальные нормальные					напряжения		цикла; N — число цик
		лов	нагружения до			разрушения.

оформлением районов прерывистых связей, вырезов в конструк циях, обеспечением конструктивной непрерывности растянутых связей корпуса и т. п.

2.Устранение мест повышенной технологической концентрации напряжений в результате изменения конструктивного решения.

3.Разнесение зон наибольших геометрической и технологиче ской концентрации напряжений путем соответствующего оформле ния конструкции.

Теоретические и экспериментальные исследования этих конст руктивных мероприятий широко проводятся в отечественном и

зарубежном судостроении [13], [29], [65], [87], а	их результаты отра
ж е н ы с той или иной степенью полноты в	требованиях П р а в и л
классификационных обществ.

126

Обычно перечисленные мероприятия реализуются в конструкций' не раздельно, а в определенном сочетании, комплексно. Так, во


многих случаях соединение поясков пересекающихся				рамных свя
зей корпуса	(рамных бимсов и карлингсов палуб,		флоров		с верти
кальным килем и стрингерами на судах без двойного дна,					бортовых
стрингеров	и рамных	шпангоутов) осуществлялось	в	соответствии
с рис. 28, а.	В точке	А наблюдается значительная	геометрическая

концентрация напряжений, вызванная резким изменением сечений деталей. Здесь ж е неизбежно скопление технологических дефектов сварки — концевых кратеров, подрезов, обусловленных либо оста-

Рис. 28. Соединение поясков рамных связей набора: а — непосредственное; б •— с помощью специальной вставки.

новкамн во время сварки, либо резким изменением направления" шва. При достаточно высоком уровне нагружения узла или при


действии других неблагоприятных факторов (повышенная								вибра
ция,	низкая	температура)	в таких		узлах		отмечены повреждения
в виде трещин. С целью повышения					надежности конструкций П р а
вила	Регистра С С С Р рекомендуют			узел		соединения поясков		выпол
нять	так, как	изображено	на рис.	28, б,		что	одновременно	с н и ж а е т

концентрацию напряжений, вызванную изменением сечения, выво дит сварные швы из зоны повышенных напряжений и улучшает ус

ловия	выполнения сварки. В	соответствии	с П р а в и л а м и	Регистра
С С С Р	такое оформление узла	обязательно,	в частности,	для райо

нов повышенной вибрации и д л я крайних связей эквивалентного' бруса, особенно при использовании сталей повышенной прочности (т. е. при высоком номинальном уровне действующих н а п р я ж е н и й ) .

Аналогичные соображения следует принимать во внимание при

оформлении свободных			кромок стенок		и	поясков			балок. Д о	недав
него времени		(примерно	до середины 60			-х	годов) приварка			бракет
и ребер	осуществлялась		так,	к а к показано			на	рис. 29, а. П р и этом
сварные	швы	выходили	на	кромку	деталей,			а	дефекты	сварки

127

в ы з ы в а ли концентрацию напряжении и повреждения конструкции. Устранить эти недостатки конструктивными средствами очень про

сто: достаточно ширину

подкрепляющих

деталей

сделать меньше

ширины

пояска

на

10—15

мм

(рис. 29,6), что и предусмот

рено

П р а в и л а м и

Регистра

С С С Р .

Интересно

проследить

раз

витие

конструкций

фундамен

тов под главные и вспомога

тельные

двигатели,

компрес

соры

другие

подобные

Рис.

29. Подкрепляющие

детали рам

механизмы, в ы з ы в а ю щ и е ин

тенсивную

вибрацию . Длитель

ного

набора: кромка

кницы

доведена

(а)

и не

доведена

(б)

до

кромки

ное время

пояски

поперечных

пояска.

книц

бракет

фундаментов

приваривались к пояскам про

дольных

фундаментных

балок под

прямым

углом

(рис. 3 0 , а ) ,

что

приводило к трещинообразованию в связи с геометрической кон

центрацией напряжений и скоплением	технологических	дефектов
Н-1с	1	а
	лА1	а

рис. 30. Подкрепление	фундаментных балок:		а — пояски кинц	и бракет		не
посредственно сварены	с пояском	продольной	фундаментной балки;		б — по
яски книц и бракет приварены к фестонному			листу; в — пояски	книц	и	бра
кет не доведены	до пояска	продольной фундаментной		балки.

в углах. Правила ж е классификационных обществ никаких указа ний по приварке поясков не содержали вплоть до 1968 г. В этот период в конструкцию часто стали вводить непрерывный фестон ный лист по кромке пояска фундаментной балки (рис. 30,6), к ко торому приваривались пояски бракет. Очевидна аналогия данной конструкции с узлом соединения поясков пересекающихся рамных балок набора (см. рис. 28, б). Однако повышение трудоемкости

}28


изготовления таких				фундаментов		и	меньшая доступность				мест
установки		крепежа		(т. е. в конечном			итоге усложнение монтажных
работ	при	установке механизмов)				заставили		искать	другие	реше
ния. Наиболее простой и экономичной при достаточной										надеж
ности	оказалась конструкция,				в которой бра кеты и				кницы	не	до
ведены	до		кромок	поясков	продольных			фундаментных		балок,
а их пояски			обрезаны «на		ус»	(рис. 30, б) . Т а к а я			конструкция

в настоящее время широко распространена, а указания о ее при

менении содержатся в	действующих	П р а в и л а х Регистра С С С Р .
Область применения	различных	рекомендаций по снижению

конструктивной и технологической концентрации напряжений су

щественно зависит от общего уровня и				х а р а к т е р а		н а г р у ж е н и я
конструкций	(что в более	или менее явном		виде о т р а ж е н о в			Пра
вилах классификационных		обществ и в действующих			нормативных
д о к у м е н т а х ) ,	а т а к ж е от экономических последствий				повреждения
конструкций, возникающих при эксплуатации судна.						Следова
тельно, вопросы ремонта д о л ж н ы			рассматриваться у ж е			при проек
тировании судна.
Ремонтопригодность — в а ж н ы й			элемент	эксплуатационной			эф

фективности судов. П о д этим понимается применение при проекти ровании судна таких корпусных конструкций, которые обеспечи вают минимальные суммарные затраты на постройку, ремонт и

техническое обслуживание (в эти з а т р а т ы	включаются	и потери от
вывода судна из эксплуатации на период	р е м о н т а ) .	Иными сло

вами, в понятие ремонтопригодности включается установление оп тимальных нормативов на межремонтный период и на отчисления

для ремонтных	работ.
Р а з р а б о т а н а	нормативная документация, которая	определяет
основные качественные и некоторые количественные		показатели

ремонтопригодности, обеспечиваемые и контролируемые при про ектировании.

Все судовые конструкции, системы и изделия распределяются по категориям в зависимости от степени ответственности их работы

или	в конечном итоге от степени экономических последствий их
повреждений . Так, все конструкции		основного корпуса, в к л ю ч а я
палубы, переборки, платформы, отнесены к I категории, т. е. к кон
струкциям, обеспечивающим безопасность п л а в а н и я			и эксплуата
ции.	Соответственно д о л ж е н быть	гарантирован	четырехлетний

цикл эксплуатации без заводского ремонта. Одновременно реко мендуется, учитывая плановые периодические заводские ремонты,

рассчитывать основной корпус судна на весь			срок с л у ж б ы		без ка
питального ремонта. Это д о л ж н о достигаться			рациональным выбо
ром размеров деталей и элементов (особенно			тех, которые		подвер
ж е н ы ' н а и б о л ь ш и м	износам и	н а г р у з к а м ) , обеспечением		их	доступ
ности д л я осмотра	и окраски	и т. п. Все эти	положения	диктуются

129

относительно высокой трудоемкостью выполнения ремонтных

работ

по корпусу, большим объемом в о з м о ж н ы х

сопутствующих

работ —

д е м о н т а ж о м

и повторным

м о н т а ж о м

после завершения ремонта ме

таллического

корпуса различного оборудования,

систем,

изоляции

п прочего,

а т а к ж е

необходимостью

вывода

судна из

эксплуатации

на

весь период

ремонта. П о л н а я трудоемкость

ремонта корпуса

из

меняется в широких пределах и определяется

произведением

базо

вой

трудоемкости,

зависящей

от массы

металлического

корпуса и

категории ремонта, и коэффи

100

циентов,

учитывающих

раз

личные конструктивно-эксплуа

тационные

факторы:

коэффи

циента

конструктивной слож

Ы 40

ности (1,0—1,1 для судов раз

%30

ного водоизмещения и назна

го

чения),

коэффициента

доступ

ности

(1,0—1,4 в

зависимости

от

стесненности

условий

для

технического

обслуживания

ремонта),

коэффициента

со

путствующих

работ

(1,0—10,0

1 • 1

•

в зависимости от объема де-

Ofi 0,6 0,81,0

2,0 3,0 4,0

5,0

8,010,0

монтажных работ

и восстанов

Масса корпуса, тыс.т

ления

трубопроводов,

электро

Рис. 31. Базовая трудоемкость ремонта

трасс, о б о р у д о в а н и я , и з о л я ц и и ) .

металлического

корпуса.

Б а з о в а я

трудоемкость

ре

/ — капитальный

ремонт;

2 — с р е д н и й ;

3 — те

монта

может

определяться

кущий.

в первом приближении по ста

тистическим

данным

(рис. 31).

Таким

образом,

ремонт

корпуса

(за исключением

непредвиден

ных аварийных ситуаций) д о л ж е н носить только

профилактический

х а р а к т е р

заключаться

очистке, окраске

и,

ка к

исключение,

в устранении водотечности и смене поврежденных элементов. Эти требования д о л ж н ы быть выполнены при проектировании.

Исходя	из обеспечения работоспособности корпусных конструк
ций ремонт	следует р а с с м а т р и в а т ь ка к устранение последствий не

допустимых эксплуатационных дефектов и повреждений, что и оп ределяет объем корпусных конструкций, п о д л е ж а щ и х ремонту. По этому действующие в морском флоте С С С Р нормативы по оценке технического состояния корпусных конструкций [67] построены ме тодически аналогично нормам прочности Регистра С С С Р , установ ленным дл я строящихся судов. Количественные различия этих нор мативов о т р а ж а ю т различные расчетные сроки эксплуатации су дов: полный срок службы для нового судна и срок до очередного освидетельствования (докования) — д л я судна в эксплуатации .

130

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 2013 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ