книги из ГПНТБ / Кузьминов С.А. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций

листов из малоуглеродистых и низколегированных сталей. Кривые построены по данным расчета и уточнены по экспериментальным данным [43].

П р и м е р . Определить стрелки прогиба из плоскости и на кромку полос при их ацетилено-кислородной вырезке в свободном состоянии.

Исходные данные: материал •— сталь ВСт.З с п; лист заготовки размером 1500Х

= 0,0104 см3/кал.

Расчет. Стрелки прогиба из плоскости (/п) и на кромку (/) определяются соот­

221

Глава VIII

МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ СО СВАРОЧНЫМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ

СУДОВЫХ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Ранее были выведены расчетные формулы и даны схемы расчета сварочных деформаций, пользуясь которыми можно определить величину и характер изменения начальных форм и размеров кон­ струкции при изготовлении ее по заданному технологическому процессу, а также выбрать вариант технологического процесса, обеспечивающий минимальные сварочные деформации. Если резуль­ таты расчетов покажут, что деформации конструкции ожидаются недопустимо большими, то необходимо пересмотреть как саму кон­ струкцию, так и технологию ее изготовления с целью получения минимальных сварочных деформаций.

Осуществление только технологических мероприятий часто тре­ бует дополнительных затрат средств и времени. Поэтому целесо­ образно, чтобы вновь проектируемые конструкции имели такое кон­ структивное оформление, которое обеспечивало бы возможность их изготовления с минимальными сварочными деформациями при минимальной трудоемкости. Следовательно, борьбу со сварочными деформациями надо начинать при проектировании, максимально используя конструктивные мероприятия по уменьшению сварочных деформаций.

На практике для повышения точности изготовления сварных конструкций применяют:

конструктивные мероприятия по уменьшению сварочных дефор­ маций;

технологические мероприятия по уменьшению сварочных де­ формаций;

технологические мероприятия по компенсации сварочных де­ формаций;

правку сварных конструкций.

§ 33

Конструктивные мероприятия по уменьшению сварочных деформаций

При проектировании корпусных конструкций необходимо стре­ миться к уменьшению числа сварных соединений, что может быть достигнуто применением листов больших габаритов и заменой кон­

2 2 3

струкций с привариваемым набором на гофрированные или на кон­ струкции, изготовляемые из прессованных панелей.

Объем продольного укорочения, приходящийся на единицу длины заданного сварного соединения, значительно меньше объема попереч­ ного укорочения, приходящегося также на единицу длины, поэтому основное количество сварных соединений целесообразно распола­ гать параллельно тому направлению, в котором желательно иметь минимальные общие сварочные деформации. Кроме этого, для уменьшения общего изгиба конструкции следует сварные соединения располагать симметрично относительно центральных осей попереч­ ного и продольного сечений конструкций.

Для уменьшения остаточного объема продольного укорочения и остаточного объема поперечного укорочения сварные соединения

Х-образной разделке кромок листов заданной толщины объем на­ плавленного металла, погонная энергия и остаточный объем попе­ речного укорочения примерно в два раза меньше, чем при V-образной разделке;

всварных соединениях впритык, не рассчитываемых на проч­ ность, назначать минимальный технологически осуществимый катет сварных швов. При одном и том же минимальном катете швов при­ менение прерывистых швов более целесообразно, чем сплошных, так как при этом остаточный объем поперечного и продольного укорочений будет меньшим;

всварных соединениях впритык, когда размер катета сплошного шва тавровых соединений, определенный расчетом, превосходит

минимальный технологически осуществимый размер, выполнять его сплошным, так как остаточный объем продольного укорочения при сплошных швах иСпл всегда меньше остаточного объема продоль­ ного укорочения при прерывистых швах опр, равнопрочных сплош­ ным. Соотношение остаточных объемов продольного укорочения сварных соединений впритык при сплошных и прерывистых тавровых равнопрочных швах определяется по формуле

при назначении вида шва (прерывистый или сплошной) в равно­ прочном соединении, подсчитав величины остаточного объема попе­ речного укорочения W для нескольких вариантов шва, выбрать тот, который дает минимальное значение, учитывая при этом, что объем остаточного поперечного укорочения сварного соединения впритык зависит от степени прогрева полотнища. Соотношение объемов по­ перечного укорочения полотнища от приварки набора однопроход-

224

в сварных соединениях впритык, когда швы тавровых соединений назначаются по расчету, предпочитать сплошные двусторонние швы сплошным односторонним, так как сварное соединение с дву­ сторонними швами, по сравнению с равнопрочными односторонними швами, всегда дает меньшие остаточные объемы поперечного и продольного укорочений;

в сварных соединениях впритык при толщине полотнища б = = 2—5 мм, по возможности применять точечные швы, выполненные полуавтоматической сваркой. Контактная точечная и шовная сварка вызывает значительно меньший нагрев и, следовательно, меньшие деформации, чем электродуговая сварка. Поэтому необходимо стремиться к увеличению объема применения контактной сварки.

Газовая сварка вызывает значительно больший нагрев и, следо­ вательно, большие деформации, чем электродуговая. Поэтому при­ менение газовой сварки должно быть ограничено.

Конструкции необходимо проектировать таким образом, чтобы большинство сварных соединений можно было бы сваривать автома­ том или полуавтоматом, так как при этом нагрев и деформации получаются меньшими, чем при ручной сварке. При проектировании конструкций из легких сплавов следует предусматривать сварку плавящимся электродом вместо ручной сварки вольфрамовым элек­ тродом, при этом нагрев и деформации будут в 2—3 раза меньше

(см. табл. 2).

Если конструкция собирается и сваривается из предварительно сваренных и выправленных узлов, то деформация ее будет опреде­ ляться только укорочением швов, соединяющих узлы между собой. Поэтому при проектировании корпусных конструкций нужно преду­ сматривать возможность разбивки корпуса на секции, а секции на узлы и подсекции таким образом, чтобы при общей сборке секций и корпуса в целом был минимальный объем сварочных работ.

При проектировании секций следует обеспечивать возможность их изготовления с применением раздельного способа сборки и сварки судового набора, так как приварка набора главного направления вызывает простое поперечное укорочение секции, а поперечный изгиб секции легко устраняется установкой перекрестного набора. В этом случае секции будут получать только незначительный про­ дольный изгиб.

Монтажные соединения секций между собой впритык целесооб­ разно выносить с поверхности обшивки, т. е. предусматривать введение комингсов с предварительной приваркой их угловым швом в секции.

При проектировании тонколистовых конструкций их обшивки следует проверять на устойчивость. Проверку необходимо произ_

коэффициент, учитывающий степень прерывистости швов приварки набора; при односторон­

водить по рис. 136, на котором даны кривые, разделяющие кон­ струкции на две категории:

1)конструкции, полотнища которых теряют устойчивость от приварки набора;

2)конструкции, полотнища которых не теряют устойчивость от приварки набора.

Проектируемые конструкции не должны терять устойчивость от приварки набора, т. е. относиться ко второй категории.

Из рис. 136 видно, что для повышения устойчивости полотнища и снижения бухтиноватости необходимо увеличивать толщину об­ шивки, снижать калибры швов приварки набора и уменьшать рас­ стояние между набором.

Уменьшение расстояния между набором одновременно снижает ребристость и «домики» по стыкам обшивки.

При сварке днищевых секций возникает бухтиноватость флоров. Эта бухтиноватость вызывается укорочением наружной обшивки и настила второго дна при их сварке и при приварке к ним насыщения.

Для уменьшения бухтиноватости флоров необходимо:

при проектировании днищевой секции, по возможности, умень­

(т. е. применять раздельный метод сборки и сварки набора); применять бракетные флоры вместо сплошных проницаемых; подкреплять бракеты листовых флор горизонтальными ребрами

жесткости.

При проектировании следует стремиться к тому, чтобы сварные соединения были совмещены в одну плоскость (линию) и были не­ прерывны по всему сечению конструкции. В этом случае поперечное укорочение сварных соединений будет вызывать простое сближение свариваемых деталей, не вызывая больших напряжений сжатия и потери устойчивости в элементах конструкции без шва. Поэтому внутрисекционные стыки и пазы обшивки должны быть совмещены,

инабор — равномерно размещен по полотнищу и простираться не­ прерывно от кромки до кромки.

По возможности надо избегать проектирования криволинейных конструкций. Применение плоских конструкций упрощает оснастку для сварки в закрепленном состоянии.

Монтажные стыки рекомендуется располагать в одной плоскости со стыками набора и посередине шпации. Не рекомендуется проекти­ ровать монтажные стыки и пазы в районах концентрации напряжений

ив местах большой кривизны обводов (например, в районе скулы корпуса, по стыку конических и цилиндрических обечаек, у главных переборок и т. п.).

Для уменьшения изгиба плоских полотнищ по стыкам и пазам («домиков») целесообразно проектировать Х-образную симметричную

разделку кромок.

Для уменьшения прогиба криволинейных монтажных стыков, включая кольцевые стыки цилиндрических конструкций, необходимо проектировать разделку кромок этих стыков V-образной для листов

толщиной 6 «s; 12 мм и Х-образной несимметричной для листов б > > 12 мм с большей глубиной раскрытия разделки с вогнутой (вну­ тренней) стороны. Глубина раскрытия с вогнутой стороны должна

При поперечной системе набора рекомендуется криволинейные монтажные стыки обшивки подкреплять продольными ребрами, уста­ навливаемыми в монтажной шпации через 200—300 мм.

Для уменьшения местных деформаций листов от приварки на­ сыщения следует проектировать швы с симметричной наплавкой при минимальной площади сечения наплавляемых валиков, а различные крепления и мелкие детали в тонколистовых конструкциях уста­ навливать на набор или на специальные панели.

В плоских конструкциях (переборки, стенки надстроек, плат­ формы, выгородки и т. п.) рекомендуется набор проектировать одного направления, а стыки обшивки располагать параллельно набору.

Тонколистовые конструкции (стенки надстроек, выгородки и т. д.) целесообразно проектировать гофрированными или из прессованных панелей, или, наконец, сварными, но с набором, привариваемым контактной точечной сваркой.

Вырезки в листовом наборе (флоры, стрингеры) рекомендуется проектировать без обделочных поясков, так как приварка их часто вызывает потерю устойчивости полотна набора. Для повышения устойчивости и жесткости указанного набора необходимо устанавли­ вать по кромкам вырезов прямые ребра жесткости в направлении действия сжимающих нагрузок.

§34

Технологические мероприятия по уменьшению сварочных деформаций

Листы, поступающие на сборку, должны быть тщательно вы­ правлены, так как начальная бухтиноватость снижает устойчивость листов при сжатии. Сборку конструкций необходимо производить без натяга, так как при натяжении отдельные элементы конструкции могут потерять устойчивость. Для уменьшения объема продольного и поперечного укорочений сварных соединений встык сварку сле­ дует производить на режимах, дающих минимальную погонную энергию. С этой целью рекомендуется применять по возможности автоматическую и полуавтоматическую сварку плавящимся электро­ дом. Автоматическую сварку однопроходных швов стыковых соеди­ нений рекомендуется выполнять при малых диаметрах электродной проволоки. Ручную сварку следует выполнять на короткой дуге электродами малого диаметра.

При сварке нельзя допускать завышение заданных чертежом размеров швов, т. е. излишнее усиление, увеличение катетов швов и увеличение длины приварки прерывистых швов. Поверхность швов тавровых соединений должна быть вогнутой или, в крайнем случае, плоской (но не выпуклой), при этом снижается площадь сечения наплавленного металла и повышается вибрационная прочность

22S

В многопроходных швах с увеличением числа проходов воз­ растает угловая деформация (изгиб) и уменьшается продольное и поперечное укорочения.

Для уменьшения угловых деформаций заполнение разделки стыковых соединений необходимо производить в определенной последовательности.

При сварке прямолинейных швов поочередно сделать по одному проходу с каждой стороны или заполнить разделку заподлицо с ос­ новным металлом (без усиления) с одной стороны (обычно со стороны набора), заварить полностью шов с другой стороны и закончить сварку шва (усиления) с первой стороны.

При сварке криволинейных швов сначала следует полностью заварить шов с внутренней (вогнутой) стороны обшивки, а затем шов с наружной (выпуклой) стороны обшивки.

Если криволинейные швы сваривать в указанной последова­ тельности, то для уменьшения деформаций желательно в многопро­ ходных швах увеличивать число проходов, уменьшая площадь сечения наплавки каждого прохода.

При назначении последовательности сборки и сварки корпусных конструкций, как правило, необходимо обеспечивать возможность свободного укорочения свариваемых элементов (без изгиба), учиты­ вая, что конечные деформации изгиба полностью сваренной кон­ струкции являются алгебраической суммой деформаций, полученных конструкцией на каждом технологическом этапе.

Для сохранения формы конструкции сварку на каждом этапе следует осуществлять в закреплении против изгиба. При повышенных требованиях к точности сварной конструкции (особенно, когда требуется последующая механическая обработка) необходимо про­ вести термическую обработку для снятия внутренних напряжений. Желательно термическую обработку производить вместе с оснасткой до удаления закреплений.

При сварщ конструкций в первую очередь должны свариваться соединения, получающие максимальные поперечные укорочения. В этом случае большая часть поперечных укорочений пойдет на сближение свариваемых элементов (швы будут свариваться при минимальной внешней заделке).

Общие деформации» Сборку и сварку секций необходимо выпол­ нять из отдельных заранее сваренных узлов и подсекций, в которые следует включать и детали насыщения.

Сборку и сварку плоскостных корпусных конструкций, состоя­ щих из полотнища и продольно-поперечного набора, целесообразно производить раздельным способом по этапам:

I этап — сборка и сварка полотнища с внутренней стороны;

И этап— установка и приварка к полотнищу набора главного направления (при продольной системе набора — ребра жесткости и, по возможности, другие элементы продольного набора);

229

III этап— установка набора другого направления (при про­ дольной системе — поперечного набора) и сварка набора между собой;

IV этап — приварка оставшегося продольного и поперечного набора к Полотнищу;

V этап — подварка стыков и пазов полотнища.

При сварке плоских полотнищ, когда сборка осуществляется на плите, подварку полотнища целесообразно выполнять в первом этапе.

Сборку и сварку таких конструкций, как днищевая секция со вторым дном, также целесообразно производить раздельным спосо­ бом. При этом сборку и сварку наружной обшивки и междудонного набора следует выполнять по этапам, указанным выше, а последу­ ющую сборку и сварку производить в такой очередности:

1) установка подсекций настила второго дна с заранее прива­ ренными ребрами жесткости и сварка монтажных пазов настила второго дна;

2) подварка пазов и стыков наружной обшивки, а также пазов

кфлорам;

3)установка и приварка к настилу второго дна фундаментов.

Если по каким-либо причинам невозможно применять раздель­ ный способ сборки и сварки судового набора, например, большая кривизна секций, большое количество непроницаемых узлов и т. п., изготовление конструкций надо производить в следующей очеред­ ности:

1) сборка и сварка полотнища и других узлов. При этом сборка и сварка узлов производится с обратным выгибом на величину ожи­ даемого прогиба;

2) установка на обшивку продольного и поперечного набора, прихватка его и сварка набора между собой;

(рис. 137), начиная в первую очередь с набора главного направления. Для симметричного возникновения и распределения деформаций в конструкции приваривать набор должны одновременно четыре сварщика, начиная со средних ячеек секции и переходя к крайним. Сварку могут вести и два сварщика, если конструкция закреплена к жесткой постели или плите.

При выборе метода постройки судов предпочтение следует отда­ вать блочному методу [79], так как в этом случае получается мини­ мальный изгиб судна по длине (подъем носа и кормы).

В случае формирования корпуса на стапеле из секций (при сек­ ционном методе постройки) островным или пирамидальным спосо­ бом корпуса необходимо формировать более крутыми пирамидами и островами по высоте. При этом сборку и сварку секций при форми­ ровании пирамид и островов следует производить в последователь-

230