Сварка и литье

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сварная аппаратура

Конструкция сварного соединения должна обеспечивать получение качественных швов. Нужно избегать потолочных швов. Автоматическая сварка возможна только при нижнем и горизонтальном расположении свариваемых участков швов. Автоматической сваркой осуществляются продольные и кольцевые швы аппаратов. Листы, соединяемые стыковой сваркой, должны быть по возможности одинаковой толщины.

Соединение должно обеспечивать свободную усадку материалов швов. Для этого предусматриваются зазоры между свариваемыми деталями. Место шва должно быть доступно для сварки. Весьма существенным является то, что не следует перегревать швы и не подвергать материал повторному расплавлению. Всегда нужно стараться рассосредоточить швы и разнести их подальше друг от друга так, чтобы расстояние между ними было не менее упятеренной ширины шва и не менее 50 мм. Продольные швы не должны прерываться отверстиями и штуцерами. В химических реакторах важно иметь возможность регулярно контролировать и осматривать швы. Лапы и опоры не должны перекрывать сварные швы. Остаточные напряжения и деформации в сварных конструкциях должны быть сведены к минимуму.

Значительного снижения напряжения можно достигнуть введением гибких элементов в сварные соединения, примером которых могут служить сварное соединение штуцера с обечайкой - встык на от бортовке. Не рекомендуется штуцеры и другие детали приваривать у самого края реактора. Напряжения в этом случае не смогут равномерно распределиться по сечению материала и могут вызвать растрескивание шва и коробление края. Сварка внахлест получается неудовлетворительной в двух отношениях: в месте нахлеста получается толщина, равная сумме толщин листов, что равносильно скоплению металла, всегда опасного с точки зрения пережога более тонкого листа; в таких соединениях полоса металла, находящаяся между швами, после сварки будет находиться в напряженном состоянии, а всякое напряжение в легированных сталях ухудшает их стойкость в результате перестройки кристаллической решетки, происходящей из-за деформации. С точки зрения сохранения состава сталей очень важно не перекаливать много раз одно и то же место. Сварные швы аппаратуры из хромоникелевой стали нужно стараться отодвигать друг от друга. Влияние второй причины на качество реакторов сделается очевидным после сравнения некоторых физических свойств углеродистых сталей со специальными сталями.

Если приходиться сваривать чистые детали, то место сварки необходимо относить возможно дальше от отработанной поверхности, чтобы не испортить ее во время сварки. Не следует несколько частей соединять одним швом. Конструктивное отличие сварных реакторов, изготовленных из высоколегированных сталей, сравнительно с изготовленными из обычных углеродистых сталей вызывается тремя причинами: необходимостью сохранения состава стали и соответствующей структуры в швах после изготовления реактора. различием в физических свойствах углеродистых и легированных сталей. дороговизной высоколегированных сталей. Длительный перегрев легированных сталей, даже содержащих титан или ниобий, приводит к выгоранию летучих компонентов и к потере сталью химической стойкости. Сварные соединения следует конструировать так, чтобы соединяемые части нагревались до точки плавления одновременно.

Это условие автоматически выполняется при сварке частей одинаковой толщины и встык. При сварке деталей разной толщины более толстую деталь утончают около места сварки, доводя ее до толщины более тонкой детали. Несколько конструктивных решений поясняет этот простой принцип. Обычный способ приварки обечайки к трубной доске, распространенный при изготовлении аппаратов из углеродистой стали, для реакторов из спец сталей нежелателен. Уменьшение толщины доски в месте соединения достигается протачиванием полукруглых канавок.

Дороговизна легированных сталей требует от конструктора максимальной бережливости. Делать из хромоникелевой стали необходимо только те детали и части аппаратов, которые соприкасаются с агрессивными средами. Все детали, вынесенные за пределы рабочего пространства, как, например, фланцы, лапы и тому подобные детали необходимо делать из обычной углеродистой стали. Можно ли сваривать между собой детали из специальных и углеродистых сталей? Ответ будет утвердительный. Сварка легированных сталей со сталями обычными возможна, потому что температура плавления тех и других не намного отличаются друг от друга.

2. Эмалированная аппаратура

Конструирование эмалированных аппаратов Эмалированное покрытие включает кварцевый песок, полевой шпат, соду и другие вещества. После нанесения смеси изделие обжигают при температуре 700-900°С. Качество эмалевого покрытия зависит от многих причин и в большей степени определяется правильным выбором металла для изготовления аппарата и рациональным его конструированием. Чугун, идущий на изготовление эмалированных аппаратов, должен быть прочным, плотным, обладать малой склонностью к росту зерен и коэффициентом температурного расширения близким к коэффициенту расширения эмали.

Сталь для изготовления аппаратуры должна иметь малое содержание углерода - не более 0,12 % и быть максимально чистой.Для получения качественного покрытия аппаратам должны быть приданы особые формы, необходимость которых вызывается следующими условиями: необходимостью обеспечить подготовку аппарата под эмалирование; сохранить равномерную толщину покрытия во время обжига; обеспечить одновременный и равномерный прогрев и обжиг эмали; исключить возможность появления пузырей при обжиге и не допустить появления опасных для цельности эмалевого покрытия деформаций, вызванных остаточными термическими и другими напряжениями.

Простота и плавность очертаний реакторов, подлежащих эмалированию, отсутствие острых краев, углов и впадин очень важны для получения покрытия хорошего качества.При недостаточном скруглении эмаль стечет с углов или растрескается. Все части аппаратов перед эмалированием тщательно подготавливаются: швы зашлифовываются, острые углы и выступы закругляются. Очень неблагоприятны для эмалирования большие детали, ограниченные плоскими листами. Они при обжиге склоны к короблению, на них могут образовываться вмятины, где также может скапливаться эмаль и потом отскочить при остывании.

Качественный и равномерный обжиг эмали и сохранение покрытия во время остывания обеспечиваются только при совершенно одинаковых скоростях нагрева и охлаждения всех частей аппаратов. Это условие хорошо выполняется для равно стенных аппаратов. Поэтому при проектировании особое внимание должно быть уделено тому, чтобы не допустить в эмалированной аппаратуре наличия массивных деталей и других местных скоплений металла. Наибольшие трудности в этом направлении возникают при разработке фланцевых соединений, мест присоединения лап, опор и других.

Приварка лап к аппарату делается без усиливающих листов и прерывистым швом. Главной причиной появления пузырей в эмали - это выделение газов из швов при обжиге. Особенно опасен в этом отношении корень шва, в котором всегда скапливается шлак и возможен не провар. После обжига эмалированного аппарата возможно изменение его формы за счет коробления, которое потом исправлено быть не может. Возможность коробления нужно учитывать при проектировании аппаратов с мешалками и предусматривать достаточные зазоры между мешалкой и стенками, а также валом. Для уменьшения брака все мелкие части, и узлы аппарата следует делать объемными.

3. Литая и кованая аппаратура

Литые и кованые реакторы. Из стальных отливок изготавливают аппараты, работающие в тяжелых условиях, например автоклавы, а также трубопроводную арматуру, фасонные детали трубопроводов и т.д.

Ковка существенно улучшает механические свойства стали, поэтому аппаратуру, работающую при высоких давлениях, изготовляют не литой, а кованой. Серый чугун обладает хорошими литейными свойствами и легко обрабатывается. Из чугуна изготовляют емкостные аппараты с мешалками, которые находят применение во многих технологических процессах (сульфирование, нитрование и другие). Чугун широко применяют для изготовления сальников, приводов, мешалок, трубопроводной арматуры и т.д. Литые изделия не должны иметь острых углов, кромок и резких переходов толщин, так как в этих местах при охлаждении появляются трещины.

Не рекомендуется отливать чугунные аппараты со стенками более 50-60 мм, так как при этом прочность чугуна падает.

4. Аппаратура из углеродистой стали

Углеродистые стали применяются при отсутствии воздействия агрессивных сред. Для изготовления деталей и узлов, воспринимающих статические нагрузки, используют стали обыкновенного качества. Для деталей ответственного назначения, а также испытывающих знакопеременные, значительные по величине нагрузки при одновременном действии повышенной температуры, применяют качественные стали.

Легированные стали являются высококачественными конструкционными материалами. Их получают на основе углеродистых сталей добавлением определенного вида и количества легирующих компонентов. Стальные детали, работающие в особо сложных условиях, подвергают термохимической обработке (цементирование, азотирование, закалка) для увеличения твердости и износостойкости их рабочих поверхностей.

5. Аппаратура из сплавов цветных металлов

Сплавы цветных металлов (бронза, латунь) применяют при изготовлении аппаратов для синтеза ацетилцеллюлозы, в подшипниках скольжения каландров и вальцов качестве антифрикционных вкладышей механических передач и подшипников смесителей, литьевых машин и червячных прессов, вкладышей ползунов гидравлических прессов и узлов смыкания литьевых машин применяют оловяннистые бронзы и латунь Л67. Марка бронзы и латуни отражает их состав. Новые конструкционные материалы и сплавы позволяют резко интенсифицировать режимы работы аппаратов и машин. Особо высокой коррозионной стойкостью в широком интервале температур обладают титан, тантал, ниобий и цирконий. Из титана и его сплава изготовляют корпуса реакторов, корпуса и детали лопастных и быстроходных смесителей, предназначенных для работы в тяжелых условиях (давление до 5 МПа при температурах до 3000С). Достоинством титана является высокая коррозионная стойкость.

сварной аппарат металл отливка

6. Аппаратура из неметаллических материалов

Полимерные и другие неметаллические материалы все более широко применяются в полимерном машиностроении. Это вызвано сочетанием различных технологических и физических свойств в одном полимерном материале, не встречающихся в традиционных сплавах и металлах.

Так, фторопласт имеет практически абсолютную химическую стойкость, он не растворяется даже в «царской водке», может эксплуатироваться в интервале температур от -200 °С до +200 °С. Из фторопласта можно получать пленку, листы, трубы и прокат. Его используют в качестве высокоэффективных защитных покрытий, для изготовления деталей трубопроводов, по которым транспортируются агрессивные жидкости. Фторопластовый уплотнительный материал используют в уплотняющих устройствах и в качестве набивки сальников и уплотнителей при сборке трубопроводной арматуры.

Особые качества, низкий коэффициент трения и высокая износостойкость при скоростях до 0,3 м/с, определяют его использование в качестве антифрикционного материала в подшипниках скольжения. Однако недостатками являются низкая прочность и хлад текучесть. Применение пластмасс в аппаратах и машинах полимерной промышленности позволяет экономить большое количество цветных металлов и сплавов, уменьшить массу конструкций, повысить их эксплуатационные свойства и обеспечить высокое качество получаемого продукта.

Детали, работающие в условиях повышенной радиации. Необходимо отметить высокую удельную прочность ряда полимерных материалов.

Следует отметить, что особенности керамических материалов (высокая химическая и тепловая стойкость, статическая прочность, не дефицитность неограниченного запаса сырья, хорошие литейные свойства, возможность вторичной переработки, не токсичность) выдвигают их в ряд наиболее перспективных для химического аппарат строения.

7. Гуммированные

Резиновые покрытия широко применяются в машиностроении при защите металлических аппаратов, ёмкостей и насосов, поверхности которых находятся в контакте с агрессивными жидкостями. Резина благодаря свойственной ей высокой эластичности, способности гасить колебания, хорошо сопротивляется истиранию, обладает высокими диэлектрическими свойствами и химической стойкостью в ряде агрессивных сред.

Футеровка (обкладка) резиной химической аппаратуры с целью защиты от разрушения называется гуммированием. Гуммированию подвергают электролизные ванны и баки для хранения растворов кислот и солей, фасонные части трубопроводов и фланцевые соединения их, насосы, вентиляторы, змеевики, мешалки, шнеки.

Для футеровки и для покрытий можно применять как мягкие, так и твёрдые (банит) резины. Мягкая резина применяется для покрытия поверхностей аппаратов, которые подвержены встряске, ударам, колебаниям температуры или в которые заливаются жидкости со взвесью твёрдых частиц. Эбонит используется для гуммирования аппаратуры, не подверженной механическим воздействиям и работающей при неменяющейся температуре, в условиях, где требуется повышенная химическая стойкость.

Как натуральные, так и синтетические резиновые изделия стойки при действии большинства неорганических соединений, за исключением сильных окислителей, например азотной, хромовой и концентрированной серной кислот. Максимальная рабочая температура для этих материалов колеблется от 700 (резина на основе натурального каучука) до 100-1300 (неупорен, бутадиен стирольный) и до 3000 С (силоксановый каучук).

Существует два способа гуммирования металлических поверхностей: горячее гуммирование, основанное на соединении не вулканизированной резиновой смеси с металлом в ходе вулканизации (метод применяется чаще); холодное гуммирование, заключающееся в соединении уже вулканизированной резины с металлом при помощи специальных клеев.

При горячем гуммировании резина соединяется с металлом либо непосредственно, либо через промежуточный, улучшающий сцепление слой. В качестве промежуточного слоя иногда применяются электролитически осаждённая на металлическую поверхность латунь или различные клеи, полученные из производных каучуков, синтетических смол и других высокомолекулярных соединений.

Известен ряд способов горячего гуммирования. Широко применяется гуммирование металлических поверхностей одно - или многослойной резиной. Этот процесс состоит из этапов:

- подготовка поверхностей обоих склеиваемых материалов;

- нанесение клея и его подсушка;

- плотное соединение поверхностей;

- вулканизация резиновой обкладки.

Для очистки поверхности металла от загрязнений лучше всего применять струйную очистку или травление. Далее увлажнённая растворителем поверхность металла покрывается слоем разбавленного клея. После высыхания этого слоя на него наносится слой клея разбавленного в меньшей степени. На высохшую поверхность накладывается увлажнённый растворителем слой резиновой смеси, который для лучшего сцепления поверхностей поджимается валиком. В зависимости от предъявляемых к покрытию требований применяют одно или многослойное гуммирование.

Трёхслойная обкладка совмещает в себе преимущества мягкой резины (большая эластичность и сопротивление истиранию) и эбонита (твёрдость). Общая толщина обкладки из резины достигает 15 мм.

После закрытия всей поверхности резиновым покрытием проводят вулканизацию его. Предметы небольших размеров вулканизуют в автоклавах. Большие можно вулканизировать при помощи горячих водных растворов солей (например раствора хлористого кальция или водяного пара). Ведение процесса при атмосферном давлении повышает время вулканизации.

8. Углеграфитовая аппаратура

Материалы на основе природного или синтетического графита.

К ним относятся конструкционные материалы, леграфитовые ткани пирографит, нитевидный графит и др. Углеграфитовые отличаются достаточной мех. прочностью, хорошо выдерживают колебания температуры. Если температура невысока, они стойки против воздействия химически агрессивных веществ и разрушаются только горячими растворами сильных окислителей. Стойкость против окисления при высоких температурах повышают, нанося пиролитические пленки, которые уменьшают пористость поверхностных слоев. Метод формирования изделий из У. м. обусловливает анизотропию их свойств. Так, при прошивном методе кристаллиты графита ориентируются параллельно направлению прессования, при использовании закрытых матриц -- перпендикулярно этому направлению. Изделия из У. м. обрабатывают металлорежущим инструментом и алмазными кругами. Изготовляют электроды дуговых печей, нагреватели, тигли, теплоизоляцию вакуумных и газонаполненных электропечей, теплообменники, абсорберы, ректификационные колонны, электролизные ванны, насосы, арматуру для хим. производства и др. Кроме того, используют в узлах трения как антифрикционный материал, а также для создания высокопрочных и легких конструкций, эксплуатируемых в космосе, в условиях высоких температур и т. д.

9. Стеклянная аппаратура

Стеклянные аппараты размещают на металлических каркасах. Иногда это оборудование устанавливают (если это позволяет технологическая схема) на кронштейнах, вделанных в стену цеха. Но такой монтаж не всегда удобен, так как затрудняет доступ ко всем аппаратам во время монтажа и особенно в период эксплуатации. По этой причине для большинства установок отдают предпочтение металлическим каркасам. Готовые стеклянные аппараты лучше всего для удаления остаточных газов и паров из внутренних частей и с поверхности нагревать в течение нескольких часов в вакууме при помощи электрической печи. Это необходимо для получения высокого разрежения. Но при этом следует соблюдать осторожность, если части аппарата имеют краны и шлифы, смазанные жиром. Если таких частей нет, то детали из мягкого стекла следует нагревать примерно до 360 С, детали из твердого стекла - примерно до 440 С.

Размещено на Allbest.ru