СУДОСТРОЕНИЕ 6'2000
КАРКАСНАЯ СБОРКА КОРПУСОВ — ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРИ ЕДИНИЧНОЙ ПОСТРОЙКЕ СУДОВ
В. Д. Горбач, канд. техн. наук; В. С. Михайлов, докт. техн. наук
(ГНЦ ЦНИИТС) УДК 629.5.081.4.002.72:629.5.002.62.21
Корпус судна (кроме корпусов малых судов) на построечном месте может формироваться секционным, блочным или комбинированным (секционно-блочным) способами. Методы постройки корпусов судов постоянно совершенствуются. При секционном и блочном методах плоские секции изготавливают на плоских стендах; секции с криволинейными обводами — в лекальных или стоечных постелях (рис. 1); секции оконечностей — в лекальных стендах [1, 2].
Рис. 1. Стационарная постель:
1 — постель; 2 — секция в сборе
Корпуса малых судов собирают из секций и узлов в стапель-кондукторах. Применяемые постели, кондукторы, стапель-кондукторы обеспечивают заданные обводы секций и корпусов судов.
Трудоемкость и стоимость изготовления постелей, их переналадки (монтаж и демонтаж), хранения и т. д. высоки. Расход металла на изготовление постелей в зависимости от сложности обводов и габаритов секций составляет до 30% их массы, а трудоемкость изготовления достигает 30—35% трудоемкости изготовления самих секций и блоков. Например, при постройке танкеров типа «Крым» масса секций в среднем составляла порядка 200 т, а масса одной постели — 80 т.
При сборке и сварке секций на постелях необходимо дополнительно выполнять: обжатие и закрепление листов обшивки к
лекалам постелей на электроприхватках или гребенках; пригонку набора секций к внутренней поверхности обшивки, обжатой к лекалам постели; освобождение секции от постели, удаление электроприхваток, подвар-ку и зачистку дефектов поверхности и пр.
Статистические данные по точности обводов кромок лекал постелей показывают, что отклонения обводов сложной кривизны достигают ±8 мм и более, и чем сложнее обводы секций, тем больше погрешности постелей (рис. 2). При установке и обжатии набора секции с закрепленной обшивкой пригоночные работы выполняют путем подрезки стенок набора или открепления обшивки от лекал постели на отдельных участках и обжатии ее к набору. Часто обжать набор к обшивке с заданными требованиями по точности зазоров под сварку не удается. На большинстве заводов при повышенных зазорах размеры катетов угловых швов, как правило, завышаются. При этом на малых катетах (3 мм) это завышение самое большое (рис. 3), и постепенно с ростом чертежного катета оно снижается. В случае завышения катета углового шва наряду с дополнительным расходом сварочных материалов возрастают и сварочные деформации. Так, при катете шва 3 мм площадь поперечного сечения наплавленного металла составляет 4,5 мм2; при катетах шва 4 и 5 мм — соответственно 8 и 12,5 мм2, т. е. площадь сечения шва возрастает в 1,8 и 2,8 раза. Так как погонная энергия сварки, вызывающая деформации конструкции, пропорциональна площади поперечного сечения наплавленного металла, то при таком увеличении катета шва сварочные деформации возрастают в 1,8 и 2,8 раза.
Попытки максимально сократить применение постелей делались неоднократно на протяжении существования сварного судостроения. Одной из них можно назвать создание механизированных стоечных стендов, которые имеются на Балтийском судостроительном заводе, «Северной верфи» и других предприятиях.
Вторым направлением является разработка и освоение технологии сборки и сварки секций, блоков и корпусов (для малых судов) с использованием штатного набора, воспроизводящего обводы корпуса. На днищевых и бортовых секциях, имеющих пло-
6 Судостроение № 6, 2000 г.
технологи судостроение и МАШИНОСТРОЕНИЕ
СУД0СТР01НМ! 6'2000
-ч -г о г
ч
f, мм
б)
к х2
и
*20 у
1ч J 16 \
// 12 \
J ч f 6 V 1
/ Ч \
/
-6 -Ч -2 0 2 U
чз -6 -ч -г о 2 ч б
f, мм
в)
Рис. 2. Кривые распределения отклонений формы сборочной оснастки: а — плоскости стендов от прямолинейности; б, в — рабочих кромок лекал от заданной формы корпуса (с плоскими наклонными обводами и со сложной кривизной обводов соответственно);
1, 2 — экспериментальная и теоретическая кривые распределения погрешности; f — зазор между обшивкой секции и кромками лекал постели
ские поверхности, базой для формирования секций служат эти поверхности, а сборка секций выполняется на плоских стендах цеха. В первую очередь собирают и сваривают настилы второго дна и борта, затем на них устанавливают продольный и поперечный набор, который сначала сваривают между собой, а затем с настилом, в результате чего создается каркас секций. После этого последовательно устанавливают криволинейные листы наружной обшивки, обжимают к набору и выполняют сварку листов между собой, а затем приварку обшивки к набору. В последнюю очередь устанавливают забойный лист обшивки, сварка которого производится практически в замкнутом контуре. Такая технология вполне себя оправдала на некоторых отечественных и зарубежных предприятиях. Однако при отсутствии плоской базовой поверхности на объемных секциях указанная технология неприменима.
В ЦНИИТС еще в 70-х годах [3, 4] был разработан каркасный способ изготовления секций с лекальными обводами, не имеющих плоских базовых поверхностей, на плоских стендах с применением специальной оснастки (рис. 5).
С помощью специальных фиксаторов (рис. 6) устанавливают рамный поперечный набор, затем на него устанавливают и приваривают продольные ребра жесткости и затем укладывают листы наружной обшив-
ки, обжимают их по каркасу набора и закрепляют на электроприхватках. Из-за податливости листов обшивки
а)„
36 32 28 24 20 16 12
1 2
1
V \
V \
\
\
0 1 2 3 4 f, а
в)
36 32 28 24 20 16 12
\
\
\
7- Л 2
\
\
\
Л
0 1 2 3 4 f, мм
б)
36 32 28 24 20 16 12
Л
\
1 \ -7
\
\
\
2- \ i
\
0 1 2 3 4 U
36 32 28 24 20 16 12
¡1 \
V \
\
\
\
\
1 N \
0 1 2 3 4 f, мм
Рис. 3. Кривые распределения зазоров f между собираемыми конструкциями и оснасткой на стенде: а — сборка на плоском стенде; б, в, г — сборка в постели с плоскими наклонными обводами, с малой и большой кривизной обводов соответственно; 1, 2 — экспериментальная и теоретическая кривые распределения погрешности
г)
наблюдается существенное сокращение поля рассеивания зазоров между набором и обшивкой под сварку. После подварки пазовых соединений обшивки снаружи секцию открепляют от стенда, кантуют и выполняют сварку собранных соединений в нижнем положении. Секции можно собирать на плоском стенде, сборочно-сварочной площадке или железобетонном полу в соответствии с изложенной технологической схемой. Опыт изготовления криволинейной бортовой секции танкера, не имеющей в своем составе плоских поверхностей, изложен в работе [4].
Для сокращения металлоемкости оснастки, удобства работ и увеличения объема сварки в нижнем положении за базу формирования секции принималась плоскость усечения, положение которой относительно секции определялось на плазе. Положение плоскости усечения можно определить и расчетным путем с использованием современных систем CAD/CAM/CIM системы «Foran» и CAD/CAM системы «Tribon».
Каркасный метод, разработанный ЦНИИТС, реализованный на Балтийском судостроительном заводе, показал, что техника и условия выполнения большинства сборочных операций существенно упрощаются [4]. Особенно это заметно при установке и соединении продольно-поперечного набора, а также обжатии обшивки к набору. Значительно сокращается объем пригоночно-прирубочных работ и повышается качество. Результаты проверки и обмера секций на всех стадиях их изготовления показали хорошие результаты и отсутствие существенных сварочных деформаций. При этом полностью отпадает необходимость в изготовлении дорогостоящих и трудоемких лекальных постелей, резко сокращается продолжительность (на 4—6 мес) подготовки производства, достигается экономический эффект за счет исключения заказа металла на изготовление постелей.
Каркасный метод сборки объемных и полуобъемных секций и блоков оконечностей широко распространен на таких ведущих зарубежных верфях, как Odense, MTW, Mayer и др.
Как уже отмечалось, блоки оконечностей в отечественном судостроении в основном собирают и свари-
СУДОСТРОЕНИЕ 6'2000
ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ И МАШИНОСТРОЕНИЯ
Рис. 4. Кривая распределения фактических размеров катетов угловых швов приварки ребер жесткости к секциям корпуса (чертежный размер катета 3 мм):
К — среднеарифметическое значение катета
вают в кондукторах, лекальные обводы которых воспроизводят обводы носа и кормы корпуса судна [1, 2]. В кондукторе устанавливают листы наружной обшивки, обжимают их и прихватывают к лекалам кондуктора и между собой, затем сваривают пазы и стыки обшивки с внутренней стороны. Устанавливают продольный и поперечный набор, подгоняют к обшивке и закрепляют на прихватках или гребенках. Сваривают набор между собой, а затем с обшивкой. После сварки набора устанавливают предварительно изготовленные секции платформ и палуб. Сваривают набор секций между собой, а затем стыковые соединения обшивки. Блок открепляют от лекал кондуктора, кантуют и подваривают швы обшивки с наружной стороны, зачищают прихватки, проверяют габариты и обводы. При такой технологии изготовления блоков оконечностей недостатки такие же, как и при изготовлении секций. Из-за сложности обводов корпусов в оконечностях резко ухудшаются условия работ по сборке и сварке. Металлоемкость и трудоемкость изготовления кондуктора существенно выше, чем при изготовлении лекальной посте-
ли. Так, на СФ «Алмаз» масса кондуктора оказалась в три раза больше массы носового блока.
В качестве базовой плоскости при каркасном способе сборки и сварки блоков оконечностей принимается палуба или поперечная переборка блока. В процессе сборки блока на палубе последовательно устанавливают рамы поперечного набора, которые связывают килевой балкой или форштевнем, после чего устанавливают продольный набор, выравнивают рамы поперечного набора по бортовым частям. Сваривают набор между собой в удо
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.