2Fe+O2=2FeO+Q

Процесс идет с выделением тепла. Продукты окисления выбрасываются под действием кинетической энергии струи кислорода. При резке около 70% выделяется при сгорании металла в кислороде и только 30% подводится от подогревающего пламени.

Припуск на обработку. Слой металла, окисляемого при резке, определяется по формуле:

С=2+0,025S, мм;

С = 2+0,025·60=3,5 мм;

Zн = Hср + m + e,

где Нср - средняя высота неровностей после кислородной резки, определяется по формуле

Нср = 0,1 +0,01·S, мм,

Нср = 0,1 +0,01·60 = 0,7 мм.

m - протяженность зоны термического влияния с измененной структурой, определяется по формуле

m = 0,625 + 0,03·S, мм,

m = 0,625 + 0,03·60 = 2,4 мм.

е - отклонение от прямолинейности.

По данным практики е = 0,1 + 0,02.

Отсюда Zн = 0,7 + 2,4 + 0,12 = 3,2 мм.

6.6 Гибка

В технологическом процессе изготовления аппаратуры гибка относится к числу основных формоизменяющих операций. Гибке подвергают листовой, сортовой прокаты и трубы. Формоизменение при гибке осуществляется путем пластического деформирования металла. Гибочные операции главным образом осуществляют в холодном состоянии. Гибку в горячем состоянии применяют лишь в тех случаях, когда становится невозможным применение холодной гибки.

Гибку в холодном состоянии применяют в пределах, не допускающих критические степени деформаций от 3 до 15%. Это положение определяет допускаемые соотношения между толщиной заготовки и радиусом загиба для холодных операций гибки. Допускаемые соотношения между геометрическими параметрами гибки зависят от вида проката.

Произведем расчет мощности листогибочной машины

Расчетные характеристики машины:

- расстояние между центрами опор верхнего валка L = 3820 мм;

- диаметр боковых валков Dб = 420 мм;

- диаметр среднего валка Dcp = 500 мм;

- окружная скорость заготовки v = 0,1 м/с;

- коэффициент полезного действия привода з = 0,75;

- диаметр цапф в подшипниках d = 210 мм.

а) участок I

лист 1000х6000х20;

уф = 245 МПа.

Радиус по средней толщине обечайки вычисляется по формуле

R = (Dв +S)/2, (6.24)

R = (1800+20)/2 = 910 мм.

Изгибающий момент М вычисляется по формуле

(6.25)

где k - коэффициент упругой зоны вычисляется по формуле:

l = 1,2·0,5 = 0,6 м.

Усилие действующее на боковые валки вычисляется по формуле

Усилие действующее на средние валки вычисляется по формуле

Момент, затрачиваемый на деформации вычисляется по формуле

Момент затрачиваемый на трение качения валков на заготовке и трение на подшипниках вычисляется по формуле



Суммарный крутящий на боковых валках Мк, Н·м, вычисляется по формуле

Мк = МкI + МкII, (6.32)

Мк = 6023 + 4449 = 10472 Н·м.

Мощность привода машины вычисляется по формуле

Подбираем листогибочную машину ИГ2424 (N=50кВт)

б) участок II

лист 2100х6000х32

уф = 350 МПа

Радиус по средней толщине обечайки вычисляется по формуле (6.24)

R = (1800+32)/2 = 916 мм.

Изгибающий момент М вычисляется по формуле (6.25)

где k - коэффициент упругой зоны вычисляется по формуле (6.26)

где б вычисляется по формуле (6.27)

l = 1,2·0,5 = 0,6 м.

Усилие действующее на боковые валки вычисляется по формуле (6.28)

Усилие действующее на средние валки вычисляется по формуле (6.29)

Момент, затрачиваемый на деформации вычисляется по формуле (6.30)

Момент затрачиваемый на трение качения валков на заготовке и трение на подшипниках вычисляется по формуле (6.31)

Суммарный крутящий на боковых валках Мк, Н·м, вычисляется по формуле (6.32)

Мк = 46054 + 34025 = 80079 Н·м.

Мощность привода машины вычисляется по формуле (6.33)

Листогибочная машина ИВ2426Ф1 (N=66кВт)

б) участок III

лист 2000х4000х60

уф = 220 МПа

Радиус по средней толщине обечайки вычисляется по формуле (6.24)

R = (1800+60)/2 = 930 мм.

Изгибающий момент М вычисляется по формуле (6.25)

где k - коэффициент упругой зоны вычисляется по формуле (6.26)

где б вычисляется по формуле (6.27)

Усилие действующее на боковые валки вычисляется по формуле (6.28)

Усилие действующее на средние валки вычисляется по формуле (6.29)

Момент, затрачиваемый на деформации вычисляется по формуле (6.30)

Момент затрачиваемый на трение качения валков на заготовке и трение на подшипниках вычисляется по формуле (6.31)

Суммарный крутящий на боковых валках Мк, Н·м, вычисляется по формуле (6.32)

Мк = 101498 + 79308 = 180806 Н·м.

Мощность привода машины вычисляется по формуле (6.33)

6.7 Прессовые операции

К прессовым операциям относятся обработка давлением заготовок из листового проката и объемных заготовок на прессах. Из базовых деталей штамповкой на прессах изготавливаются днища.

а) Верхнее днище

усилие гидропресса рассчитывается по формуле

где уtв - предел прочности металла, соответствующий температуре конца штамповки, МПа;

n - коэффициент, учитывающий характер вытяжки упрочнения металла заготовки и силы трения в штампе, n =1,5;

D3 - диаметр заготовки для днища;

Dc - средний диаметр готового днища, м;

S - толщина металла заготовки, S = 20 мм.

По таблице

Высота цилиндрической части h1 = 60 мм.

Диаметр развертки эллиптического днища вычисляется по формуле

Dp = 2,24м.

Технологический припуск вычисляется по формуле

A = 2S, (6.36)

А=2·0,02=0,04 м.

Диаметр заготовки для днища вычисляется по формуле

Dз = Dp + A, (6.37)

Dз = 2,24 + 0,04 = 2,28 м.

Средний диаметр готового днища вычисляется по формуле

Dc = Dв + S, (6.38)

Dc = 1,8 + 0,02 = 1,82 м.

Усилие гидропресса вычисляется по формуле (6.34)

б) Нижнее днище

По таблице

Высота цилиндрической части h1 = 100 мм.

Диаметр развертки эллиптического днища вычисляется по формуле (6.35)

Dp = 2,361м.

Технологический припуск вычисляется по формуле (6.36)

A = 0,12 м.

Диаметр заготовки для днища вычисляется по формуле (6.37)

Dз = 2,361 + 0,12 = 2,481 м.

Средний диаметр готового днища вычисляется по формуле (6.38)

Dc = 1,8 + 0,06 = 1,86 м.

Усилие гидропресса вычисляется по формуле (6.34)

7. Сборочно-сварочные операции. Расчет режимов сварки и подбор сварочных материалов

Сборка свариваемых элементов в аппаратостроении не является законченной частью технологического процесса. Она предшествует операциям сварки и фиксирует положение свариваемых элементов в пространстве, последующая операция сварки окончательно закрепляет положение деталей, установленное при сборке под сварку. В процессе сварки под действием сварочных напряжений возможно изменение пространственного положения соединяемых элементов. Поэтому на операции сборки на сварку накладывается дополнительные условия учета сварочных напряжений и деформаций. Особенностью является также наличие сварочного зазора.

Из возможных видов сборки свариваемых элементов более распространенной является стационарная сборка. Это объясняется характером нефтяного аппаратостроения как разновидности тяжелого машиностроения с единичным и мелкосерийным производством.

В операцию сборки свариваемые элементов входят следующие виды работ:

- установка привариваемых элементов в сборочных приспособлениях;

- проверка сопряжений кромок и сборочных баз;

- подгонка свариваемых элементов;

- фиксация кромок неразъемными и разъемными способами;

- сварка и последующая обработка.

На сборку поступают детали после прохождения заготовительных операций. Поэтому здесь проявляется качество выполнения операций, согласованность функциональных и технологических допусков.

7.1 Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка характеризуется большим количеством проходных швов, первый проход выполняется электродами диаметром от 3 до 4 мм, так как применение электродов большого диаметра затрудняет провар корня шва. Чтобы избежать непровара при ручной сварке и добиться нормального формирования шва прибегают к скосу кромок.

Режим сварки - совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. При ручной сварке такими характеристиками являются: диаметр электрода, сила сварочного тока, скорость перемещения электрода вдоль шва, род тока, полярность.

Рассчитаем режимы ручной электродуговой сварки для соединения 1-го участка и днища. При толщине свариваемых листов S = 20 мм, принимаем диаметр электрода dэл=4 мм.

Геометрические размеры шва принимаем по ГОСТ 5264-80 и сводим их в таблицу 7.1

Таблица 7.1 - Геометрические размеры разделки кромок

S	b	h	е	e1	q	q1	б, град
20	5±1	18	32±3	6±1			50

Рисунок 7.1.1 - Сечение стыкового шва

При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать 28 мм2.

Площадь поперечного сечения первого прохода F , мм2 вычисляется по формуле

F1 = (6...8) dэл , (7.1)

F1 = 7 . 4 = 28 мм2.

Площадь поперечного сечения последующих проходов F, мм2 вычисляется по формуле

Fc = (8...12)dэл , (7.2)

Fc = 10 . 4 = 40 мм2.

Площадь сечения стыкового шва с V-образной разделкой и подваркой F, мм вычисляется по формуле

Fш = 0,75е . q +b . S + 0,75 е1 . q1 + h2 . tgб/2, (7.3)

где е - ширина выпуклости шва, мм;

q - высота выпуклости шва, мм;

b - величина зазора между свариваемыми частями;

e1 - ширина подварки корня шва, мм;

q1 - высота подварки корня шва, мм;

h - высота обработанной части кромки, мм;

б - угол разделки кромок.

Fш = 0,75.32 . 0,5 + 5.20 +0,75.6. 1+ 182 . tg50°/2 = 268 мм2.

Общее число проходов вычисляется по формуле



Принимаем n = 7.

Величина сварочного тока, А

, (7.5)

где i - допустимая плотность тока, i =10 А/мм2;

Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке изменяется в пределах от 20 до 36 В и при проектировании технологических процессов ручной сварки не регламентируются. Скорость перемещения дуги, м/ч вычисляется по формуле

, (7.6)

где б - коэффициент наплавки, б = 8 г/Ач;

г - плотность наплавленного металла, г = 7,8 г/см3;

fh - площадь поперечного сечения наплавленного металла см2;

Полученные расчетным путем значения режимов ручной дуговой сварки сведем в таблицу 7.2

Таблица 7.2 - Режимы ручной дуговой сварки

Fшл , мм2	n	IСВ, А	Vп.д, м/ч
268	7	125	0,5

По [2.табл. 91] выбираем тип электрода и марку покрытия для сварки третьего участка из стали 03Х23Н28Ю4Т и нижнего днища. Электрод
Э -08Х20Н9Г2Б с покрытием ЦЛ-17.

7.2 Автоматическая сварка под слоем флюса

Сварку под слоем флюса производят голой электродной проволокой, которую подают в зону горения дуги специальным механизмом, называемым головкой автомата. Токопровод к проволоке осуществляется через скользящий контакт при прохождении проволоки через мундштук, изготовляемый из меди.

Малый вылет электрода, отсутствие покрытия, большая скорость подачи электродной проволоки позволяют значительно увеличить силу сварочного тока по сравнению с ручной дуговой сваркой электродами тех же диаметров, что приводит к ускорению процесса плавления сварочной проволоки, увеличению глубины проплавления основного металла, как следствие, значительному повышению производительности. Коэффициент наплавки достигает от 14 до 16 г/Ач, а в некоторых случаях даже 30 г/Ач.

Достаточно толстый слой флюса (до 60 мм), засыпаемого в зону сварки, расплавляется только на 30 %, делает дугу невидимой (закрытой) и обеспечивает хорошую защиту расплавленного металла от окружающего воздуха.

Вследствие увеличения эффективности тепловой мощности дуги может быть расширен диапазон толщин, свариваемых без скоса кромок. На качество и работоспособность сварного соединения влияет отношение ширины однопроходного шва к глубине провара. Коэффициент формы провара может изменяться в пределах от 0,5 до 4. Оптимальное его значение равно 1,5.

Отношение ширины шва к его выпуклости при хорошо сформированных швах недолжно выходить за пределы 10. Основными параметрами режима автоматической сварки под слоем флюса является сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения дуги и скорость подачи сварочной проволоки.

Произведем расчет режимов сварки под слоем флюса.

Принимаем диаметр сварочной проволоки dэл=5 мм.

Величина сварочного тока Iсв, А

где i - допустимая плотность тока, i = 40 A/мм.

Глубина провара при стыковой сварке находится в прямой зависимости от сварочного тока

h = k1Iсв, (7.8)

h = (1,15/100)·785= 9 мм.

где k1 - коэффициент пропорциональности, зависящий от рода тока и полярности диаметра электрода, а также марки флюса, k1=1,15мм/100А.

Напряжение на дуге принимаем для стыковых соединений в пределах от 32 до 40 В. Большему току и диаметру электрода соответствует большее напряжение на дуге.

Зная сварочный ток и напряжение на дуге, определяем коэффициент формы провара по графикам зависимости от сварочного тока и напряжения на дуге для сварки на переменном токе под флюсом ОСЦ-45.

Принимаем коэффициент формы провара шпр=2,4 [2,c.189].

Зная глубину провара и коэффициент формы провара, определяем ширину шва

e= шпр · h=2,4 · 9=22 мм (7.9)

Высоту выпуклости q, мм

q = e/ шпр = 22/6 = 3,6 мм, (7.10)

q = 22/6 = 3,6 мм,

где шпр - коэффициент формы выпуклости, шпр = 6.

Определяем площадь сечения наплавленного металла в зависимости от формы сечения наплавленного металла по формуле

Fн = 0,75 · e · q + b · S + h2 · tgб/2, (7.11)

Для V - образной разделки кромок e= 25,2 мм, а=60°.

Fн = 0,75 · 22 · 3,6 + 2,1 · 32 + 92 · tg(60/2) = 173 мм2.

Скорость перемещения дуги(м/ч)

где бн - коэффициент наплавки, г/Ач.

При сварке постоянным током прямой полярности и переменным током коэффициент наплавки б, г/Ач вычисляется по формуле

бн = A +B·Iсв/d, (7.13)

где А и В - коэффициенты, равные А = 7, В = 0,04.

бн = 7+ 0,04·785/5 = 13,3 г/Ач

По формуле (7.12)

Действительный коэффициент наплавки при данном вылете можно определить по формуле

бн.ч = бн + ?бн = 13,3 + 3,2 = 16,5 г/Ач, (7.14)

где ?бн - увеличение коэффициента наплавки за счет предварительного нагрева вылета электрода; определяется по графику [2, с.191].

Принимаем ?бн = 3,2 г/Ач.

Скорость подачи сварочной проволоки определяется по формуле

Полученные расчетным путем значения режимов автоматической сварки под слоем флюса сведем в таблицу 7.3

Таблица 7.3 - Режимы автоматической сварки под слоем флюса

dэл, мм	Iсв, А	Vнд	Vп.пр	e, мм	q, мм	ш	h, мм
5	785	0,1	68,1	22	3,6	2,4	9

Автоматическую сварку под слоем флюса применили для первого участка из стали 20 со вторым из стали 17Г1С, используя сварочную проволоку Св-08ГА под флюсом АН-348А, шов по ГОСТ 8713-79-С21.

7.3 Расчет режимов электрошлаковой сварки

Основными параметрами режима электрошлаковой сварки проволочными электродами являются следующие:

- диаметр электродной проволоки dэл (обычно принимается равным 3 мм, а в некоторых случаях 5 мм);

- сила сварочного тока Iсв;

- скорость подачи электрода vпэ;

- напряжение на шлаковой ванне Uшл;

- скорость сварки Vсв;

- толщина свариваемого металла S;

- сухой вылет электрода Iс;

- скорость поперечных перемещений электрода Vп.п;

- время выдержки у ползуна при сварке с поперечными колебаниями tв;

- недоход последующего электрода до предыдущего при сварке несколькими электродами с поперечными колебаниями Iн;

- число сварочных проволок - электродов nэл;

- глубина шлаковой ванны;

- зазор b;

- недоход электрода до ползуна;

- марка флюса.

Все эти параметры существенно влияют на качество и формирование сварного шва и должны правильно подбираться. При выборе их обычно исходят из следующих условий:

- выбранный режим должен гарантировать сплошность сварного соединения (отсутствие внутренних и внешних несплавлений и ширину провара кромок в пределах от 6 до 10 мм на сторону);

- в шве не должны возникать горячие (кристализационные) трещины, для чего режим сварки должен обеспечить получение оптимального коэффициента.

Произведем расчет режимов электрошлаковой сварки.

Силу сварочного тока выбирают в зависимости от отношения толщины свариваемого металла к числу электродов

Iсв = A + BS/nэл , (7.16)

Iсв = 230 + 3,5·60/3 = 300 A.

где А и В - коэффициенты, равные А=230, В=3,5, nэл=3;

Установлено, что ток в сварочной цепи зависит от скорости подачи электродной проволоки и связан с нелинейной зависимостью

Iсв = (1,6…2,2)vпэ, (7.17)

vпэ = Iсв/(1,6…2,2) = 300/2 =150 м/ч. (7.18)

Напряжение шлаковой ванны

Глубина (мм) шлаковой ванны, от которой зависит устойчивость процесса и ширина провара, является важным параметром режима и может быть вычислена по формуле

hшл = Iсв(0,0000375Iсв - 0,0025) + 30, (7.20)

hшл = 300·(0,0000375·300- 0,0025) + 30 = 32,6 мм.

Увеличение скорости сварки (м/ч) достигается за счет увеличения скорости подачи электрода и тока и уменьшения зазора, она может быть определена по уравнению

Сухой вылет электрода принимается равным Iс = 60 мм.

Скорость поперечных перемещений может быть определена по формуле

vп.п = 66 - 0,22S/nэл, (7.22)

vп.п = 66 - 0,22·60/3 = 61,6 м/ч.

Наиболее рационально применение проволоки диаметром 3 мм. Время выдержки у ползуна определяем по формуле

tв = 0,0375S/n +0,75, (7.23)

tв = 0,037560/3 +0,75 = 1,5 c.

Расстояние между электродами при поперечных перемещениях

m = S/nэл + 8, (7.24)

m = 60/3 + 8 = 28 мм.

Недоход электрода до ползуна принимаем 6 мм. Режим электрошлаковой сварки в зависимости от толщины к числу электродов может быть определен по графику, представленному на рисунке 7.3.1

Рисунок 7.3.1 - График для выбора режимов электрошлаковой сварки проволочным электродом в зависимости от отношения толщины к числу электродов

Из графика получим Iсв = 300А; hшл = 28; vпэ = 180 м/ч; Uшл= 35 В;

Uпп = 70 B; tв = 2,3 с.

Значения, полученные расчетным путем и полученные по графику, приблизительно сходятся.

Электрошлаковую сварку третьего участка и нижнего эллиптического днища из стали 03Х23Н28Ю4Т ведут с помощью сварочной проволоки

Св-10Г2 под флюсом АН-2 , шов по ГОСТ 15164-78-С-ШЭ.

7.4 Сварка разнородных сталей

Сварка разнородных сталей присутствует при сварке первого участка со вторым из стали.

Сталь 20 имеет феррито-перлитную структуру. Сталь 17Г1С феррито-перлитную структуру.

Эквивалент по хрому, %

?Cr = Cr +1,5(Si+Ti) + Mo + 0,5Nb, (7.25)

Эквивалент по никелю, %

?Ni = Ni +30C +0,5Mn + 30N2, (7.26)

а) для стали 20

?Cr = 0,25 +1,5(0,37+0) + 0 + 0,5·0 = 0,80 %;

?Ni = 0,25 +30·0,24 +0,5·0,65 + 30·0 = 7,8 %.

б) для стали 17Г1С

?Cr = 0,30 +1,5(0+0) + 0 + 0,5·0 = 0,3 %;

?Ni = 0,3 +30·0,2+0,5·1,6 + 30·0,008 = 7,3 %.

в) для сварочной проволоки Св-10Г2

?Cr = 0,20 +1,5(0,06+0) + 0 + 0,5·0 = 0,3 %;

?Ni = 0,3 +30·0,12+0,5·1,9 + 30·0= 4,9 %.

Полученные значения эквивалентов хрома и никеля заносим в таблицу 7.4

Таблица 7.4 - Эквиваленты хрома и никеля

Марка стали и проволоки	?Cr, %	?Ni, %
сталь 20	0,8	7,8
17Г1С	0,3	7,3
Св-10Г2	0,3	4,9

Полученные значения эквивалентов хрома и никеля наносим на структурную диаграмму Шеффлера (рисунок 7.4.1) Исходя из предпосылки, что свариваемые металлы в объему сварочной ванны перемешиваются поровну, их приведенный состав определяется точкой, находящейся посередине линии разбавления. В связи с тем, что эквиваленты для сталей близки по значениям, диаграмма Шеффлера является мало эффективной.

При сварке сталей 20 и 17Г1С со сварочной проволокой Св-10Г2 для получения феррито-перлитной структуры шва необходимо участие 75 %-ого присадочного материала (г0 = 25 %).

Указанные значения доли участия основного металла достигаются соответствующей разделкой кромок.

Рисунок 7.4.1 - Диаграмма Шеффлера

Рисунок 7.4.2 - Диаграмма Шеффлера в масштабе

Список использованных источников

1. ГОСТ 19903-74 Прокат листовой горячекатаный, сортамент

2. Бакиев А.В. Технология аппаратостроения: Учебное пособие.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995.-297 с.

3. ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка

4. ГОСТ 6533-78 Днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов

5. Учебно-методическое пособие для выполнения практических работ курсового проекта. Файрушин А.М., Ризванов Р.Г., Карпов А.Л.-Уфа,2004,-60с.

Размещено на Allbest.ru

...