Содержание
Реферат
Введение
1. Общая часть
1.1 Конструктивные особенности,назначение и условия работы аппарата
1.2 Выбор конструкционногоматериала
1.3 Определение размеров проката
1.3.1 Определение размеровразвертки цилиндрической обечайки
1.3.2 Определение размеров разверткиэллиптического днища
1.4 Расчет габаритности аппарата
1.5 Допуски и сопряжения
2. Технологический процессизготовления сварной конструкции операции
2.1 Заготовительные операции
2.1.1 Очистка заготовок
2.1.2 Подбор листоправильной машины
2.1.3 Разметка заготовок
2.1.4 Резка
2.1.5 Подбор листогибочной машины
2.1.6 Подбор пресса для штамповкиднища
2.2 Сборка свариваемых элементов
2.2.1 Сварочные напряжения идеформации
2.2.2 Приспособления и механизмыдля проведения сварочных работ
2.2.3 Подбор роликового стенда
2.3 Расчет режима сварки
2.3.1 Расчет режима сварки подфлюсом
2.3.2 Выбор сварочного оборудования
2.3.3 Выбор марки флюса и электрода
2.4 Операции термической обработки
2.5 Операционный контроль иконтроль качества изделия
Список использованных источников
Введение
Современное состояние и перспективы развития нефтяной игазовой промышленности нашей страны определяются изменением структуры топливногобаланса, ускоренным развитием химической промышленности. С этим связаномногообразие химико-технологических процессов и конструкций аппаратов, развитиямашиностроения.
Технологические процессы производства аппаратуры охватываютпочти все виды обработки металлов: горячую и холодную обработку давлением,сварку металлов и сплавов, термическую и холодную резку и др.
Одним из критериев развития аппаратостроения являетсявнедрение неразъемных соединений. Клепаные конструкции начали применять приизготовлении первых кубовых установок. В период перехода от клепаныхконструкций к сварным изготовляли комбинированные конструкции. В результатетаких операций часто наблюдалось горячие трещины в сварных швах. Применениесварных конструкций значительно сократило расход металла, снизилосебестоимость. Применение сварных соединений привело к экономии стали дляпроизводства аппаратуры до 33% от веса клепаных аппаратов.
Переход к сварным конструкциям объясняется достижениями наукив области теории и практики сварочных процессов, физических методов контроляшвов.
1 Общая часть
1.1 Конструктивные особенности, назначение и условия работыаппарата
Колонна состоит из двух частей. Нижняя часть оборудованашестью каскадными и пятью желобчатыми тарелками. Верхняя часть колонны оборудована14 желобчатыми тарелками.
Техническая характеристика ректификационной колонны:
рабочие условия:
давление, МПа 2,4
температура среды, ºС 350
габаритные размеры, мм:
диаметр 2400
высота 24000
высота опоры 1200
масса аппарата, т 145
1.2 Выбор конструкционного материала
Основной вид проката, применяемый для изготовления корпусов колоннойаппаратуры – это листовой прокат.
Учитывая высокую коррозионную активностькомпонентов обрабатываемой среды (высокосернистый мазут) в качестве основногоконструкционного материала выбирали двухслойную сталь по с основным слоем изуглеродистой стали марки ВСт3сп и плакирующим слоем из нержавеющей жаростойкойстали аустенитного класса марки 08Х13. Химическийсостав стали и ее механические свойства приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица1 – Химический состав сталейМарка стали Содержание элементов, % С Mn Si Cr Ni S P ВСт3сп5 0,14-0,22 0,4-0,65 0,12-0,30 ≤0,30 ≤0,30 ≤0,05 ≤0,04 08Х13 ≤0,08 ≤0,8 ≤0,8 12-14 ≤0,6 ≤0,025 ≤0,03
Таблица 2 – Механические свойства сталейМарка стали σт, МПа σв, МПа δs, % aн, МДж/м2 ВСт3сп5 ≥210 ≥380 ≥25 ≥0,5 08Х13 ≥300 ≥430 ≥38 ≥23
Низкоуглеродистые стали до 0,25% углерода, обладают хорошейсвариваемостью. Сварные соединения легко обрабатываются режущим инструментом.
Сталь ВСт3сп5 имеет следующие характеристики: температураначала ковки 1300 °С;температура конца ковки 750 °С;охлаждение на воздухе; способы сварки: ручная дуговая, автоматическая дуговаяпод флюсом, электрошлаковая; обрабатываемость резанием – в горячем состоянии.
Сталь 08Х13 имеет следующие характеристики: температураначала ковки 1220 °С;температура конца ковки 850 °С;охлаждение на воздухе; способы сварки: ручная дуговая, автоматическая дуговаяпод флюсом, аргонодуговая; обрабатываемость резанием – в закаленном иотпущенном состоянии.
1.3 Карты раскроя
1.3.1 Определение размеров развертки цилиндрической обечайки
Карта раскроя представляет собой чертеж развертки наплоскости, который определяет количество и габаритные размеры листов –заготовок, а также продольные и поперечные швы, их расположение ипротяженность. Картой раскроя определяются основные технологические операции иих последовательность, точность изготовления, влияние на себестоимость и отходыметалла. Поэтому карту раскроя необходимо рассматривать в нескольких вариантах.
Карта раскроя первого типа (продольная ось симметрии листовперпендикулярна оси аппарата).
/>
Рисунок 1 – Метод обечаек
Периметр обечайки П, мм, определяли согласно [1, с.101]:
П = p× (Dв + S), (5)
где Dв – внутренний диаметр колонны,мм;
S – толщина стенки обечайки, мм.
П = 3,14 ×(3000 + 12) = 9462,48 мм
Согласно [3, с.62] выбрали 9 листов с размерами L = 4500 мм и В = 2000 мм и 9 листов с размерами L = 5000 мм; В = 2000 мм.
Площадь отхода Sотх, м2, определялипо формуле:
Sотх = S – So, (6)
где S – фактическая площадь, м2;
So – необходимая площадь, м2.
Фактическую площадь S, м2, определялипо формуле:
/>, (7)
/>
Необходимую площадь So, м2,определяли по формуле:
/>, (8)
где Lц – длина цилиндрическойобечайки аппарата, м.
/>
/>
Процент отхода D, %, определяли по формуле:
/>, (9)
/>.
Построим карту раскроя второго типа (продольная ось симметриилистов параллельна оси корпуса).
/>
Рисунок 2 – Метод карт
Согласно [3, с.62] выбрали 10 листов с размерами L = 6000 мм и В = 2000 мм и 5 листов с размерами L = 5500 мм; В = 2000 мм.
Фактическую площадь S, м2, определялипо формуле:
/>, (10)
/>
Площадь отхода Sотх, м2, определялипо формуле:
Sотх = S – So, (11)
где S – фактическая площадь, м2;
So – необходимая площадь, м2.
/>
Процент отхода D, %, определяли по формуле:
/>.
Процент отхода карты раскроя первого типа меньше,следовательно, для изготовления корпуса приняли метод обечаек. Окончательноприняли:
/>
/>
1.3.2 Определение размеров развертки эллиптического днища
Днище выбрали согласно ГОСТ 6533 по внутреннему диаметру аппаратасогласно [4, с.117].
Таблица 3 – Геометрические размеры днищаДвн, мм Sд, мм Нд, мм Hц, мм Fд, м2 Vд, м3 3000 12 750 60 10,32 3,9423
/>
Рисунок 3 – Днище эллиптическое
Диаметр развертки Dр, мм, определялисогласно [1, с.101]:
/>, (12)
где Dвн – внутренний диаметрэллиптического днища, мм;
S – толщина стенки днища, мм;
h1 – высота цилиндрической частиднища, мм;
eвн– коэффициент, определяемый согласно [1, с.101].
/>, (13)
/>, (14)
/>
/>
/>
Диаметр заготовки Dз, мм, определялисогласно [1, с.103]:
Dз = Dр + 2×zн, (15)
где 2×zн – технологический припуск наобработку, мм.
Технологический припуск на обработку 2×zн,мм, определяли согласно
[1, с.103]:
2×zн = 0,03×Dр, (16)
2×zн = 0,03×3668= 110 мм
Dз = 3668 + 110 = 3778 мм
Для изготовления днищ согласно [3, с.64] приняли 4 листа:
/>
1.4 Определение габаритности аппарата
Величину отклонения наружу концов аппарата С, м, выходящих зашкворни тележек вагона, определяли согласно [3, с.28]:
/>, (1)
где l – длина аппарата, мм;
l1 – базовая длина вагона, мм;
R – радиус закругления, мм.
Длину аппарата l, мм, определялисогласно задания:
l = 17390 мм
Длину базы вагона l1, мм, принималисогласно [3, с.27]:
l1 = 9300 мм
Радиус поворота вагона R, мм,принимали согласно [3, с.30]:
R = 320000 мм
/>
Коэффициент износа ходовых частей подвижного состава К, мм,определяли согласно [3, с.28]:
/>, (2)
/>
Расчетный габарит по ширине аппарата А, мм, определялисогласно [3, с.29]:
/>, (3)
где Dн – наружный диаметр аппарата,мм.
Наружный диаметр аппарата Dн, мм,определяли согласно задания:
/>
/>
Стандартное значение габарита по ширине аппарата принимали согласно
[3, с.30]:
А = 3400 мм
Максимальную длину аппарата lmax, мм,определяли согласно [3, с.28]:
/>, (4)
/>
Аппарат является габаритным, если выполняется условие:
lmax > l,
22330 мм > 17390 мм
Условие выполняется.
Из условия видно, что аппарат габаритен.
2 Технологический процесс изготовления сварной конструкции
2.1 Заготовительные операции
2.1.1 Очистка проката
В результате прокатки на поверхности стали образуетсяокалина, а за время транспортирования и нахождения на складе на поверхности сталиможет образоваться ржавчина и появиться загрязнение.
Ржавчину, окалину и загрязнения на поверхности металла можноудалять разными способами: химическим, термическим, механическим.
Для очистки травлением применяют слабые растворы кислот,которые погружают или которыми смачивают обрабатываемые поверхности, однако,этот способ очистки мало распространен вследствие неблагоприятных условий труда.
Основными способами очистки поверхности металлическихзаготовок являются дробеметный способ и пескоструйная очистка.
Очистку проката от окалины и ржавчины можно производитьметодами газопламенной обработки: многопламенной газовой горелкой передвигаемойвдоль обрабатываемой поверхности. При этом поверхность нагревается дотемпературы, не превышающей 150 – 200 °С, т. е. очистка не сопровождается структурными изменениями вметалле.
2.1.2 Подбор листоправильной машины
Правка представляет собой разновидность обработки металловдавлением и осуществляется путем многократного знакопеременного пластическогоизгиба обрабатываемого металла при напряжениях выше предела текучести.
Для правки листового проката применяли правильные роликовые машины.
Подбор листоправильной машины сводили к определению мощностипривода.
Исходные данные:
Размеры листа:
ширина b, мм 2000
толщина s, мм 12
Марка стали ВСт3сп5
Предел текучести σт, МПа 210
Коэффициент упругой зоны третьего ролика k3,приняли согласно [3, с.90]:
k3 = 0,06
Коэффициент второго ролика k2, приняли согласно [3, c.89]:
k2 = 2 × k3, (17)
k2 = 2 × 0,06 = 0,12
Остальные значения ki, определялисогласно[3, c.89]:
/>, (18)
где n – число роликов;
i – порядковый номер ролика.
Общее количество роликов n, принялисогласно [3, c.90]:
n = 9
/>
/>
/>
/>
/>
Усилие на первый ролик Р1, кН, определяли согласно [3, c.91]:
/>, (19)
где sт– предел текучести стали, Па;
В – ширина листа, м;
S – толщина листа, м;
t – шаг правильных роликов, м.
Шаг правильных роликов принимали согласно [3, с.84]:
t = 250 мм
/>
Усилие на втором ролике Р2, кН, определяли согласно [3, C.91]:
/>, (20)
/>
Усилие на остальных роликах Рi, кН,определяли согласно [3, с.91]:
/>, (21)
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Крутящие моменты Мi’, Мi’’, Мi’’’, Н × м, необходимые длявращения роликов, определяли согласно [3, с.94]:
/>, (22)
/>, (23)
/>, (24)
где D – диаметр роликов, мм;
Е – модуль упругости стали, Па;
f – коэффициент трения качения роликапо прокату;
d – диаметр цапфы ролика, мм;
m –коэффициент трения в подшипниках качения.
Диаметр роликов D, мм, принималисогласно [3, с.84]:
D = 230 мм
Модуль упругости Е, Мпа, принимали согласно [5, с.285]:
Е = 2×105 МПа
Коэффициенты f и m принимали согласно [3, с.94]:
f = 0,1 мм
m =0,1
Диаметр цапфы ролика d, мм, принималисогласно [3, с.94]:
d = 150 мм
М1’ = 0
М1’’ = 120379×0,1×10-3 = 12 Н×м
М1’’’/>
М2’ = />
М2’’ = 361574×0,1×10-3 = 36,2 Н×м
М2’’’/>
М3’ = />
М3’’ = 480489×0,1×10-3 = 48 Н×м
М3’’’/>
М4’ = />
М4’’ = 471070×0,1×10-3 = 47,1 Н×м
М4’’’/>
М5’ = />
М5’’ = 450331×0,1×10-3 = 45 Н×м
М5’’’/>
М6’ = />
М6’’ = 418191×0,1×10-3 = 41,8 Н×м
М6’’’/>
М7’ = />
М7’’ = 374651×0,1×10-3 = 37,5 Н×м
М7’’’/>
М8’ = />
М8’’ = 255655×0,1×10-3 = 25,6 Н×м
М8’’’/>
М9’ = 0
М9’’ = 80640×0,1×10-3 = 8,1 Н×м
М9’’’/>
Общий крутящий момент Мi(k), Н ×м, на каждом ролике машины определяли согласно [3, с.94]:
Мi(k) = M’ + M’’ + M’’’, (25)
где М’ – момент, затрачиваемый на деформацию полосы, Н×м;
М’’ – момент, возникающий от сил трения качения полосы пороликам и проскальзывания полосы по роликам, Н×м;
М’’’ – момент от сил трения в подшипниках ролика, Н×м.
Суммарный крутящий момент Мк, кН × м, на всех роликах определяли согласно[3, с.96]:
Мк = М1(к) + М2(к) + М3(к) + М4(к) + М5(к) + М6(к) + М7(к) (26)
Значения моментов рассчитанные по формулам (25), (26) занесемв таблицу 4
Таблица 4 – Значения крутящих моментов
/>, Н·м
/>/>, Н·м
/>, Н·м
/>, Н·м
/>, Н·м
/> 12 902,8 914,8
/> 2243,5 36,2 2711,8 4991,5
/> 4773,2 48 3603,7 8424,9
/> 947,6 47,1 3533 4527,7
/> 437,4 45 3377,5 3859,9
/> 246 41,8 3136,4 3859,9
/> 152 37,5 2809,9 2999,4
/> 100,4 25,6 1917,4 2043,4
/> 8,1 604,8 612,9
/> 31798,7
Мощность привода правильной машины определяли по формуле [3,с.96]:
/>, (27)
где /> – скорость правки, м/с;
D – диаметр роликов, м;
h –к. п. д.
Скорость правки />, м/с, приняли согласно [3, с.82]:
/>= 0,1 м/с
К. п. д. приняли согласно [3, с. 94]
h = 0,8
/>
По найденной мощности выбрали 2 тип правильной машины, характеристикакоторой приведена в таблице 5.
Таблица 5 – Характеристика правильной машиныПараметры Тип машины II Толщина листа, мм 6-16 Ширина листа, мм 2500 Число роликов 9 Диаметр правильных роликов, мм 230 Число рядов опорных роликов 2 Шаг правильных роликов, мм 250 Скорость правки, м/мин 8 Мощность электропривода, кВт 65
2.1.3 Разметка заготовок
Разметка заготовок из листового проката осуществляетсяпостроением разверток и вычерчиванием на плоскости. При этом имеют в видураскрой металла с минимальными отходами.
Различают три метода разметки:
1. Камеральный метод – заключается в переносе размеров на материалпо предварительно разработанным эскизам развертки;
2. Плазовый метод развертки – заключается в выполненииразвертки в натуральную величину на специально подготовленной плоскости,называемой плазом, или непосредственно на металле.
3. Оптический метод – заключается в применении системы линз.
Для изготовления аппарата выбрали камеральный метод, каксамый распространенный при производстве аппаратуры.
2.1.4 Изотермическая резка
Различают два основных метода резания металла: холодный(механический) и термический. Выбор метода резки в каждом конкретном случаепроизводится с учетом химического состава, физико-химических свойств, размерови формы поперечного сечения металла.
Механическая резка осуществляется без снятия стружки наножницах гильотинных и дисковых и на ножницах для резания сортового проката.
Резка на ножницах обладает высокой производительностью.Применение этого метода возможно до толщины 60 мм, однако стоимость оборудования с увеличением толщины проката сильно возрастает. В этих случаяхприбегают к термической резке. Термическая резка применяется для раскроя металлапрактически неограниченной толщины. Стоимость оборудования низкая и она остаетсянеизменной с увеличением толщины разрезаемого листа. Термическая резкаприменяется с учетом структуры и физических свойств металла.
Так как сталь двухслойная (основной слой из углеродистойстали ВСт3сп5 и плакирующий из стали 08Х13), то применяем кислородно-флюсовыйспособ резки.
Кислородно-флюсовая резка заключается в том, что в струюрежущего кислорода подают порошкообразный флюс.
Для оценки влияния химического состава на разрезаемостьлегированных сталей рассчитываем эквивалент углерода />, %, согласно [3, с.134] по формуле:
/> (28)
/>
Т.к. />, то необходим предварительный исопутствующий подогрев.
Слой металла, окисляемого при резке С, мм, определялисогласно [1, с.110]:
С = 2 + 0,025S, (29)
где S – толщина листа, мм.
С = 2 + 0,025×12= 2,30 мм
Т.к. кислородно-флюсовая резка, то берем на 30% больше: С = 3 мм
Припуск на механическую обработку zн,мм, определяли согласно [1, с.110]:
сварочный механизм аппарат
zн = Нср + m+ е, (30)
где Нср – средняя высота неровностей после кислородной резки,мм;
m –протяженность зоны термического влияния с измененной структурой, мм;
е – отклонение от прямолинейности, мм.
Среднюю высоту неровностей после кислородной резки Нср, мм,определяли согласно [1, с.111]:
Нср = 0,1 + 0,01S, (31)
Нср = 0,1 + 0,01×12 = 0,22 мм
Протяженность зоны термического влияния с измененнойструктурой m, мм, определяли согласно [1, с.111]:
m = 0,625 + 0,03S, (32)
m = 0,625 + 0,03×12 = 0,985
Согласно [1, с.111]: е = 0,1 + 0,02S= 0,1 + 0,02·12 = 0,34 мм
Zн = 0,22 + 0,985 + 0,34 = 1,545 мм
Принимаем Zн = 3 мм.
Согласно [6, с.394] выбрали установку для кислородно-флюсовойрезки УРХС-4. Установка состоит из флюсопитателя и специального резака.
Таблица 6 – Техническая характеристика установки УРХС-4Параметры Значения
Скорость резки, мм:
прямолинейной
фасонной
270-760
170-475 Давление кислорода, кгс/см2 5-10 Давление ацетилена, мм вод. ст., не менее 300 Давление флюсонесущего кислорода, кгс/см2 0,35-0,45
Расход:
кислорода, м3/ч
флюса, кг/ч
ацетилена, м3/ч
8-25
6-9
0,8-1,1
Размеры флюсопитателя, мм:
диаметр
высота
220
620 Масса флюсопитателя, кг 10,3 Емкость флюсопитателя, кг 20 Масса ручного резака с оснасткой, кг 3 Длина резака, мм 585
2.1.5 Подбор листогибочной машины
Гибка, заключается в том, что заготовка пропускается междувалками, при этом используется реверсивность машины. Для гибки листа применяемсимметричную трехвалковую листогибочную машину.
Исходные данные:
Размеры листа:
ширина b, мм 2000
толщина S, мм 12
Радиус кривизны R, мм 1506
Марка стали ВСт3сп5
Предел текучести σт, МПа 210
Модуль Юнга Е, МПа 2·105
Для гибки в холодном состоянии согласно [3, с.156] должно выполнятьсяусловие
/>, (33)
/>
Т.к. условие выполняется, то производим гибку в холодном состоянии.
Коэффициент упругой зоны k, в листе определяли согласно [3, с.167]:
/> (34)
/>
Изгибающий момент М, кг×мм,определяли согласно [3, с.88]:
/> (35)
/>
Угол aопределяли согласно [3, с.166]:
/> (36)
/>
Усилие на валках Рс, кг, определяли согласно [3, с.166]:
/> (37)
/>
Усилие на боковой валок Рб, кг, определяли согласно [3, с.166]:
/> (38)
/>
Крутящий момент М'к, кг×мм,затрачиваемый на деформацию листа, определяли согласно [3, с.94]:
/> (39)
/>
Крутящий момент М''к, кг×мм,затрачиваемый на трение качения валков по листу и трение в подшипниках валковопределяли согласно [3, с.167]:
/>, (40)
где f – коэффициент трения качения валков полисту, мм;
m –коэффициент трения в подшипниках;
d – диаметр шейки валов, мм.
Согласно [3, с.167] принимаем: f = 0,8 мм, m = 0,1.
/>
Суммарный крутящий момент Мк, кг×м, на боковых валках определяли согласно [3, с.168]:
/> (41)
/>
Мощность привода N, кВт, листогибочной машиныопределяли согласно
[3, с.167]:
/> (42)
/>
Согласно [3, с.161] приведем техническую характеристику листогибочноймашины.
Таблица 7 – Техническая характеристика листогибочной машины.Параметры Значения Рабочая длина валков, мм 2000 Скорость гибки, м/мин 5 Максимальная толщина изгибаемой стали, мм 18 Число роликов 3 Диаметр боковых валков, мм 350 Мощность электродвигателя, кВт 7,5
2.2 Сборка свариваемых элементов
В операцию сборки свариваемых элементов входят следующие видыработ: установка, разметка для привариваемых деталей, проверка сопряжениякромок и сборочных баз, подгонка свариваемых элементов и деталей, фиксированиесвариваемых кромок разъемными или неразъемными соединениями.
Применяют сборку двух технологических разновидностей:
- необходимая, для последующего выполнения сварных работ;
- сборка узлов и аппарата в целом.
2.2.1 Сварочные напряжения и деформации
Образование деформаций приводит к отклонениям от заранее заданныхразмеров и форм. Деформации делят на:
1) продольное укорачивание;
2) поперечное укорачивание;
3) изгиб конструкции;
4) скручивание;
5) выпученность и волнистость;
6) угловые деформации.
К общим мероприятиям по снижению напряжения и деформаций относят:
а) преднамеренное деформирование свариваемых деталей;
б) симметричное положение швов;
в) уменьшение размеров швов.
К мероприятиям по уменьшению сварных напряжений относят:
1) уменьшения сечений сварных швов;
2) уменьшение количества сварных швов;
3) использование термообработки.
2.2.2 Приспособления и механизмы для проведениясборочно-сварочных работ
Для производства сборочно-сварочных работ применяют следующиеприспособления:
а) Роликовый стенд – предназначен главным образом для сборкии сварки обечаек и корпусов аппаратов. При помощи стенда возможно вращение конструкциив прцессе сборки и сварки. Используется при сварке продольных швов. Его можноиспользовать и при установке в аппаратах внутренних устройств, т. е. приокончательной сборке.
б) Манипуляторы – применяют при производстве деталейгарнитуры (штуцеров, люков и др), а также крупных деталей (днищ, узлов шаровыхрезервуаров, решеток).
в) Стеллажи применяют в производстве аппаратуры из секциисвариваемых из листов на плоскости.
2.2.3 Подбор роликового стенда
Согласно [2, с.306] для производства сборки и сварки принялироликовый стенд тяжелого типа с балансирными роликоопорами, грузоподъемностькоторого соответствует весу аппарата.
Техническую характеристику выбранного стенда привели втаблице 8.
Таблица 8 – Техническая характеристика стендаПараметры Значения Грузоподъемность, т 60
Скорость вращения изделия, м/ч:
при сварке
маршевая
8 – 130
130
Диаметр, мм:
свариваемых изделий
роликов
120 – 6000
510 Мощность электродвигателя, кВт 2,1
Габаритные размеры роликовых опор, мм:
длина
ширина
высота
800
900
1200
Масса роликовой опоры, т:
приводной
холостой
холостой передвижной
1,1
0,865
0,98
2.3 Расчет режима сварки
Для сварки корпуса аппарата применяли двустороннюю автоматическуюсварку под флюсом, так как применяются значительно большие токи, позволяющиеполучить большое проплавление основного металла.
/>
Рисунок 4 – Схема стыка без зазора, без раздела кромок
Примем толщину листа 12 мм и рассчитаем основные характеристики.
Величину сварочного тока Iсв, А,определяли согласно [7, с.13]:
Iсв = (80 ÷ 100) h, (43)
где h – глубина проплавления, мм.
Глубина проплавления h, мм,определяли согласно [7, с.13]:
h = (0,6 ÷ 0,7)·S, (44)
где S – толщина стенки, мм.
h = (0,6 ÷ 0,7)·10 = (6÷ 7) мм
h = 7 мм
Iсв = (80×÷ 100) 7 = 700 А
Диаметр электрода dэ, мм, принялисогласно [7, с.13]:
dэ = 5 мм
Уточненный диаметр электрода:
/>, (45)
где j – допустимая плотность тока,А/мм2.
Допустимую плотность тока j, А/мм2,определяли согласно [7, с.13]:
j = 40 А/мм2
/>
Скорость сварки Vсв, м/ч, определялисогласно [7, с.13]:
/>, (46)
где А – коэффициент, зависящий от диаметра электрода, А·м/ч.
Коэффициент А приняли согласно [7, с.13]:
А = 25×103 А·м/ч
/>
Напряжение на дуге Uд, В, определялисогласно [7, с.15]:
/>, (47)
/>
Погонную энергию сварки q, Дж/см,определяли:
/>, (48)
где h — эффективный КПД нагрева изделия дугой.
Эффективный КПД нагрева изделия дугой h приняли согласно [7, с.15]:
h = 0,85
/>
Коэффициент формы провара j, определяли согласно [7, с.15]:
/> (49)
где к’ – коэффициент, зависящий от плотности тока.
Коэффициент к’, определяли согласно [7, с.15]:
k’ = 0,367×j0,1925, (50)
k’ = 0,367 × 40 0,1925 = 0,747
/>
Фактическую глубину проплавления hф,см, и ширину шва b, см, определяли согласно [7, c.15]:
/>, (51)
b = j × hф, (52)
/>
b = 2,28×0,74 = 1,7 см
Площадь наплавки Fн, см2, определялисогласно [7, с.15]:
/>, (53)
где aн– коэффициент наплавки, г/А×ч;
g –удельный вес стали, г/см3.
Коэффициент наплавки aн, г/А×ч, принимали согласно [7, с.15]:
aн =12 г/А×ч
Удельный вес стали g, г/см3, равен
g =7,8 г /см3
/>
Высоту валика а, см, определяли согласно [7, с.15]:
/>, (54)
где b – ширина шва, см.
/>
Коэффициент формы валика j, определяли согласно [7, с.15]:
y = b / а, (55)
y = 1,7/ 0,24 = 7,08
Скорость охлаждения металла Wохл,оС/с, определяли согласно [7, с.17]:
/>, (56)
где l– теплопроводность, Вт/см ×оС;
сj – объемная теплоемкость, Дж/см3 × оС;
Тт – температура наименьшей устойчивости аустенита, оС;
То – начальная температура изделия, оС;
q – погонная энергия сварки, Дж/см;
s – толщина стенки, см.
Согласно [7, с.17] приняли:
l =0,42 Вт/см × °С
сj = 5,25 Дж/см3 × °С
Тm = 600 °С
То = 20 °С
/>
Полученное значение входит в пределы относительного интерваласкоростей охлаждения:
1,1
Следовательно, выбранный режим сварки обеспечивает получениезаданных свойств металла в околошовной зоне.
Установки для сварки деталей гарнитуры (штуцера, люки-лазы ит.д.) выполняют с использованием шланговых аппаратов.
Согласно [6, с.143] приняли аппарат тракторного типа ТС-17М-1для сварки под слоем флюса следующей технической характеристикой:
Таблица 9 – Техническая характеристика ТС-17М-1Параметры Значения Сила сварочного тока, А 200 – 1200 Диаметр электродной проволоки, мм 1,6 – 1,5 Скорость подачи электродной проволоки, м/мин 0,84 – 6,7 Габаритные размеры, мм 740´350´520 Масса (без флюса и проволоки), кг 42 Способ защиты сварочной зоны Флюс Способ настройки скорости подачи Сменными зубчатыми колесами
Химический состав металлов привели в таблице 10
Таблица 10 – Химический состав металловМарка стали Содержание элементов, % С Mn Si Cr Ni S P ВСт3сп5 0,14-0,22 0,4-0,65 0,12-0,30 ≤0,30 ≤0,30 ≤0,05 ≤0,04 08Х13 ≤0,08 ≤0,8 ≤0,8 12-14 ≤0,6 ≤0,025 ≤0,03
Для указанных сталей рассчитали эквиваленты хрома и никеля поформулам
/>, (57)
/>. (58)
Для стали ВСт3сп5:
/>
/>
Для стали 08Х13:
/>
/>
/>
Рисунок 5 – Структурная диаграмма Шеффлера
На рисунке 5 полученным эквивалентам хрома и никеля сталиВСт3сп5 соответствует мартенситная структура, стали 08Х13 соответствует мартенситно-ферритнаяструктура.
Линия разбавления сталей ВСт3сп5 и 08Х13 характеризуетсямартенситно-ферритной мартенситной структурой в зависимости от состояния долейметаллов. Далее предложим, что доля участия в шве металлов ВСт3сп5 и 08Х13 равна.Тогда структурный класс при перемешивании сталей ВСт3сп5 и 08Х13 будетсоответствовать мартенситной структуре (точка С на рисунке 5, расположеннаяпосередине линии разбавления ВСт3сп5 и 08Х13).
Структурными классами, на основекоторых теоретически можно регулировать разбавление, являетсяперлитно-ферритная, ферритная на основе высокохромистых сплавов, аустенитная илиаустенитно-ферритная структура.
Вариант разбавления перлитно-ферритной структуры шва не может быть принят, так какнеобходимо использовать присадочный малоуглеродистый металл, а таких проволок ГОСТы нерегламентируют.
Регулирование разбавления на основевысокохромистых электродов также не может бытьпринято из-за низких показателей технологической прочности и малой пластичностиметалла шва указанного типа.
Таким образом, регулировать разбавление необходимона основе присадочного металла аустенитного илиаустенитно-ферритного класса.
Для автоматической сваркисталей (ВСтЗсп5 + 08X13) выбрали проволоку марки Св-0Х17Н13М2Т.
В таблице 11 согласно [6, с.94,130]привели присадочные материалы для сварки сталей.
Таблица 11 – Присадочные материалыМатериал ВСт3сп5 08Х13 Флюс ОСЦ-45 АН-26 Проволока Св-08 Св-0Х17Н13М2Т
Таблица 12 – Химический состав флюсаМарка флюса Химический состав, % SiO2 Al2O3 MnO CaO MgO FeO CaF2 S P ОСЦ-45 42-45 2,5 38-43 5 1 1,5 6-8 0,15 0,15 АН-26 32 20 £ 3,0 3,0 17 1,0 24 – –
Таблица 13 – Химический состав сварочной проволоки
Марка
проволоки Химический состав, % C Si Mn Cr Ni Ti S P не более Св-08 £ 0,1 £ 0,03 0,35-0,6 £ 0,15 £ 0,3 - 0,04 0,04 Св-0Х17Н13М2Т £ 0,08 £ 0,1 1-2 16-18 12-14 1,8-2,5 0,02 0,03
Эквивалент хрома и никеля дляприсадочного материала Св-0Х17Н13М2Травен:
/>
/>
Точку, соответствующую структуре проволоки нанеслина диаграмме Шеффлера. Далее провели линию разбавления присадочного металла сосновным металлом (точка С – Св-0Х17Н13М2Т). Нашли долюучастия основного металла на линии разбавления, при которой будет сохранятьсяаустенитная структура (точка Д). Эта точка разделяет аустенитную структуру иаустенитно-мартенситную структуры на диаграмме.
Длина разбавления на участке С– Дсоставляет 67% от длины всей линии разбавления,т.е. доля основного металла в шве сплава в точке Д составляет33% и присадочного 67%. Это означает, что для сохранения структуры шва впределах аустенитного класса доля основного металла при использовании проволокиСв-0Х17Н13М2Т не должна превышать g0 = 33%.
2.4 Операции термической обработки
2.4.1 Предварительная термическая обработка
Подогрев при сварке снижает скорость охлаждения вобласти субкритических температур. Для улучшения структуры требуетсяпонизить скорость охлаждения, выбор температуры подогрева координируют со скоростьюохлаждения до температуры окружающей среды. Подогрев улучшает пластичность взоне термического влияния в том случае, если при определеннойтемпературе подогрева завершается процесс распада аустенита.
При общем нагреве и равномерном охлаждениисвариваемой стали создаются наиболее благоприятные условия. При местном нагревемогут возникнуть вторичные напряжения. Но важно помнить, что слишком высокаятемпература подогрева ведет к окалинообразованию.
Согласно [3, с.256] исходя из условия
S> 32 мм,
12
Принимаем,что термообработка не нужна, т. е. подогрев не используют.
2.4.2 Последующая термообработка
Различают 2 вида последующей термообработки: снагревом ниже температуры фазовых превращений и с нагревом выше температурыфазовых превращений. Второй вид редко применяют в аппаратостроении, так каквысокие температуры вызывают обезуглероживание, деформации.
Первый вид термообработки предупреждает хрупкийизлом и деформации деталей после механической обработки и называется отпуском.
По данным практики обязательной термообработке дляуменьшения напряжения подвергают сварные аппараты из углеродистой стали,толщина стенки которых превосходит 35 мм.
Так как сталь двухслойная, то необходимо провеститермообработку первого вида.
2.5 Операционный контроль и контроль качества изделия
Высокие требования, предъявляемые к качествуаппаратуры и трубопроводов,могут быть выполнены при условиитщательного контроля по всем производственным операциям.
Контролю подлежат операции первичной обработкиметалла, операции обработки заготовок (разметка, резка и обработка, гибка),прессовые операции, сборочные, сварочные и термические.
Операции правки контролируют степенью приближения кплоскости.
Операции очистки проверяют по шероховатостиповерхности.
Операции разметки контролируют по данным рабочихчертежей.
Операции термической резки и обработки кромокконтролируют так же, как и предыдущие, и дополнительно по шероховатостиповерхности в соответствии с допусками.
Операции гибки заготовок и прессовые контролируют поданным рабочих чертежей с учетом припусков и допусков.
Сборку сварных соединений элементов контролируют всоответствии с рабочими чертежами, особенно тщательно проверяют пригонку,просветы, радиусы кривизны или прямолинейность.
Качество сварных швов контролируется:
1. внешним осмотром иобмером;
2. методами контроляплотности сварных швов;
3. механическимиспытанием;
4. рентгенографией;
5. просвечиванием швовгамма лучами;
6. ультразвуковым методомконтроля;
7. люминесцентным методом контроля;
8. магнитными методами контроля.
Для контроля качества сварных швов аппарат подверглигидравлическому испытанию.
Пробное давление при гидроиспытаниях рпр, МПа,определяли согласно [5, с.9]
/>, (59)
где рр – расчетное давление, МПа;
/> – допускаемые напряжения для материала аппарата – стали марки ВСт3сп5 притемпературе плюс 200С, МПа;
/> – допускаемые напряжения для материала аппарата при рабочих условиях, МПа.
Гидростатическоедавление рг, МПа, определяли согласно [5, с.10]
/>, (60)
где Нц – высота аппарата, м.
/>
Т.к./>,то расчетное давление рр, МПа,определяли согласно[5, с.10]
/>, (61)
/>
Допускаемые напряжения для материала аппарата при температуре плюс
20°С [s]20, МПа,определяли согласно [5, с.9]:
/>, (62)
где h — поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки (листовой прокат);
s* — нормативноедопускаемое напряжение при температуре плюс 20 0С, МПа.
/>
Допускаемое напряжение [s],МПа, принимали согласно [5, с.11]:
[s] = 100 МПа
/>
Пробное давление испытания приняли ри = 0,5239 МПа.