Диаметр сварочной проволоки или присадочных прутков выбирают в зависимости от толщины свариваемых материалов.
Перед сваркой проволоку или прутки подвергают химической обработке. Способ обработки поверхности сварочной проволоки и ее состояние перед сваркой оказывают значительное влияние на содержание водорода, пористость и механические свойства металла шва и сварных соединений.
Перспективными способами очистки сварочной проволоки являются электрохимическая и химическая полировка. В практике работы судостроительных заводов наиболее широко распространен способ обработки поверхности сварочной проволоки травлением в растворе щелочи с последующим осветлением в растворе азотной кислоты.
Разработан следующий рациональный режим обработки сварочной проволоки: обезжиривание; травление в 15 %-ном растворе NaOH в течение 5—10 мин при 60—70 °С; промывка в холодной воде; осветление в 15—40 %-ном растворе азотной кислоты, промывка в теплой воде; сушка; дегазация при 350 °С в течение 5—10 ч под вакуумом Ю-1 Па.
Операция вакуумирования может быть заменена прокалкой в атмосфере воздуха при температуре порядка 300°С в течение 10— 30 мин. Во избежание образования толстого слоя окисной пленки на поверхности и адсорбирования влаги пленкой сварочную проволоку или прутки используют для сварки непосредственно после химической обработки. С увеличением времени хранения проволоки после обработки содержание водорода возрастает. В связи с этим в судостроении срок хранения сварочной проволоки, используемой для аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом, ограничивают тремя сутками, а для сварки плавящимся электродом, особенно проволокой диаметром 1,2—2,0 мм, одними сутками. При более длительном хранении химически очищенную сварочную проволоку содержат в герметизированной упаковке.
При изготовлении конструкций из алюминиевых сплавов применяют и контактную электрическую сварку (шовную и точечную). Контактная электрическая сварка — высокопроизводительный процесс и позволяет осуществлять соединение самых разнообразных деформируемых алюминиевых сплавов, в том числе сплавов марок АМг5 и АМг61. Высокая теплопроводность и низкое электросопротивление алюминиевых сплавов требуют применения для осуществления требуемого цикла сварки контактных машин большой мощности с автоматическим управлением.
В судостроении применяют контактную сварку при изготовлении тонколистовых конструкций (толщиной менее 6 мм). Допустимая толщина свариваемых элементов и размеры конструкций определяются, как правило, типом и мощностью используемых машин. В качестве оборудования для точечной сварки применяют машины
типа МТП-200, МТИП-300-2, МТПТ-1000, для шовной сварки — типа МШП-200, МШШИ-400, МШШТ-1000 и др.
Контактной сваркой изготавливают отдельные элементы надстроек, узлы легких выгородок и вентиляции, мебель и пр. Контактная сварка позволяет получать тонколистовые конструкции с минимальными деформациями. Качество сварных соединений, выполненных контактной сваркой, достаточно стабильное и высокое.
4. НАДСТРОЙКИ
Для судна имеет большое значение облегчение его верхних частей. Изготовление из алюминиевых сплавов конструкций, расположенных в верхней части корабля, позволяет не только уменьшить его общую массу, но и дает конструктору дополнительные возможности для создания более рационального судна (позволяет выбрать основные измерения судна оптимального водоизмещения с увеличенной скоростью или увеличенной грузоподъемностью, улучшенной остойчивостью и пр.).
В Советском Союзе и за рубежом проводили исследования по отработке оптимальных типов конструкций надстроек из алюминиевых сплавов. При выполнении этих работ руководствовались правилами Международной конвенции по охране человеческой жизни на море. В соответствии с этими правилами требуется обеспечение поперечной отстойчивости судна (при наиболее наблагоприятном случае — затоплении двух смежных отсеков); это может быть выполнено, если до аварии судно обладало необходимой метацентрической высотой. Для ее получения судно должно иметь достаточную ширину. Чтобы не увеличивать чрезмерно ширину судна, можно снизить массу конструкций, расположенных в его верхней части, что достигается изготовлением их из алюминиевых сплавов.
Изложенное хорошо иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 2.7 и 2.8.
На основе отношения ширины стального судна В к его глубине погружения Т и отношения экономии в массе g к водоизмещению судна D и зная возвышение центра тяжести конструкций из алюминиевых сплавов над центром тяжести судна, построенного полностью из стали ^ Z, можно определить А В (см. стрелки на рис. 2.8).
В настоящее время накопился значительный опыт по применению алюминиевых сплавов для изготовления надстроек и других верхних частей судов (мачт, дымовых труб, шлюп-балок и др.). В связи с этим многие конструкторские организации широко используют возможности облегчения судов и улучшения их технических характеристик, изготовляя верхние части судов из алюминиевых сплавов.
Если до середины пятидесятых годов подобные конструкции изготовляли из алюминиевых сплавов клепаными, то в последующий период и в настоящее время их чаще всего делают сварными. Надстройки, изготовленные из листов небольшой толщины (до 4—5 мм), при сварке получают сильные деформации. Поэтому после сварки их
приходится подвергать правке путем наплавки на внутреннюю поверхность листов холостых валиков. После такой правки конструкции все же имеют видимые остаточные деформации. Значительно лучший вид имеют сварные конструкции, изготовленные из цельно-спрессованных панелей. В связи со значительным сокращением объема сварки деформации при сварке этих конструкций получаются незначительными.
В Советском Союзе построена серия пассажирских морских судов типа «Киргизстан». Все надстройки и рубка с внутренними поперечными и продольными переборками и выгородками, а также мачты, кожух дымовой трубы, леерные и тентовые устройства, внутренние, наружные и забортные трапы, легкие и водонепроницаемые двери, окна и пр. этих судов изготовлены из алюминиевых сплавов. Для изготовления надстроек применяли листы толщиной 5, 6, 8 и 10 мм, а также плиты толщиной до 14 мм из сплавов АМг5 и АМг6. Тип профилей — полособульбы из сплава АМг6. Внутренние и продольные переборки из алюминиевых сплавов в значительном объеме делали гофрированными, что в сильной степени упростило их изготовление и повысило качество.
Надстройка приклепана к стальной палубе заклепками из сплава АМг5. При этом проведены соответствующие мероприятия по предотвращению контактной коррозии в заклепочных соединениях.
При постройке уделяли большое внимание увеличению радиусов скругления углов в больших прямоугольных вырезах (по сравнению со стальными конструкциями), а также более тщательной заделке кратеров сварных швов в целях предотвращения возникновения трещин в конструкциях надстройки.
В связи с тем, что алюминиевые надстройки на 50 % легче стальных, выигрыш в массе судна «Киргизстан» составил 140 т, что наряду с другими техническими мероприятиями (сокращение длины
валопровода и др.) позволило существенно уменьшить осадку и снизить центр тяжести судна. Имея небольшую осадку, это морское судно может заходить в устья рек.
На судно типа «Киргизстан» расходуется 175 т алюминиевых сплавов (из них на надстройки 100 т). В результате изготовления надстроек и других конструкций из алюминиевых сплавов масса судна уменьшена на 12 % (без груза), а метацентрическая высота увеличена на 15 см, что существенно улучшило его остойчивость.
Алюминиевые сплавы применяют также для надстроек судов меньшего водоизмещения. Например, большая часть надстройки, рубки и дымовая труба морского пожарного судна «Дибрар-1» выполнены из алюминиевомагниевого сплава. Судно предназначено для борьбы с огнем на морских нефтепромысловых и прибрежных сооружениях, для оказания помощи судам в море, портах и на рейдах.
Широко используют алюминиевые сплавы для изготовления надстроек на пассажирских и грузовых судах и за рубежом. Наиболее крупными в мире судами с многоярусными сварными надстройками из алюминиевых сплавов являются английские пассажирские лайнеры «Canberra» водоизмещением 45000 т (использовано алюминиевых сплавов 1000 т) и «Oriana» водоизмещением 40 000 т (использовано алюминиевых сплавов 1040 т), построенные в 1960 г., а также построенный в то же время французский лайнер «France». Этот лайнер также имеет многоярусные сварные надстройки из алюминиевых сплавов.
Приведены для сравнения основные характеристики лайнеров «France» и «Normandie» (последний построен полностью из стали).
Если бы «France» был построен полностью из стали, его масса была бы на 15 % больше.
Нижняя часть основного корпуса «France» выполнена из более толстых листов обычной судостроительной стали, верхняя часть бортов — из более тонкой и более прочной стали, а многоярусные надстройки, мачты, дымовые трубы и пр. — из алюминиевых сплавов, которых использовано ~750 т. В результате значительного облегчения верхней части судна удалось без ущерба для его остойчивости уменьшить ширину, не сокращая длины. Это позволило уменьшить водоизмещение лайнера «France» на 15 000 т (более чем на 20 %) по сравнению с «Normandie». Уменьшению водоизмещения «France» содействовала и установка на нем менее габаритной и более легкой паросиловой установки с котлами высокого давления.
Для грузовых судов также целесообразно изготовление надстройки из алюминиевых сплавов, несмотря на более высокие первоначальные затраты при их изготовлении по сравнению с надстройками из стали. При замене стальных надстроек алюминиевыми грузовое судно получает дополнительную грузоподъемность без увеличения его водоизмещения. При этом в случае тяжелых грузов дополнительное количество их может быть погружено на судно без какого-либо увеличения объема трюмов. Для более легких грузов может