Технологический процесс сборки и сварки бортовой секции

ВВЕДЕНИЕ.

Развитие  сварочного производства в России на современном этапе.

Способ получения  неразъемных соединений различных  металлических деталей путем  сварки и пайки был известен еще  в глубокой древности. Так, в египетских пирамидах при археологических  раскопках нашли золотые изделия, которые имели паянные оловом соединения, а при раскопках итальянского города Помпеи обнаружили свинцовые  водопроводные трубы с продольным паяным швом. Широко применялась в  прошлом и кузнечная сварка. При  этом способе сварки соединяемые  металлы нагреваются до состояния  пластичности, а затем проковываются  в местах соединения.

С наступлением индустриализации, вследствие развития науки и техники, многие изготавливаемые  ранее из дерева и камня элементы сооружений были заменены металлическими. Преобладающим металлом было и остается железо или его сплавы, называемые сталями.

Можно с уверенностью утверждать, что и в дальнейшем сварка будет оставаться одним из ведущих технологических процессов  в промышленном производстве и в  строительстве. До 2/3 мирового потребления  стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Сварке подвергаются практически любые  металлы и неметаллы в любых  условиях – на земле, в морских  глубинах и в космосе. Толщина  листов свариваемых деталей колеблется от единиц микрон до десятков и сотен  сантиметров, масса сварочных конструкций  – от долей грамма до сотен и  тысяч тонн. Зачастую сварка является единственно возможным или наиболее эффективным способом создания неразъемных  соединений конструкционных материалов и получения заготовок, максимально  приближенных к оптимальной форме  готовой детали или конструкции.

Сварка во многих случаях заменила такие трудоемкие процессы изготовления конструкций, как  клепка и литье, соединение на резьбе и ковка.

Преимущество  сварки перед этими процессами следующие:

   –  экономия металла – 10…30% и более в зависимости от сложности конструкции;

   –  уменьшение трудоемкости работ, сокращение сроков работ и уменьшение их стоимости;

   –  удешевление оборудования;

   –  возможность механизации и автоматизации сварочного процесса;

   –   возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей;

   – герметичность сварных соединений выше, чем клепанных или резьбовых;

   – уменьшение производственного шума и улучшение условий труда рабочих.

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1  Общая часть

 1.1 Описание и выбор конструкции бортовой секции

Данная конструкция  является плоскостной секцией борта  в районе – 99-105 шпангоута.

Борта является продолжением днища и состоит  из наружной обшивки, бортовых стрингеров и шпангоутов. Бортовые стрингера  прокладываются по всей длине от носа до кормы и представляют собой  прочные балки. Шпангоуты – поперечные ребра, соединенные с палубами, скуловыми  стрингерами и днищевыми флорами. Они могут разрезаться на каждой палубе или проходить сквозь палубы, не разрезаясь.

Секция имеет  следующие габариты:

длина – 6100 мм

ширина – 4900 мм

         Полотно обшивки борта состоит из  4 деталей толщиной  10 мм. Продольный набор (стрингера) представляют собой сварные тавровые балки, поперечный набор  (шпангоуты) – полособульбы r 22^а .

В конструкции  секции борта входят кницы (детали россыпи), которые являются подкреплением  шпангоутов.

Для изготовления полотна и набора борта используется сталь 14Г2АФ.

Эскиз бортовой секции представлен на рисунке 1.

 

Рисунок 1

1.2 Выбор и техническая характеристика основных материалов

Для изготовления бортовой секции применяются листы  металла из стали марки 14Г2АФ, поставляемая по ГОСТ 19281-89.

Сталь низкоуглеродистая, низколегированная, конструкционная, нормальной прочности.

Химический  состав стали марки 14Г2АФ должен соответствовать  таблице1.

Таблица №1. Химический состав стали марки 14Г2АФ

Марка стали	Массовая доля элементов в процентах
	С	Мn	Si	Cr	Cu	Ni	N	V	S	Р
14Г2АФ	0,12-0,18	1,2-1,6	0,3-0,6	£0,4	£0,3	£0,3	0,015-0,025	0,07-0,12	£0, 35	£0,04

 

Механические  свойства стали 14Г2АФ должны соответствовать  таблице 2.

Таблица №2. Механические свойства стали 14Г2АФ

Марка стали	Временное сопротивление, МПа, Rm	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, А5, %
14Г2АФ	510	375	20

 

Временное сопротивление разрыву – напряжение соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению.

Предел  текучести – напряжение, при котором  образец деформируется без заметного  увеличения нагрузки.

Относительное удлинение – отношение в процентах  приращения расчетной длины образца  после разрыва к ее первоначальной величине.

Технические условия устанавливают следующие  требования к листам: на поверхности  проката не должно быть трещин, пленок, пузырей – вздутий, рябизны, отдельных  рисок и других дефектов. Допускается  устранение дефектов поверхности местной  зачисткой на глубину не более 5% номинальной толщины, но не более 3 мм. В этом случае суммарная площадь зачистки должна составлять не более 2% проката.

Углерод повышает предел текучести, временное  сопротивление, однако пластичность и  свариваемость ухудшается.

Кремний раскисляет сталь, но увеличивает предел текучести и временное сопротивление. А также он несколько ухудшает свариваемость, стойкость против коррозии и сильно снижает ударную вязкость. Вредное влияние кремния может  компенсироваться повышенным содержанием  марганца.

Марганец  увеличивает предел текучести, и  временное сопротивление стали, незначительно снижая ее пластические свойства и мало влияя на свариваемость.

Медь  несколько повышает прочность стали.

Никель  и хром являются легирующими компонентами, улучшая те или иные механические свойства стали, никель улучшает свариваемость стали.

Азот  повышает твердость и сопротивление  коррозии.

Ванадий повышает прочность, ударную вязкость, жаропрочность стали.

Фосфор  резко уменьшает пластичность и  ударную вязкость стали, а так  же делает ее хладоломкой. Допускается  содержание фосфора в стали не более 0,02%. Сера несколько уменьшает прочностные характеристики стали, и главное, делает ее красноломкой, хрупкой и склонной к образованию трещин при температуре 800-1100°С, что влечет за собой появление сварочных трещин. Допускается содержание серы в стали не более 0,015%.

Технологические свойства стали характеризуют ее свариваемость. Свариваемость –  это способность металлов и сплавов  образовать соединение с помощью  сварки без трещин, пор и других дефектов. Свариваемые материалы  должны иметь близкие физические, механические, термические, химические свойства.

Свариваемость стали можно приближенно определить по количеству легирующих элементов, эквивалентных (приравненных) к углероду по формуле:

 

При С_экв.£0,46 – свариваемость хорошая для низко легируемых сталей. Следовательно, сталь принадлежит к 1 группе свариваемости, т.е. может свариваться без ограничений в широком диапазоне сварки, независимо от толщины металла, жесткости конструкции и температуры окружающей среды.

1.3.1 Ручная электродуговая сварка покрытыми электродами применяется для установки прихваток и временных креплений.

Рациональная  область применения ручной дуговой  сварки – небольшие по протяженности  швы, расположенные в труднодоступных  местах и в различных пространственных положениях. Основные преимущества ручной сварки – универсальность, мобильность  и простота оборудования.

Недостаток  – невысокая производительность и использование ручного труда, а также зависимость качества сварного шва от навыков сварщика.

 

1.3.2 Механизированная сварка

Механизированная  сварка в защитных газах является одним из способов дуговой сварки. При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая  электрическую дугу и сварочную  ванну, предохраняет расплавленный  металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. Сварка в защитных газах отличается следующими преимуществами:

   – высокая производительность (в 2-3 раза выше обычной дуговой сварки);

   – возможность сварки в любых пространственных положениях;

   – хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы;

   – отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке;

   – малая зона термического влияния;

   – относительно малые деформации изделий;

   – возможность наблюдения за процессом формирования шва;

   – доступность механизации и автоматизации.

Недостатками  этого способа сварки является необходимость  принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и  применение относительно дорогих газов.

           Недостатки:

• возможное нарушение защиты при сварке на открытых площадках и на сквозняке (нарушается защита сварочной ванны);

1.3.2 Автоматическая сварка под флюсом

Автоматическая  сварка обеспечивает высокую производительность (в 5-12 раз выше ручной) и качество сварного шва. Высокое качество сварного соединения достигается благодаря  надежной защите расплавленного металла  от взаимодействия с воздухом, металлургической обработке и легированию металла  расплавленным шлаком. Наличие шлака  на поверхности шва уменьшает  скорость кристаллизации металла сварочной  ванны и охлаждения сварного соединения. В результате металл не имеет пор  и содержит меньше неметаллических  включений. Улучшение формы шва  и стабильность ее размеров обеспечивает однородность химического состава  и других свойств по всей длине  шва. Металл не разбрызгивается.

Недостаток  способа автоматической сварки под  флюсом заключается в том, что  большой объем ванны и повышенная жидкотекучесть расплавленного металла  и флюса позволяют выполнять  сварку только в нижнем положении  при отклонении плоскости детали от горизонтали не более чем на 15°.

 

1.4 Выбор сварочных материалов, требования к ним и техническая характеристика.

При выборе сварочных материалов необходимо чтобы  химический состав и механические свойства наплавленного металла были равнопрочными  основному металлу.

К сварочным  материалам относятся: сварочные электроды, присадочные прутки, флюсы, защитные газы (инертные, горючие, активные), порошковые присадочные материалы и другое.

Применение  сварочных материалов обеспечивает:

   – требуемые геометрические размеры шва;

   – защиту расплавленного металла;

   – получение металла шва нужного химического состава, свойств путем его легирования и раскисления;

   – очистку (рафинирование) металла шва от вредных примесей и газов (серы, фосфора, водорода, азота и др.);

   – удаление включений окислов и шлаков.

С помощью  сварочных материалов реализуется  процесс сварки и осуществляется сложная физико-химическая обработка  расплавленного основного и электродного металла, производимая в газовой  и шлаковой фазах и завершающаяся  в сварочной ванне, что приводит к образованию шва нужного  химического состава и требуемыми свойствами.

Все сварочные  материалы должны удовлетворять  следующие требования:

   – обеспечивать стойкость свариваемых швов против горячих и холодных трещин;

   – обеспечивать получение наплавленного металла близкого по химическому составу и механическим свойствам к основному металлу;

   – обеспечивать хорошие технологические свойства сварного шва;

   – обеспечить высокую прочность сварного шва;

   – иметь минимальное выделение вредных газов при сварке;

   – иметь низкую себестоимость и высокое качество.

 

1.4 Сварочные материалы для ручной сварки. Электроды УОНИИ 13/45А

Электроды данной марки изготавливают из сварочной  проволоки марки 08А или 08АА, на поверхность  которой нанесен слой основного  покрытия – фтористо-кальциевый,  УОНИИ 13/45А поставляют по ОСТу 5.9224-75. Электроды с покрытием данного  вида  применяются в основном для сварки на постоянном токе  обратной полярности.

 Электроды  с основным покрытием имеют  шлакообразующую основу, состоящую  из карбонатов и фторидов кальция.  Газовая защита расплавленного  металла обеспечивается углекислым  газом и окисью углерода, образующимися  вследствие диссоциации карбонатов  кальция в процессе нагрева  и плавления покрытия. В качестве  раскислителей покрытие содержит  ферромарганец, ферросилиций. Легирование  осуществляется марганцем и кремнием  при переходе их из ферромарганца  и ферросилиция в сварочную  ванну, что придает соединению  высокую прочность. Химический  состав металла шва должен  соответствовать таблице №3.