06.04.20 749 ТСР "Изготовление тонкостенных сварных сосудов"

В рабочих тетрадях отчет:

ОТЧЕТ ПО ЛПЗ ДОЛЖЕН СОДЕРЖАТЬ:

Тему

Цели:

Ход работы:

1. Классификация.

2. Материалы.

3. Техника и технология.

ВЫВОД:

Жду фотоотчеты проделанной работы.

ТЕМА ЛПЗ: ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ СВАРНЫХ СОСУДОВ.

ЦЕЛИ: Познакомиться с классификацией сварных сосудов в зависимости от толщины стенки, а также техникой и технологией их исполнения.

ХОД РАБОТЫ:

1. Классификация. Сварные сосуды классифицируются в зависимости от толщины стенки на следующие группы:

• тонкостенные, с толщиной стенки до 10мм;

• сосуды, изготовленные из металла средней толщины от 10мм до 40мм;

• толстостенные - с толщиной стенки более 40мм.

Сосуд считают тонкостенным, если толщина его стенки значительно меньше прочих размеров (в 20 раз и более). Тонкостенным сосудам обычно придают форму цилиндра, сферы или тора. Сферический сосуд при заданной емкости имеет минимальную массу; торовый сосуд можно компактно разместить, например, вокруг камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (цилиндрическая форма сосуда обеспечивает наиболее технологичное конструктивное оформление).

1. Материалы.

Сварные сосуды в зависимости от области применения, назначения, условий эксплуатации и состава находящихся в нем веществ могут выполняться из различных сталей и металлов.

Для котлов, работающих при давлении 18-19 МПа (180-190 кг/см³) рекомендуется сталь 16 ГНМ, как более прочная, с целью экономии металла. Для котлов высокого давления применяются хромомолибденовые стали марок 15ХМ, 12ХМ, обладающие высокой жаропрочностью и высокой длительной прочностью до температур 500-550⁰С . Для изготовления элементов паровых котлов, работающих в более тяжелых условиях, применяются хромомолибденовые стали марок 12ХМФ и 12Х1МФ.

Для сосудов, предназначенных для химических и тепловых процессов, а также для транспортировки и хранения сжатых сжиженных и растворенных газов, рекомендуются различные марки углеродистых сталей, а так же легированные, марок 09Г2ТД, 16ГТ, 1Х18Н9Т, 1Х18Н12М2Т; цветные металлы - латуни, медь, никель, алюминий и их сплавы.

Для тонкостенных сосудов высокого давления применяется высокопрочная перлитная сталь 25ХСНВФА с пределом прочности 14-16 МПа (140160 кг/см³).

В химическом машиностроении аппараты изготавливают из ферритных сталей Х17Т, Х25Т; мартенситной стали Х17Н2; аустенитно-ферритных Х28Н с азотом и Х28Н4, взамен дорогих хромоникелевых сталей. В условиях повышенной межкристаллитной и ножевой коррозии рекомендуются аустенитные стали с высокой стабильностью твердого раствора марок 0Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, Х17Н16М3Т, 0Х18Н9Т; и с двухфазной аустенитно-ферритной структурой 0Х21Н5Т, 0Х21Н6М2, Х21Н5Т, а так же нержавеющие и кислотостойкие стали - Х14Г14Н, Х14Г14Н3Т, 0Х21Н3Т, 1Х18Н2АГ5, Х17Н5Г9АБ, Х17Н3М2Т и др.

Для сосудов и аппаратов нефтяного и химического машиностроения рекомендуются двухслойные стали с основным слоем из углеродистой и низколегированной стали в следующих сочетаниях: Ст3+сталь 08Х13; сталь 20К+сталь 08Х13; сталь 12ХМ+сталь 08Х13; Ст3+1Х18Н9Т и сталь 20К+сталь 1Х18Н12М2Т. Двухслойные стали изготавливаются толщиной от 5мм до 50мм с облицовочным слоем 0,5 - 5мм.

Железнодорожные цистерны, в зависимости от перевозимых веществ, при давлении 0,22,0 МПа (2-20 кг/см³) изготавливают из:

• углеродистой стали по ГОСТ 380-88, марка ВСт3сп5;

• низколегированной стали по ГОСТ 19281-89, ГОСТ 5520-79 марок 09Г2Д-12, 09Г2С-12, 09Г2-12, 09Г2С, 10Г2С1Д;

• двухслойной стали по ГОСТ 10885-85 марок ВСт3сп5+12Х18Н10Т, ВСт3сп2+12Х18Н10Т, 20К+10Х17Н13М2Т, 09Г2+12Х18Н10Т;

• коррозионностойкой стали по ГОСТ 5632-72 марок 12Х18Н10Т, 08Х22Н6Т, 08Х18Н10Т.

• алюминиевого сплава по ГОСТ 4784-74 марок АДО, АД-1.

1. Техника и технология. Тонкостенные сосуды обычно являются конструктивными элементами различных транспортных установок. В тех случаях, когда не требуется экономия массы, используют хорошо свариваемые материалы невысокой прочности. В зависимости от свариваемости металла и его чувствительности к концентрации напряжений представления о технологичности одного и того же конструктивного оформления могут оказаться различными.

Характерные для низкоуглеродистых сталей хорошая свариваемость и малая чувствительность к концентрации напряжений позволяют использовать любые типы сварных соединений. Поэтому при использовании таких материалов главной задачей технолога является снижение трудоемкости изготовления изделия. Пример конструкция тормозного воздушного баллона грузовых автомобилей, изготовляемая в условиях крупносерийного и массового производств, когда технологичность изделия особенно важна. Такой баллон имеет обечайку из горячекатаной стали 20кп и два штампованных днища из стали 08кп толщиной 2,5 мм. К днищу дуговой или рельефной сваркой приварены бобышки. Соединение днища с обечайкой — нахлесточное. Такое решение облегчает механизацию сборки путем одновременной запрессовки обоих днищ в обечайку. Для этого отбортованной части днищ придают коническую форму, обеспечивающую их центровку относительно обечайки при сборке.

Ацетиленовый баллон выполнен из более прочной низколегированной стали 15ХСНД. При его изготовлении применять нахлесточные соединения недопустимо, поэтому все рабочие соединения — стыковые. Кольцевые швы допускается выполнять на подкладках.

При изготовлении сосудов приходится выполнять прямолинейные, кольцевые и круговые стыковые швы. В зависимости от толщины стенок приемы выполнения каждого из них и применяемая оснастка разнообразны.

Швы тонкостенных сосудов, как правило, выполняют в среде защитных газов. Сборку рекомендуется производить с помощью зажимных приспособлений — надежное прижатие свариваемых кромок к подкладке позволяет выполнять одностороннюю сварку в приспособлении без прихватки. При сборке и сварке прямолинейных швов между листами и продольных швов обечаек равномерное и плотное прижатие кромок к подкладке осуществляется зажимными приспособлениями клавишного типа. Усилие прижатия обычно составляет 300...700 Н на 1 см длины шва и создается гидравлическим или пневматическим устройством (рис. 1).

На верхнем основании жесткого каркаса закреплен ложемент 6 с подкладкой 5. Прижим свариваемых кромок осуществляют раздельно для каждого листа через набор клавиш 3, укрепленных на балках 1. Давление на клавиши передается пневмошлангами 2 и регулируется редуктором. Установка и прижатие листов производятся в такой последовательности: поворотом эксцентрикового валика 7 из подкладки выдвигаются фиксаторы 4, после чего до упора в них (справа по рисунку) заводится листовая заготовка и зажимается подачей воздуха в шланг. Затем фиксаторы убираются и до упора в кромку заготовки устанавливается другая заготовка и зажимается подачей воздуха в шланг 2.

Рис. 1. Приспособление для сборки и сварки прямолинейных стыков тонколистовых элементов

При сборке и сварке продольных стыков обечаек основание приспособления выполняют в виде консоли; прижимные балки с клавишами прикрепляют к ним одним концом жестко, а другим концом — посредством откидных болтов.

Продольные швы вызывают нарушение прямолинейности образующих тонкостенных обечаек и уменьшение кривизны в зоне шва в поперечном сечении. Для исправления таких сварочных деформаций широко используют прокатку роликами.

При выполнении кольцевых швов тонкостенных сосудов из материалов, малочувствительных к концентрации напряжений, используют остающиеся подкладные кольца, которые облегчают центровку кромок и их одностороннюю сварку. Для высокопрочных материалов такой прием оказывается неприемлемым. В этом случае кольцевые стыки собирают и сваривают на съемных подкладках разжимных колец. Однако надо учитывать, что из-за подогрева кромок впереди сварочной дуги стыки расширяются и отходят от подкладного кольца в радиальном направлении, что может привести к смешению кромок или образованию «домика». В тонкостенных сосудах, работающих под давлением, смещение кромок в стыковом шве является опасным концентратором напряжений, поэтому при изготовлении необходимо принимать меры по предотвращению или устранению таких смешений. Для прижатия кромок применяют наружные стяжные ленты, однако их приходится располагать на некотором расстоянии от оси стыка, смещения предотвращаются лишь частично. Более эффективным оказывается прижатие кромок к подкладкам роликом, перекатывающимся по поверхности стыка непосредственно перед сварочной дугой. Прижим не дает возможности кромкам оторваться от поверхности подкладного кольца в месте образования сварного соединения. Приспособление для прижатия кромок обечаек закрепляют на консоли сварочной головки. Прижимные ролики опираются на обе свариваемые кромки, выравнивая и прижимая их к подкладному кольцу с помощью пружины.

Для сварки стыка обечаек также используют схему, при которой стык выполняют изнутри обечайки. В этом случае зона кольцевого шва охватывается жестким бандажом, вращающимся при сварке вместе с изделием, а сварка первого прохода выполняется изнутри обечайки. Напряжения сжатия, возникающие в зоне нагрева, стремясь увеличить длину свободной кромки стыка, прижимают ее к наружному кольцу бандажа.

Деформации от кольцевого шва для большинства материалов уменьшают диаметр обечайки. Такое сокращение зоны шва хорошо поддается исправлению прокаткой роликами. При сварке алюминиевых сплавов диаметр обечайки в зоне кольцевого шва, выполненного на подкладном кольце, может оказаться не только не меньше, но даже больше первоначального размера. Рассмотренный ранее прием прижатия кромок к подкладному кольцу роликом, расположенным перед сварочной головкой, позволяет практически полностью предотвратить такое увеличение диаметра при сварке стыков обечаек из алюминиевых сплавов.

Если элементы, свариваемые кольцевыми швами, имеют криволинейные очертания и значительные размеры при малой толщине стенок, а требования точной сборки и однопроходной сварки кольцевых стыков дополняются запрещением использовать прихватки и подкладные кольца, то изготовление герметичных корпусов существенно усложняется.

После сварки продольного стыка обечайка калибруется на трехвалковых вальцах и передается на механическую обработку торцов.

Днища выштамповывают под прессом из листовой заготовки. Кромки обрабатывают на токарном станке. К одному из днищ приваривают в среде углекислого газа патрубок, а к другому - башмак, применяя наклонный вращатель для обеспечения удобного положения для сварки "в лодочку".

Рис. 2. Последовательность операций при изготовлении днища.

Соединение элементов арматуры (фланцы, штуцеры) со стенкой сосуда обычно делают стыковым, допуская соединение угловыми швами или рельефной сваркой только для материалов, малочувствительных к концентрации напряжений. Стыковые круговые швы выполняют односторонней сваркой на подкладке с канавкой. Вид сборочно-сварочной оснастки и конструктивное оформление стыка определяются необходимостью плотного прижатия кромок к подкладке, предотвращения их перемещений в процессе сварки и устранения сварочных деформаций, приводящих к местному искажению формы оболочки в зоне шва.

В зависимости от формы поверхности стенки сосуда (сферической или цилиндрической), материала и толщины свариваемых элементов конструктивно-технологические решения могут быть различными. Так, например, при вварке фланца в сферический сосуд из алюминиевого сплава АМгб целесообразно использовать соединение с буртиком (рис. 3). Технологический буртик предназначен для передачи усилия прижатия фланца на оболочку, обеспечения их соосности и повышения жесткости кромки фланца. Наличие буртика позволяет упростить конструкцию прижимного приспособления, так как усилие прижатия прикладывается только к фланцу, а также предотвратить смещение кромок в процессе сварки и уменьшить местные искажения формы оболочки, возникающие в результате усадки кругового шва.

Рис. 3. Сборка фланца с оболочкой при наличии технологического

буртика на фланце

При небольших размерах сосуда или того элемента, в который вваривается деталь арматуры, сварку кругового шва целесообразно осуществлять неподвижной сварочной головкой при вращении приспособления с закрепленным свариваемым стыком. При вварке арматуры в узел значительных размеров круговой шов более удобно выполнять сварочной головкой, перемещающейся по поверхности элемента оболочки, закрепленного неподвижно.

В крупносерийном производстве тонкостенных сосудов (тормозные резервуары, пропановые баллоны) для проведения сборочно-сварочных операций применяют специальные полуавтоматические установки, в которых для сборки продольного стыка обечайки необходимо выполнять следующие действия: приемку обечайки; ориентирование стыка; прижатие его к подкладке симметрично относительно формующей проплав канавки; выполнение шва; освобождение обечайки от зажатия и ее сброс.

ВЫВОД:

Список используемых интернет ресурсов:

1. https://studref.com/364627/tehnika/izgotovlenie_tonkostennyh_sosudov

2. https://sinref.ru/000_uchebniki/04600_raznie_2/790_lukanova_proizvodstvo_svarnih_konstrukcii_2005/019.htm