книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)

этом рекомендуется широкополосная наплавка с поперечными колебаниями электрода. Для выхода газов из межслойных зазо­ ров во время наплавки, в рулонированной обечайке сверлят дре­ нажные отверстия диаметром 8-йО мм, глубиной до первого слоя навивки на расстоянии 50-й 30 мм от наплавляемого горца. Число отверстий (4-^-8) зависит от диаметра обечайки:

Подготовленные таким образом торцы рулонированпых обе­ чаек и концевых элементов сваривают между собой кольцевыми швами автоматической сваркой под слоем флюса. Прихватку, наплавку и сварку элементов и деталей из сталей 12ХГНМ, 15ХГНМФТ производят с общим или местным предваритель­ ным и сопутствующим подогревом до температуры не ниже 150 °С, деталей из сталей 20Х2МА и 22ХЗМ- с подогревом до тем­ пературы не ниже 250 °С, независимо от толщины стенок.

При местном подогреве ширина зоны нагрева не должна быть менее 100 мм в каждую сторону от кромок разделки.

Технологические проблемы обеспечения герметичности свар­ ного соединения возникают в тех случаях, когда к многослой­ ному корпусу сосуда необходимо приварить патрубок или шту­ цер. Обычные технологии сварки здесь не подходят. Перед тем, как приварить штуцер необходимо на внутреннюю поверхность отверстия в многослойном корпусе произвести наплавку слоя металла, с тем, чтобы получить монолитную поверхность по та­ кой же технологии, которая применялась при сварке кольцевых стыков. Для этих целей применяют ручную дуговую сварку с поперечными колебаниями электрода или автоматическую под слоем флюса с обеспечением толщины наплавки после механи­ ческой обработки не менее 8 мм. Валики, как при автоматической, так и при ручной сварке наплавляют перпендикулярно слоям за один проход на всю толщину стенки. Очевидно, что ограниченные воз­ можности манипулирования электродов не позволяют выполнить качественную наплавка поверхности малого по диаметру отверстия. Для обеспечения свободы манипулирования необходимо, чтобы диа­ метр отверстия превышал толщину стенки. Если в конструкции пре­ дусмотрены штуцеры меньшего размера, то части сосуда, на которых располагаются штуцеры и патрубки малого диаметра, изготавливают в виде монолитных обечаек, что полностью решает проблемы сварки. Монолитными, так же, изготавливаютдтшща.

231

Внутренняя поверхность сосудов, работающих в энергетиче­ ском оборудовании или оборудовании химических производств, может контактировать с агрессивными средами. При их изго­ товлении возникает необходимость нанесения защитных покры­ тий из стойкого к агрессивной среде материала. При изготовле­ нии монолитных сосудов либо используют двухслойный (пла­ кированный) лист или после изготовления обечайки производят наплавку внутренней поверхности обычно автоматической свар­ кой под флюсом.

Технология изготовления толстостенных сосудов из тонколи­ стового металла путем навивки упрощает изготовление стенки из разнородных материалов, поскольку внутренняя обечайка может быть практически изготовлена из любого конструкцион­ ного материала. Некоторые технологические проблемы появля­ ются при выполнении сварного соединения между внутренней обечайкой и листом, который навивают. Проблемы могут быть решены, если применять переходные вставки, полученные свар­ кой в твердой фазе, например, сваркой взрывом или диффузион­ ной сваркой.

7.5. Особенности изготовления теплообменных аппара­ тов

Цилиндрические сосуды часто используются в качестве теп­ лообменных аппаратов, предназначенных для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Для разделения потоков теп­ лоносителя и увеличения площади поверхности нагрева внутри сосуда располагают набор труб (трубные пучки), а сам сосуд разделяют герметичной перегородкой (трубной доской) на две или несколько секций, камер. Таким образом, при изготовлении таких аппаратов приходится решать дополнительные техноло­ гические задачи.

В качестве примера рассмотрим технологические особенно­ сти изготовления подогревателя высокого давления (ПВД) типа ПВД-К2Г-1100-24-4,5ТЗ, изготавливаемого ОАО ТКЗ «Красный котельщик» (рис. 7.23).

Подогреватели осуществляют подогрев питательной воды котлоагрегата теплоэлектростанции за счет охлаждения и кон­ денсации пара, отбираемого из промежуточных ступеней турби­ ны. Вода под давлением 24 МПа поступает в нижнюю секцию камеры высокого давления 3 и через трубы трубного пучка 4

2 3 2

проходят в верхнюю секцию камеры высокого давления. Пар от турбины под давлением 4,5 МПа поступает в корпус камеры низкого давления 1, и, конденсируясь на трубах трубного пучка 4, нагревают воду, поступающую в котел.

Рис. 7.23. Подогреватель высокого давления: 1 - корпус камеры низкого давления; 2- трубная доска; 3 - корпус камеры высокого давления; 4 - трубный пучок.

Все детали подогревателя, за исключением труб, изготавли­ вают из низколегированных сталей из стали 09Г2С и 15ГС, а трубы - из аустенитной стали 08Х18Н10Т.

Необходимо обратить внимание на несколько особенностей этой сварной конструкции.

Во-первых, существенное различие величин давления рабо­ чей среды в камерах низкого и высокого давления и наличие плоской крышки обусловливает различие толщин стенки от­ дельных частей конструкции. Во-вторых, необходимость увели­ чить площадь теплообмена приводит к появлению большого числа близко расположенных между собой сварных соединений труб с трубной решеткой. В-третьих, соединение между собой низколегированных сталей перлитного класса с высоколегиро­ ванными сталями аустенитного класса всегда требуют от свар­ щиков повышенного внимания.

Технология изготовления подогревателя предполагает рас­ членение его на несколько блоков: левый полукорпус и правый, камера высокого давления и теплообменный блок.

Полукорпус представляющий собой цилиндрический сосуд, состоящий из трех обечаек и днища, штуцеров и патрубков. Его

233

изготавливают по обычной для сосудов из металла средней тол­ щины технологии. Листовые заготовки толщиной 32 мм из стали 09Г2С изгибают в холодном состоянии на вальцах, сваривают продольный шов автоматической сваркой под флюсом, произ­ водят калибровку обечаек, сборку их между собой и с днищем, затем сварку кольцевых стыков двухсторонними швами.

Камеру высокого давления изготавливают по типовой техно­ логии для толстостенных сосудов. Листовую заготовку толщи­ ной 140 мм из стали 09Г2С нагревают до 1000°С и изгибают на вальцах до смыкания кромок. Затем на строгальном станке про­ изводят обработку кромок для получения требуемой конфигура­ ции разделки кромок и производят одностороннюю автоматиче­ скую сварку стыка под флюсом. Для получения правильной ци­ линдрической формы обечайку еще раз нагревают до 1000°С и калибруют на вальцах. Затем приваривают перегородку внутри обечайки для разделения камеры на две секции и выполняют отверстия для варки штуцеров подводящих и отводящих воду.

Теплообменный блок состоит из трубного пучка, представ­ ляющего собой гнутые U - образные плети труб диаметром 16 мм, с толщиной стенки 2,0 мм, и трубной доски, в которой про­ сверлено 1580 отверстий. Трубы вставляют в отверстия, срезают их торцы заподлицо с поверхностью трубной доски и обварива­ ют по контуру. Для обеспечения плотного прилегания стенки труб перед сваркой производят гидравлическую раздачу их кон­ цов. С этой целью в каждую трубку устанавливают блок, со­ стоящий из двух заглушек. Одна заглушка располагается на уровне нижней поверхности трубной доски, другая - на уровне верхней. В образовавшуюся между заглушками камеру закачи­ вают жидкость под давлением, достаточным для пластического деформирования стенки трубы. Таким образом, стенка трубы трубного пучка увеличивается в диаметре и плотно прижимает­ ся к стенкам отверстия трубной доски.

При сварке труб с трубной доской появляются две проблемы. Первая связана с необходимостью сварки разнородных материа­ лов: перлитной стали 16ГС и аустенитной стали 08Х18Н10Т. Вторая - с необходимостью выполнения большого количества круговых швов (1580 шт.) на трубной доске.

В результате перемешивания сталей разных структурных

2 3 4

классов - электродного, металла трубы и металла трубной доски металл шва будет обладать химической и структурной неодно­ родностями в зоне сплавления.

В зоне сплавления со стороны перлитной стали образуется обезуглерожеиная зона, а со стороны аустенитной стали легиро­ ванной карбидообразующими элементами - прослойка науглероженного металла высокой твердости, содержащего большое количество карбидов, что объясняется интенсивной диффузией углерода.

Наличие таких прослоек в процессе длительной эксплуатации конструкции при высоких температурах может привести к хруп­ ким разрушениям.

Для предотвращения образования хрупких прослоек реко­ мендуется при сварке использовать присадочные материалы с большим запасом аустениности, что предотвращает или сущест­ венно снижает образование мартенситной структуры в слоях, примыкающих к перлитной кромке.

Именно по этой причине, несмотря на малую толщину стенки труб, применяют аргонодуговую сварку неплавящимся электро­ дом с присадочной проволокой с соотношением Ni/Cr > 1, на­ пример, типа Св-10Х16Н25АМ6.

Режимы сварки необходимо выбирать так, чтобы обеспечить минимальное перемешивание металла трубной доски и приса­ дочного металла, а также исключить перегрев сварного соеди­ нения, т.е. применять пониженные токи и повышенные скорости сварки.

Вторая проблема, связанная с высокой трудоемкостью сварки большого числа трубок, может быть решена только путем меха­ низации процесса, но здесь имеются определенные сложности. Из-за большой длины теплообменного блока трубы с трубной доской целесообразно сваривать при горизонтальном располо­ жении блока. Следовательно, сварку необходимо выполнять в разных пространственных положениях: от нижнего до потолоч­ ного. Это непростая задача для автоматических способов свар­ ки, поскольку по мере перемещения электрода вдоль шва необ­ ходимо изменять параметры режима сварки.

Задачу помогают решить разработанные в последнее время автоматы для орбитальной сварки, например, автоматы фирмы Polysoude. .

235

ков. С помощью цангового устройства автомат фиксируют по отверстию в трубной доске. Сварочная головка, включающая неплавящийся электрод и мундштук, направляющий присадоч­ ную проволоку в зону сварки, вращается вокруг оси привари­ ваемой трубки и производит сварку. Механизм вращения ком­ пактно расположен в корпусе автомата. Для сварки использует­ ся специализированный источник питания PS-254-2, в котором располагается электронный блок управления параметрами ре­ жима сварки, корректирующий режим в зависимости от поло­ жения электрода в пространстве. При большом диаметре креп­ ление автомата осуществляется по той трубе, которую необхо­ димо приварить к трубной доске, при малом диаметре - автомат фиксируют по соседнему отверстию, а сварочную головку цен­ трируют по трубе, которую необходимо приварить.

С целью обеспечения требуемой глубины проплавления, от­ сутствия прожогов и качественного формирования сварного шва во всех пространственных положениях применяется импульсно­ дуговая сварка.

Большое количество сварных швов на плоской детали может привести к появлению деформаций изгиба трубной доски. Для уменьшения остаточных деформаций необходимо выбрать оп­ ределенную последовательность выполнения сварных швов, обеспечивающих симметрию протекания сварочных деформа­ ций. Рекомендуется поверхность трубной доски разбить на сек­ торы и выполнять сварку труб чередуя секторы в соответствии со схемой рис. 7.25.

На следующем этапе изготавливают камеру низкого давления. Теплообменный блок, включающий трубную решетку, трубный пучок и каркас трубной системы устанавливают в вертикальное положение, а сверху при помощи мостового крана надевают ранее изготовленный корпус камеры низкого давления. В таком поло­ жении производят закрепление на прихватках, укладывают на ро­ ликовый вращатель и производят автоматическую сварку под слоем флюса на остающейся подкладке, поскольку корень шва оказывается недоступным для сварки изнутри.

Дальнейшее изготовление подогревателя предполагает сбор­ ку и сварку кольцевых стыков между камерами низкого давле­ ния и камерой высокого давления. Толщина стенки деталей в месте сварки составляет 140 мм (рис. 7.23.). В соответствии с

237

действующими нормативными документами после сварки дета­ лей из низколегированных сталей с толщиной стенки более 36мм требуется проведение термической обработки для улуч­ шения структуры металла сварного соединения и снижения уровня остаточных напряжений. В противном случае при мно­ гопроходной сварке в корне сварного стыка возможно накопле­ ние остаточных сварочных деформаций и исчерпание запаса пластичности металла, результатом чего может явиться увели­ чение склонности металла корня шва к хрупкому разрушению.

Рис. 7.25. Рекомендуемый порядок выполнения сварных швов, соединяющих трубы с трубной решеткой. Смена секторов, в которых производится сварка, в указанном порядке обеспечива­ ет симметрию протекания сварочных деформаций.

К сожалению, в данном случае произвести термическую об­ работку всего подогревателя после сварки замыкающих швов не представляется возможным. Во-первых, из-за недостаточной жесткости труб и других деталей камеры низкого давления. Вовторых, из-за того, что в зоне соединения разнородных материа­ лов (трубная доска - труба) вследствие большого различия ко­ эффициентов термического расширения при термообработке возникают остаточные напряжения, способные привести к на­ рушению герметичности сварного соединения.

2 3 8

В подобных случаях используют технологию сварки, не тре­ бующую последующей термической обработки. Суть этой тех­ нологии состоит в следующем. Перед сваркой кольцевого стыка толстостенных деталей на их кромки наплавляют слой аусте­ нитного металла. Поскольку в данном случае сопротивление усадки металла в направлении толщины наплавляемого слоя практически отсутствует, остаточные напряжения в этом на­ правлении имеют минимальную величину. Аустенитный металл обладает большим запасом пластичности и большим сопротив­ лением хрупкому разрушению, следовательно, при сварке стыка

снаплавленными кромками нет опасности образования трещин

вкорне многослойного шва.

На данном этапе изготовления подогревателя наплавка ау­ стенитного металла на кромку трубной доски представляет оп­ ределенные технологические трудности.

Из-за большой длины уже изготовленной камеры низкого давления установить наплавляемую поверхность в удобное го­ ризонтальное положение достаточно сложно. Поэтому наплавку удобно производить на кромку трубной доски до приварки к ней трубного пучка (рис. 7.26.).

Рис. 7.26. Наплавка аустенитного металла на кромку трубной доски с целью исключения термической обработки подогрева­ теля после сварки замыкающих швов.

Для увеличения производительности наплавку ведут ленточ­ ным электродом под слоем флюса отдельными круговыми шва­ ми с перекрытием швов. Трубную доску устанавливают на вра­ щатель с наклоном, так, чтобы плоскость наплавки располага­ лась горизонтально. Необходимо предусмотреть мероприятия для удержания флюса на наплавляемой поверхности.

2 3 9

Для того чтобы исключить образование в зоне сплавления мартенситных структур наплавку выполняют в два слоя. Первый слой наплавляют с использованием присадочного материала с большим запасом аустенитности Ni/Cr>l, второй - металлом, обеспечивающим получение наплавленного металла со структу­ рой близкой к структуре стали типа Х18Н10.

Например, 1-й слой - наплавочная лента Св-10Х16Н25АМ6, 2-й слой: - наплавочная лента Св-04Х19Н11МЗ. Для обеспече­ ния требуемой величины переходной зоны первый слой наплав­ ляется в два прохода, а второй слой за пять проходов.

После наплавки слоя аустенитного металла на торец трубной доски производят сварку ее с трубами трубного пучка по техно­ логии, изложенной выше.

Аналогичным образом производят наплавку на торцы камеры высокого давления.

После такой подготовки кромок сварку кольцевых стыков ме­ жду камерами низкого давления и камерой высокого давления можно производить без последующей термической обработки, используя многопроходную автоматическую сварку под флюсом.

Рассмотренная технология сварки с предварительной наплав­ кой на кромки аустенитного материала применяется достаточно часто для толстостенных конструкций, когда по тем или иным причинам провести термическую обработку после сварки не представляется возможным, например, когда сварку выполняют

вмонтажных условиях.

8.ОСНОВЫ РОБОТИЗАЦИИ СВАРОЧНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

8.1. Перспективы применения сварочных роботов

Благодаря тому, что промышленные роботы позволяют удач­ но совместить универсальность оборудования и возможность удовлетворить индивидуальные запросы производителя, роботи­ зация сварочного производства, в настоящее время, является

2 4 0