СУДОСТРОЕНИЕ 5'2015
Существуют два способа стыковой сварки пазов обечаек прочного корпуса подводных лодок: сварка в горизонтальном положении под флюсом и электродуговая сварка в вертикальном положении в защитном газе в щелевую разделку с принудительным формированием шва. Первый способ применяется для сварки при толщине стыкуемых листов конструкции до 24 мм, второй способ — при сварке толщин свыше 24 мм.
Суть сварки в щелевую разделку заключается в заполнении расплавленной сварочной проволокой 4 пространства, ограниченного торцовыми поверхностями обечайки 2, неподвижной формирующей подкладкой 1 и подвижным формирующим ползуном 5, расположенным со стороны перемещающейся сварочной горелки 3 (рис. 1). Расплавление сварочной проволоки происходит в процессе горизонтального возвратно-поступательного и вертикального перемещения сварочной горелки. Свариваемая конструкция представляет собой цилиндр или конус, формируемый из нескольких обечаек. Число стыков может достигать пяти, высота свариваемой конструкции — до 3,2 м, диаметр — до 10 м.
После завершения сварки с обеих сторон с помощью наплавки выполняется усиление стыка. В связи с этим соединение осуществляется в два этапа: сварка стыка и наплавка усиления с двух сторон (рис. 2). Для каждого вида сварки служит своё оборудование.
Стыковая сварка в щелевую разделку успешно применяется в отечественном судостроении более 30 лет. Для этой цели в ЦНИИТС (ныне — АО «ЦТСС») в 80-е годы прошлого столетия были разработаны автомат для стыковой сварки «Ритм-2С» и автомат для наплавки усиления «Вымпел».
Сборка конструкции под сварку — это формирование стыка шириной 10—12 мм на всю высоту конструкции с использованием приварных гребенок, а также выводного кармана в нижней части и выводной планки в верхней части обечайки. В выводном кармане выполняется настройка режима сварки. Как автомат для стыковой сварки, так и автомат для наплавки 2 перемещаются оператором к свариваемой обечайке 1 на колесной платформе, позиционируются на ней и закрепляются струбцинами (рис. 3). Основной элемент автоматов — сварочная тележ-
ка 3. При сварке конусных обечаек автоматы снимаются с платформы краном и устанавливаются сверху на обечайку, параллельно образующей конуса.
Основную сложность при сварке в щелевую разделку представляет стабилизация уровня сварочной ванны, который должен находиться ниже верхней кромки подвижного формирующего ползуна 5 (см. рис. 1) на величину И = 5...8 мм. Это достигается ручным регулированием скорости вертикального перемещения формирующего ползуна. Оператор выполняет настройку режима сварки в выводном кармане и затем поддерживает уровень сварочной ванны вручную в процессе вертикального перемещения сварочной тележки 3. При повышении уровня ванны оператор увеличивает скорость вертикального перемещения сварочной тележки и тем самым формирующего ползуна, при понижении уровня он уменьшает скорость. При высоте свариваемой конструкции 2,5 м и выше требуется вертикальное перемещение оператора по приставному трапу вслед за движением сварочной тележки. При длительности процесса сварки два и более часа это представляет собой утомительную процедуру.
За прошедшие десятилетия накоплен большой опыт эксплуатации автоматов. Однако в связи с исчерпанием ресурса автоматов
1 2 3
Рис. 1. Стыковая сварка паза обечайки в щелевую разделку:
1 — неподвижная формирующая подкладка; 2 — обечайка; 3 — сварочная горелка; 4 — сварочная проволока; 5 — подвижный формирующий ползун;
— длина сварочной дуги; И — превышение подвижного формирующего ползуна над уровнем сварочной ванны
АВТОМАТЫ ДЛЯ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ТОЛСТОСТЕННЫХ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
А. М. Ерёмин, В. А. Никитин, канд. техн. наук, В. А. Гольнев
(АО «ЦТСС», e-mail: inbox@ssts.spb.ru) удк 621.791.754.03:629.5.024
ОРГАНИЗАЦИЯ VI ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2015
Рис. 2. Соединение обечайки электродуговой сваркой в щелевую разделку:
1 — обечайка; 2 — усиление шва; 3 — стыковой шов
Рис. 3. Сварка пазов обечайки прочного корпуса:
1 — обечайка; 2 — автомат стыковой сварки (наплавки); 3 — сварочная тележка автомата
«Ритм-2С» и «Вымпел» возникла необходимость в замене их автоматами нового поколения. При этом с одной стороны накопленный опыт выявил наличие определенного технического ресурса по их совершенствованию. С другой стороны, такие технические возможности появились в связи с созданием новых, более совершенных технических средств автоматизации технологических процессов, в частности сварки.
При разработке нового поколения автоматов была поставлена задача повышения уровня автоматизации процесса сварки, прежде всего в автоматизации процесса стабилизации уровня расплавленного металла сварочной ванны.
Система автоматической стабилизации уровня сварочной ванны построена с применением принципов не-
чёткой логики. Для оценки изменения уровня ванны, который сопровождается изменением длины сварочной дуги /д, используется усредненное значение величины сварочного тока. При повышении уровня сварочной ванны длина дуги уменьшается, ток увеличивается, и, следовательно, необходимо увеличивать первоначально заданное превышение Ь подвижного формирующего ползуна над уровнем сварочной ванны в крайних положениях сварочной горелки (у формирующего ползуна и формирующей подкладки). При понижении уровня сварочной ванны длина дуги увеличивается и соответственно необходимо уменьшать превышение Ь подвижного формирующего ползуна.
Структурная схема системы автоматической стабилизации уровня сварочной ванны представлена на рис. 4.
Система включает в себя блоки оценки состояния и принятия решений. В блоке оценки состояния осуществляется перевод значения величины отклонения тока от заданного в термы нечёткой логики. Блок принятия решения отвечает за выработку стратегии и выдачу корректирующего сигнала в систему управления вертикальным перемещением сварочной тележки.
При моделировании процесса стабилизации уровня сварочной ванны в среде MATLAB Simulink были сделаны следующие допущения:
1. В качестве возмущающего воздействия («Помеха» на рис. 4 и кривая «Помеха» на осциллограмме рис. 5, а) был использован сигнал синусоидальной формы с амплитудой, соответствующей 15% отклонению усредненного значения величины тока.
Рис. 4. Структурная схема системы автоматической стабилизации уровня сварочной ванны
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2015
ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ
б)
в)
Рис. 5. Осциллограммы процесса стабилизации уровня сварочной ванны:
о — величина помехи и отклонение тока во времени; б — коррекция шага подъема сварочной тележки; в — решение о коррекции величины шага подъема сварочной тележки
2. Переходные процессы, связанные с изменением режима работы сварочного источника, считались мгновенными ввиду большой общей длительности сварочного процесса.
Моменты шагового подъема тележки в крайних горизонтальных положениях сварочной горелки отражены на осциллограмме рис. 5, б (кривая «Подъем»). Уровням «1» и «-1» кривой «Решение» (осциллограмма рис. 5, в) соответствуют оценки «больше» и «меньше» величины отклонения тока относительно заданного значения и принятие решения о коррекции высоты подъема тележки на одну условную дискрету. Уровням «2» и «-2» соответствуют оценки «много больше» и «много меньше» величины отклонения тока и принятие решения о коррекции высоты подъема на две условных дискреты.
Результаты испытаний показали, что система ведет себя устойчиво и мгновенное отклонение величины сварочного тока не превышает 5% от
поддерживаемой величины. Усредненное отклонение не превышает 2,5%. Реальный процесс сварки сопровождается более плавным изменением усредненного значения величины возмущающего воздействия, поэтому разработанная система стабилизации достаточно точно и надёжно поддерживает уровень сварочной ванны.
Автоматическое регулирование уровня сварочной ванны предъявляет специальные требования к источнику сварочного тока. В результате поиска источника с соответствующими характеристиками был применён инверторный источник «¡поМЮ 500» фирмы Jdckle, обеспечивающий аналоговый сигнал обратной связи по току необходимого качества. Сварка ведётся постоянным током на обратной полярности. Источник тока имеет жёсткую вольтам-перную характеристику.
Основные элементы конструкции модернизированного автома-
та стыковой сварки «Вертикаль-С»: рама с вертикальными направляющими 1, расположенная на передвижной платформе, сварочная тележка 2, механизм поджима формирующего ползуна 3, формирующий ползун 4, специальная сварочная горелка 5, газозащитная приставка 6, механизм подачи сварочной проволоки 7, механизм возвратно-поступательного перемещения сварочной горелки 8, кассета сварочной проволоки 9, механизм перемещения сварочной головки к изделию 10, привод вертикального перемещения 11 (рис. 6). Формирующий ползун, горелка и формирующая подкладка имеют водяное охлаждение.
Защита сварочной ванны обеспечивается подачей смеси защитного газа (Аг 70—85%; С02 30—15%) в зону сварки. Подача защитного газа включена в систему автоматического регулирования работой автомата.
ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2015
Рис. 6. Сварочная тележка автомата «Вертикаль-С»:
1 — рама с вертикальными направляющими; 2 — сварочная тележка; 3 — механизм поджима формирующего ползуна; 4 — формирующий ползун; 5 — специальная сварочная горелка; 6 — газозащитная приставка; 7 — механизм подачи сварочной проволоки; 8 — механизм возвратно-поступательного перемещения сварочной горелки; 9 — кассета сварочной проволоки; 10 — механизм перемещения сварочной головки к изделию; 11 — привод вертикального перемещения
Основные технические характеристики автомата «Вертикаль-С»
Номинальный сварочный ток, А . . . .до 500 Толщина свариваемого металла,
мм...........................30-100
Скорость сварки, м/ч ...........0,8—8,0
Маршевая скорость, м/ч ...........60
Скорость подачи электродной
проволоки, м/ч...............100—500
Диаметр электродной проволоки,
мм .............................2,0
Расход защитного газа, л/мин . . . .20—130 Скорость продольного перемещения
мундштука, м/ч.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.