Технологический процесс сборки и сварки секции нижней палубы

Введение.

Сварка широко применяется в основных отраслях производства, потребляющих металлопрокат, так как резко сокращает расход металла, сроки выполнения работ и трудоемкость процессов. Выпуск сварных конструкций и уровень механизации постоянно растет. Применение сварки широко способствует развитию машиностроения, атомной энергетики, ракетостроения и других отраслей народного хозяйства.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления необходимых связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластической деформации или совместными действиями того и другого. Сварочное соединение металлов характеризуется непрерывностью структуры. Для получения сварочного соединения необходимо межмолекулярное сцепление между собой свариваемых деталей, приводящее к установлению атомарной связи в пограничном слое.

Развитие сварки имеет яркую историю. В 1802 году русский ученый В.В.Петров открыл электрический дуговой разряд и указа л на возможность его использования для расплавления металлов. Своим открытием Петров положил начало новых технологических знаний, получивших впоследствии практическое применение.

 В 1882 году талантливый  русский изобретатель Н.Н. Бенардос  впервые предложил способ соединения  металлов непосредственным действием электрического тока с применением угольной дуги. Способ дуговой сварки получил дальнейшее развитие в работах русского инженера Н.Г.Славянова, предложившего в 1888 году производить сварку плавящимся электродом из металла. С именем Славянова связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, создание первого регулятора длины дуги, первого сварочного генератора. Им были предложены флюсы, позволяющие получить высококачественные соединения сварных швов.

1939 год характеризуется началом внедрения автоматической и механизированной сварки под слоем флюса, разработанной под руководством академика Е.О. Патона. Сварка под флюсом за счет увеличения мощности сварочной дуги и надежной защиты сварочной ванны от окружающей среды позволяет значительно (в 85-100 раз) увеличить производительность процесса, обеспечить хорошее качество сварного соединения, улучшить условия труда, повысить экономию материалов.

С 1948 года получили промышленное применение способы дуговой сварки в инертных газах: ручная – плавящимся электродом, автоматизированная – плавящимся и неплавящимся электродами.

В 1955 году была разработана сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа. Для соединения тугоплавких, химически активных металлов и сплавов, ряда специальных сталей в конце пятидесятых годов французскими учеными был создан новый вид сварки, который получил название- электронно-лучевая сварка.

По сегодняшний день продолжаются работы по улучшению имеющихся и созданию новых видов сварки, для получения еще более качественных сварных соединений.

1. Общая часть

1. Описание конструкции

Секция нижней палубы расположена в районе79…91 шп, является составной частью корпуса судна, состоит из настила и подкрепляющего его набора. Секция имеет следующие габаритные размеры: длина – 13000мм, ширина – 9000мм.

Настил палубы выполнен из листового материала толщиной 9мм. Система набора палубы – поперечная. Балками главного направления являются бимсы, выполненные из несимметричного полособульба 16б.  Бимсы опираются на продольные балки, выполненные из сварного тавра: размеры стенки -10х321, размеры пояска – 14х140. Поперечная шпация – 750 мм.

Настил палубы выполнен из материала Д32, набор из материала А32.

В процессе эксплуатации секция испытывает следующие нагрузки от   общего продольного изгиба судна;  веса грузов и механизмов, расположенных на палубе.

Секция не имеет погиби и собирается на стенде.

1.2 Характеристика  основного металла

 В качестве  материала основного корпуса  применяется судостроительная сталь марки РСД 32 ГОСТ 5521-86  для листов палубного настила и марки РСА 32 ГОСТ 5521-86 для набора палубы Стали  данной марки являются малоуглеродистыми низколегированными  судостроительными сталями повышенной прочности. Выплавка стали производится в мартеновских или электрических печах, либо в кислородном конвекторе с продувкой чистого кислорода сверху.

 Химический  состав стали отражен в таблице 1.

Таблица 1-Химический состав стали 

 Углерод - один из  наиболее  важных  примесей, определяющих  прочность,  вязкость, закаливаемость  и,  особенно,  свариваемость  стали. Так как содержание углерода лежит в пределах (0,2-0,35)%, то данная сталь относится к первой группе по свариваемости.

Для улучшения качества стали в нее вводят легирующие добавки, к которым относят хром, никель, ванадий, вольфрам, а так же титан, марганец, кремний, при определенном их содержании.

Марганец    вводят в сталь для раскисления, то есть для устранения вредных примесей закиси железа. Он повышает прочность, мало влияет на пластичность.

 Кремний раскисляет сталь. Он структурно не обнаруживается, так как полностью растворяется в феррите, кроме той части кремния, которая в виде окиси кремния не успела всплыть в шлак и осталась в стали. Кремний  повышает предел прочности и вязкость.

 Хром усиливает закаливаемость, в небольших количествах увеличивает ударную вязкость. 

Молибден  увеличивает  несущую  способность  стали  при  ударных        нагрузках  и  высоких   температурах.

         Никель   увеличивает пластические и прочностные свойства стали, измельчает зерна, не ухудшая свариваемость.     

Медь повышает коррозионную стойкость, пластичность.     

Фосфор, растворяясь в феррите, повышает температуру перехода в хрупкое состояние и приводит к появлению холодных трещин.

Сера делает сталь хрупкой, приводит к образованию горячих трещин.     

Механические и теплофизические свойства стали в таблицах 2,3.

 По  данным  таблицы 2  видим, что  сталь  является  достаточно  прочной  и  пластичной.

Таблица 2 –Механические свойства  стали  РСД 32

Таблица3 – Теплофизические свойства стали РСД 32

2 Технологическая  часть

2.1 Изменение  технологического процесса

По заводскому технологическому процессу сварка настила палубы производится автоматической сваркой с подваркой корня шва полуавтоматом в среде углекислого газа. В связи с увеличением годовой программы выпуска  считаю целесообразным заменить данную сварку на одностороннюю автоматическую сварку под флюсом на флюсовой подушке с обратным формированием шва.

2.2 Выбор и  обоснование способов сварки

Для прихватки конструкции палубы выбираю ручную дуговую сварку,  так как для данного вида работ применение этой сварки считаю более целесообразным.

Сущность данного процесса заключается в том, что металл плавится за счет тепла электрической дуги, горящей между электродом и изделием. Защита расплавленного металла от окружающей среды производится за счет обмазки электрода. Ручная сварка относится к достаточно трудоемким способам, так как при ее осуществлении на поверхности жидкой ванны всегда находится определенный объем шлака, наличие которого усложняет получение постоянной по длине соединения глубины проплавления основного металла и получение хорошего шва. По этим причинам ручная сварка штучными электродами всегда производится рабочими более высокой квалификации.

 Преимуществом  данного   способа сварки является  его  простота  в  обращении, отличительной  особенностью  является  универсальность  и  маневренность, относительно низкие  капитальные затраты. Ручная сварка  удобна в монтажных условиях различных металлоконструкций. Со сваркой со штучными электродами  сложно конкурировать при выполнении ее в труднодоступных местах конструкций, при единичном изготовлении конструкций с небольшими объемами сварки.

Основной  недостаток ручной сварки - низкая  производительность . повышение производительности может достигаться при выполнении сварки так называемой погружной дугой на пониженном напряжении и опирании электрода на изделие.

Коэффициент плавления 8,5-9,5 г/ А час 

Коэффициент  наплавки -8,5¸9,5 г/  А час         

Для  приварки  продольных балок к настилу палубы, сварки набора между собой  выбираю  механизированную  сварку  в  среде  СО2. она относится к способам, которые наиболее интенсивно вытесняют ручную сварку. Сущность способа заключается в том, что металл плавится за счет тепла электрической дуги, горящей между автоматически подающейся проволокой и изделием. При этой сварке можно выполнять сварные швы без перерывов, которые при ручной сварке возникают из-за замены электрода. Такая техника сварки сокращает количество остановок, что с меньшими трудовыми затратами позволяет получать соединения  с большей производительностью и меньшим расходом сварочной проволоки. Защита расплавленного металла от окружающей среды производится защитным газом, который подается к месту сварки рабочим давлением 10-15 МПа. Защитные  газы  обеспечивают  высокое  качество  сварных  соединений. Сварка  может  производиться  во  всех  пространственных  положениях и применима  практически  к  любому  сплаву,  из  которого  созданы  сварные  конструкции.

Коэффициент плавления 12-15 г/ А час

Коэффициент  наплавки  10¸12 г/ А час

Недостатком данного способа сварки является выгорание легирующих элементов в результате диссоциации газа СО2 на газ СО и атомарный кислород, который способствует выгоранию. 

Для  сварки  стыковых швов  листов палубы и приварки поперечного набора к палубе выбираю  автоматическую  сварку  под  слоем  флюса. Сущность данного способа заключается в том, что металл плавится за счет тепла электрической дуги, горящей между автоматически подающейся проволокой и изделием. Защита расплавленного металла от окружающей среды производится за счет свободно сыплющегося флюса из бункера, скорость сварки регулируется автоматически. Данная сварка более производительна, чем ручная  и механизированная сварка.

Высокая производительность этого способа достигается благодаря возможности ее выполнения на более повышенных режимах сварки. Обеспечение качества соединений при автоматической сварки достигается вследствие автоматического выполнения плавления и формирования свариваемого соединения.

Несмотря на высокую производительность и обеспечение стабильного качества сварных соединений, автоматическая сварка под флюсом при производстве  сварных конструкций применяется пока мало. Это обосновывается следующими причинами:

- недостаточная универсальность  и технологичность создаваемых  конструкций;

- невозможность выполнения швов  в труднодоступных местах;

- сложность сварки криволинейных  швов и швов, располагающихся в различных пространственных положениях;

-необходимость создания специализированных  рабочих мест для осуществления  автоматических способов сварки  и оснащение их соответствующим оборудованием;

-относительно высокие дополнительные  затраты на оборудование.

Коэффициент наплавки =14¸16г/ А час

Коэффициент плавления – 15-20 г/ А час

2.3 Выбор  и обоснование рода тока и  полярности

Сварка плавлением представляет собой комплекс металлургических и физико-химических процессов, протекающих в условиях высокой температуры, значительной концентрации металла в небольшом объеме, быстрого нагрева и охлаждения расплавленного металла при наличии близлежащего холодного металла. В зависимости от рода тока различают дугу постоянного и переменного токов. Дуга постоянного тока может быть прямой и обратной полярности.

Сварочной дугой называют длительный разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением твердыми или жидкими проводниками (электродами), которые являются концентрированным источником тепла, используемым для плавления металла при сварке.

При горении сварочной дуги у активных пятен катода и анода возникают потоки ионизированного газа, называемого плазменным. Причина их возникновения – испарение металла электрода и изделия. Плазменные потоки, обладая значительной тепловой мощностью, влияю на баланс энергии всех областей сварочной дуги. Во время горения сварочной дуги активные пятна хаотично перемещают в пространстве плазменные потоки. Это увеличивает анизотропию дугового промежутка. При горении сварочной дуги происходит взаимодействие электрического и магнитных полей, в результате чего возникают электромагнитные силы. Эти силы направлены от наружной поверхности дуги к ее оси и оказывают сжатие столба дуги. Ручная дуговая сварка применяется исключительно для прихваток, поэтому лучше применять постоянный ток обратной полярности. Ток обратной полярности применяют для выделения меньшего количества теплоты в свариваемой заготовке и большего в электроде.

При обратной полярности уменьшается разбрызгивание металла. По сравнению со сваркой на переменном токе дуга горит более устойчиво, так как при сварке на переменном токе анодное и катодное пятно меняется местами сто раз в секунду, при этом ионизация дугового промежутка нарушается и дуга горит менее устойчиво, а значит качество сварного соединения ниже.

Стабильность горения дуги для прихваток будет зависеть от правильного выбора источника питания, марки электрода, оптимальных режимов сварки. Под действием теплоты сварочной дуги электрод плавиться, а расплавленный металл в виде капель переходит в сварочную ванну на поверхности заготовки. За одну секунду от электрода выделяется 20-25 капель металла примерно одинакового размера. Отрыв и перенос капель в дуге происходит под действием электромагнитных сил, сил тяжести, от поверхностного натяжения газовых потоков. У недостатков этого рода и полярности тока можно отнести увеличенный расход энергии.

 Для  механизированной сварки в среде СО2 и автоматической сварки под флюсом выбор рода тока и полярности остается таким же, как и для ручной сварки, так как сварка на прямой полярности отличается большой длиной дуги, сильным излучением, а в ряде случаев большим разбрызгиванием , чем на обратной полярности. Хотя коэффициент плавления электродной проволоки при сварке обратной полярности в 1,5…1,8 раза меньше, чем при сварке на прямой полярности, это преимущество в большинстве случаев не удается использовать, так как при сварке на прямой полярности ширина шва значительно меньше, а высота выпуклости значительно больше, чем при сварке на обратной полярности. Кроме того сварка на прямой полярности характеризуется увеличением окисления элементов и повышением склонности сварного шва к образованию пор.

2.4 Выбор  и обоснование сварочных материалов 

Для  ручной  дуговой  сварки, выбираю  электроды    марки УОНИИ  13/45А  по  ГОСТ 9467-75.

Электрод представляет собой металлический стержень, на поверхности которого окунанием наносится обмазка – смесь веществ для усиления ионизации, защиты от вредного воздействия воздуха и металлической обработки сварочной ванны. Электроды подвергаются прокалке при температуре 360-400 градусов и выдержке один час. Режим второй прокалки – 350-400 градусов в течении 1,2 часа.

Электроды  УОНИИ 13/45А  используются  для  сварки  углеродистых  и  низколегированных  и  конструкционных  сталей  с  временным  сопротивлением  разрыву  до  500 МПа, когда  к  металлу  предъявляются  повышенные  требования  по  пластичности  и  ударной  вязкости. Дуга легко возбуждается и горит стабильно, покрытие плавится равномерно, без чрезмерного разбрызгивания. Электроды УОНИИ 13/45А по своему химическому составу и механическим свойствам близки к основному металлу.

Паспорт  электрода.

ЭА 46-Уонии 13/45А-4,0-УД2      ГОСТ 9466-75

      Е432(5)-Б20                               ГОСТ 9467-75 ,

где     Э-  электроды  для  дуговой  сварки;

46- временное  сопротивление  разрыву;

А-  улучшенного  качества;

УОНИИ 13/45А- марка  электрода;

4-0 диаметр  электрода

У-  электроды  для  сварки  углеродистых  и  низколегированных  сталей;

Д- толщина покрытия;

Е432 ( 5 )- группа  индексов, указывающая  на  характеристики  наплавленного  металла  и  металла  шва;

43- временное  сопротивление  разрывов;

          2 – относительное удлинение   > 22%

5 - имеет  ударную  вязкость  не  менее  34.3 Дж/см при  t-40 градусов;

           Б – основное покрытие;

           2 - для  сварки  во  всех  пространственных  положениях;

           0 - на постоянном токе  обратной  полярности.

Химический состав электродного стержня   отражен в таблице 4.

Таблица 4 - Химический состав электродного стержня

На электрод наносится покрытие, которое обеспечивает устойчивое горение дуги, защиту от вредного воздействия воздуха и металлургическую обработку сварочной ванны.

Покрытие содержит газообразующие, ионизирующие, стабилизирующие, шлакообразующие, легирующие и связующие компаненты.

Химический состав электродного покрытия отражен в таблице 5.

Электроды с таким покрытием меньше всего содержат кислород и азот, обладают хорошей стойкостью против образования кристаллизационных трещин и старения, имеют высокие показатели ударной вязкости как при плюсовой так и при минусовой температуре.

Таблица 5 -Химический состав электродного покрытия УОНИИ 13/45А

Механические свойства электродов отражены в таблице 6

Таблица 6 - Механические свойства электродного стержня

Для  механизированной  сварки  в  среде  СО2  выбираю  сварочную  проволоку  марки  СВ – 08Г2С  по  ГОСТ 2246 – 70. проволока легированная, стальная, поставляется в бухтах 80…90кг. Сварочная проволока берется более легированной, чем основной металл, так как при данной сварки происходит выгорание легирующих элементов. Механические свойства проволоки отражены в таблице 7, химический состав проволоки – в таблице 8.

Таблица 7- Механические  свойства  сварочной  проволоки  СВ-08Г2С.

Таблица 8- Химический  состав  сварочной  проволоки  СВ-08Г2С

Углекислый газ, предназначенный для сварки должен соответствовать ГОСТ 8050-76. углекислый газ, или двуокись углерода , высший оксид углерода может находиться в газообразном, сжижженом и твердом ( в виде сухого льда) состояниях. Газ бесцветен и неядовит, имеет слабый кисловатый запах и вкус, хорошо растворяется в воде и придает ей кислый вкус, тяжелее воздуха в 1,6 раза.

Двуокись углерода определяют и продают по массе. Она хорошо растворяет машинное масло. Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты.

Назначение его состоит в защите расплавленного металла от азота воздуха.

 Характеристики углекислого газа отражены в таблице 9

Таблица 9 - Характеристики  углекислого газа

Для  автоматической  сварки  под  флюсом  выбираю  сварочную  проволоку  марки  СВ – 08А  по  ГОСТ 2246-70 улучшенного качества, так как она по своим механическим свойствам и химическому составу лучше подходит к основному металлу. Проволока СВ-08А изготавливается из низкоуглеродистой стали, содержит минимальное количество серы и фосфора, имеет дополнительные легирующие элементы. Механические свойства проволоки отражены в таблице 10, химический состав проволоки – в таблице 11.

Таблица 10 - Механические свойства  сварочной  проволоки  СВ-08А   

Таблица 11 - Химический  состав  сварочной  проволоки  СВ-08А       

Флюсы, применяемые при автоматической сварке, должны обеспечить зону сварки от атмосферного воздуха, обеспечить устойчивость горения дуги, хорошее формирование металла шва, легкую отделяемость шлаковой  корки после остывания, наименьшее выделение пыли и вредных для здоровья газов. Для автоматической сварки выбираю флюс ОСЦ-45 по ГОСТ 9087-69. Этот флюс наиболее широко распространен, дешев и надежен.

Перед тем как его пустить в производство флюс гранулируют мокрым способом. Мокрый способ-это когда расплавленный флюс сливают  тонкой струйкой в бак с водой, при этом получаются гранулы размером от 0,35 до 3,0 мм. Химический состав флюса отражен в таблице 12.

Таблица 12 - Химический состав флюса марки ОСЦ-45        

Флюс  малочувствительный  к ржавчине, даёт  плотные швы стойкие против горячих трещин. Недостаток флюса является большое выделение вредных фтористых газов.

2.5 Выбор и расчет режимов сварки.

Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества.