книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)

щим порядок применения сварочных технологий, сварочных материалов и сварочного оборудования.

В соответствии с этими документами сварочные материалы, оборудование и технологии, применяемые при производстве со­ судов, работающих под давлением, должны пройти аттестацию с целью подтверждения возможности обеспечения качества сварных соединений при их применении. К выполнению сва­ рочных работ, а также к руководству и техническому надзору за выполнением работ, допускаются только сварщики и специали­ сты сварочного производства, аттестованные в соответствии с ПБ 03-273-99', РД 03-495-022.

Изготовление сосудов, работающих под давлением и их эле­ ментов должны выполнять специализированные организации, располагающими техническими средствами, необходимыми для качественного выполнения работ, по технологии, разработанной до начала работ организацией, их выполняющей.

При изготовлении должна применяться система контроля ка­ чества, включающая входной, операционный и приемочный контроль, обеспечивающая выполнение работ в соответствии с требованиями нормативной документации.

Сосуды и их элементы из углеродистых, а также низколеги­ рованных марганцовистых и марганцово-кремнистых сталей, изготовленные с применением сварки, штамповки или вальцов­ ки, подлежат обязательной термообработке, если:

• толщина стенки цилиндрической обечайки, днища, фланца или патрубка сосуда в месте их сварного соединения более 36 мм для углеродистых сталей и более 30 мм для сталей низколегированных марганцовистых, марганцово-кремнистых;

• номинальная толщина стенки цилиндрических сосудов (патрубка), изготовленных из листовой стали вальцовкой (штамповкой), превышает величину sKp, вычисленную по фор­ муле:21

монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных про­ изводственных объектов

1 ПБ 03-273-99, Правила аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства

2 РД 03-495-02, Технологический регламент проведения аттестация сварщиков и специалистов сварочного производства

201

sKp = 0,009(D + 1200),

где D - минимальный внутренний диаметр, мм;

•сосуды предназначены для эксплуатации в средах, вызы­ вающих коррозионное растрескивание;

•днища и другие элементы штампуются (вальцуются) при температуре окончания штамповки (вальцовки) ниже 700°С;

•днища сосудов и их элементы независимо от толщины изготовлены холодной штамповкой.

Сосуды и их элементы из сталей низколегированных хромо­ молибденовых, хромомолибденованадиевых, сталей мартенсит­ ного класса и двухслойных с основным слоем из сталей этого типа и класса, изготовленные с применением сварки, должны подвергаться термической обработке независимо от диаметра и толщины стенки.

Завершающим этапом изготовления сосудов является кон­ троль качества сварных соединений. К основным методам кон­ троля стыковых, угловых, тавровых и других сварных соедине­ ний сосудов и их элементов днищ, обечаек, штуцеров, люков, фланцев, включая соединения люков и штуцеров с корпусом сосуда, относятся ультразвуковая и радиографическая дефекто­ скопия. Объем контроля зависит от группы сосудов (табл. 7.1.). Сварные соединения сосудов первой и второй групп подлежат 100% контролю, у сосудов третьей группы контролируют 50%, а четвертой - 25% длины каждого шва.

Места сопряжений (пересечений) сварных соединений под­ лежат обязательному контролю.

Для сосудов 3-й и 4-й групп места контроля устанавливают по результатам внешнего осмотра после окончания сварочных работ.

Все сосуды после их изготовления подлежат гидравлическо­ му испытанию давлением, превышающим номинальную вели­ чину на 25%.

Технология выполнения заготовительных, сборочных и сва­ рочных операций, выбор способов сварки и оборудования зави­ сят от вида конструкционного материала, размеров сосуда и в значительной мере от толщины металла.

202

Для удобства дальнейшего рассмотрения типовых техноло­ гических процессов целесообразно выделить три группы сосу­ дов: тонколистовые (тонкостенные) сосуды, сосуды из металла средней толщины и толстолистовые (толстостенные) сосуды. Это деление условное. Оно не соответствует принятому деле­ нию на тонколистовой и толстолистовой прокат, где границей является 3,9 мм, не совпадает также с делением на тонкостенные и толстостенные сосуды, где в качестве границы принимают от­ ношение диаметра к толщине равное 10.

К тонкостенным по технологическим признакам относят со­ суды с толщиной стенки до 5 мм. Как правило, для таких сосу­ дов цилиндрическую часть и днище можно изготовить из одного листа без укрупнения заготовки. Сварные швы выполняют с од­ ной стороны и, обычно, за один проход, что вызывает необхо­ димость предусматривать специальные меры предотвращения непровара корня шва. Сварку выполняют в среде защитных га­ зов плавящимся или неплавящимся электродом. Из-за малой толщины стенки при сварке могут появляться большие времен­ ные деформации кромок и для их предотвращения должны быть приняты специальные меры.

Ксосудам из металла средней толщины относятся сосуды

столщиной стенки от 8 мм до 30...40 мм. Основным способом сварки при их изготовлении является автоматическая сварка под флюсом. Их размеры по диаметру превышают 1000 мм, а по

длине 2000 мм. Размеры заготовки для их изготовления превы­ шают размеры сортамента листового проката, поэтому требует­ ся либо произвести укрупнение заготовки, либо вначале изгото­ вить отдельные части сосуда, затем произвести сборку и сварку их. Сварку соединений обычно выполняют с двух сторон.

К толстостенным относятся сосуды с толщиной стенки бо­ лее 30...40 мм. Большая толщина стенки обусловливает необхо­ димость выполнять операции гибки в горячем состоянии метал­ ла, нередко сварку требуется выполнять с подогревом, а после сварки назначать термическую обработку для снижения уровня остаточных напряжений и улучшения структуры металла шва. Для продольных швов обечаек и заготовок днищ применяют электрошлаковую сварку, обеспечивающую большую произво­ дительность. Для кольцевых стыков - автоматическую сварку

203

под флюсом. В последнее время все чаще используют сварку стыка со щелевой или узкой разделкой кромок, с углом раскры­ тия менее 15°. Эти способы позволяет уменьшить объем наплав­ ленного металла и, вследствие малой погонной энергии сварки, исключить необходимость термической обработки после сварки.

Существует несколько разновидностей способов сварки со­ единений деталей с углом разделки кромок менее 15°: под флю­ сом, в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся элек­ тродом с подачей присадочной проволоки. Следует обратить внимание на то, что применение разделки с углом раскрытия кромок менее 15° значительно повышает требования к техноло­ гической культуре производства, качеству сварочных материа­ лов и стабильности работы сварочного оборудования. Напри­ мер, чтобы исключить появление непровара и несплавления кромок, требуется обеспечить точное направление электрода по стыку, в связи с чем предъявляются более высокие требования к точности подготовки кромок, точности сборки стыка обечаек, слежение за стыком в процессе сварки, более высокие требова­ ния к качеству работы механизма правки и подачи проволоки. При сварке под флюсом требуется применение флюсов, обеспе­ чивающих хорошее отделение флюсовой корки от поверхности шва, чтобы не допустить появление шлаковых включений.

Несмотря на определенные технологические сложности, не­ обходимо стремиться к расширению применения узкой разделки при сварке металла большой толщины, т.к. этот значительно со­ кращает трудоемкость изготовления.

7.2. Типовые технологии изготовления тонкостенных сосудов

Цилиндрические сосуды давления конструктивно включают следующие элементы (рис. 7.2): цилиндрическую обечайку; днища полуэллиптические или полусферические; патрубки, вва­ риваемые в днища либо в цилиндрическую часть.

При изготовлении сосуда необходимо обеспечить правиль­ ную цилиндрическую форму обечайки в месте стыка. Различные схемы гибки листового металла, применяемые для получения цилиндрических обечаек, показаны на рис. 7.3.

2 0 4

Рис. 7.2. Конструкция цилиндрического сосуда давления (1 -за ­ глушка; 2 - штуцер; 3 - обечайка; 4 - днище).

Рис. 7.3. Схемы гибки листовых заготовок цилиндрических обе­ чаек.

При гибке на трехвалковых вальцах (рис.7.3а) в месте стыка остаются прямые недовальцованные участки, ширина которых приблизительно равна половине расстояния между нижними валками h. Наличие прямых участков затрудняет сборку, ухуд­ шает теплоотвод при сварке, а при нагружении сосуда внутрен­ ним давлением способствует концентрации напряжений в рай­ оне шва. Для предотвращения появления такого дефекта можно рекомендовать несколько приемов. Использовать для гибки за­ готовки четырехвалковые вальцы (рис. 7.36,в) или перед гибкой

2 0 5

мерное давление на кромки стыка. Величина усилия обычно со­ ставляет 10.. .20 кг на сантиметр длины кромки.

Перед сваркой в начале и в конце продольного стыка уста­ навливают выводные планки, чтобы исключить участки неста­ бильного формирования шва.

Продольный стык обечаек из цветных металлов и высоко­ прочных сталей выполняют автоматической сваркой в защитных газах плавящимся или неплавящимся электродом. Для обечаек из малоуглеродистой и низколегированной стали используют сварку под слоем флюса. Диаметр тонкостенных обечаек обыч­ но не позволяет выполнять сварку с двух сторон шва, поэтому при односторонней сварке для формирования усиления корня шва на подкладке создают формирующую канавку, в которую подают защитный газ при сварке активных материалов. При сварке тонкостенных обечаек необходимо предъявлять более высокие требования к равномерности ввода сварочного тепла по длине шва, чтобы избежать появления дефектов в результате ухудшения отвода тепла из-за постепенного нагрева подкладки. Для предотвращения этого на подкладке размещают каналы для охлаждающей жидкости (воды) - рис. 7.5, поз. 4.

После сварки продольного стыка удаляют выводные планки и производят механическую обработку торцов обечайки. Уда­ лять выводные планки путем обламывания запрещено, посколь­ ку это может привести к появлению трещин.

В ряде случаев для облегчения сборки кольцевых швов реко­ мендуется произвести калибровку обечайки.

Днища сосудов изготавливают путем штамповки под прессом из листовой заготовки с последующей торцовкой кромок на то­ карном станке. Если в конструкции предусмотрено размещение на днище арматуры: патрубков, заглушек или штуцеров, то их необходимо приварить до сборки днища с обечайками. С пози­ ции технологичности патрубки и штуцеры желательно распола­ гать вдоль центральной оси днища или перпендикулярно к его поверхности, если эти детали должны быть смещены от центра. Это упрощает механизацию сварки швов, поскольку позволяет ориентировать днище так, что сварной шов будет расположен в плоскости, перпендикулярной оси привариваемого патрубка, и при выполнении сварки отпадает необходимость в вертикальном перемещении электрода (рис. 7.6а,б).

208

Рис. 7.б. Схемы приварки штуцера к днищу.

В противном случае (рис.7.6в) возникают дополнительные трудности направления электрода по стыку, т.к. помимо враще­ ния сварочной головки необходимо обеспечить синхронное пе­ ремещение в вертикальном направлении. Аналогичные пробле­ мы возникают при выполнении приварки штуцера к цилиндри­ ческой обечайке. Поэтому, на тонкостенных сосудах не реко­ мендуется размещать патрубки большого диаметра.

Сварку обычно выполняют угловыми швами с двух сторон плавящимся электродом в среде защитных газов, применяя на­ клонный вращатель с тем, чтобы обеспечить удобное положение для сварки в положении "в лодочку". Для материалов малочув­ ствительных к концентрации напряжений допускаются соедине­ ния штуцеров с днищами выполнять рельефной сваркой.

При изготовлении высокоиагруженных сосудов из высоко­ прочных материала (сталей, титановых и алюминиевых сплавов) соединения элементов арматуры со стенкой сосуда обычно де­ лают стыковыми. Стыковые круговые швы выполняют односто­ ронней сваркой на подкладке с канавкой. Вид сборочно­ сварочной оснастки и конструктивное оформление стыка опре­ деляются необходимостью плотного прижатия кромок к под­ кладке, предотвращения их перемещении при сварке и устране­ ния сварочных деформаций, приводящих к местному искаже­ нию формы оболочки в зоне шва. В зависимости от формы по­ верхности стенки сосуда (сферическая или цилиндрическая), материала и толщины свариваемых элементов, конструктивно­ технологические решения могут быть различными. Так, напри­ мер, при вварке фланца в сферический сосуд из алюминиевого сплава АМГ6 целесообразно использовать соединения с бурти­ ком (рис. 7.7). Технологический буртик предназначен для пере­ дачи усилия прижатия фланца на оболочку, обеспечения еоос-

2 0 9

ности деталей и повышения ясесткости кромки фланца. Наличие буртика позволяет упростить прижимное приспособление, так как усилие прижатия прикладывается только к фланцу, и пре­ дотвратить смещение кромок в процессе сварки, а также умень­ шить местные искажения формы оболочки, возникающие в ре­ зультате усадки кругового шва. Кроме того, отпадает необходи­ мость в подаче присадочной проволоки, так как металл буртика участвует в формировании сварного шва.

При небольших размерах днища сварку кругового шва целесо­ образно осуществлять неподвижной сварочной головкой при вра­ щении приспособления с закрепленным свариваемым изделием.

При приварке арматуры к цилиндрической части сосуда, или в тех случаях, когда днище имеет значительные размеры, круговой шов более удобно выполнять сварочной головкой, перемещаю­ щейся вокруг штуцера, закрепленного неподвижно (рис.7.8).

Рис. 7.7. Сварное соединение фланца с буртиком и днищем

При сварке кольцевых швов, соединяющих обечайку и днище тонкостенного сосуда, могут возникать трудности обеспечения сборки стыка без смещения кромок и сварки кромок без непро­ вара и прожогов, поскольку во многих случаях эти швы доступ­ ны для сварки только с одной стороны.

Решением этой проблемы может стать применение съемных подкладных колец (рис. 7.96), которые изготавливают в виде отдельных секций и размещают внутри сосуда под кольцевым стыком. Для того чтобы компенсировать возможное несоответ­ ствие диаметров обечайки и подкладного кольца между двумя соседними секциями устанавливают клиновой компенсатор 7, путем введения которого удается увеличить периметр подклад-

210