Сборка и сварка конструкций
Из алюминиевых сплавов
При изготовлении узлов, секций и корпусов судов из алюминиевых сплавов для соединения деталей используют клепку, сварку и клеесварные соединения.
Клепаные конструкции применяют в двух случаях:
– при изготовлении конструкций из не сваривающихся сплавов;
– при изготовлении тонколистовых конструкций (толщина менее 3 мм).
Сборку клепаных конструкций из легких сплавов выполняют следующими способами:
– По разметке с применением универсальных инструментов и приспособлений;
– По сборочным отверстиям в деталях с соединением деталей пружинными фиксаторами;
– Сборка в приспособлениях, обеспечивающих взаимное расположение деталей.
Сборка клепаных конструкций выполняется в такой последовательности:
1. Установка деталей или узлов в сборочное положение.
2. Установка средства временного крепления деталей друг с другом – пружинных фиксаторов, сборочных болтов, струбцин.
3. Сверление и при необходимости зенкование отверстий под заклепки.
4. Снятие временных креплений, разборка конструкции, очистка поверхностей.
5. Антикоррозионное покрытие сопрягаемых поверхностей.
6. Установка прокладок, нанесение герметика.
7. Окончательная сборка под клепку с контролем качества сборки.
8. Клепка соединений.
В судостроении применяют клепку ударную и прессовую (рис.12.13).
Ударная клепка выполняется пневматическим молотком. Прессовая клепка выполняется на клепальных прессах и может быть одиночной и групповой (до 36 заклепок за один рабочий ход пресса). Прессовая клепка более производительна, чем ударная, и отсутствие шума и вибрации улучшает условия работы клепальщиков.
а)
б)
Рис.12.13. Схема клепки
а) – ударная клепка; 1– пневматический молоток, 2– заклепка, 3– поддержка;
б) прессовая групповая клепка.
При изготовлении сварных конструкций из алюминиевых сплавов необходимо учитывать особенности их сварки и повышенные по сравнению со стальными деформации.
По степени свариваемости алюминиевые сплавы можно разделить на 3 группы:
1)– сваривающиеся,
2)– сваривающиеся, но требующие после сварки термической обработки;
3)– несваривающиеся.
К сваривающимся относятся все термически неупрочняемые сплавы. Ко второй и третьей группам относятся термически упрочняемые сплавы.
Сварку алюминиевых сплавов осуществляют в среде инертного газа – аргона Ar. Применяют следующие виды сварки:
– автоматическая сварка плавящимся и неплавящимся электродом (рис.12.14) в нижнем положении;
– полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в любом пространственном положении;
– ручная электродуговая сварка неплавящимся электродом в любом пространственном положении.
Рис. 12.14. Схемы аргонно – дуговой сварки.
а – неплавящимся электродом; б – плавящимся электродом;
1 – вольфрамовый электрод; 2 – присадочный материал;
3 и 6 - сварочная дуга; 4 и 7 – поток аргона; 5 – электродная проволока.
К точности сборки и сварки предъявляют повышенные требования. Для уменьшения сварочных деформаций сварку конструкций из алюминиевых сплавов необходимо выполнять в жесткой оснастке.
В общих чертах технологические процессы сборки и сварки алюминиевых конструкций такие же, как и для стальных конструкций.
Сборка узлов и сварка узлов – полотнищ, тавровых балок, узлов рамного набора осуществляется на сборочных щитах, которые изготавливают из толстой фанеры или металлических листов, с применением необходимых приспособлений и кондукторов.
Существуют механизированное оборудование для изготовления конструкций из алюминиевых сплавов, в составе которого есть устройства для предупреждения и устранения сварочных деформаций. На рис. 12.15. показано устройство для устранения сварочных деформаций путем прокатки околошовной зоны.
Рис. 12.15. Конструктивная схема приспособления для прокатки сварных швов роликами.
1 – катучая балка; 2 – каретка; 3 – двигатель; 4 – подвижная балка;
5 – направляющие втулки; 6 – колонки; 7 – крестовина; 8 – нажимные ролики;
9 – винт; 10 – тарельчатые пружины; 11 – сварочная панель; 12 – плита;
13 – кронштейн.
На рис. 12.16 показан участок для сборки и автоматической сварки плоских полотнищ из алюминиевых сплавов.
Рис.12.16. Участок изготовления плоских секций из алюминиевых сплавов
Сборку корпусов судов из легких сплавов можно выполнять двумя способами – в стапель - кондукторе и вверх килем на стапель-постели.
При сборке судна в стапель - кондукторе прежде всего изготавливают сам кондуктор (рис.12.17), проверяя его форму и размеры по плазовым данным. Размеры связей стапель-кондуктора определяют расчетом, учитывая ожидаемые сварочные деформации и напряжения.
Сборка корпуса в стапель - кондукторе начинается с установки листов наружной обшивки и ведется в направлении от диаметрально плоскости к бортам и от середины к оконечностям. Соединение частей корпуса производят с помощью электроприхваток. К кондуктору корпусные конструкции крепятся с помощью прижимных планок. Применяют полуавтоматическую сварку в среде аргона.
Рис.1.17. Сборка корпуса в стапель - кондукторе
1 – основание стапель-кондуктора; 2– лекала; 3 – прижимные планки
Сборку корпуса вверх килем выполняют на стапель - постели, начиная со сборки настила палубы. Затем устанавливают на настиле палубы продольные ребра жесткости, переборки, вертикальный киль, шпангоутные рамы (см. рис.12.18) и так весь набор.
Шпангоутные рамы предварительно собирают на щитах или в универсальных кондукторах. На щиты по плазовым данным наносят контуры собираемых узлов, по которым устанавливают фиксирующие элементы, в простейшем случае – деревянные бруски.
На готовый каркас (см. рис.12.19) устанавливают и приваривают листы килевого пояса, а за ним, последовательно листы правого и левого борта.
По окончании сборки и сварки корпуса его перекантовывают, подваривают стыки и пазы настила палубы, устанавливают надстройку или рубку и выполняют достроечные работы.
Корпуса судов из алюминиевых сплавов длиной до 25 м рекомендуется собирать в стапель - кондукторе или на стапель-постели целиком. При длине корпуса 
до 35-45 м в той же оснастке двумя блоками, при длине до 50-60 м – тремя блоками. При сборке судна вверх килем готовые блоки корпуса, перекантовывают, а затем собирают и сваривают по монтажным стыкам.
Рис. 12.18.Шпангоутная рамка корпуса.
Стапель - кондуктор – дорогостоящая оснастка. Применение стапель - кондукторов экономически оправдано при постройке большой серии судов. Для единичной и мелкосерийной постройке судов предпочтительнее применять сборку вверх килем на стапель-постели.
Рис. 12.19. Сборка корпуса катамарана вверх килем
Клеесварные соединения применяют для тонколистовых конструкций и получают их контактной точечной сваркой по клею, схема которой показана на рис.12.20. При контактной точечной сварке по клею к деталям 1 и 2, между которыми нанесен слой клея 3, подводят через электроды 4 электрический ток от трансформатора 5 и в процессе сварки сжимают детали силами P.
Сборку соединений под сварку, особенно профилей с листами, целесообразно выполнять по сборочным отверстиям, соединяя детали с помощью пружинных фиксаторов. После сварки сборочные отверстия заклепывают.
Применение клеесварных соединений вместо клепаных в несколько раз снижает трудоемкость работ и улучшает условия труда.
Рис.12.20. Схема контактной точечной сварки по клею
Особенности соединения конструкций из алюминиевых сплавов со стальным корпусом
Тенденцией современного судостроения является относительное увеличение массы надстроек (рубок) и уменьшение массы корпуса, что ведет к снижению остойчивости судна. Применение алюминиевых сплавов для изготовления надстроек решает эту проблему.
Если корпус судна изготавливается из стали, а надстройка из алюминиевого сплава (рис.12.21) требуется специальное конструкторское решение по их соединению.
Рис. 12. 21. Блок надстройки из алюминиевого сплава
Обычная технология сварки неприменима из-за сильного различия требуемых температур для каждого из металлов. Кроме того, появляется опасность возникновения коррозии в присутствии электролита (морской воды). Алюминий в морской воде подвергается в этом случае коррозии, а сталь защищена.
Традиционная практика предусматривала разделение двух металлов резиновой или пластиковой прокладкой и соединение надстройки (рубки) с корпусом клепкой. Клепка сопряжена со сложными условиями и большим объемом ручного труда, кроме того существует контакт металлов через саму заклепку, что также приводит к коррозии.
Сборка под сварку конструкций из алюминиевых сплавов с конструкциями из стали состоит в том, что между примыкающими друг к другу элементами конструкций из алюминиевого сплава и стали выставляется деталь из биметалла.
Биметалл может быть получен в результате одновременного прессования и прокатки двух листовых заготовок – стальной и алюминиевой. Прокатный биметалл поставляется плитами 10х600х600мм. Для получения планок требуемой ширины (30 мм) плиты нарезают на полосы на гильотине и используют для соединения стальных и алюминиевых конструкций.
Стальная деталь приваривается к стальному слою биметалла полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа, а алюминиевая деталь приваривается к алюминиевому слою ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом или полуавтоматической сваркой плавящимся электродом в аргоне.
На рис. 12.22. показан узел соединения стенки надстройки (рубки) из алюминиевого сплава с комингсом на палубе стального судна.
Рис.12.22 Схема сварки на биметаллических планках
ЛИТЕРАТУРА.
1. Технология судостроения. Учебник под редакцией А.Д. Гармашева. «Профессия», СПб, 2003-341 с.
2. Александров В.Л., Перелыгин А.В., Соколов В.Ф. Судостроительное предприятие в условиях рынка. Судостроение. СПб, 2003-427с.
3. Доброленский В.П., Догадин А.В. Никитин Е.И., Роганов А.С. и др. Плазовые работы. Изготовление деталей корпуса. Секционная и стапельная сборка. КТС – 4. СПб, изд. центр СПбГМТУ, 1997-72 с.
4. Никитин В.А. Средства технологического оснащения для сборки и сварки секций судна. ЦТСС, СПб, изд. центр ЦТСС, 2015-236 с.
5. Никитин В.А. Проектирование станков холодной и горячей гибки труб. ЦТСС, СПб, изд. центр ЦТСС, 2011-196 с.
6. Горбач В.Д., Васильев А.А., Левшаков В.Н., Ниссенбаум Р.С. Технологическое проектирование корпусообрабатывающих цехов судостроительных предприятий. ФГУП ЦНИИТС, изд. центр ЦНИИТС, 2005-148 с.
7.Александров В.Л., Смирнов В.А., Соколов В.Ф. Сборщик корпусов металлических судов.СПб, Судостроение,1998-430 с.