Сварочные материалы и оборудование

Содержание

Введение

1. Требования к основному металлу (прокату)

2. Требования к сварочным материалам

3. Описание конструкции. Требования к подготовке соединений под сварку

4. Требования к технологическому процессу

4.1 Требования к производственным условиям выполнения сварочных работ

4.2 Общие требования к сварке. Выбор способов сварки

5. Требования к прихваткам

6. Сборочная оснастка и сборочные приспособления при сборке секции

7. Выбор сварочного оборудования

8. Режимы сварки

9. Последовательность сборки сварки полотнища и набора

10. Контроль качества сварочных работ

11. Требования охраны труда при изготовлении корпусной конструкции

12. Практическая часть

Заключение

Список литературы

Введение

В основу современной организации постройки сварного судна положен принцип рационального разделения корпуса на составляющие элементы, независимого параллельного изготовления этих элементов с последующей сборкой их до наибольшей целесообразной готовности частей корпуса. На последнем этапе сборки все эти части соединяют в общий корпус.

Рассмотрим основные определения, относящиеся к сборке и сварке судовых корпусных деталей.

Деталь (лист, кница, флора, бракета или профиль) - неделимая часть корпусной конструкции, полученная в результате обработки металлопроката.

Узел - технологически законченная часть корпусной конструкции, состоящая из двух или более деталей.

Секция - технологически законченная часть корпуса судна, состоящая из ряда узлов и отдельных деталей и включающая детали насыщения. Секции корпуса могут быть двух видов:

Плоскостные секции - это части днища, борта, палубы, переборки и др., состоящие из плоского (или с небольшой кривизной) полотнища и набора. Плоскостные секции подразделяют на следующие конструктивно-технологические группы: секции без погиби, состоящие из двух подгрупп: секции с набором одного направления и секции с набором двух направлений; гофрированные секции, которые отличаются от секций предыдущей группы тем, что имеют гофрированные полотнища; они состоят из двух подгрупп: секции без набора и с набором поперек гофров;

секции с цилиндрической погибью, к которым относят секции палуб, имеющие поперечную погибь;

секции с переменной кривизной. К ним относят секции (бортовые) с изменяющейся по длине кривизной.

Объемные секции - это части корпуса или отдельных конструкций, имеющие криволинейные обводы и образующие закрытые полностью или частично отсеки. Объемные секции подразделяют на следующие конструктивно-технологические группы: секции с прямолинейными обводами - это днищевые секции с настилом второго дна и плоской обшивкой днища, объемные секции коффердамов и некоторые другие конструкции; секции с криволинейными обводами - объемные бортовые секции и секции оконечностей;

секции ярусов надстроек - разнообразные объемные секции надстроек и рубок, кожухи дымовых труб и др.;

конструкции типа крупных фундаментов - фундаменты под главные дизели и др.

Блок-секция - часть корпуса судна, отсеченная одной или двумя плоскостями (шпангоутов), параллельными мидель-шпангоуту, либо ряд замкнутых отсеков надстройки. Блок-секция формируется из нескольких плоскостных и объемных секций, узлов и деталей. Нередко блок-секцию называют просто блоком.

Блок судна - блок-секция, насыщенная частично или полностью механизмами, устройствами, элементами систем и трубопроводов, электрооборудованием и др.

Насыщение - детали и узлы судовых устройств, систем, трубопроводов и оборудования, мелкие фундаменты, а также крепления изоляции и отделки помещений, устанавливаемые на корпусные конструкции.

Методы постройки судов определяются технологией, принятой на каждом судостроительном предприятии.

Секционный метод постройки заключается в том, что весь корпус строящегося судна разбивают на отдельные секции: палубы, борта, днища, переборки, платформы, надстройки и др.

Сборку корпуса судна производят в сборочно-сварочном цехе и на стапеле; сборку секций судна в сборочно-сварочном цехе называют предстапельной сборкой, а сборку судна на стапеле - стапельной сборкой. Так как предстапельная сборка всегда предшествует стапельной, то ее нередко называют предварительной сборкой.

Готовые секции, в которых выполняют максимально возможный объем монтажных работ, поступают на склад или непосредственно на стапель. На стапеле производят установку, сборку и сварку секций, формируют корпус в целом и продолжают работы по монтажу механизмов, устройств, систем оборудования, отделке и окраске помещений.

Блочный метод постройки представляет собой развитие секционного метода, при котором судно разбивают на крупные объемные части - блоки-секции, изготовляемые в сборочно-сварочном цехе из отдельных секций. В блоке-секции выполняют весь монтаж насыщения.

Готовые блоки поступают на стапель, где их соединяют (стыкуют) и сваривают, получая готовый корпус судна с надстройками, собираемыми из отдельных блоков. После этого производят оставшиеся монтажные, изолировочные, отделочные, малярные и другие достроечные работы.

Размеры блоков зависят от производственных условий на предприятии и от того, какой транспорт будет обеспечивать их подачу на стапельное место.

На стапельном месте элементы корпуса формируют тремя способами: пирамидальным, островным и блочным. Эти способы позволяют вести сборку и сварку корпуса широким фронтом, значительно сокращая время постройки судна, уменьшают общие сварочные деформации корпуса.

сварочное оборудование прихватка оснастка

1. Требования к основному металлу (прокату)

Для изготовления секций продольных переборок используем судостроительную сталь категории РСD32 ГОСТ Р 52927. Сталь повышенной прочности, предназначена для постройки судов и морских технических сооружений, соответствующих классу Регистра (Российский морской регистр судоходства - РМРС).

Химический состав и механические свойства стали категории РСD32 представлен в таблице 1 и таблице 2 соответственно.

Таблица 1. Химический состав стали РСD32 ГОСТ 52927-2008

Таблица 2. Механические свойства стали РСD32.

2. Требования к сварочным материалам

К сварочным материалам относят плавящиеся покрытые электроды, сварочную проволоку, различные флюсы, защитные газы, присадочные прутки.

Данные материалы должны обеспечивать требуемые геометрические размеры и свойства сварного шва, хорошие технологические условия ведения процесса сварки, высокую производительность и экономичность процесса.

Это достигается тем, что сварочные материалы участвуют:

в защите расплавленного металла в зоне протекания металлургических процессов, в период всего процесса сварки - в процессе расплавления, переноса в дуге, пребывания в сварочной ванне, кристаллизации;

участвуют в регулировании химического состава металла шва путем его легирования и раскисления;

в рафинировании металла шва - удаление серы, фосфора, включений оксидов и шлаков;

в очистке металла шва от водорода и азота.

Для автоматической сварки полотнищ используем сварочную проволоку марки Св08А, в виде непрерывного плавящегося электрода, намотанного на специальные кассеты и флюс ОСЦ 45м; для полуавтоматической сварки применяем проволоку Св08Г2С ГОСТ 2246-70. Эти типы проволоки применяются при сварочных работах с низколегированной и углеродистой сталью. Результатом сварки с использованием этих проволок является чистый и ровный сварочный шов, а также улучшенные характеристики изделия по прочности, ударной вязкости и пр. При этом возможность "залипания" электродов и порог разбрызгивания снижаются.

Проволоку СВ08А можно использовать для сварочного оборудования разных уровней сложности.

Проволока маркировки Св08Г2С лучше других подходит для сварочных работ с теплоустойчивой и низколегированной сталью. Это объясняется двухпроцентным содержанием в ней марганца и однопроцентным содержанием кремния. Эти два вида проволоки изготавливаются по ГОСТу 2246-70.

Итак, для сварки листов полотнищ применяем сварочный материал: проволоку марки Св08А, Флюс ОСЦ 45м.

Химический состав проволок Св08А и Св08Г2С представлен в таблицах 3 и 4 соответственно.

Таблица 3. Химический состав проволоки марки Св08А

Таблица 4. Химический состав проволоки марки Св08Г2С.

Флюс ОСЦ 45м предназначен для механизированной дуговой сварки углеродистых нелегированных и низколегированных судостроительных сталей, наплавки широкой номенклатуры изделий из углеродистых и низколегированных сталей, сварочной проволокой диаметром не более 3,0 мм А также импортных сталей типа Н11/Н111, 17Mn4, StE255, 15Mo3, StE355б в сочетании с проволоками марок СВ-08, СВ-08Га, S1, S2, S2Mo.

3. Описание конструкции. Требования к подготовке соединений под сварку

Переборка - это вертикальная стенка из листов с набором, разделяющая внутреннюю часть корпуса на отсеки или ограничивающая надстройки и рубки. В зависимости от расположения и назначения переборка может быть поперечной и продольной, непроницаемой и проницаемой, главной, форпиковой и ахтерпиковой, полупереборкой, отбойной переборкой, выгородкой, огнестойкой переборкой.

Продольные переборки состоят из полотнища и ребер жесткости. Листы полотнища переборки длинной стороной располагаются вертикально. Нижние листы переборки у днища имеют увеличенную толщину из-за интенсивной коррозии в этих местах и большой нагрузки. Толщина верхнего пояса переборок увеличивается вследствие химической коррозии в газовой среде.

Ребра жесткости переборки располагаются вертикально. Продольные переборки, из условий общей продольной прочности, подкрепляются горизонтальными ребрами жесткости. Стойки и горизонтальные ребра жесткости переборок к балкам судового набора крепятся кницами.

Переборку, которая в эксплуатации или аварийных случаях, предусмотренных расчетом, является непроницаемой, именуют непроницаемой, а к которой не предъявляется требований непроницаемости - проницаемой переборкой корпуса судна.

Сборку под сварку соединений при изготовлении конструкций или изделий следует производить по рабочим чертежам и технологическому процессу, разработанному в соответствии с требованиями ОСТ5.9092-81 и ОСТ 5.9083-83.

Детали, поступающие на сборку соединений для последующей сварки, должны быть обработаны, выправлены, замаркированы в соответствий с требованиями ОСТ5.9091-80.

Детали, предназначенные для сборки соединений со скосом кромок или имеющие технологический припуск, удаляемый перед сваркой, должны быть вырезаны тепловой (кислородной или плазменной) резкой или механическим способом в соответствия с требованиями ОСТ.

Скос кромки у деталей должен быть произведен кислородной резкой или механическим способом.

Детали, предназначенные для сборки соединений без скоса кромок, подлежащие автоматической дуговой сварке под флюсом на весу, должны быть вырезаны тепловой (кислородной) резкой или механическим способом при толщине деталей соединения до 7 мм включительно и тепловой (кислородной или плазменной резкой с использованием в качестве плазмообразующей среды кислорода с водой, воздуха с водой или кислорода) или механическим способом при толщине деталей соединения от 8 до 14 мм включительно. При применении плазменной резки, для обеспечения требуемого качества сборки соединения под сварку, детали должны быть вырезаны по первому классу точности ГОСТ 14792-80.

Детали, предназначенные для сборки соединений без скоса кромок, подлежащие сварке способами, предусмотренными ОСТ 5.9083-83, должны быть вырезаны тепловой резкой (кислородной или плазменной с использованием в качестве плазмаобразующей среды кислорода с водой, воздуха с водой или кислорода) или механическим способом.

Кромки деталей соединения и прилегающие к ним поверхности, подлежащие сварке, непосредственно перед сборкой должны быть очищены от влаги, краски, масла, окалины и специальных покрытий до чистого металла.

Допускается не выполнять зачистку кромок и поверхностей деталей соединения под сварку в следующих случаях:

при отсутствии на них загрязнений;

наличии на них покрытия фосфатирующей грунтовкой ВЛ-023, нанесенной в соответствии с требованиями ОСТ5.9566-74;

при наличии на них покрытия другими грунтовками, принятыми для выполнения сварочных работ по ним в установленном порядке.

Места зачистки и размеры зачищаемых поверхностей стыкуемых под сварку деталей соединения, а также способы зачистки и применяемый при этом инструмент назначаются в соответствии с требованиями ОСТ5.9082-81.

4. Требования к технологическому процессу

4.1 Требования к производственным условиям выполнения сварочных работ

Сварка конструкции или изделий должна производиться в закрытых помещениях при температуре воздуха, отвечающей требованиям безопасности охраны труда. При выполнении работ по сварке на открытых площадках следует применять шатры навесы и другие средства, обеспечивающие защиту от ветра, атмосферных осадков, а также от сдувания струи газа с расплавленного металла шва и зоны горения дуги при сварке в углекислом газе.

При выполнении работ по сварке при отрицательных температурах воздуха кромки деталей соединения и прилегающие к ним поверхности на ширине 75 мм в обе стороны от кромки детали соединения надлежит подогревать перед сваркой до температуры не ниже 20°С в перечисленных ниже случаях:

при температуре ниже - 25°С, если толщина деталей соединения более 20 мм;

при температуре ниже - 15°С для поковок и отливок судового корпуса;

при температуре ниже - 10°С для деталей соединения из полуспокойной стали.

Подогрев кромок деталей соединения и прилегающих к ним поверхностей производится любым способом, освоенным на предприятии (нагревателями, пламенем газовой горелки и др.). Подогрев следует осуществлять со стороны соединения, и необходимо применять технологические меры, позволяющие произвести доброкачественную сварку.

При неодинаковой толщине свариваемых деталей соединения сварку следует производить с учетом требований ОСТ 5.9083-83 для детали большей толщины.

Прихватки надлежит выполнять при тех же условиях, что и сварку.

Тепловая строжка, применяемая при изготовлении сварных соединений, должна выполняться при тех же температурах воздуха, при которых допускается сварка этих соединений. Перед выполнением работ по тепловой строжке при отрицательных температурах воздуха надлежит провести предварительный подогрев в соответствии с требованиями ОСТ 5.9083-83, предъявляемыми к сварке данного соединения, надлежащей сварке в первую очередь.

4.2 Общие требования к сварке. Выбор способов сварки

Для сварки секции переборки основным видом сварки является полуавтоматическая сварка в СО₂, сварка выполняется проволокой Ø 1,2мм. Преимущество сварки в углекислоте перед сваркой под флюсом состоит в том, что сварщик может наблюдать за процессом сварки и горением дуги, которая не закрыта флюсом, отсутствует приспособление для отвода и подачи флюса. Полуавтоматическая сварка наиболее производительна по сравнению с ручной сваркой. Замена ручной сварки полуавтоматической позволяет снизить трудоемкость работ, время изготовления сварных узлов и деталей, уменьшить себестоимость работ. Основными достоинствами способа сварки в среде СО₂ являются:

хорошее использование тепла сварочной дуги, вследствие чего, обеспечивается высокая производительность сварки;

высокое качество сварных швов;

возможность сварки в различных пространственных положениях;

низкая стоимость защитного газа;

Сварка в СО₂ так же широко применяется и в других промышленностях.

5. Требования к прихваткам

Прихватка - короткий сварной шов для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей. Прихватки выполняются теми же сварочными материалами, что и основные сварные соединения. Прихватки размещают в местах расположения сварных швов, за исключением мест их пересечения. Длина прихваток для сталей с пределом текучести до 390 МПа должна быть не менее 50 мм и расстояние между ними - не более 500мм, для сталей с пределом текучести более 390 МПа прихватки должны быть длиной 100 мм и расстояние между ними - не более 400 мм. При небольшой толщине собираемых деталей (4 - 6 мм) прихватки могут быть более короткими (20 - 30 мм) и расстояние между ними 200 - 300 мм. По концам стыкуемых деталей следует выполнять по 2 - 3 усиленных прихватке длиной 50 - 70 мм при расстоянии между ними 50 - 150 мм. При сборке на прихватках громоздких тяжелых конструкций, кантуемых при сварке, расположение прихваток и их величина указывается в проекте производства сварочных работ. Неудаляемые при сварке прихватки должны выполнятся сварщиками, которые впоследствии будут сваривать прихваченные соединения.

Прихватки придают жесткость конструкции и препятствуют перемещению деталей от усадки при сварке, что может привести к образованию трещин, особенно в элементах большой толщины. Поэтому сборку на прихватках применяют при толщине металлов 6 - 10 мм, а при большей толщине используют сборочные приспособления, фиксирующие форму и размеры конструкций, однако допускающие ее незначительное перемещение от сварочной усадки. Такими приспособлениями являются клиновые стяжки.

К прихваткам установлены такие же требования, как и к сварным соединениям (прихватки зачищают от шлака, металлических брызг и проверяют внешним осмотром). Некачественно выполненные прихватки подлежат удалению.

6. Сборочная оснастка и сборочные приспособления при сборке секции

Расчленение корпуса на секции и установка их в удобное для сборки положение определило потребность в такой технологической оснастке, которая бы создавала базовую опору и фиксировала сложные обводы судового корпуса, обеспечивала взаимозаменяемость всех изготовляемых на ней секций. Основными видами оснастки для изготовления являются стенды, постели и кондукторы, снабженные различными приспособлениями и переносными средствами механизации. Их сложность и конструктивные особенности определяют прежде всего опорные поверхности секции. Если эта поверхность плоская, то для сборки и сварки секции достаточно иметь ровные площадки или плиты, позволяющие устанавливать на них различные приспособления (упоры, фиксаторы и др.).

Для сборки секций с неплоскими опорными поверхностями необходимы стенды и постели, снабженные лекалами (сменными или постоянными) с формой обводов соответствующих шпангоутов и продольных сечений корпуса.

При сборке объемных секций с очень сложными обводами в качестве опорных устройств принимают кондукторы, воспроизводящие также форму обводов корпуса.

Сборочные плиты изготовлены в виде ровных металлических поверхностей, образованных листовым или профильным прокатом, возвышающихся на 500 - 600 мм над уровнем пола цеха. За последние годы стали применять сборочные плиты с железобетонным основанием, что позволяет экономить металл.

Пазы сборочных плит используют для установки приспособлений и инструмента, применяемых при сборке. Часто на плитах устанавливают подкладки и упоры для образования определенных обводов собираемых секций.

Тогда плита превращается в простейшую постель для сборки и сварки секций одного типа.

Постели являются сложными и металлоёмкими изделиями. Поэтому перед проектированием обосновывается экономическая целесообразность применения того или иного вида постели: при крупносерийной постройки судов конструкции постелей более массивные, предназначены для многократного использования; при малосерийной постройке - облегченные и универсальные.

Кондукторы и стапель - кондукторы предназначены для сборки и сварки объемных секций оконечностей и блоков секций. Кондукторы воспроизводят требуемые (локальные) обводы, а также обеспечивают возможность установки и контроля узлов, плоскостных секций и подсекций, из которых собирают объемные конструкции. Кондукторы, предназначенные для сборки объемных секций форпика и ахтерпика, оборудованы специальными устройствами для центровки вертикальных и горизонтальных струн, представляющих осевые линии валопровода и баллеров рулей, а так же для проверки вертикальности форштевня. В кондукторах устанавливают значительно меньшее число лекал образующих базовую поверхность, так как подаваемые на сборку узлы, секции и подсекции имеют значительную жесткость и в большом количестве опор не нуждается.

Приспособления, которыми оснащают сборочные плиты, постели и кондукторы, бывают постоянные и переносные. Постоянные приспособления обеспечивают прижим и фиксацию положения кромок листов (Рис.49а), прижим концов набора (Рис.49б) и фиксацию положения концов набора относительно кромок обшивки (Рис.49в). К этим приспособлениям так же относятся ограничительные упоры "бобышки", разметочные планки и другие.

7. Выбор сварочного оборудования

Для использования автоматической сварки требуется большой комплекс машин, механизмов и приспособлений, составляющих автоматическую установку для дуговой сварки. Устройство, производящее зажигание дуги, подачу электродов по мере сгорания и обеспечивающее устойчивое горение дуги, называется автоматической головкой для дуговой сварки, или дуговым автоматом. Наиболее важное промышленное значение имеют автоматы для сварки плавким металлическим электродом (рисунок….).

Автомат сварочный АДФ-1002 предназначен для сварки под слоем флюса соединений встык с разделкой и без разделки кромок, для сварки угловых швов вертикальным и наклонным электродом, а также нахлесточных швов. Автомат легкий, малогабаритный, одномоторной схемы, тракторного типа, процессе работы передвигается по изделию. Характеристики трактора - в таблице.

Таблица 9.

Трактор представляет собой самоходное устройство, в котором подача сварочной проволоки, перемещение и защита дуги происходит автоматически по определенной программе. Трактор производит сварку соединений встык с разделкой и без разделки кромок, угловых швов наклонным электродом, а так же нахлесточных швов. В процессе работы трактор передвигается по изделию или по уложенной на нем направляющей линейке. Сварочный трактор комплектуется источником ВДУ-1250 <#"605727.files/image001.gif">298260мм

Масса подающего устройства - 12кг

Полуавтомат комплектуется тиристорным выпрямителем ВДУ-506. Выпрямитель обеспечивает плавное регулирование рабочего напряжения и тока в одном диапазоне.

Техническая характеристика ВДУ-506.

Номинальный сварочный ток - 500А

Диапазон регулирования сварочного тока - 60-500А

Напряжение холостого хода - 80В

номинальное рабочее - 50В

Пределы регулирования рабочего напряжения - 18-50В

Первичная мощность - 40кВ

КПД - 75%

Габаритные размеры - 8206201100мм

Масса - 300кг

Номинальный режим работы ПВ - 60%

8. Режимы сварки

Для выполнения сварного шва прежде всего определяют режим сварки, обеспечивающий хорошее качество сварного соединения, установленные размеры и форму при минимальных затратах материалов, электроэнергии и труда.

Режимом сварки называется совокупность параметров, определяющих процесс сварки: вид тока, диаметр электрода, напряжение и значение сварочного тока, скорость перемещения электрода.

Все параметры режима сварки можно разделить на основные и дополнительные.

Основные параметры - это величина и полярность тока, диаметр электрода, напряжение на дуге, скорость сварки.

Дополнительные параметры - состав и толщина покрытия электрода, положение электрода и положение изделия.

Режимы автоматической сварки будут выбираться исходя из силы тока (А), напряжения на дуге (В), и скорости сварки (м/ч).

Влияние основных параметров:

Величина сварочного тока подбирается в зависимости от толщины металла и вида сварного соединения. Диаметр электрода - в зависимости от вида сворного соединения, размеров шва, толщины свариваемых кромок с таким расчетом, чтобы электрод при выбранном режиме сварки не разогревался по всей длине до светло-красного каления, которое вызывает быстрое испарение его, растрескивание и быстрый расход. Увеличение сварочного тока вызывает (при одинаковой скорости сварки) рост глубины проплавления (провара), что объясняется изменением погонной энергии (теплоты, приходящейся на единицу длины шва) и частично изменением давления, оказываемого столбом дуги на поверхность сварочной ванны.

Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40-50 процентов больше, чем постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. При сварке переменным током глубина провара на 15-20 процентов меньше, чем При сварке постоянным током обратной полярности.

Напряжение определяет, главным образом, ширину шва. На глубину провара напряжение оказывает весьма незначительное влияние. Если при увеличении напряжения скорость сварки увеличить, ширина шва уменьшится. В таблице 2 показаны параметры и режимы сварки для проведения сварочных работ при автоматической сварке под флюсом.