Состав и характеристика технологических операций изготовления корпусных конструкций

Производственный цикл в сборочно-сварочном цехе начинается с момента получения деталей с комплектовочного участка корпусооб­рабатывающего цеха и заканчивается испытанием на непроницаемость и окраской готовой корпусной конструкции.

За это время выполняют различные виды работ:

• Сборочные (в том числе разметку и проверку);
• Сварочные с последующим контролем сварных соединений;
• Пневмати­ческие (зачистку, рубку, сверление, клепку и чеканку);
• Правку (тепло­вую или холодную);
• Работы по установке деталей насыщения;
• Конт­рольные;
• Межоперационную окраску корпусных конструкций.

Сборка под сварку

Процесс сборки под сварку заключается в под­готовке и предварительном соединении элементов конструкций для последующего окончательного их скрепления сваркой. Промежуточ­ное (до сварки) взаимное сочетание кромок и поверхностей собирае­мых элементов, удовлетворяющее требованиям процесса сварки, назы­вается сопряжением. Виды сопряжений и их классификация приведены на рис. 1.

При сборке более сложных конструкций, например, секций, часто собирают одновременно несколько сопряжений, находящихся рядом или пересекающихся друг с другом.

Трудоемкость сборочных работ, включая пригонку деталей, составля­ет от 40 до 50% всей трудоемкости изготовления корпусных конструкций.

Непременным условием изготовления корпусных конструкций яв­ляется применение и настройка сборочной оснастки, что сводится к проверке формы ее рабочей поверхности — плоской для плоских кон­струкций, для криволинейных — соответствующей плазовым данным.

Непосредственное изготовление корпусной конструкции начинает­ся с установки и ориентирования базовой детали или узла. Затем выполняется разметка базовых и контрольных линий, линий притыкания набора и т. п.

Основными документами для выполнения разметки являются дан­ные, полученные с плаза, и рабочие чертежи конструкций. Разметку чаше всего производят вручную, выполняя геометрические построения простейшим измерительным и разметочным инструментом. При сбор­ке конструкций с применением сборочно-сварочных агрегатов размет­ка, как правило, не требуется.

Состав размечаемых линий и их обозначения определяются конст­рукцией данного узла или секции и способами их изготовления. На­пример, на полотнищах плоских секций намечают линии основных или им параллельных плоскостей, от которых выполняют необходимые из­мерения, размечают линии положения набора и насыщения данной сек­ции, контуруют узлы и секции, вырезы в них, устанавливают положе­ние контрольных линий. От требуемого положения линии разметки не должны уходить более чем на 2 мм.

Кромки деталей и участки поверхности, подготавливаемые к свар­ке, а также места приварки временных креплений и сборочных при­способлений непосредственно перед сборкой высушивают и очищают от ржавчины до чистого металла. Ширина зачищаемой полосы на 5-10 мм превышает ширину сварного шва.

Зачистку производят пнев­матическими машинками с вставными металлическими щетками, абразивными кругами, а для наиболее важных соединений места сварки фрезеруют или рубят пневмозубилами. Толщина снимаемого слоя ме­талла при этом не должна превышать допускаемых отклонений на тол­щину металла, предусмотренных техническими условиями на его поставку.

После подготовки кромок и поверхностей выполняют первичное наведение пригоняемых дета­лей с проверкой положения и предварительным закреплением. Производят проверку:

• Положения сборочно-сварочной оснастки;
• Проверку положения;
• Размеров и формы самих конструкций и их отдельных элементов.

Для компенсации возможных погрешностей по пригоняемым  кромкам деталей и узлов, а также по монтажным кромкам готовых кон­струкций оставляют припуски шириной 20-30 мм.

Припуск удаляют ручной тепловой резкой частично или полностью соответствии с требуемыми размерами. Одновременно с удалением припуска или после него кромки собранной конструкции разделывают под сварку (снимают фаску).

Для стягивания сопрягаемых деталей или смешения их в требуемое положение при выполнении сборки необходимо прилагать сборочные(стягивающие) усилия, которые осуществляют по открытой или замкнутой схемам. Типовые случаи стягивания сопряжений при сборке узлов. состоящих из листов и профилей, показаны на рис. 2, а схемы приложения усилий на рис. 3.

Величина стягивающих усилий зави­сит от:

• Типа сопряжений;
• Зазора между сопрягаемыми элементами;
• Их формы и геометрических характеристик;
• Характера креп­ления участков, смежных с местом сопряжения.

В большинстве случаев значения стягивающих усилий лежат в пределах от 80 до 500 кН.

При открытой схеме реакция сборочного усилия воспринимается внешними элементами сборочно-сварочной оснастки. При замкнутой схеме усилия воспринимаются наиболее жесткими смежны ми участками собираемой конструкции и на оснастку не передаются. Во втором случае требуются обычно меньшие усилия, что объяс­няется податливостью элементов сопряжения. Для создания усилий применяют различные стя­гивающие или прижимные ручные сборочные приспособ­ления, примеры которых приве­дены на рис. 4.

При использовании приспо­собления закрепляют за планки или обуха, приваренные к соби­раемым деталям. Прихватка обу­хов и планок увеличивает трудоемкость сборки и вызывает опасность повреждения поверх­ности конструкции короткими, зачастую некачественными шва­ми, а затем при неизбежном уда­лении планок и обухов. Поэтому рациональнее использовать при­способления, исключающие приварку, но имеющие механи­ческие, вакуумные или электро­магнитные захваты.

Наряду с ручными при­меняют и механизированные сборочные приспособления, специализированные и универ­сальные.

Специализированные приспособления входят в состав механизиро­ванного оборудования участков и поточных линий, например, для из­готовления тавровых балок, плоских секций. Универсальные меха­низированные сборочные приспособления с гидравлическим, пневмогидравлическим или пневматическим приводом представляют собой переносные стяжки (талрепы), распорки или домкраты.

Закрепление деталей при сборке конструкций под сварку выполняют электроприхватками (жесткое закрепление) или эластичными кре­плениями (гребенками, скобами, талрепами, струбцинами). Электроприх­ватки представляют собой короткие сварные швы длиной 20-50 мм, рас­стояние между которыми составляет 250—500 мм.

Длина прихваток и их шаг обусловлены необходимостью создать надежное соединение собира­емых деталей. При изготовлении конструкций на механизированных ли­ниях и участках закрепление деталей при сборке должно производиться, как правило, с помощью штатных устройств оборудования.

Установка при сборке эластичных креплений обеспечивает свобод­ное укорочение сварных соединений в плоскости свариваемых лис­тов и противодействует развитию угловых деформаций. Сборочные гребенки, например, имеют длину порядка 350-450 мм и высоту око­ло 80 мм.

Их толщина должна быть в пределах 0,5S<S_r<S, но не бо­лее 24 мм (S — меньшая толщина стыкуемых листов, S_r — толщина гребенки). Гребенки устанавливают при сборке листов параллельно друг другу под углом около 45 ° к соединению и приваривают к обо­им собираемым листам. Удаляют гребенки после выполнения свар­ного шва первого прохода.

Исходя из анализа состава сборочных операций, оперативное вре­мя сборки узла, норм. ч, можно представить как совокупность времени на выполнение работ по установке, первичному наведению деталей c проверкой их положения и закреплением, проверке общей формы узла, которое определяется формой и размерами собираемых деталей, а также применяемой оснасткой, и времени на работы по совмещению кромок, их стягиванию и закреплению.

Штучно-калькуляционное время сборки простого узла или отдель­ного сопряжения получим, умножив оперативное время на коэффици­ент, учитывающий подготовительно-заключительное время и время на обслуживание рабочего места, на отдых и личные надобности. Значе­ние коэффициента достигает 25% оперативного времени.

Норму времени сборки более сложных узлов, а также секций опре­деляют в виде суммы штучно-калькуляционного времени отдельных операций сборки простых узлов или сопряжений.

Сварка узлов и секций

Сварку узлов и секций выполняют в основ­ном механизированными способами в закрытых помещениях. Объем ручной сварки обычно не превышает 10% общей протяженности вы­полняемых швов. Высокая степень механизации объясняется:

• Преиму­ществами применения предварительной сборки — конструкции мож­но кантовать, чтобы перевести швы в удобное для сварки положение;
• Благодаря доступности швов применяют специализированные более производительные сварочные установки;
• В закрытых помещениях ис­ключается влияние атмосферных условий.

Все стыковые соединения протяженностью более 2,0 м, а также име­ющие уклон вдоль шва не более 8 ° и поперек него до 20 °, сваривают я нижнем положении автоматической сваркой под слоем флюса или в среде защитных газов.

Тавровые соединения можно сваривать в нижнем положении полу­автоматической и автоматической сваркой под слоем флюса, а также полуавтоматической и автоматической сваркой в среде защитных га­зов. Автоматическую сварку ведут наклонным электродом, направлен­ным в вершину угла образованного соединения.

Полуавтоматическую сварку в среде защитных газов применяют для коротких швов стыковых и тавровых соединений, а также для длинных швов пересечений элементов друг с другом, имеющих простран­ственное положение, отличающееся от нижнего.

Используют также во всех пространственных положениях полуав­томатическую сварку порошковой проволокой — сварочной проволо­кой трубчатого сечения, содержащей внутри специальный порошок, состав которого улучшает качество сварного соединения, повышает стабильность и производительность процесса сварки и обеспечивает качественное формирование шва.

В реальных сварных соединениях всегда присутствуют погрешно­сти формы и внутреннего строения. В тех случаях, когда эти погреш­ности превышают установленные пределы, они считаются дефектами. Размеры допустимых погрешностей сварных швов оговариваются Ре­гистром России. Для обнаружения недопустимых наружных и внут­ренних дефектов сварные соединения корпусных конструкций подвер­гаются контролю.

Контроль сварных соединений узлов и секций корпуса выполняется внешним осмотром и измерениями сечения швов всех сварных соединений по всей протяженности, проверкой швов про­никающим излучением (рентгено или гаммаграфированием), ультра­звуковым контролем швов, осуществляемым вместо контроля про­никающим излучением, проверкой плотности путем смачивания керосином поверхности одной из сторон шва с промазыванием мело­вым раствором другой стороны.

Правка сварных корпусных конструкций

Изготовление сварных кон­струкций сопровождается сварочными деформациями, возникающими от неравномерного нагрева конструкций при сварке в условиях, исклю­чающих свободное образование и развитие тепловых деформаций ме­талла. Остаточные сварочные деформации разделяются на общие и мест­ные.

Общими называют деформации, которые вызывают изменение размеров и формы всей конструкции. Они проявляются в виде продоль­ного и поперечного укорочений и изгиба конструкции как жесткой бал­ки. Местные деформации приводят к изменению формы отдельных эле­ментов конструкций. К местным деформациям относят бухтиноватость полотнищ, «домики» по стыкам и пазам свариваемых листов.

В тех случаях, когда остаточные сварочные деформации превыша­ют допускаемые, конструкции подвергают правке холодными способа­ми или с применением местных нагревов.

Холодными способами правки добиваются удлинения волокон свар­ных соединений, которые при сварке получили пластические дефор­мации укорочения. Правку «в холодную» осуществляют прокаткой сваренных полотнищ в вальцах или растягиванием полотнищ на рас­тяжных машинах, правкой сварных балок на гидравлических прессах по схеме изгиба балки сосредоточенной силой на двух опорах, проколачиванием зон сварных соединений пневматическим молотком со спе­циальным зубилом, а также прокаткой зоны сварного соединения в спе­циальных установках.

Применение местных нагревов основано на том, что при нагреве волокна металла, расширяясь, встречают противодействие со стороны В окружающего холодного металла и получают пластические деформа­ции сжатия. Толщина металла в нагретой зоне несколько (на десятые и сотые доли миллиметра) увеличивается. Утолщенная зона после охлаждения вызывает стягивание окружающих ее участков металла, в результате чего стрелка прогиба бухтины будет уменьшаться.

Нагрев конструкций полосами или пятнами до температуры 650-750° С осуществляют чаще всего кислородно-ацетиленовым пламенем. Применяют также установки с индукционным нагревом. Ши­рина и вид полос нагрева (прямые или змейкой) зависят от толщины В металла и составляет 8-10 мм при толщине 2-3 мм и 35-40 мм при толщине 16-20 мм.

Длина полос обычно не превышает тридцати толщин металла. При нагреве пятнами диаметр видимого пятна нагрева должен быть равен примерно четырем толщинам металла. Расстояние меж­ду полосами и пятнами нагрева принимают не более 6в, где в – шири­на полосы или диаметр пятна нагрева.

Пневматические работы

К пневматическим относятся работы инструментом, приводимым в действие энергией сжатого воздуха. Сжатый воздух давлением 0.4-0.6 МПа поступает к потребителю по магистраль­ным трубопроводам от заводской компрессорной станции. Пневматические инструменты могут быть ударного действия с прямолинейным поступательно-возвратным движением или с вращательным движением. Примеры пневматического инструмента показаны на рис. 9.

К инструментам ударного действия относятся пневматические молотки (рис. 8, а), которые в зависимости от назначения можно разделить на рубильно-чеканные и клепальные.

Рубильно-чеканные молотки служат для:

• Подрубки кромок листов и других деталей;
• Срубания временных сборочных приспособлений;
• Че­канки заклепочных соединений и т. п.

Клепальные молотки в отличие от рубильно-чканных имеют, как правило, большие мощности, габа­риты и массу.

Пневматические работы, особенно рубка и клепка, связаны с при­менением тяжелого физического труда, оказывают вредное воздействие на работающего и окружающих, характеризуются низкой производи­тельностью. Работа пневматического инструмента сопровождается виб­рацией, поэтому рекомендуют инструмент, снабженный виброгасящим устройством.

Для сокращения объема пневматических работ стремятся повысить точность изготовления деталей, узлов, секций, кроме того, заменяют рубку тепловой резкой и строжкой, зачисткой кромок с применением фрез, создают неприварные сборочные приспособления и т. п.

При изготовлении корпусных конструкций выполняют сверление различных отверстий, в том числе и заклепочных.

Клепку производят после сборки соединений. Она включает:

• Предва­рительную сборку для сверления заклепочных отверстий, их сверление;
• Развертывание и зенкование;
• Разборку соединения для очистки от стружки и заусенцев;
• Нанесение антикоррозийного покрытия на со­прикасающиеся поверхности;
• Установку прокладок (по указанию в чертеже);
• Окончательную сборку и обжатие соединения болтами под клепку.

Клепка может быть холодной и горячей. В первом случае заклепки (с разнообразной формой головки, зависящей от назначения соедине­ния) вставляют в отверстия, прижимают с одного конца поддержкой и расклепывают с противоположного выступающего конца, как показа­но на рис. 9, б.

Длину стержня заклепки выбирают такой, чтобы обеспечить образо­вание замыкающей головки требуемой формы. При горячей клепке в от­верстия вставляют заклепки, нагретые до температуры 1000-1100°С. Ее применяют только для стальных конструкций при диаметре сталь­ных заклепок 8 мм и более.

Даже при качественной подготовке к клепке в заклепочных соеди­нениях возможно образование зазоров из-за сложности обжатия не­которых деталей (особенно большой толщины и с криволинейными кромками), неравномерности толщины листа по длине кромки, а так­же незначительных неровностей на соприкасающихся поверхностях деталей.

Поэтому все плотные и прочноплотные заклепочные соеди­нения судовых корпусных конструкций толщиной более 4 мм подле­жат чеканке (рис. 9, в). В процессе чеканки кромки соединяемых де­талей уплотняются, зазоры заполняются металлом. Листы толщиной менее 4 мм не чеканят, так как под ударом чекана их кромки не уп­лотняются, а наоборот – выпучиваются. В этих случаях для обеспе­чения непроницаемости закле­почного соединения применяют прокладки.

К пневматическим инстру­ментам вращательного действия относятся различные пневмати­ческие машины (сверлильные, шлифовальные и др.). Они ши­роко используются для зачистки кромок листов, торцов набора и мест установки набора под свар­ку, а также для зачистки сварных швов (см. рис. 8, б).

Заключительным этапом из­готовления узлов, секций и бло­ков секций корпуса после установки элементов насыщения является контроль их формы и размеров. Контроль осуществляют с помощью проверочного инструмента. Допускаемые отклонения формы и раз­меров корпусных конструкций регламентированы и в большинстве случаев находятся в пределах 2-8 мм.

После проверки формы и размеров производят контуровку конструкции, при которой удаляют припуски по кромкам, кроме монтажных. В обоснованных случаях удаляют и монтажный припуск, что означает контуровку конструк­ций в «чистый» размер. После сдачи на конструкцию ОТК предприя­тия и представителям Регистра России готовые конструкции чистят и окрашивают консервирующим грунтом, предохраняющим от кор­розии в период постройки. Очистку и окраску ведут в специальном отделении ССЦ.

Рекомендуется к прочтению:
Предварительная обработка проката
Судостроительное производство и предприятие