Проектирование горизонтального сварного резервуара

126Н/мм²≤137Н/мм²

По полученным данным можно сделать вывод, что для  проведения сварочных работ нужно произвести разделку кромок. Для обеспечения полного провара по всей толщине свариваемого металла и получения прочного сварного соединения необходимо правильно подготавливать свариваемые кромки. Общий угол разделки свариваемых кромок составляет 70—100°. При малых толщинах свариваемого металла сварные соединения свариваются без скоса кромок. При толщине металла свыше 5мм делается разделка кромок. В нашем случае целесообразно применить Х-образную разделку кромок, так как толщина металла превышает 12 мм.

 Все  условия  прочности выполняются. Следовательно,  данную конструкцию можно считать  работоспособной. 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Раздел 3. Выбор способа сварки

 

Электродуговая  сварка

Источником теплоты  является электрическая дуга, возникающая  между торцом электрода и свариваемым  изделием при протекании сварочного тока в результате замыкания внешней  цепи электросварочного аппарата. Сопротивление  электрической дуги больше, чем сопротивление сварочного электрода и проводов, поэтому бо́льшая часть тепловой энергии электрического тока выделяется именно в плазму электрической дуги. Этот постоянный приток тепловой энергии поддерживает плазму (электрическую дугу) от распада.

Выделяющееся тепло (в том числе за счёт теплового излучения из плазмы) нагревает торец электрода и оплавляет свариваемые поверхности, что приводит к образованию сварочной ванны — объёма жидкого металла. В процессе остывания и кристаллизации сварочной ванны образуется сварное соединение. Основными разновидностями электродуговой сварки являются: ручная дуговая сварка, сварка неплавящимся электродом, сварка плавящимся электродом, сварка под флюсом, электрошлаковая сварка.

 

Сварка неплавящимся электродом

В качестве электрода  используется стержень, изготовленный из графита или вольфрама, температура плавления которых выше температуры, до которой они нагреваются при сварке. Сварка чаще всего проводится в среде защитного газа (аргон, гелий, азот и их смеси) для защиты шва и электрода от влияния атмосферы, а также для устойчивого горения дуги. Сварку можно проводить как без, так и с присадочным материалом. В качестве присадочного материала используются металлические прутки, проволока, полосы.

 

 

 

Сварка плавящимся электродом

Разделяют сварку в атмосфере инертного газа (metal inert gas, MIG) и в атмосфере активного газа (metal active gas, MAG).

В качестве электрода  используется металлическая проволока, к которой через специальное  приспособление (токопроводящий наконечник) подводится ток. Электрическая дуга расплавляет проволоку, и для обеспечения постоянной длины дуги проволока подаётся автоматически механизмом подачи проволоки. Для защиты от атмосферы применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки вместе с электродной проволокой. Следует заметить, что углекислый газ является активным газом — при высоких температурах происходит его диссоциация с выделением кислорода. Выделившийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители (такие, как марганец и кремний). Другим следствием влияния кислорода, также связанным с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в аргоне или гелии.

 

Ручная дуговая  сварка

Для сварки используют электрод с нанесённым на его поверхность  покрытием (обмазкой).

При плавлении обмазки  образуется защитный слой, отделяющий зону сварки от атмосферных газов (азота, кислорода), и способствующий легированию шва, повышению стабильности горения дуги, удалению неметаллических включений из металла шва, формированию шва и т. д. В зависимости от типа электрода и свариваемых материалов электросварка производится постоянным током обеих полярностей или переменным током.

 

Ручная (TIG) и полуавтоматическая (MIG, MAG) импульсная сварка алюминия является более сложным процессом, чем  электродуговая сварка чёрных металлов. Причиной тому — уникальные свойства алюминиевых сплавов, за которые они и ценятся.

 

Сварка под  флюсом

В этом виде сварки конец  электрода (в виде металлической  проволоки или стержня) подаётся под слой флюса. Горение дуги происходит в газовом пузыре, находящемся  между металлом и слоем флюса, благодаря чему улучшается защита металла от вредного воздействия атмосферы и увеличивается глубина проплавления металла.

 

Газопламенная сварка

Ацетилено-кислородное  пламя (температура около 3100 °C в 2-3 мм от «ядра»).

Источником теплоты  является газовый факел, образующийся при сгорании смеси кислорода и горючего газа. В качестве горючего газа могут быть использованы ацетилен, водород, пропан, бутан, блаугаз, МАФ, бензин, бензол, керосин и их смеси. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, расплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны. Пламя может быть окислительным, «нейтральным» или восстановительным, это регулируется количеством кислорода.

В последние годы в качестве заменителя ацетилена применяется новый вид топлива — сжиженный газ МАФ (метилацетилен-алленовая фракция). МАФ обеспечивает высокую скорость сварки и высокое качество сварочного шва, но требует применения присадочной проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния (СВ08ГС, СВ08Г2С). МАФ гораздо безопаснее ацетилена, в 2-3 раза дешевле и удобнее при транспортировке. Благодаря высокой температуре сгорания газа в кислороде (2927 °C) и высокому тепловыделению (20800 Ккал/м³), газовая резка с использованием МАФ гораздо эффективнее резки с использованием других газов, в том числе и ацетилена.

Огромный интерес представляет использование для газовой сварки дициана, ввиду его весьма высокой  температуры сгорания (4500 °C). Препятствием к расширенному применению дициана  для сварки и резки является его  повышенная токсичность. С другой стороны, эффективность дициана весьма высока и сравнима с электрической дугой, и потому дициан представляет значительную перспективу для дальнейшего прогресса в развитии газопламенной обработки. Пламя дициана с кислородом, истекающее из сварочной горелки, имеет резкие очертания, очень инертно к обрабатываемому металлу, короткое и имеющее пурпурно-фиолетовый оттенок. Обрабатываемый металл (сталь) буквально «течёт», и при использовании дициана допустимы очень большие скорости сварки и резки металла.

Значительным прогрессом в развитии газопламенной обработки  с использованием жидких горючих  может дать применение ацетилендинитрила  и его смесей с углеводородами ввиду самой высокой температуры  сгорания (5000 °C). Ацетилендинитрил склонен  при сильном нагреве к взрывному разложению, но в составе смесей с углеводородами гораздо более стабилен. В настоящее время производство ацетилендинитрила очень ограничено и стоимость его высока, но при развитии производства ацетилендинитрил может весьма ощутимо развить области применения газопламенной обработки во всех её областях применения.

 

Электрошлаковая сварка

Источником теплоты  служит флюс, находящийся между свариваемыми изделиями, разогревающийся проходящим через него электрическим током. При этом теплота, выделяемая флюсом, расплавляет кромки свариваемых деталей и присадочную проволоку. Способ находит своё применение при сварке вертикальных швов толстостенных изделий.

 

Рассмотрев все эти  способы сварки, мною была выбрана  ручная дуговая сварка металлическими электродами с покрытием, как самый оптимальный способ.   Это   объясняется   простотой   и   мобильностью   применяемого оборудования,      возможностью     выполнения     сварки     в     различных пространственных    положениях    и    в    местах,    труднодоступных    для механизированных способов сварки, что необходимо для сварки данного резервуара.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

Раздел 4. Обоснование выбора сварочных материалов

Исходя из состава, толщины  и структуры основного материала (сталь Ст.3), выбранного способа сварки (ручная дуговая сварка металлическими электродами с покрытием) и возможных пространственных положений при сварке горизонтального резервуара был выбран плавящийся покрытый электрод ОЗС-4 типа Э46 согласно ГОСТ 9467-75.

Это обеспечит получение  металла швов с достаточной стойкостью против холодных трещин и требуемыми прочностными и пластическими свойствами.

Плавящийся покрытый электрод ОЗС-4 относится к группе электродов с рутиловым  покрытием  (подгруппа с рутилалюмосиликатным покрытием). Шлакообразующую   основу  рутиловых  покрытий   составляют рутиловый концентрат   и   алюмосиликаты.   Газовая   защита  расплавленного  металла обеспечивается за счет разложения органических составляющих покрытия. Раскисление металла осуществляется главным образом марганцем, вводимым с ферромарганцем.

Металл, наплавленный электродами  с рутиловым покрытием, содержит до 12% С; 0,5 - 0,8% Мn; 0,1 - 0,3% Si; до 0,5% S; до 0,5% Р.

Такие   электроды   обладают   высокими   сварочно-технологическими свойствами:

• обеспечивают отличное формирование швов с плавным переходом к основному металлу;
• малые потери металла от разбрызгивания;
• легкую отделимость шлаковой корки;
• стабильное горение дуги при сварке на переменном и постоянном токе любой полярности.

Механические свойства металла швов, выполненных электродом марки ОЗС-4, представлены в таблице 4.

 

 

Таблица 4

σВ, кг/мм2	σт. кг/мм2	σ5, %
47 - 49	37-39	24 - 26

 

Диаметр электрода выбирается в  зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, положения шва в пространстве, размеров свариваемой детали, состава свариваемого металла. При сварке встык деталей толщиной 13-15 мм используются электроды диаметром 3…4 мм.

Покрытия   электродов   имеют   соединения   кальция,   органические компоненты и другие гигроскопические добавки, которые усваивают влагу из воздуха.

При сварке отсыревшими  электродами ухудшается стабильность горения дуги, шов насыщается диффузионным водородом, что приводит к пористости и образованию трещин. На содержание влаги в покрытии влияют влажность и температура окружающей среды, время пребывания электродов на воздухе. Поэтому хранить электроды нужно в герметичной упаковке. Перед сваркой электроды рекомендуется прокаливать. Электроды с рутиловым покрытием прокаливают при температуре 120...200° в течение часа. Прокаливание электродов должно  осуществляться   в  специальных  электропечах,  что исключает непосредственное воздействие пламени и высокотемпературного излучения.

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 5. Техника и технология сварки конструкции

Существуют посты и  установки для дуговой, контактной, газовой, электроннолучевой и других способов сварки . К сварочным оборудованиям относят: сварочные аппараты и машины с источниками питания и устройствами для выполнения собственно процесса сварки; технологические приспособления для осуществления быстрой сборки деталей под сварку, удерживания их во время работы и предотвращения или уменьшения коробления свариваемого изделия; вспомогательное оборудование для перемещения изделий в процессе выполнения сварки, крепления и перемещения сварочных аппаратов; инструмент сварщика. Кроме того, при сварке используют различные транспортные средства, приборы для контроля качества сварного соединения и т. п. Техническая характеристика сварочного оборудования определяется выбранным способом сварки, характером производства и степенью механизации процесса (ручная, полуавтоматическая или автоматическая сварка).     Сварочный генератор — специальная электрическая машина постоянного тока или тока повышенной частоты. Применяют однопостовые генераторы — универсальные или с падающей внешней характеристикой, которая обеспечивает устойчивое горение сварочной дуги. В сварочной технике используют генераторы: поперечного поля, с расщепленными полюсами, с размагничивающей последовательной обмоткой. Технологические приспособления, используемые сварщиком, служат для сборки деталей под сварку и фиксации их; для сварки заранее собранных деталей; для совмещения операции сборки и сварки. В зависимости от характера производства приспособления изготовляют универсальными или специализированными (для определённых изделий). Одну деталь к другой прижимают винтовыми, рычажными, эксцентриковыми, магнитными и др. зажимами. Их используют для соединения отдельных деталей (переносные зажимы) и для оснащения сварочных стендов. Для фиксации свариваемых деталей иногда используют прихваты, присоединяемые к свариваемым деталям временными короткими швами. Для сближения или разведения свариваемых кромок или фиксации их положения служат стяжки, распорки и домкраты. Сборку и сварку изделий осуществляют на универсальных и специализированных стендах. Фиксаторы (упоры, пальцы, штыри, шаблоны) служат для определения положения свариваемых деталей относительно всего приспособления. К технологической оснастке стендов относятся также флюсоудерживающие устройства, флюсовые и газовые подушки, устройства для принудительного формирования шва и др.

Вспомогательное оборудование сварочных установок. Сварочные установки компонуются из элементов, предназначенных для расположения изделия в наиболее удобном для сварки положении, для поворота его во время работы и обслуживания зоны сварки, а также для крепления и перемещения сварочных аппаратов. С целью установки изделий в удобном для работы положении применяют роликовые, цевочные, цепные, цапфовые, рычажные кантователи . Поворот свариваемого изделия вокруг оси осуществляют вращателями с вертикальной, наклонной или горизонтальной осями вращения. Изделия закрепляются и поворачиваются с помощью планшайбы или поводка (центровые вращатели) или роликами (роликовые). При сварке цилиндрических изделий часто применяют роликовые стенды-вращатели обычно с обрезиненными приводными роликами. Для вращения изделия в процессе сварки вокруг оси, занимающей различные положения в пространстве, служат установочные и сварочные манипуляторы. Для крепления и перемещения сварочных автоматов и полуавтоматов, подвески аппарата над подвижным свариваемым изделием или перемещения аппарата вдоль шва или от шва к шву применяют различные устройства, например балку с платформой, рельсовые пути, специальные грузозахватные приспособления.

 Инструмент сварщика: электродержатели для сварки  штучными электродами, горелки, зачистной инструмент (молотки-шлакоотделители, пневмомолотки, проволочные щётки, шлифовальные машины и др.), пригоночный инструмент для подгонки соединяемых деталей; инструмент для перемещения и кантовки горячих деталей; инструмент для наладки сварочного и технологического оборудования; измерительный инструмент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

           Раздел 6. Контроль качества сварных соединений

 

Учитывая опасность  технических устройств для людей  и окружающей среды, к ним предъявляют высокие требования по качеству изготовления.  Сварные соединения подвергают проверке для определения возможных отклонений от технических условий, предъявляемых данному виду изделий. Изделие считается качественным, если отклонения не превышают допустимые нормы. В зависимости от вида сварных соединений и условий дальнейшей эксплуатации, изделия после сварки подвергают соответствующему контролю.

 

6.1 Общие требования

 

Контроль качества работ  по изготовлению и монтажу конструкций  резервуаров должен осуществляться заказчиком, изготовителем и монтажником (производителем работ).

Проектировщик осуществляет авторский надзор за сооружением  резервуаров. Представителям заказчика, а также представителям проектной  организации, выполняющим авторский  надзор, представляются свободный доступ ко всем рабочим местам, где выполняются работы по изготовлению и монтажу конструкций резервуаров, и рабочая документация.