Методы и технологические правила для правки сварных конструкций корпуса судна

Методы правки и требования, предъявляемые к ней

Методы правки. Правку корпусных конструкций выполняют холодным, тепловым безударным и комбинированным методами.

Холодный метод правки конструкций выполняют одним из перечисленных способов:

1. изгибом конструкций на прессе;
2. растяжением сварных конструкций на правильно-растяжных машинах;
3. прокаткой сварных соединений конструкций (полотнищ, обечаек, труб и т. п.) в листоправильных машинах;
4. прокаткой зоны сварных соединений конструкции в специальных установках и листогибочных вальцах;
5. проколачиванием зоны сварных соединений конструкций.

При тепловом безударном методе правку конструкций осуществляют путем нагрева пламенем газовых горелок, теплом плазменной струи или электрической дуги с последующим охлаждением.

В качестве горючих газов используют ацетилен или его заменители (пропан-бутан, природный газ и др.). При этом допускается применение многосопловых горелок.

Комбинированный метод правки конструкций предусматривает местный нагрев и применение механического поджатия или раскрепления при помощи:

• талрепов;
• скоб;
• стяжек;
• домкратов;
• грузов и т. п.

Домики по стыковым сварным соединениям следует устранять в результате строжки сварного шва по выпуклой стороне домика на глубину до двух третей его высоты с последующей заваркой выстроганных участков. Если стрелка прогиба домиков превышает значения трех допусков, до деформации необходимо устранять путем роспуска этих соединений с последующими разделкой кромок, выравниванием, стыкованием и заваркой. Для конструкций из алюминиевых сплавов сварные соединения допускается распускать при значении стрелки прогиба уже более двух допусков.

Считается допустимым исправлять:

• бухтины со стрелкой прогиба, превышающей значения трех допусков, для чего производят надрез по центру бухтины с последующими разделкой кромок, выравниванием и заваркой разрезанного участка. Перед резкой бухтины в начале и конце участка должны быть просверлены отверстия диаметром 3—6 мм;
• единичные бухтины по свободным кромкам (волнистость) на алюминиевых конструкциях со стрелкой прогиба более двух допусков (на длине не более 0,5 м) в результате надреза их дисковой пилой с последующими разделкой кромок, вырав­ниванием и заваркой;
• бухтиноватость обшивки, для чего устанавливают дополнительные подкрепляющие рёбра жесткости, толщина которых не должна превышать 0,6—0,8 от толщины подкрепляемой обшивки, а высота — 8—10 толщины ребра. В одной ячейке обшивки можно устанавливать не более одного дополнительного ребра жесткости. При этом ребра не должны достигать перекрестного набора на 10—15 мм. Концы ребер жесткости следует срезать на «ус» (рис. 1).

Правка корпусных конструкций должна производиться только в тех случаях, когда общие и местные деформации, возникающие в процессе их изготовления, превышают допустимые значения, регламентируемые чертежом и отраслевыми стандартами.

Общие требования правки

Правка узлов и конструкций состоит либо в удлинении волокон сварных соединений, получивших пластические деформации укорачивания, либо в сокращении волокон других участков, имеющих излишнюю длину.

Удлинение волокон материала производят холодным методом, или методом тепловых домкратов, а укорочение волокон — тепловым безударным методом посредством концентрированного нагрева или комбинированным методом путем местного концентрированного нагрева и механического воздействия.

Рис. 1 Форма концов дополнительных ребер жесткости: а — на конструкциях из алюминиевых сплавов; б — на стальных конструкциях

Правку узлов и секций следует выполнять после окончания всех сборочно-сварочных работ. Участки конструкций в районе установки насыщения, оборудования, фундаментов и вышележащих конструкций должны быть выправлены до установки последних.

При правке многоярусных надстроек в первую очередь нужно править наружные стенки, а затем перекрытия между ними. Правку надстроек по ярусам следует производить, начиная с первого яруса.

Правку гофрированных конструкций осуществляют методами, принятыми для плоских секций. При этом важно, чтобы количество нагреваемых участков конструкции было минимальным, снижающим деформации до допускаемых значений.

Требования к правке холодным методом. Сварные плоские полотнища без набора правят на правильно-растяжных машинах или в многовалковых листоправильных машинах и в исключительных случаях на гидравлических прессах. Перед правкой нужно очистить рабочую поверхность валков от металлической пыли, окалины, грязи и масла. Валки не должны иметь выступающих «гребешков» и других дефектов.

Во избежание смятия сварных швов необходимо применять прокладки.

Сварные полотна могут быть также выправлены проколачиванием зоны сварных соединений пневматическим молотком со специальным зубилом или кувалдой через гладильный молоток (рис. 2 и 3).

Рис. 2 Рабочая часть зубила для проколачивания сварных швов стыковых (а) и тавровых (б) соединений

Правку конструкций (балок и секций) пластическим изгибом холодным методом следует производить на прессах, домкратами или грузами (рис. 4).

Рис. 3 Рабочая часть гладильного молотка

Режим правки конструкций холодным методом регламентирован отраслевыми стандартами. Ширина зоны прокатки или проколачивания сварных соединений при правке корпусных конструкций должна составлять 60—100 мм (по 30—50 мм с каждой стороны сварного соединения). Допустимые размеры конструкций (сечение балок, высота набора и ширина секций), подвергаемых правке пластическим изгибом холодным методом, определяются максимально возможным усилием P, создаваемым прессом, домкратами или грузом, а также устойчивостью элементов балок и набора секций. Ширина опор и прокладки В должна быть не меньше высоты набора H секции или узла.

Рис. 4 Схема правки холодным методом секций с набором одного направления. 1 — пуансон; 2 — опорные балки; 3 — секция

Требования к правке конструкций тепловым безударным и комбинированным методами. Корпусные конструкции, местные деформации которых не превышают трех допустимых для данной конструкции значений, следует править тепловым безударным методом.

При правке тепловым безударным и комбинированным методами нагрев рекомендуется производить:

• штрихами (короткими полосами) — при правке бухтин обшивки и волнистости по свободным кромкам;
• полосами по обшивке с обратной стороны приварки набора — при правке ребристости;
• «треугольниками» — при правке общего изгиба балок; «пятнами» — при правке бухтин обшивки тонколистовых конструкций (толщиной 4 мм и менее).

При нагреве исправляемых участков теплом электрической дуги правка осуществляется путем наплавки холостых валиков или в результате нагрева поверхности конструкции холостыми проходами. Кратеры должны быть тщательно заделаны.

В случае нагрева конструкций пламенем газовых горелок, плазменной струей, а также электрической дугой перемещение источника тепла производится прямолинейно или зигзагообразно с постоянной скоростью.

Термическая правка с местным нагревом

Она основана на развитии пластического деформирования сжатием растянутых участков конструкции. При правке этим методом обычно нагревают растянутую часть деформированной

детали. Нагрев производят в отдельных участках. При этом расширению металла препятствуют окружающие его холодные части детали. В этих участках металл испытывает пластическую деформацию сжатия и укорочения растянутых волокон металла. При последующем охлаждении эти участки, сокращаясь, выпрямляют изделие. Термическую правку применяют в основном для устранения деформаций коробления листовых конструкций и ликвидации изгиба балочных конструкций. При правке выпучин листовых деталей нагревают выпуклую часть в отдельных точках в шахматном порядке. Каждый нагретый участок стремится расшириться, но за счет противодействия со стороны окружающего холодного металла в нем возникают пластические деформации сжатия.

После охлаждения диаметр нагреваемой окружности уменьшается, что и приводит к исчезновению выпучины. Нагрев можно производить газовой горелкой, электрической дугой, угольным электродом, на машинах для точечной сварки. Правка убыстряется при сочетании местного нагрева с приложением статических нагрузок при использовании специальных правочных приспособлений.

2. Термическая правка с общим нагревом (отжиг)

Её производят также в специальных правочных приспособлениях, в которых конструкция фиксируется в нужном положении с предварительным натягом в жёстком приспособлении. Затем приспособление с изделием загружается в печь и подвергается общему нагреву. Нагретый металл пластически деформируется в приспособлении и при последующем охлаждении сохраняет приданную ему форму. Такую правку можно сочетать с операцией общей термической обработки

конструкции. Однако этот метод требует применения дорогостоящих приспособлений из дефицитных материалов, поэтому применяется, как правило, в тех случаях, когда изделие сварено из высокопрочного материала, избавиться от деформаций очень трудно.

Холодная механическая правка

Её производят с приложением статических, безударных нагрузок. Для этой же цели используют ручные прессы, специальные правочные приспособления, стальные пуансоны для обжатия на механизированных прессах, а также прокатку на трехвалковых станах или растяжение на специальных станках. Для правки крупногабаритных сварных узлов применяют гидравлические правильные прессы и специализированные правильные машины. Так, грибовидность сварных двутавровых балок – деформацию полок, образующуюся вследствие усадки сварных швов, выправляют на специализированной машине.

Сварные цилиндрические оболочки правят на трёх- и четырёхвалковых листогибочных машинах

Для тонкостенных сосудов применяют прокатку и проковку сварных швов на специализированных станках. Прокатка осуществляется роликами, а проковка – высокоскоростным ударным пневматическим устройством. При этом металл шва осаживается по толщине, в результате чего происходит его раздача в продольном и поперечном направлениях. Это приводит к небольшому устранению поперечной усадки и существенному или полном устранению продольных деформаций укорочения зоны сварки. Таким же образом удается устранять выпучины в листовых деталях, производя проковку с краев детали и перемещаясь к ее центру.

Термомеханическая правка

Она заключается в сочетании местного нагрева с приложением статической нагрузки, изгибающей исправляемый элемент конструкции в нужном направлении. Эта нагрузка может создаваться домкратами, прессами или другими устройствами. Применение дополнительного нагрева способствует снижению усилий, необходимых для устранения деформаций. Такой способ правки обычно применяют для жёстких сварных узлов.

Диффузионная сварка металла

Диффузионная сваркаосуществляется в твердом состоянии металла при повышенных температурах с приложением сдавливающего усилия к месту сварки. Процесс сварки металла в твердом состоянии при повышенных температурах принципиально протекает так же, как, и при холодной сварке. В начальной стадии процесса на линии раздела двух деталей создаются условия для образования металлических связей. Из теории образования сварного соединения при холодной сварке известно, что для возникновения на линии раздела металлических связей необходимо обеспечить тесный контакт свариваемых поверхностей и создать условия для удаления поверхностных пленок окислов, жидкостей, газов и различного рода загрязнений.

Использование повышенных температур при диффузионной сварке приводит к уменьшению сопротивления металла пластическим деформациям. Вследствие этого имеющиеся в зоне действительного контакта выступы на металле деформируются при значительно меньших нагрузках, что облегчает сближение атомов металла на всей площади свариваемой поверхности.

Удаление поверхностных пленок и предупреждение возможности образования их в процессе сварки достигается использованием вакуумной защиты и тщательной предварительной зачисткой свариваемых поверхностей. Таким образом, первая стадия процесса диффузионной сварки, так же как и холодной сварки, основана на образовании металлических связей на свариваемых поверхностях металлов при нагревании их в вакууме с применением сдавливающего усилия.

На второй стадии процесса диффузионной сварки происходят процессы взаимной диффузии атомов свариваемых металлов. Эти процессы приводят к образованию промежуточных слоев, увеличивающих прочность сварного соединения. Однако в некоторых случаях образование промежуточных слоев нежелательно.

Схема процесса диффузионной сварки в вакууме представлена на рис. 33. В вакуумной охлаждаемой камере 1 размещают свариваемое изделие 2 и нагреватель 3. Для сдавливания деталей в процессе сварки используют механизм сжатия, состоящий из штока 5 и механизма нагружения 6, шток проходит через вакуумное уплотнение или сильфон 4. Сварка происходит в вакууме 10~3— 10~5 мм рт. ст. (133 10-3-133.1(105 Н/м2).

После откачки из камеры воздуха изделие нагревают обычно т. в. ч. до температуры сварки. Для получения качественного соединения необходимо обеспечить равномерный нагрев свариваемого изделия по всему сечению.

Усилие сжатия прикладывают после выравнивания температуры и поддерживают постоянным в течение всего процесса. Известны также технологические приемы с меняющимся давлением в процессе сварки. Продолжительность выдержки под нагрузкой зависит от свойств свариваемого металла, величины давления и других факторов и может достигать десятков минут.

Рис.33. Схема установки для диффузионной сварки в вакууме

Рис.34. Зависимость прочности сварного соединения (сталь 50) от температуры сварки (время сварки 5 мин) и давления в процессе сварки:1 — 0,5 кгс/мм2; 2 — 1 кгс/мм2; 3 — 2 кгс/мм2; 4 — 5 кгс/мм2

Давление также зависит от свойств металла, температуры сварки и других факторов и изменяется от 0,3 до 10 кгс/мм2 (2,9—98 МН/м2). Обычно при охлаждении деталей сжимающее усилие снимают при достижении температуры 100—400°С (373—673 К). Преждевременное снятие сжимающего усилия при охлаждении деталей в некоторых случаях приводит к разрушению сварного соединения.

Влияние температуры в диапазоне 800—1100° С (1073— 1373 К) на прочность соединения из стали 50 при различных давлениях: 0,5; 1,2 и 5 кгс/мм2 приведено на рис. 34. Продолжительность сварки 5 мин, разрежение 10-3 мм рт. ст. (133-10-3 Н/м2). Кривая 1 показывает, что при увеличении температуры с 800 до 900° С (с 1073 до 1173 К) прочность соединения увеличивается в 2 раза, а при повышении температуры до 1100°С (1373 К) — в 3 раза, В несколько меньшей степени температура оказывает влияние при давлении 1 кгс/мм2 (9,8 МН/м2). При давлении 2 и 5 кгс/мм2 (19,6 и 49,0 МН/м2) прочность соединения увеличивается лишь до температуры 1000° С (1273 К). При температуре 1100° С (1373 К) наблюдается незначительное уменьшение прочности соединения.

При увеличении давления (рис. 35) от 0,5 до 2 кгс/мм2 (от 4,9 до 19,6 МН/м2) прочность соединения значительно растет для 800, 900, 1000, 1100°С (1073, 1173, 1273, 1373 К). Дальнейшее увеличение давления от 2 до 5 кгс/мм2 (от 19,6 до 49,0 МН/м2) сказывается незначительно на прочности соединения. Изменение прочности соединения при увеличении давления до 2 кгс/мма(19,6 МН/м2) и выше можно объяснить главным образом увеличением площади фактического контакта между соединяемыми поверхностями.

Рис. 35. Зависимость прочности сварного соединения (сталь 50) от давления и температуры (время сварки 5 мин):1 — T = 800° С; 2 T — 900° С; 3 — Т = 1000° С; 4-T=1100°С

Повышение температуры при постоянной продолжительности сварки и прочих равных условиях увеличивает прочность соединения. Продолжительность сварки аналогично влияет на все прочностные характеристики (рис. 36). Зависимость прочности получаемого соединения из стали 45 от температуры и давления изображена на рис. 37 поверхностью, которая при пересечении с горизонтальной плоскостью р—Т образует границу свариваемости.

Рис.36. Зависимость прочности сварного соединения от продолжительности сварки:1 — титановый сплав BTI; 2 — сталь 45; 3 — ковар Н28К18; 4 —медь Ml

Рис.37. Диаграмма зависимости прочности сварного соединения из стали 45 от температуры и давления

Рис.38. Зависимость прочности образцов сварных соединений от продолжительности сварки (р = 2 кгс/мм2)

С увеличением продолжительности сварки прочность сварного соединения растет (рис. 38), увеличение продолжительности сварки сверх оптимального практически не влияет на прочность сварного соединения. Однако чрезмерное увеличение выдержки приводит даже к снижению прочности сварного соединения. Аналогичным образом влияет продолжительность процесса на пластичность, относительное удлинение и ударную вязкость.

Значительное влияние оказывает конечная температура охлаждения образцов в вакууме на прочность и пластичность (рис. 39); режим сварки: Т = 1000° С (1273 К), р = 2 кгс/мм2(19,6 МН/м2), t = 5 мин. Охлаждение до более низких температур под сжимающим давлением сваренных деталей в вакуумной камере способствует повышению прочности и пластичности соединения.

Рис.39. Зависимость прочности и пластичности соединения из конструкционной стали от конечной температуры охлаждения в вакууме

Рис.40. Зависимость прочности сварного соединения из стали 45 от чистоты Обработки поверхности перед сваркой

Важное значение для проведения диффузионной сварки имеет степень разрежения в вакуумной камере. При температуре 1000° С (1273 К), р = 2 кгс/мм2 (19,6 МН/м2), t = 5 мин прочность соединения значительно возрастает с повышением разрежения До 10-1 мм рт. ст. (133-10-1 Н/м2), при дальнейшем повышении разрежения имеет место лишь незначительное увеличение прочности зоны сварки.

Способы подготовки и обработки поверхностей свариваемых деталей оказывают большое влияние на прочность соединения при диффузионной сварке в вакууме (рис. 40). При черновой обработке давление недостаточно для обеспечения высокой прочности сварного соединения.

Правка конструкций с общими и местными деформациями

Правка конструкций с общими деформациями. Правка сварных балок, узлов и фундаментов. При общем изгибе балок, превышающем допустимые нормы, правку их следует производить до установки на секции холодным методом на прессах. Допускается выполнять правку сварных балок путем нагрева отдельных участков по выпуклой стороне пояска или стенки (рис. 7).

Рис. 7 Схема правки продольного изгиба сварных и катанных балок: а, в, д — в случае изгиба на поясок; б, г, е — при изгибе на стенку. 1, 2, 3… — очередность нагрева

При правке балок набора комбинированным методом дополнительную подсадку металла следует производить с помощью груза, закреплений или других приспособлений (рис. 8).

Рис. 8 Схема правки сварных тавровых балок нагревом с принудительной посадкой. 1 — скоба; 2 — струбцина сборочная; 1′, 1″, 2′, 2″, 3′, 3″ … — очередность нагрева

Если высота стенки тавровой балки больше двадцати пяти ее толщин, перед нагревом необходимо устанавливать «рыбину» на скобах вдоль свободной кромки стенки (рис. 9). Деформации балки можно также устранить ударами кувалдой с применением обмедненной стальной поддержки. При одновременном изгибе балки в двух плоскостях (в плоскости стенки и в плоскости пояска) правку следует начинать в плоскости стенки.

Рис. 9 Схема правки сварных тавровых балок с высокой стенкой. 1 — скоба; 2 — клин; 3 — «рыбина»; 1′, 2′, 3′ . . . — очередность нагрева

Завал стенки относительно пояска или ребра правят путем нагрева полосами вдоль стенки со стороны тупого угла на расстоянии 20—30 мм от сварного шва. Следует применять упоры, стяжки и другие приспособления (рис. 10, б).

Рис. 10 Схема правки завала стенки сварной тавровой балки: а — наложением сварного шва по предварительно выстроганной канавке; б — нагревом с упругим отгибом стенки. 1 — канавка в шве; 2 — клин; 3 — скоба; 4 — талрепы (стяжки); 5 — участок нагрева (со стороны тупого угла)

В исключительных случаях допускается правка завала стенки относительно пояска наложением шва со стороны тупого угла. При этом необходимо выстрогать в сварном шве канавку газовым или воздушно-дуговым строгачом на глубину не более двух третей толщины стенки (рис. 10, а), затем тщательно ее зачистить и заварить.

Правку простейших сварных узлов выполняют холодным методом на прессе. Простейшие сварные фундаменты необходимо править холодным методом на прессе или местными нагревами аналогично правке тавровых балок. Расположение и количество мест нагрева выбирается в каждом случае в зависимости от жесткости фундамента и стрелки его изгиба (рис. 11).

Рис. 11 Схема правки сварных фундаментов. 1, 2, 3… — очередность нагрева

Правка общего изгиба секций. Правка секций, получивших общую деформацию изгиба, может производиться холодным, тепловым безударным или комбинированным методами.

Общий изгиб небольших секций, имеющих набор одного направления, следует править холодным методом, путем обратного пластического выгиба их посредством грузов, домкратов или прижимных балок.

При правке общего изгиба конструкций тепловым безударным или комбинированным методами используют местный нагрев набора или полотнища в зависимости от вида конструкции и характера деформации.

Рекомендуется к прочтению: Как, и где изготавливают составные детали корпусных конструкций?

Правку секций, получивших изгиб в сторону набора («завал»), следует производить путем местных нагревов обшивки полосами перпендикулярно плоскости изгиба. При этом нужно совмещать правку бухтиноватости и ребристости полотнища секции. Полосы нагрева необходимо располагать по обшивке с обратной стороны приварки набора (в случае ребристости полотнища обшивки) и между набором (в случае бухтиноватости полотнища обшивки).

Для секций, получивших изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях, нагрев полосами следует производить в этих направлениях. Пересечение полос нагрева не допускается. В первую очередь нужно править наибольший изгиб. Для этого полосы нагрева располагают перпендикулярно плоскости изгиба.

Правку поперечного «завала» днищевых секций выполняют путем нагрева полосами по наружной обшивке с обратной стороны приварки вертикального киля, стрингеров и продольных ребер жесткости (рис. 12). Наряду с нагревом обшивки допускается нагрев участков набора.

Рис. 12 Схема правки поперечного «завала» днищевой секции. 1 — участки нагрева; 2 — положение секции до правки; 3 — то же после правки

Правку «развала» днищевых секций с настилом второго дна выполняют в результате нагрева полосами настила второго дна с обратной стороны приварки набора (рис. 13).

Рис. 13 Схема правки поперечного «развала» днищевой секции. 1 — участки нагрева; 2 — положение секции до правки; 3 — то же после правки; 1′, 2′, 3′ … — очередность нагрева

Правку плоскостных секций, получивших изгиб в сторону обшивки («развал»), следует производить путем местных нагревов набора, параллельного плоскости изгиба (рис. 14). Участки нагрева по набору одного направления необходимо располагать в одной плоскости сечения конструкции.

Рис. 14 Схема правки «развала» бортовой секции. 1 — участки нагрева; 2 — положение секции до правки; 3 — то же после правки; 1′, 1″, 2′, 2″, 3′, 3″. . . – очередность нагрева; I, II — очередность ряда нагревов

Правка общего изгиба перьев рулей, стабилизаторов и подобных конструкций должна производиться нагревом полосами по обшивке с обратной стороны приварки набора. Нагрев следует начинать с обратной стороны приварки набора, перпендикулярного плоскости большого изгиба.