В настоящее время основным способом соединения частей корпуса является электродуговая сваркаТехнические средства ремонта и безопасные методы труда, электродуговая ручная сварка (рис. 1). Сущность ее состоит в том, что свариваемая деталь присоединяется к одному полюсу источника тока, а другой полюс соединяется с электродом. При поднесении электрода к свариваемой детали между ними возникает электрическая дуга, в пламени которой металл расплавляется и заполняет зазор между соединяемыми элементами. После остывания расплавленного металла элементы будут прочно соединены между собой.
При сварке расплавленный мeтaлл соприкасается с воздухом, что оказывает вредное влияние на качество шва. Соединяясь с кислородом и азотом воздуха, железо образует окислы и нитриды, а углерод и марганец присутствии кислорода интенсивна выгорают. Кроме того, расплавленный в небольшом объеме метал быстро остывает, и выделяемые и него газы не успевают выйти на поверхность и остаются внутри шва в виде пузырьков. Все это понижает механические качества наплавленного металла. К тому же сварка металлическими электродами затруднена из-за недостаточно устойчивого горения дуги.
Для улучшения структуры металл шва, а также для стабилизации процесса сварки электроды покрывают обмазкой, которая защищает расплавленный металл от воздействия воздуха.
1 – генератор;
2 – электродержатель,
3 – электрод;
4 – свариваемые детали
В состав обмазки (покрытия) входят:
- Окислы железа и марганца;
- Двуокись титана – рутил;
- Плавиковый шпат;
- Мел и некоторые органические вещества (целлюлоза и крахмал).
В качестве связующего материала в покрытии используется жидкое стекло. Обмазка, нанесенная на электрод, в пламени электрической дуги плавится и покрывает расплавленный металл слоем шлака, защищая его от воздействия кислорода и азота воздуха.
Кроме того, наплавленный металл под слоем шлака остывает значительно медленнее, что способствует выходу на поверхность пузырьков газа. Благодаря этому наплавленный металл получается мелкозернистой структуры, без газовых включений и посторонних примесей. По своим механическим свойствам он не уступает основному металлу.
На качество сварного шва оказывает влияние и химический состав электродного стержня.
В зависимости от прочности наплавленного металла электроды делятся на типы, обозначаемые:
- Э-34;
- Э-42;
- Э-46;
- Э-50;
- Э-60 …;
- Э-145.
Каждому типу электрода могут соответствовать электроды с покрытиями различного вида и с различным составом электродного стержня. Состав покрытия и стержня в данном электроде определяет марка электрода.
Кроме электродов с наружным покрытием, в последнее время все более широкое применение находят, трубчатые электроды, заполненные порошком – флюсом, который имеет тот же состав, что и обмазка. Такие трубчатые электроды называются порошковой проволокой. Она позволяет более надежно сохранить обмазку даже при изгибе электрода.
В судостроении, особенно в судоремонте, большое значение имеет сварка под водой.
Подводная сварка проводится так же, как и обычная электродуговая, но только электродами со специальной обмазкой, содержащей большое количество титановой руды. Такая обмазка плавится несколько медленнее электродного стержня и образует на конце плавящегося электрода выступающий козырек, который препятствует доступу воды к ванне расплавленного металла. Для защиты от размокания обмазку покрывают лаком или пропитывают раствором целлулоида в ацетоне.
Наряду с ручной сваркой в судостроении широко применяются полуавтоматическая и автоматическая сварки, которые позволяют не только повысить производительность труда, но и получить сварные швы высокого качества. Автоматическую сварку производят голой электродной проволокой. Для защиты расплавленного металла от воздействия кислорода и азота воздуха сварку в этом случае осуществляют под слоем флюса, который состоит из тех же компонентов, что и обмазка, с добавлением до 30-50 % песка.
В процессе сварки флюс частично расплавляется и образует вокруг дуги плотную оболочку, надежно предохраняя расплавленный металл от атмосферного влияния. Полуавтоматическая сварка может также производиться без флюса порошковой проволокой или голой проволокой из легированной стали.
Автоматическая сварка под слоем флюса в настоящее время нашла широкое применение. Однако в некоторых случаях, например при вертикальном расположении шва и сложной конфигурации детали, защита расплавленного металла шва флюсом вызывает определенные трудности.
Значительно проще изолировать дугу струей защитного газа, который через специальное сопло направляется в зону сварки. В качестве защитных газов наиболее часто используют аргон и углекислый газ.
Сварка в защитном газе производится голой стальной проволокой, которая в процессе сварки плавится и заполняет зазор между соединяемыми деталями. Иногда аргонодуговая сварка выполняется неплавящимся электродом из вольфрамовой проволоки. В этом случае для заполнения зазора в зону сварки вводят присадочный материал.
Электрическая контактная сварка довольно широко применяется в судостроении. При такой сварке соединение достигается путем местного нагрева и значительного сжатия. Нагрев производится теплом, которое выделяется при протекании электрического тока большой силы через место контакта деталей.
Из различных видов контактной сварки наиболее широко применяют стыковую, точечную и роликовую.
При стыковой контактной сварке соединяемые детали, закрепленные в зажимах стыковой машины, сводят вплотную и через них пропускают электрический ток. После нагрева места контакта до пластического состояния или до оплавления детали сжимают и они соединяются.
Точечная контактная сварка применяется для соединения листового материала. В этом случае листы, уложенные с перекроем, зажимают между двумя электродами и пропускают ток, в результате чего небольшой участок в месте контакта интенсивно нагревается и после дополнительного сжатия листы оказываются соединенными в одной точке. Последовательно соединяя листы в отдельных точках, получают точечный шов.
При роликовой (шовной) сварке применяют роликовые электроды, которые при сварке перемещаются, образуя непрерывный шов.
Из других видов сварки некоторое применение в судостроении находит газовая сварка. В этом случае нагрев металла производится пламенем горючих газов (ацетилен, пары бензина, природные газы). Для повышения температуры пламени и улучшения горения горючие газы сжигают в смеси с кислородом. Горючий газ смешивают с кислородом в газовой горелке, из которой смесь направляют к месту сварки.
Газовое пламя может быть использовано не только для сварки, но и для резки металлов. При газокислородной резке происходит сжигание твердого металла в кислороде. Для этого поверхность детали в месте резки подогревается пламенем газокислородной смеси до температуры воспламенения, после чего подача горючего прекращается. К месту резки подают только чистый кислород в виде концентрированной струи, в которой нагретый металл быстро окисляется.
Образовавшиеся при этом жидкие окислы выдуваются, а окружающий металл остается твердым. За счет теплоты, выделяемой в процессе горения, подогреваются смежные зоны металла, которые при попадании на них струи кислорода также сгорают и процесс продолжается непрерывно. Для контроля качества швов применяют ультразвуковой контроль.
Основными типами сварных соединений (рис. 2, а), наиболее чаете применяемыми в судостроении, являются соединение встык и тавровое Соединение внахлестку находит ограниченное применение, так как увеличивает массу конструкции.
а – сварные соединения;
б – сварные швы;
1 – встык;
2 – внахлестку;
3 – тавровое;
4 – без скос кромок;
5 – V-образный, X-образный, U-образный
Для обеспечения полного провара в стыковом шве необходимо предварительно подготовить кромки. Подготовка зависит от толщины соединяемых элементов и способа сварки.
В зависимости от формы разделки кромок различают несколько типов сварных швов:
- Без скоса кромок;
- V-образные;
- Х-образные;
- U-образные (рис. 2, б).
Кроме сварных, в судостроении применяются заклепочные соединения. Для образования заклепочного шва в соединяемых элементах сверлят совмещенные отверстия, в которые ставят заклепки. Стержень заклепки на одном конце имеет закладную головку различной формы (рис. 3).
Вторая, так называемая замыкающая головка образуется в процессе клепки. Стержень заклепки нагревается до температуры 800 – 1000 °С (светло-красное каление). При остывании длина заклепочного стержня уменьшается, в результате происходит плотное сжатие соединяемых элементов.
а – полукруглая;
б – потайная;
в – полупотайная;
г – плоская
Заклепочные соединения могут выполняться как внахлестку, так и встык с одной или двумя накладками (рис. 4, а). Соединение встык с односторонней накладкой обеспечивает получение гладкой поверхности, но увеличивает массу конструкции и трудоемкость работ. Поэтому этот вид соединения используется только в отдельных случаях.
Заклепки в шве могут располагаться в один или несколько рядов. В соответствии с этим различают швы одно, двух, трехрядные и т. д. В многорядном шве заклепки размещают в цепном или шахматном порядке (рис. 4, б).
a – соединения;
б – швы;
1 – внахлестку;
2 – встык с одной накладкой;
3 – встык с двумя накладками;
4 – двухрядный цепной;
5 – трехрядный шахматный
В шахматном шве заклепки располагаются более компактно, благодаря чему уменьшается ширина перекроя, а следовательно, и масса соединения.
Для соединения деревянных деталей в качестве крепежных деталей используют гвозди, болты и нагели.
Наиболее прочным является болтовое соединение, к достоинствам которого относятся также возможность выбирания слабины и удобный демонтаж. В местах, где болты установить трудно, используют крупные шурупы-глухари. Корабельные гвозди часто изготавливают квадратного или треугольного сечения с ершами, что уменьшает ослабление крепления. Нагельное соединение является наиболее простым и легким и, главное, не нарушает однородности материала.
Для соединения брусьев по длине применяют замки, а при соединении под углом – врубки и шипы (рис. 5). По толщине брусья соединяют болтами с постановкой между брусьями прямых или косых шпонок. Иногда вместо шпонок делают нарезку одного бруса на другой.
а – замки (прямой и косой);
б – врубка;
в – шпонки (поперечные, наклонные и дубовые пластинчатые)
В последнее время для соединения деталей корпуса все более широко применяют водостойкий клей. Использование клееных конструкций повышает прочность деревянных судов и сокращает продолжительность и стоимость постройки.
Рекомендуется к прочтению:
Суда на подводных крыльях и на воздушной подушке
Классификация судов
