Условия размещения и площадки для размещения статей смотрите здесь
Глава 3 Общие вопросы проектирования корпуса
3.3 Соединение элементов корпусных конструкций
Основным видом соединения листов и профилей, из которых формируется
корпус, являются сварные соединения.
При проектировании корпусных конструкций важное значение имеет
правильный выбор типов и конструктивных элементов сварных швов, способа
сварки, катетов сварпых швов, шага и длины приварки прерывистых швов и
т. п. На чертежах, по которым будут изготовляться корпусные конструкции,
все сварные швы должны быть показаны стандартными условными
обозначениями.
Марка или категория металлов, подвергающихся сварке, указывается п
спецификации чертежа. В примечаниях к чертежу или в описании
технологического процесса сварки должны быть указаны марки сварочных
материалов (электродов, проволоки, флюсов) и способы контроля качества
сварных соединений.
При большом количестве условных обозначений сварных швов на чертеже
следует выполнить таблицу сварки, которая должна содержать наименование
соединяемых элементов конструкции и их толщину, форму подготовки кромок
и калибры (или толщину) угловых швов, марку (или категорию) свариваемого
материала, марки сварочных материалов, способ сварки шва в пространстве.
В этом случае сварные швы на чертежах можно обозначать номерами, под
которыми они описаны в таблице.
Размеры угловых швов корпусных конструкций должны определяться либо по
части 11 <Корпус> Правил Регистра СССР, либо по расчету.
Согласно Правилам размеры катетов швов (в миллиметрах)] при ручной и
полуавтоматической сварке определяются по формуле k = aps, где а -
коэффициент прочности сварного шва, значение которого приводится в
зависимости от ответственно сварного соединения; р - коэффициент,
зависящий от типа сварного соединения; s - меньшая толщина соединяемых
деталей.
Для соединении палубного стрингера с бортовой обшивкой, а также для
приварки верхних опорных листов фундаментов а = 0,45, при этом требуется
обеспечивать полный провар на всю толщину. Такой же коэффициент
принимается и для присоединения флоров к вертикальному килю и продольным
переборкам. Соединение вертикального и горизонтального киля, а также
скуловых книц с поясками флоров выполняется швами с коэффициентом а =
0,35. Скуловые кницы к обшивке присоединяются сварными швами с
коэффициентом а - 0,25. Шпангоуты и бортовые стрингеры в зависимости от
места их расположения но длине судна и других факторов привариваются
швами с коэффициентом а от 0,17 до 0,10 и т. п. Таким образом, величина
а зависит от степени ответственности сварного соединения. Значения
коэффициентов а для всех основных сварных соединений корпуса приводится
в табл. 1.7.6-1 Правил Регистра (36, с. 95-97].
При автоматической сварке толщина или катет шва (в зависимости от того,
что принято в основу расчета) могут быть уменьшены, но не более чем па
30 % (для однослойных швов).
Размеры угловых швов в судокорпусных конструкциях не должны превышать k
s; а = 0,7s, где а - расчетная толщина углового шва.
Если такой размер по расчету оказывается недостаточным, то сварку
необходимо выполнять с более глубоким проплавлением стенки или с
разделкой кромки. Прочность сварного шва можно обеспечить увеличением
длины приварок и другими способами.
Прерывистые швы не допускаются в районах интенсивной вибрации, для
приварки днищевого набора к обшивке и при сварке стенок днищевых балок с
их поясками на 0,25/, от носового перпендикуляра. Применение прерывистых
швов ограничивается в цистернах, а также на судах ледового плавания в
районе ледовых усилений борта.
Не следует использовать односторонние швы для приварки набора к обшивке
в носовой оконечности и в районе ледового пояса, приварки бортового
набора судов, швартующихся на волнении, в соединениях, испытывающих
значительные изгибающие или отрывающие усилия, а также в соединениях, в
которых угол между стенкой балки и обшивкой отличается от прямого более
чем на 10°.
При соединении прерывистыми или односторонними швами балок набора с
обшивкой в районе опор концов этих балок должны выполняться
двухсторонние швы с тем же катетом на длине, равной двум высотам балки
от конца или в обе стороны от опоры, но не менее чем на длине приварки
книц, если они имеются.
Отступления от вышеперечисленных требований возможны для малонагруженных
корпусов или их частей, а также при условии компенсации отступлений от
требований какими-либо дополнительными усилениями конструкции.
Сварка листов и профилей толщиной 2,5-3,0 мм и более не вызывает особых
затруднений, но если свариваемые детали имеют меньшую толщину, то
возможны прожоги металла и увеличение коробления конструкций. Во
избежание прожогов при сварке встык листов малой толщины (1,5-2,0 мм)
можно использовать подкладные планки, что особенно важно в случае, если
зазор между кромками свариваемых листов превышает допустимый, равный 0,5
мм. Эта мера также способствует уменьшению сварочных деформаций.
Газовая сварка, широко используемая в технике для сварки тонколистовых
конструкций, мало используется в судостроении, так как выполняется
медленно и сопровождается большим выделением тепла, что вызывает
внутренние напряжения в конструкциях и их деформацию [39].
Избежать прожогов тонких листов можно путем выполнения нахлесточных швов
на скуловом угольнике остроскулых судов или на утолщенном горизонтальном
киле, как это принято в проекте катера для народного потребления
<Кальмар> (рис. 22).
Уменьшить сварочные деформации тонколистовых конструкций можно
различными мерами: правильным выбором зазора между листами, утолщением
обшивки, уменьшением шпации, постановкой дополнительных ребер жесткости,
разбивающих пластины обшивки па более узкие панели; заострением скул или
гофров обшивки и г. п. Эти меры увеличивают жесткость конструкции, ее
сопротивляемость деформациям Кроме того, деформации могут быть уменьшены
приваркой набора к обшивке прерывистым шахматным швом или применением
гребенчатого набора (с вырезами в стенке привариваемой балки между
приварками), уменьшением катетов угловых швов тавровых соединений,
уменьшением длины приварки и увеличением шага шахматных швов,
применением точечных швов. Однако при чрезмерно большом расстоянии между
приварками в сжатых листах могут образоваться гофры. Безусловно, на
величину деформаций конструкций влияет и выбор технологического процесса
сварки.
Для уменьшения сварочных деформаций в проекте стального варианта катера
<Кальмар> предусмотрено применение жестких шпангоутов из листа с
отогнутым фланцем и установка через 200-300 мм ребер жесткости. Приварка
деталей набора предусмотрена шахматным швом с минимальной длиной
приварки 20-25 мм через 100-150 мм [12]. Для прочных угловых швов
больших яхт достаточен калибр 3 мм, длина приварки прерывистых швов 25
мм н шаг 300 мм (25|. На малых судах шпангоуты можно приваривать
точечным швом.
При одновременном применении сварных и клепаных соединений клепка должна
выполняться после сварки, так как в противном случае сильный прогрев
стали при сварке и последующая усадка сварных швов приведут к нарушению
качества клепаных соединений.
Рис. 22. Поперечное сечение стального варианта
катера "Кальмар" 1-скуловой угольник из полосы 2X80; 2 -скуловой
брызгоотбойник.
По Правилам Регистра СССР соединение балок набора должно выполняться
встык. Нахлесточное соединение допускается только для балок поперечного
набора вне района интенсивной вибрации. Однако такое соединение довольно
часто используется на малых судах для всех районов и, как показывает
опыт эксплуатации этих судов, является достаточно прочным и
работоспособным.
Поскольку выполнение сварных соединений при малых толщинах сопряжено с
определенными трудностями и при этом не обеспечивается желаемое качество
конструкций, в ряде случаев имеет смысл применять заклепочные соединения
некоторых элементов корпуса. Например, в проекте катера <.Сом> (рис. 23)
предусмотрены два варианта выполнения соединения шпангоутов с обшивкой:
контактной сваркой с помощью электросварочного пистолета и однородным
заклепочным швом с диаметром заклепок 5 мм и шагом 60 мм.
Рис. 23 Поперечное сечение катера "Сом"
При проектировании заклепочных соединений следует руководствоваться
отраслевой нормалью ОН 9-38-67 <Соединения заклепочные стальных
конструкций. Классификация, нормы и технические требования>. Элементы
заклепочного соединения подбирают в зависимости от расчетной толщины. За
расчетную толщину при склепывании листов принимают большую толщину, но
если разница в толщинах листов превышает 2 мм (при толщине гонкого листа
не более 9 мм), за расчетную принимают меньшую толщину. При склепывании
листов с катаными профилями расчетную толщину принимают равной среднему
арифметическому толщин склепываемых деталей. При выполнении заклепочных
соединений на стыковых планках толщина последних не учитывается, а за
расчетную толщину принимают толщину стыкуемых листов или профилей. Ниже
приводятся элементы заклепочных соединений для листов с расчетной
толщиной мм (d - диаметр заклепки, мм):
Общая толщина склепываемых деталей не должна превышать четырех диаметров
заклепки. Заклепки диаметром до 8 мм должны изготовляться из стали марки
Ст2, а при диаметре 6 мм и более может быть использована сталь марки СтЗ.
Для склепывания тонколистовых конструкций наиболее удобны заклепки с
полукруглой закладной головкой.
Количество рядов в заклепочном шве и заклепок в отдельных соединениях
определяется в зависимости от типа конструкции, величины и характера
нагрузки в соответствии с правилами и положениями по конструированию или
определяется расчетом. Двухрядные и многорядные соединения листов должны
иметь преимущественное цепное расположение заклепок. Двухрядную клепку
полок угольников можно выполнять как в цепном, так и в шахматном
порядке.
Непроницаемость заклепочных соединений для деталей толщиной мы
обеспечивается применением уплотнительных прокладок из ткани толщиной
0,5-1,0 мм. По рекомендациям, приведенным в [6], плотность соединений
можно обеспечить однослойной прокладкой из бумаги. Прокладки,
устанавливаемые в водо- и газонепроницаемые швы, пропитываются свинцовым
суриком или свинцовыми белилами на натуральной олифе. Для нефте- и
маслонепроннцаемых швов вместо прокладок можно использовать состав из
свинцовых белил (25 %), жидкого стекла (25%) и цемента (50%).
Расстояние от центра заклепочных отверстий до кромки детали при мм
должно быть не менее l,5d и не более 2d. Расстояние между рядами
заклепок при цепном расположении для пазов принимается не менее 2,5d, а
для стыков - не менее 3,5d; при шахматном расположении l,8d и 2,5d
соответственно. Расстояние между заклепками по диагонали при шахматном
расположении должно быть не менее 3d.
Шаг заклепок для нефте- и маслонепроницаемых швов при s ^ 4 мм и
двухрядной клепке принимается 3,5d, для водо- и газонепроницаемых
однорядных швов при напоре водяного столба свыше 3 м-4d, а при меньшем
напоре -4,5d. Шаг заклепок для прочных соединений берется равным (6-f-8)d.
Отверстия под заклепки диаметром до 10 мм могут быть выполнены
сверлением кливыколкой (при s 3 мм). Диаметры заклепочного отверстия
приведены в табл. 31.
Вышеперечисленные требования относятся к любым судам. Практика малого
судостроения свидетельствует о том, что в ряде случаев от этих
требований возможны отступления, если они приводят к упрощению процесса
постройки судна.
На основе довоенного опыта постройки стальных катеров ![6] диаметр
заклепок рекомендуется принимать равным удвоенной суммарной толщине
склепываемых листов; длину - с учетом запаса на образование полукруглой
головки, равного 1,3- 1,7d, а при потайной головке - примерно одному
диаметру. Расстояние от оси заклепки до кромки листа должно быть не
менее l,5d, шаг заклепок плотнопрочных швов.
Перекрой и прилегающие к шпангоутам полоски листа перед окончательной
сборкой хорошо прокрашивают. Швы достаточно толстых листов чеканят.
Эти рекомендации следует учитывать при выборе конструктивных элементов
заклепочных соединений. Полезные рекомендации по сварке и клепке
содержатся в [39, с. 166-172].
Размеры книц, соединяющих балки набора (кроме скуловых книц), При
наличии отогнутого фланца или приварного пояска размеры кницы можно
уменьшить на 15 %.
Если длина свободной кромки кницы то кница должна подкрепляться
отогнутым фланцем или приварным пояском. Концы фланцев и поясков книц
должны срезаться <на ус>, а углы книц должны иметь притупления.
