Разработка технологического процесса сварки корпуса колонного аппарата

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

“ ” 

Кафедра “Технология нефтяного аппаратостроения”

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине “Технология и оборудование сварки и термической резки”

на тему “Разработка технологического процесса сварки корпуса колонного аппарата”

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. МС-08                                                                                   

Проверил:                                                                                  

 

 

Уфа 2011

         Содержание  

 

	Задание на курсовую работу	3
	Введение	4
1	Определение свариваемости применяемых  сталей	5
1.1	Сталь ВСт3пс по ГОСТ 380-94	5
1.2	Сталь 08Х17Н15М3Т по ГОСТ 5632-72	12
2	Выбор способа сварки для каждого  узла корпуса аппарата	14
3	Расчет режимов сварки, подбор основных сварочных материалов и сварочного оборудования	18
3.1	Узел приварки верхнего эллиптического днища и верхней обечайки (узел А)	18
3.2	Узел приварки верхней и средней  обечаек (Узел Б)	24
3.3	Узел приварки средней обечайки, люка-лаза и укрепляющего кольца (Узел В)	31
3.4	Узел приварки средней обечайки с  нижней обечайкой (Узел Е)	36
3.5	Узел приварки нижней обечайки, нижнего  эллиптического днища и  опорной обечайки (Узел Г)	39
3.6	Узел приварки опорной обечайки с  фундаментом (Узел Д)	47
	Список использованной литературы	51
	Приложение А	52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В данной работе была произведена  разработка технологического процесса сварки корпуса колонного аппарата. Были рассмотрены типичные задачи, стоящие при разработке технологического процесса сварки. В частности, это определение свариваемости разнородных материалов, сварка материалов с разными толщинами, приварка штуцеров и опор и т.д. Для каждого из свариваемых узлов были подобраны способы сварки, произведен расчет режимов сварки, подобраны основные сварочные материалы и сварочное оборудование. Также была выполнена графическая часть с изображением общего вида аппарата и обозначением всех сварных швов и составлена карта технологического процесса сварки на сварной узел.

Все это является важными частями  расчета для обеспечения технологической прочности и эксплуатационной надежности сварных соединений, и всей конструкции в целом.

 

 

1 Определение свариваемости применяемых  материалов

 

1.1 Сталь ВСт3пс по ГОСТ 380-94 [6]

Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества.

Применение: несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от —40 до +425 °С. Прокат от 10 до 25 мм — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от —40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

 

Химический элемент	Процентное содержание
С	0,14-0,22%
Si	0,05-0,17%
Mn	0,4-0,65%
S	≤ 0,03%
P	≤0,04%
Cr	≤0,3%
Ni	≤0,3%
Cu	≤0,3%
As	≤0,08%

 

Таблица 1.1 - Химический состав стали по ГОСТ 380-94 [6]

 

       Углеродистые стали имеют феррито-перлитную структуру. В данной работе для определения свариваемости необходимо использовать косвенные методы оценки сопротивляемости сталей образованию горячих и холодных трещин.

Оценка сопротивляемости стали  ВСт3пс к образованию горячих  трещин.

 

Одним из косвенных методов оценки является расчетно-статистический метод, основанный на использовании параметрических  уравнений и применимый только для  сплавов определенного состава. Недостаток этого метода сводится к невозможности учета неравномерного распределения примесей, а также отклонений по технологическим параметрам сварки, выходящим за исследованные пределы.

Согласно этой методике сопротивляемость стали ВСт3пс к образованию горячих трещин определяют по формуле:

 

                             (1.1)

Для стали с пределом прочности  до 700 МПа сравниваем полученное значение с 4, 7,5 > 4, то есть данная сталь склонна к образованию горячих трещин.

 

Оценка склонности стали ВСт3пс к образованию холодных трещин.

 

Склонность к образованию холодных трещин определяется по формуле:

;                    (1.2)

=0,36%

 

Свариваемость сталей, у которых 0,35%> > 0,45%, считается ограниченной. Если оценка свариваемости по показателю Сэ указывает на склонность стали к появлению холодных трещин, то необходимо предусмотреть подогрев детали.

 

Мероприятия по снижению вероятности образования трещин.

 

Образование холодных трещин при сварке стали ВСт3пс уменьшается:

1) при выборе способа и технологии  сварки, обеспечивающих отсутствие  грубодендритной закалочной структуры  литого металла шва, минимальном  перегреве зоны термического  влияния и минимальных дополнительных  растягивающих напряжениях при  остывании шва за счет реакций  связей;

2) при сварке с применением  подогрева, уменьшающего вероятность  образования закалочных структур;

3) при снижении содержания водорода  в сварном соединении;

4) при отпуске после сварки.

Применение специальных присадочных  проволок и флюсов, многослойной сварки, колебательных движений электрода  при автоматической сварке, импульсного  режима сварочного тока (при малых  толщинах металла), подбор оптимальных  режимов сварки позволяют обеспечить более равноосную зернистую структуру  металла шва и предупредить чрезмерное развитие зоны перегрева основного  металла с крупнокристаллической  структурой.

Метод сварки влияет на склонность сварных  соединений к образованию холодных замедленных трещин. Методы сварки по возрастанию сопротивляемости сварных  швов к образованию холодных трещин можно расположить в следующем  порядке: автоматическая сварка под  кислыми флюсами (АН-348-А и др.), ручная дуговая сварка электродами  типа УОНИ-13 (УОНИ-13/45; УОНИ-13/85), сварка в СО2, аргонодуговая сварка.

Обеспечение при сварке изделий  свободной усадки сварных соединений с помощью рациональной конструкции, порядка наложения сварных швов, применения приспособлений, создающих  сжимающие напряжения в сварном  соединении при остывании, позволяют  снизить реактивные растягивающие  напряжения в сварных соединениях. Предварительный или сопутствующий  подогрев с целью предупреждения образования закалочных структур следует  производить лишь в крайних случаях  и для деталей с небольшим  протяжением сварных швов, так  как поддержание с достаточной  точностью заданной температуры  подогрева по всей длине шва в  течение всего процесса сварки является трудно осуществимым, а условия работы сварщика становятся весьма тяжелыми; все это делает технологический  процесс нестабильным. Подогрев осуществляют газовыми горелками и с помощью  ТВЧ посредством индукторов. Температуру  в пределах 100—500^°С контролируют цветными термокарандашами.

Температуру подогрева, °  С, можно определить, пользуясь методикой Д. Сефериана, который для расчета эквивалента углерода связывает последний не только с химическим составом стали, но и с толщиной свариваемого металла. Им же предложена расчетная формула для определения температуры предварительного подогрева. Вся методика оценки разработана на основе обобщения экспериментальных данных по сварке различных марок сталей.

Согласно этой методике сначала рассчитывается значение эквивалента  углерода без учета толщины металла  по формуле

                                               (1.3)

Влияние толщины свариваемого металла  учитывается поправкой 

                                             (1.4)

Полный эквивалент углерода определяется выражением

                              (1.5)

Температура предварительного подогрева  определяется по формуле 

                                        (1.6)

^оС

Таким образом, требуется предварительный  подогрев деталей до температуры 154 ^оС.

Предельное содержание химических элементов в стали не должно превышать  следующих значений: 0,5% C; 1,6% Mn; 1% Cr; 3,5% Ni; 0,6% Mo; 1% Cu.

Снижение содержания водорода в  металле шва для предупреждения холодных трещин обеспечивается применением  осушенных защитных газов, низководородистых  электродов (основного типа), прокаливанием  их и флюсов перед сваркой. При  газоэлектрических методах сварки (сварка в СО₂, в аргоне и др.) влажность газов необходимо контролировать. Следует применять сухие газы с точкой росы не выше — 50^°С, так как влажные газы резко повышают склонность сварных швов к образованию холодных трещин. При ручной дуговой сварке сталей с пределом текучести более 700 МПа содержание влаги в покрытии не должно превышать соответственно 0,2 и 0,1%.

Высокий отпуск при 600— 650 ⁰С сварных конструкций снимает остаточные сварочные напряжения, улучшает структуру и свойства металла шва, снижает твердость закаленных зон сварного соединения и устраняет опасность образования холодных трещин со временем. Перерыв между началом сварки и термической обработкой устанавливают различный (от 30 мин до нескольких часов). В тех случаях, когда немедленное проведение высокого отпуска (местного с помощью ТВЧ или общего в печи) затруднено, применяют предварительно низкий стабилизирующий отпуск при 250—300 ^°С с последующим высоким отпуском в печи. В некоторых случаях последующий высокий отпуск не применяют, если механические свойства соединений удовлетворяют эксплуатационным требованиям.

Склонность к горячим трещинам сварных швов углеродистых сталей определяется следующими факторами:

1) химическим составом металла  шва, от которого зависит межкристаллитная  прочность и пластичность в  опасном температурном интервале  хрупкости (ТИХ);

2) величиной и скоростью нарастания  растягивающих напряжений и соответственно  деформаций в ТИХ; 

3) величиной первичных кристаллитов;

4) формой сварочной ванны (шва), от которой зависит направление  роста столбчатых кристаллитов, характер их срастания и расположение  осей кристаллитов (или межкристаллитных  участков) относительно направления  растягивающих напряжений.

Элементами, обусловливающими образование  горячих трещин в металле углеродистых и легированных швов, являются, прежде всего сера, затем углерод, фосфор, кремний, медь, никель (при содержании 2,5 — 4,5%), а также примеси металлов с низкой температурой плавления (свинец, олово, цинк). Элементами, повышающими  стойкость швов против трещин, нейтрализующими  действие серы, являются марганец, кислород, титан, хром и ванадий.

Измельчение и дезориентирование  структуры металла шва, предупреждение развития грубой дендритной структуры  с ликвационными зонами за счет соответствующего легирования и приемов сварки — все это повышает сопротивляемость швов против разрушения в температурном  интервале хрупкости.

При сварке листов встык наиболее опасными местами появления горячих  трещин являются начало и конец шва. Наложение связи путем приварки технологических планок, заварка концевых участков шва в направлении от центра к краю свариваемых листов дозволяют предупредить образование концевых трещин. Часто горячие трещины появляются в прихватках. Более частые прихватки, наложение их с обратной стороны шва уменьшают опасность образования трещин. Снижение растягивающих внутренних напряжений при охлаждений шва в ТИХ и, тем самым предупреждение горячих трещин может быть достигнуто путем уменьшения числа и сосредоточения швов при конструировании, выбора оптимальной формы разделки кромок, устранения излишней жесткости узлов и другими мерами. Предварительный подогрев является эффективным. Температура подогрева 154 ^°С.