Вертикальный теплообменник

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Выпускная квалификационная работа содержит 71 с., 22 рис., 9 табл., 38 использованных источников, 4 прил. Графическая часть из 6 листов формата А1.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, РАСЧЕТ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕС, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНТРОЛЬ, РЕЖИМЫ

Объектом разработки является сварная конструкция корпуса теплообменного аппарата 325ТНВ из стали 12Х18Н10Т.

Предметом исследования является процесс сборки и сварки корпуса теплообменного аппарата 325ТНВ из стали 12Х18Н10Т.

Цель работы: разработка технологии сборки и сварки корпуса теплообменного аппарата 325ТНВ из стали 12Х18Н10Т в соответствии с НТД. сварной конструкция технологический оборудование

Задачи выпускной квалификационной работы:

а) проанализировать объект производства;

б) спроектировать сварную конструкцию изделия;

в) разработать технологию сборки и сварки изделия с выбором материалов, оборудования и средств технологического оснащения.

В работе был проанализирован базовый вариант и разработана усовершенствованная технология сборки и сварки корпуса теплообменника путем замены: автоматической сварки на более производительную для нержавеющей стали - ручную аргонодуговую сварку неплавящимся электродом.

Эффективность спроектированной сварной конструкции и разработанной технологии определяется высокой производительностью на основе механизации операций сборки и сварки корпуса теплообменника.

Разработанная технология может применяться для изготовления корпуса теплообменного аппарата из стали 12Х18Н10Т.

Содержание

Введение

1. Литературно-патентный обзор

2. Анализ объекта производства

2.1 Служебное назначение и описание конструкции

2.2 Технические требования

3. Проектирование и расчет элементов конструкции изделия

3.1 Выбор материала изделия

3.2 Оценка свариваемости основных материалов конструкции

3.3 Расчет внутреннего давления - расчетного и пробного

3.4 Расчет толщины стенки корпуса теплообменника

3.5 Расчет сварных соединений на прочность

3.6 Расчет сварочных деформаций

4. Разработка технологии сборки и сварки изделия

4.1 Разработка схемы технологического процесса изготовления

4.2 Заготовительные операции

4.3 Выбор и обоснование способов сборки и сварки изделия

4.4 Выбор сварочных материалов

4.5 Расчет параметров режимов сварки

4.6 Выбор сварочного оборудования

5. Контроль качества сварных соединений

6. Выбор и модернизация средств технологического оснащения

6.1 Вращатель горизонтальный ВГ-4

Заключение

Список используемых источников

Приложения



Введение

Сваркой называется процесс соединения металлических и неметаллических материалов, при котором устанавливаются межатомные и межмолекулярные связи по контактируемым поверхностям соединяемых деталей.

Сварка имеет применение в промышленности, как при изготовлении новых изделий, так и при ремонтных работах.

Сварка наряду с литьем, обработкой металлов давлением, резанием является основным технологическим процессом изготовления различных металлических конструкций и изделий.

Преимущества процессов сварки по сравнению с другими способами соединения металлов состоят в следующем:

а) в сварных соединениях отсутствует ослабление металла отверстиями, которые необходимы в клепаных соединениях;

б) в сварных соединениях нет необходимости применять промежуточные элементы, например, уголки;

в) по сравнению с литыми сварные конструкции дают большую экономию металла за счет его рационального использования, так как в литых конструкциях в одном узле не допускается сочетание тонких и толстых стенок;

г) при изготовлении сложных и тяжелых кованых изделий можно использовать принцип разделения их на ряд простых, несложных поковок с последующим соединением в одно целое с помощью сварки. При таком способе уменьшается время изготовления, упрощается технология. В настоящее время получили распространение штампосварные конструкции. Нашли применение и сварные комбинированные конструкции из проката, поковок и литья.

Сварные конструкции имеют особенности, которые могут отрицательно влиять на их прочность и надежность. Основными из них являются:

повышенная чувствительность к концентраторам напряжений и к хрупким разрушениям;

изменение исходных свойств основного материала в зоне сварного шва;

остаточные деформации и напряжения.

Влияние этих факторов можно исключить выбором схемы конструкции, правильным выбором основного и сварочного материалов, назначением оптимальной технологии заготовительных, сборочных и сварочных операций.

Единая классификация сварных конструкций затруднена их исключительным разнообразием. Их можно классифицировать пo методу получения заготовок и по целевому назначению.

При разработке проектов сварных конструкций необходимо обеспечить комплекс общих и специальных требований по точности, экономичности и рациональности.

Главное требование - это соответствие эксплуатационному назначению.

Конструкции должны быть прочными, жесткими и надежными, а также экономичными и минимально трудоемкими при изготовлении и монтаже.

Каждая конструкция проходит три этапа: проектирование, изготовление и сборку (или монтаж).



1. Литературно-патентный обзор

В предлагаемой выпускной квалификационной работе рассматривается технология сборки и сварки теплообменного аппарата 325ТНВ.

Для определения технического уровня предлагаемых способов изготовления емкостных аппаратов необходимо провести литературно-патентный обзор.

Литературно-патентный обзор выполняется с целью выяснения современного состояния научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по рассматриваемой проблеме. Тематика обзора должна отвечать решению главных задач проекта, быть направлена на изучение передовых достижений отечественной и зарубежной техники.

Патентный поиск - это оценка технического уровня и тенденций развития объектов техники, их патентоспособности и патентной чистоты, а также уровня компетентности фирмы или частного лица в данной области.

Цель патентного поиска - определение технического уровня и тенденций развития в области технологии сварки теплообменного аппарата, поиск патентной и научно-технической информации.

Регламент - это план поиска, состоит из определения вида поиска, его глубины или ретроспективности (количества лет) и его широты: перечня стран, которыми ограничивают объем поиска. В регламент входит выбор источников информации, по которым будет вестись поиск аналогов объекта, а также индекс МПК.

Источники информации выбирают исходя из установленных глубины и широты поиска, учитывая при этом реальную доступность этих источников.

Выбранные элементы регламента приведены в таблице 1. В ней указаны также индексы МПК (международная патентная классификация). В заголовке таблицы регламента указано общее название исследуемого объекта.

Дата составления регламента - 21.05.2018 г.

Объект поиска: емкостной теплообменный аппарат из стали 12Х18Н10Т.

Цель поиска информации: выявление патентной и научно-технической информации, позволяющей исследовать технический уровень и тенденции развития технологии сварки теплообменный аппарат из стали 12Х18Н10Т.

Вид исследований и вид поиска: патентные исследования, тематический поиск.

Начало поиска - 21.05.2018. Завершение поиска - 25.05.2018.

Предмет поиска: технологии сварки теплообменного аппарата из стали 12Х18Н10Т.

Страна поиска: Россия.

Источники информации, по которым будет проводиться поиск:

а) патентные:

1) наименование - описания патентов;

2) классификационные рубрики: МПК (МКИ): B23K9/16, B23K9/18, B23K8/10, B23K35/06, F35D5/02, F35H4/00, F34J5/00.

б) научно-технические:

1) наименование - реферативные журналы ВИНИТИ;

Ретроспективность: 15 лет.

Наименование информационной базы (фонда) - патентные фонды: ФИПС (интернет), Пензенского ЦНТИ, Пензенской областной библиотеки им. Лермонтова, НТБ ПГУ.

Таблица 1 - Регламент поиска

Предмет поиска	Индекс МПК	Широта поиска	Глубина поиска	Источники информации
Электродуговая сварка с использованием защитных газов	B23K9/16	Россия	15 лет	Реестр изобретений Российской Федерации ФИПС
Технология сварки стали 12X18H10T	B23K35/06	Россия	15 лет	Реестр изобретений Российской Федерации ФИПС
Технология сварки стали 12X18H10T	B23K9/167	Россия	15 лет	Реестр изобретений Российской Федерации ФИПС

B23K9/167 - электродуговая сварка с использованием защитных газов и неплавящихся электродов; B23K9/16 - электродуговая сварка с использованием защитных газов; B23K35/06 - электроды для дуговой сварки.

Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Развитие техники предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности, к технологии сварки емкостных аппаратов.

В России интенсивное применение сварки с одновременным проведением широкого круга исследований по технологии, металлургии, прочности сварных конструкций, разработки сварочного оборудования началось с середины 20-х годов в различных регионах страны.

Особую роль в развитии и становлений сварки сыграл академик

Патон Е.О., создавший в 1929 г. лабораторию, в которой в конце 30-х годов был разработан новый способ автоматическая сварка под флюсом, которая рассмотрена в данном проекте, и приведены расчеты параметров сварки для кольцевого шва при соединении днища с фланцем.

Сварка по сравнению с другими соединениями используется для соединения практически всех используемых в технике металлов толщенной от долей миллиметра до сотен сантиметров, а также некоторых неметаллов (стекла, керамики, графита и др.). Широкие возможности сварки плавлением облегчают решение задач, стоящих перед инженерами-технологами. Однако разработанный технологический процесс должен не только обеспечить требуемые свойства сварных соединений, но быть экономичным и экологически приемлемым.

В этой связи, усовершенствование технологии сварки емкостных аппаратов является одной из задач, стоящих перед производителями такого рода сварных конструкций.

Регламент поиска выполнен полностью в соответствии с заданием. Патентный поиск в области проектирования сварных деталей машиностроения проведен с ретроспективой 15 лет. Для проведения поиска привлекались патентные материалы из фондов ФИПС, Пензенского ЦНТИ, Пензенской областной библиотеки, НТБ ПГУ. Широта и глубина поиска являются достаточными. В результате поиска для последующего анализа были отобраны копии описаний изобретений и способов, а именно технологии сварки емкостных аппаратов.

В результате поиска для последующего анализа были отобраны описания изобретений и способов, применимых для технологии сварки емкостных аппаратов. Результаты поиска приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты поиска

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)	Страна выдачи вид и номер охранного документа. Классификационный индекс МПК	Заявитель (патентообладатель), страна, номер заявки, дата приоритета, дата публикации	Название изобретения (полной модели, образца)
Технология сварки стали 12Х18Н10Т	Россия, RU2232072С1, B23K 35/06	ОАО «Научно-производственная корпорация «ИРКУТ», Россия, 2003104770/02	«Неплавящийся электрод для дуговой сварки» [1]
Технология сварки стали 12Х18Н10Т	Россия, RU97106723А, B23K 9/14	Миц А.В., Россия, 97106723/02 Приоритет 24.09.2005 г. 12.05.2006 г.	«Способ сварки обечаек сосудов и устройство для его осуществления» [2]
Технология сварки стали 12Х18Н10Т	Россия, RU2505385С1, B23K 9/167	ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академика Е.И. Забабахина» Россия, 2012129428/02 Приоритет 11.07.2013 г. 21.07.2014 г.	«Способ аргонодуговой сварки неплавящимся электродом» [3]

Проанализировав найденную информацию и сравнив ее, сделаем вывод применительно к технологии сварки аппаратов:

современный технический уровень в области сварки аппаратов идет в сторону повышения уровня механизации сварочных процессов, повышения производительности труда, совершенствования оборудования и сварочных материалов;

выбор аргонодуговой сварки неплавящимся, обосновываем тем, что в условиях среднесерийного производства этот метод наиболее эффективен. Его эффективность выражается в доступной цене оборудования, небольшом сроке окупаемости нововведения. При этом данный способ дает возможность получения надёжной конструкции за счет более полного использования свойств материалов;

совершенствуется состав сварочных электродов и сварочной проволоки в сторону повышения защиты металла при сварке, придание ему требуемых механических свойств и химического состава, что в свою очередь сказывается на качестве сварного соединения.

После проведения литературно-патентного обзора определен технический уровень и тенденций развития в области технологии сварки емкостных аппаратов, найдена патентная информация.



2. Анализ объекта производства

2.1 Служебное назначение конструкции и описание конструкции изделия

Теплообменный аппарат или теплообменник, изображенный на рисунке 1, представляет собой сложное техническое устройство, в котором происходит теплообмен между двумя средами, имеющими разные температуры.

Рисунок 1 - Теплообменник

В частности, кожухотрубчатый аппарат выполнен из пучков труб, собранных в трубные решетки, ограниченных кожухами и крышками. Трубы в кожухотрубчатых теплообменниках закрепляются в трубных решетках при помощи сварки, развальцовки и сальниковых соединений.

Отличительной особенностью теплообменных кожухотрубчатых аппаратов типа ТН является жесткое соединение труб с трубными решетками.

Теплообменники ТН (с неподвижными трубчатыми решетками) могут устанавливаться как в вертикальном положении, так и в горизонтальном. Вертикальный теплообменный аппарат более удобен при размещении в рабочем пространстве.

2.2 Технические требования

Согласно заданным условиям на проектирование аппарат устанавливается в отапливаемом помещении, рабочий диапазон температур от 0 до плюс 20 °С, имеет объём 150 л, рабочее давление в корпусе сосуда при расчётах принимаем равным 0,4 МПа.

Данная конструкция проектируется в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52630-2012 [4], ГОСТ 31842-2012 [5] и ФНП № 116 от 25.03.2014 г. [6], относится к вертикальным ёмкостным аппаратам.

Рабочей средой теплообменника является водный раствор хлорида кальция, по степени воздействия на организм является веществом умеренно опасным, таким образом относится к 3-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 [7], по ГОСТ 12.1.004-91 [8] и ГОСТ Р 51330.5-99 [9] является средой пожаробезопасной и взрывобезопасной.

Расчётный срок службы конструкции 6 лет. Назначенный срок службы - 5 лет. При этом необходимо соблюдать требования ФНП № 96 от 11.03.2013 г. с изм. от 26.11.2015 г. [10].

Для заданных условий эксплуатации группа сосуда 3 по ПБ 03-584-03 [11].

Состояние поставки аппарата в сборочном виде, причём штуцера должны быть заглушены.

Отметки положения центра масс «ЦМ» выполняются на противоположных сторонах аппарата эмалью НЦ-132К красной по ГОСТ 6631-74 [12] шириной 5 мм, длиной 50 мм. Шрифт букв 14 - Пр3 по ГОСТ 26.020-80 [13].

Снаружи на корпус аппарата крепится табличка, на которую наносится:

- заводской номер;

- год изготовления;

- масса;

- клеймо ОТК.

На корпусе под табличкой наносится:

- наименование предприятия изготовителя;

- заводской номер изделия;

- год изготовления;

- клеймо ОТК;

- наименование и обозначение изделия.

Маркировку выполняют удобным способом. Размер шрифта не менее 4 мм, глубина маркировки от 0,2 до 0,3 мм.

Технические заглушки с двух сторон покрываются грунтом ГФ-021 изготовленным по ГОСТ 25129-82 [14].

Крепёжные изделия, опорную поверхность, поверхности бобышки до окраски смазывают смазкой Литол 24 по ГОСТ 21150-85 [15]. Варианты защиты В3-4 по ГОСТ 9.014-78 [16].

Расконсервация поверхностей, покрытых смазкой Литол 24 по ГОСТ 21150-87 [15] - на месте монтажа скребками, с последующим протиранием насухо ветошью, смоченной в бензине - растворителе, для резиновой промышленности.

Теплоизолировать изделие необходимо на месте монтажа. Толщина теплоизоляции 50 мм. Расположение скоб и штырей для теплоизоляции регламентируется по ГОСТ 17314-81 [17].

Строповку аппарата необходимо осуществлять при температуре окружающего воздуха не ниже минус 20 °С.

Сейсмичность района, в котором будет эксплуатироваться аппарат, не должна превышать 6 баллов по СНиП II-7-81 [18].

3. Проектирование и расчет элементов конструкции изделия

3.1 Выбор материла изделия

Материал для изготовления стальных конструкций выбирается исходя из ряда признаков. Сталь должна обладать необходимой прочностью, быть достаточно пластичной, хорошо свариваться и сопротивляться динамическим воздействиям без перехода в хрупкое состояние. При необходимости значительно снизить массу конструкции и повысить её коррозионную стойкость.

Подобранный материал должен обеспечить надёжность эксплуатации конструкции в течение расчётного срока службы с учётом заданных условий эксплуатации, характера и состава среды, а также влияния температур, действующих на аппарат.

Изделия, которые в последствие собираются в единую конструкцию путём сварки, должны быть изготовлены из материала одинакового по химическому составу.

Для изготовления аппарата и его элементов должны применятся материалы, приведённые в ПБ 03-584-03 [11] и ГОСТ Р 52630-2012 [4].

Коррозионностойкие стали выпускаются по ГОСТ 5632-72 [19].

При выборе марки стали нужно учитывать то, что основная часть аппарата изготавливается из листового материала, поэтому необходимо руководствоваться производимым по ГОСТ 7350-77 [20] прокатом.

Учитывая условия эксплуатации аппарата, его заданный срок службы, назначение и изготавливаемый прокат стали, принимаем в качестве основного материала коррозионностойкую сталь 12Х18Н10Т.

Сталь 12Х18Н10Т используется для изготовления горячекатанного проката - сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, а также труб и кругов, проволоки и поковки.

Химический состав, и механические свойства стали 12Х18Н10Т приведены в таблицах 3, 4.

Таблица 3 - Химический состав стали 12Х18Н10Т [16]

Элемент	C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	Ti
Содержание %	до 0,12	до 0,8	до 2,0	9,0 … 11,0	до 0,02	до 0,035	17,0 … 19,0	до 0,3	5 • С … 0,8

Таблица 4 - Механические свойства стали 12Х18Н10Т при Т = 20°С [17]

Параметр	Предел текучести, МПа	Временное сопротивление разрыву, МПа	Относительное удлинение, %
Значение, не менее	205,0	530,0	40,0

3.2 Оценка свариваемости основных материалов конструкции

Вся конструкция собирается с помощью сварки. Способность материалов образовывать сварное соединение определяется испытаниями на свариваемость.

Свариваемость (соединяемость) - свойство материала образовывать неразъемное соединение с требуемым качеством и уровнем физико-механических и функциональных свойств соединения, как в процессе его получения, так и при эксплуатации изделия.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая - хорошо сваривающиеся; вторая - удовлетворительно сваривающиеся; третья - ограниченная свариваемость; четвёртая - плохо сваривающиеся стали.

Основным критерием свариваемости для нержавеющих сталей является хромоникелевый эквивалент, в соответствии с ним определяется свариваемость стали.

Эквивалентное содержание хрома определяется по формуле [1]:

, (1)

где Cr - содержание хрома в %;

Mo - содержание молибдена в %;

Nb - содержание ниобия в %;

Al - содержание алюминия в %;

Si - содержание кремния в %;

W - содержание вольфрама в %;

Ti - содержание титана в %;

V - содержание ванадия в %.

Эквивалентное содержание никеля определяется по формуле [2]

, (2)

где Ni - содержание никеля в %;

Mn - содержание марганца в %;

C - содержание углерода в %;

N - содержание азота в %.

Для стали 12Х18Н10Т эквиваленты хрома и никеля будут равны:

По диаграмме Шеффлера, показанной на рисунке 2, сталь 12Х18Н10Т относится к аустенитным и имеет хорошую свариваемость.

Свариваемость у стали 12Х18Н10Т без ограничений.



Рисунок 2 - Диаграмма Шеффлера

3.3 Расчёт внутреннего давления - расчётного и пробного

Проектируемый корпус аппарата, состоит из следующих основных частей:

- цилиндрическая часть (обечайка);

- двух днищ;

- четырёх штуцеров различного технологического назначения;

- пучка труб, расположенного внутри конструкции;

- двух опор для установки аппарата по месту назначения.

Согласно исходным данным на проектирование внутренний диаметр сосуда Dв равен 315 мм.

Высоту цилиндрической части (обечайки) l, исходя из конструктивных соображений, принимаем равной 1206 мм.

Высота внутренней части всего аппарата L является суммой высоты двух днищ и цилиндрической части аппарата.

Схема и основные размеры аппарата представлены на рисунке 3.

Определяем допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т. Для этого согласно исходным данным принимаем расчётную температуру tрас равной 20 °С.

По ГОСТ 14249-89 [21] допускаемое напряжение для данной марки стали при расчётной температуре находится по формуле [3]:

, (3)

где: з - поправочный коэффициент;

Rp1,0 - условный предел текучести при 1 %-ном остаточном удлинении по ГОСТ 14249-89 [21];

nт - коэффициент запаса прочности.

Принимаем

з = 1,

Rp1,0 = 276 МПа,

nт = 1,5



Рисунок 3 - Схема и основные размеры теплообменника: L - высота внутренней части всего аппарата, l - высота обечайки, D - диаметр сосуда

Опираясь на исходные данные, а именно принятую ранее группу сосуда, определяем коэффициент прочности сварных соединений проектируемого аппарата по ГОСТ 14249-89 [21].

Для определения прочности сварных швов, необходима длина контролируемого участка сварных соединений. По ПБ 03-584-03 [11] таблица 21 для данной конструкции следует контролировать участки швов не менее 50 %.

Согласно ГОСТ 14249-89 [21] приложение 5 таблица 20 принимаем коэффициент прочности сварных швов. Для стыковых соединений, значение коэффициента прочности при длине контролируемых швов от общей длины от 10 до 50 % = 0,9. Для угловых швов значение коэффициента прочности при длине контролируемых участков швов от общей длины от 10 до 50 % = 0,65.

Определим расчетное и пробное внутреннее давление для проектируемого вертикального аппарата.

По ГОСТ 14249-89 [21] под расчетным давлением в рабочих условиях для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность. Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата.

При повышении давления в сосуде или аппарате во время действия предохранительных устройств более чем на 10 %, по сравнению с рабочим, элементы аппарата должны рассчитываться на давление, равное 90 % давления при полном открытии клапана или предохранительного устройства.

Давление в сосуде при действии предохранительного клапана при рабочем давлении меньше или равно 0,3 МПа определяется по формуле [4]:

Рк= Рраб+ 0,05 (4)

Давление в сосуде при действии предохранительного клапана при рабочем давлении, находящемся в пределах от 0,3 до 6,0 МПа, определяется по формуле [5]:

Рк= 1,15 · Рраб (5)

Так как рабочее давление больше 0,3 МПа, то давление в сосуде при действии предохранительного клапана определяется по формуле [5]:

Рк= 1,15 •0,4 = 0,46 МПа

Давление без учёта гидростатического давления при рабочем давлении меньше или равном 6,0 МПа определяется по формуле [6]:

Рр = 0,9 · Рк (6)

При рабочем давлении больше 6,0 МПа давление без учёта гидростатического давления определяется по формуле [7]:

Рр = Рраб (7)

Так как рабочее давление меньше 6,0 МПа, давление без учёта гидростатического давления будет определяется по формуле [6]:

Рр= 0,9 · 0,46 = 0,414 МПа

Согласно ГОСТ 14249-89 [21], если на элементы сосуда или аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5 % или более от рабочего давления, то расчётное давление повышают на величину гидростатического давления.

Гидростатическое давление среды, действующее на элементы сосуда, определяется по формуле [8]:

Рг = сс· q · Hc· 10-6, (8)

где: сс - плотность рабочей среды в аппарате, кг/м3;

q - ускорение свободного падения, м/с2;

Hc - высота среды в аппарате, м.

Рг = 1148 · 9,81 · 1,82 · 10-6 = 0,02 МПа

Так как гидростатическое давление среды равно 0,02 МПа, что составляет более 5 % от рабочего, расчётное давление с учётом гидростатического давления среды определяется по формуле [9]:



Р = Рр + Рг , (9)

Р = 0,414 + 0,02 = 0,434 МПа

Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата, определяется по формуле [10]:

Рпр= 1,25·Р· (10)

где P - расчетное давление сосуда, МПа;

[у]20 - допускаемое напряжение для материала сосуда при температуре плюс 20 °С, МПа;

[у] - допускаемое напряжение для материала сосуда при расчетной температуре, МПа.

Под расчетным давлением в условиях испытаний для элементов сосудов или аппаратов следует понимать давление, которому они подвергаются во время пробного испытания, включая гидростатическое давление, если оно составляет 5 % или более пробного давления. Определяется расчётное давление в условиях испытаний по формуле [11]:

, (11)

где: св - плотность воды, кг/м3;

q - ускорение свободного падения, м/с2

H - высота аппарата со штуцерами, м.

Так как гидростатическое давление среды меньше, чем 5 % от пробного давления, то расчётное давление в условиях испытаний Ри равно пробному давлению, и равно 0,543 МПа.

Проверяем необходимость расчёта на прочность в условиях испытаний:

Ри < 1,35 · Р ·

Ри = 0,543 МПа

1,35 · Р · = 1,35 · 0,414 · = 0,559 МПа

0,543 МПа < 0,559 МПа

Так как расчётное давление в условиях испытаний меньше расчётного давления в рабочих условиях, умноженного на 1,35, то расчёт на прочность элементов теплообменного аппарата проводить не требуется.

3.4 Расчет толщины стенки корпуса теплообменника

Обладая всеми необходимыми данными, рассчитаем толщину стенки обечайки по ГОСТ 14249-89 [21], схема обечайки представлена на рисунке 4.



Рисунок 4 - Схема обечайки в разрезе

Расчетная толщина стенки обечайки, определяется по формуле [12]:

(12)

где P - расчетное внутреннее избыточное давление, МПа;

D - внутренний диаметр обечайки, мм;

[] - допускаемое напряжение для материала обечайки при расчетной температуре, МПа;

- коэффициент прочности продольных сварных швов.

При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавку С к расчетным толщинам элементов сосудов и аппаратов.

Исполнительную толщину стенки обечайки определяется по формуле [13].

S Sp + C , (13)

где C - прибавка к расчетным толщинам, и определяется по формуле [14]:

С = С1 + С2 + С3 , (14)

где С1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

С2 - прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

С3 - прибавка технологическая, мм, в выпускной квалификационной работе не учитывается.

Прибавка для компенсации коррозии С1 определяется по формуле [15]:

С1= П + Сэ, (15)

где П - скорость проникновения коррозии, мм/год;

- срок службы аппарата, лет;

Сэ - прибавка для компенсации эрозии, мм, в выпускной квалификационной работе не учитывается.

Вычисляем прибавку для компенсации коррозии по формуле [15]:

С1 = 0,01· 6 = 0,06 мм,

Вычисляем исполнительную толщину без прибавки для компенсации минусового допуска по формуле [16]:

S Sp + С1. (16)

S 0,41 + 0,06 = 0,47 мм.

Прибавка для компенсации минусового допуска С2 учитывается в том случае, когда её значение превышает 5 % от номинальной толщины листа согласно ГОСТ 14249-89 [21].

Прибавку С2 принимают по ГОСТ 19903-2015 [22] таблица 3 в зависимости от толщины листа.

Определяем исполнительную толщину стенки с учётом прибавки на минусовой допуск по формуле [17]:

S Sp + С1+ C2, (17)

S 0,41 + 0,06 + 0,5 = 0,97 мм.

Исходя из имеющегося сортамента сортового проката, ПБ 03-584-03 [11], а также для удобства калибровки, сборки и устойчивости конструкции, принимаем толщину стенки обечайки 5 мм.

Проверяем необходимость учёта прибавки для компенсации минусового допуска стального листа толщиной 5 мм.

C2 > 0,05 · S,

C2 = 0,97 мм,

0,05 · S = 0,05 · 5 = 0,2 мм,

0,97 мм > 0,2 мм

Прибавка учитывается, так как составляет более 5 % от толщины листа.

Общая сумма прибавок равна:

С = С1+ С2= 0,06+ 0,5= 0,56мм

Для принятого значения S обечайки рассчитаем допускаемое внутреннее избыточное давление по формуле [18]:

(18)



Условие прочности:

Р < [Р]

0,434< 1,21МПа - выполняется.

Условие применения расчётных формул:

? 0,1;

= 0,014

0,014 ? 0,1 - условие выполняется.

Условия выполняются, следовательно, оставляем заданную толщину стенки 5 мм.

Днища проектируемого аппарата имеют эллиптическую форму. Основные габаритные размеры принимаются по ГОСТ 6533-78 [23].

Схема днища и основные габаритные размеры представлены на рисунке 5.



Рисунок 5 - Расчётная схема эллиптических днищ

Аналогично расчёту стенки цилиндрической обечайки произведём расчёт толщины стенки эллиптических днищ аппарата по ГОСТ 14249-89 [21].

Расчетная толщина стенки днища, определяется по формуле [19]:

(19)

где P - расчетное внутреннее избыточное давление, МПа;

R - радиус кривизны в вершине днища, мм;

[] - допускаемое напряжение для материала обечайки при расчетной температуре, МПА;

- коэффициент прочности продольных сварных швов.

Радиус кривизны днища находится по формуле [20]:

(20)



где D - диаметр нижней части днища, мм;

H - высота эллиптической части днища, мм, определяется согласно

ГОСТ 6533-78 [23].

Имея необходимые данные, рассчитаем толщину стенки днища:

Исполнительную толщину стенки элемента аппарата определяем по формуле [21].

S1 ? S1р+C , (21)

S1р+C = 0,58 + 0,06 = 0,64 мм

S1 ? 0,64 мм

Для выбора толщины стенки днищ, необходимо учесть, что к днищам проектируемой ёмкости необходимо произвести крепление штуцеров при помощи сварки. Таким образом, во избежание сварочных деформаций, а также исходя из имеющегося листового проката, ГОСТ 6533-78 [23], принимаем толщину стенки днищ равной 6 мм.

Определяем исполнительную толщину стенки с учётом прибавки на минусовой допуск по формуле [22]:

S1 S1р+ С1+ C2, (22)

S1р+ С1+ C2 = 0,58 + 0,06 + 0,8 = 1,44 мм;

S1 1,44 мм

Проверяем необходимость учёта прибавки для компенсации минусового допуска стального листа толщиной 6 мм.

C2 > 0,05 · S;

C2 = 0,8 мм;

0,05 · S = 0,05 · 6 = 0,3 мм;

0,8 мм > 0,3 мм

Прибавка учитывается, так как составляет более 5 % от толщины листа.

Общая сумма прибавок равна:

С = С1+ С2= 0,06 + 0,8 = 0,86 мм

Допускаемое давление для стенки днища рассчитывается по формуле [23]:

(23)

Условие прочности

Р < [Р]

0,434 < 4,29МПа - выполняется.

Условие применения расчётных формул

? 0,1;

= 0,016;

0,016 ? 0,1 - условие выполняется.

Условия прочности выполняются, следовательно, оставляем принятую толщину стенки днища равной 6 мм.

Как видно из приведенных расчетов, полученные значения толщины обечайки и днищ аппарата отличаются, что с технологической точки зрения приводит к необходимости дополнительной механической обработки для плавного перехода сечений в месте сварки. Технически это сложнее и может быть невыгодно экономически.

3.5 Расчет сварных соединений на прочность

Исходя из конструкции аппарата можно выделить 4 основных соединения:

- 1 продольный стыковой шов (является формообразующим соединением обечайки);

- 2 кольцевых (соединяющее обечайку с днищами аппарата);

- 4 угловых (соединяющие штуцера с днищами аппарата);

- 8 нахлёсточных (соединяющие опоры с обечайкой).

По конструктивным соображениям и последовательности выполнения технологического процесса вначале спроектируем корпус аппарата.

Произведя анализ соединений ГОСТ 14771-76 [24] можно сказать, что при известной толщине стенок обечайки и днищ лучшее проплавление корня шва обеспечит разделка кромок каждой из деталей соединения, согласно нормативной документации этому условию соответствуют типы сварных соединений С17, показан на рисунке 6, для приварки патрубка фланца к обечайке и для выполнения продольного шва обечайки.



Рисунок 6 - Конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей и шва сварного соединения типа С17 ГОСТ 14771-76, где S, S1 - толщины свариваемых деталей, б - угол скоса кромок, b - зазор между деталями, с - высота притупления, е - ширина шва, g - высота шва.

Конструктивные параметры кромок и сварных швов принимаются согласно выполненному ранее расчёту и ГОСТ 14771-76 [24].

Параметры шва С17 следующие: S = 5 мм, S1 = 5 мм, е = 7 мм, g = 1 мм.

Для приварки штуцеров к днищам и корпусу аппарата, принимаем в соответствии с ГОСТ 14771-76 [24] угловое соединение типа У6. Данный тип шва обеспечит полное проплавление сварного соединения при условии односторонней сварки с учетом рекомендаций нормативной документации. Конструктивные элементы соединения типа У6 представлены на рисунке 7.

Согласно выполненному ранее расчету и ГОСТ 14771-76 [24] кромки деталей и сварной шов имеют следующие конструктивные параметры: толщина S = 5 мм; S1 = 6 мм; e = 8 мм; q= 1 мм и S = S1 = 5 мм; e = 8 мм; q= 1 мм.

Для продольного шва обечайки применяем соединение С17, расчёт на прочность которого ведётся по формуле [24]:

(24)

уш - прочность сварного шва, МПа;

m - коэффициент условий работы;

гм - коэффициент безопасности по материалу;

n - коэффициент перегрузки;

Rн - нормативное сопротивление материала, МПа.

Прочность сварного шва находится по формуле [25]

(25)

где N - растягивающая сила, Н;

Fш - площадь поперечного сечения шва, мм2;

Рисунок 7 - Конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей и шва сварного соединения сферического днища и штуцера горловины типа У6 ГОСТ 14771-76

Растягивающая сила N будет определяться по формуле [26]:

N = Pпр· П, (26)

где П - расчетная площадь поверхности, на которую действует избыточное давление в теплообменнике.

П = 1206 · 315 = 379890 мм2.

N = 0,543 · 379890 = 206 кН.

Принимаем

m = 0,9;

гм= 1,05;

n = 1,1.

Обладая всеми необходимыми данными, определим прочность сварного шва:

34,16 Н/м2 ? 159,7 МПа

Условие выполняется, следовательно, шов работоспособен.

Проектируемые сварные соединения должны быть проверены на прочность. Проверка прочности сварных соединение С17 для приварки патрубка фланца к обечайке проводится по формуле [27]:

, (27)

где у - напряжение в сварном соединении, МПа;

[у] - допускаемое напряжение при растяжении, МПа.

Напряжение в сварном соединении находится по формуле [28]

(28)

N - продольная нагрузка, растягивающая шов, Н;

F - площадь поперечного сечения шва, мм2;

Рассчитаем величину N по формуле [29]:

N = Pпр · П, (29)

где П - площадь внутренней поверхности днища.

Так как в конструкции аппарата применяются эллиптические днища, площадь их внутренней (расчетной) поверхности, на которую действует избыточное давление, определяется по правилам геометрии, формула [30]:

(30)

где а - длина большой полуоси, мм;

b - длина малой полуоси, мм.

а =315 мм;

b =165 мм.

Тогда, исходя из равномерного распределения давления по всей площади поверхности днища аппарата, растягивающее усилие будет равно:

N = 0,543 · 81600,75 = 44309,2 Н ? 44 кН

Длина рассчитываемого сварного шва Lш находится как длина окружности свариваемых деталей по наружной поверхности с вычитанием технологической составляющей Д = 10 мм, так как шов выполняется без вводных технологических планок, формула [31]:

Lш = рD - 10, (31)

Lш = 3,14·325 - 10 = 1010,5 мм ? 1011 мм

8,7 Н/мм2 ? 165,6 МПа

Условия данного расчёта выполняются, следовательно шов работоспособен.

Расчет угловых соединений У6 (штуцера к днищу) проводим по формуле [32]:

(32)

где ф - напряжение среза в угловом сварном соединении, МПа;

[ф] - допускаемое напряжение при срезе, МПа.

Напряжение среза в угловом сварном соединении находим по формуле [33]:

(33)

Площадь поперечного сечения F для угловых швов рассчитывается по формуле [34]:

F = в · hш · Lш, (34)

где в - коэффициент определения расчетной толщины углового шва;

hш - толщина углового шва, принимаемая равной катету вписанного в шов равнобедренного прямоугольного треугольника, мм.

Для рассматриваемого углового сварного соединения величина hш будет определяться по формуле [35]:

(35)

Для штуцера длина сварного шва Lш определяется по формуле [36]:

Lш = рdш - 10, (36)

Lш = 3,14·108-10 = 329,12 мм ? 329 мм

Допускаемое напряжение при срезе [ф] рассчитываются по формуле [37]:

[ф] = (0,5…0,65) ? [у], (37)

[ф] = (0,5…0,65) ? 184 = 92…119,6

Расчётная площадь поверхности П для штуцера определяем по формуле [38]:

(38)

N = 0,543 · 9156 = 4972 Н ? 5 кН

Обладая необходимыми данными, определяем напряжение среза углового сварного соединения:

2,89 МПа ? 110,4 МПа

Условие расчёта углового сварного соединения выполняется, следовательно, сварной шов работоспособен.

Расчет угловых соединений У6 (штуцера к корпусу) проводим по формуле [39]:

(39)

где ф - напряжение среза в угловом сварном соединении, МПа;

[ф] - допускаемое напряжение при срезе, МПа.

Напряжение среза в угловом сварном соединении находим по формуле [40]:

(40)

Площадь поперечного сечения F для угловых швов рассчитывается по формуле [41]:

F = в · hш · Lш, (41)

где в - коэффициент определения расчетной толщины углового шва;

hш - толщина углового шва, принимаемая равной катету вписанного в шов равнобедренного прямоугольного треугольника, мм.

Для рассматриваемого углового сварного соединения величина hш будет определяться по формуле [42]:

(42)

Для штуцера длина сварного шва Lш определяется по формуле [43]:

Lш = рdш - 10, (43)

Lш = 3,14·80 - 10 = 241,2 мм ? 241 мм

Допускаемое напряжение при срезе [ф] рассчитываются по формуле [44]:

[ф] = (0,5…0,65) ? [у], (44)

[ф] = (0,5…0,65) ? 184 = 92…119,6

Расчётная площадь поверхности П для штуцера определяем по формуле [45]:



(45)

N = 0,543 · 4960 = 2693,28 Н ? 3 кН

Обладая необходимыми данными, определяем напряжение среза углового сварного соединения:

2,36 МПа ? 110,4 МПа

Условие расчёта углового сварного соединения выполняется, следовательно, сварной шов работоспособен.

3.6 Расчет сварочных деформаций

Т.к. более нагруженным является продольный шов обечайки, то произведем расчет только для данного шва.

Определим погонную энергию по формуле [46]:

(46)

где I - сила сварочного тока, А;

U - напряжение сварочного тока, В;

з - КПД сварочной дуги, з = 0,7?Vсв - скорость сварки.

Отношение погонной энергии к площади поперечного сечения составляет:

Поэтому кривизну С определяем по формуле [47]:

, (47)

А относительную продольную деформацию Дцт - по формуле [48]:

(48)

где - расстояние от шва до центра сечения, мм;

jxx - момент инерции в плоскости наибольшей жесткости.

= 16,25 см

Находим абсолютную продольную деформацию (абсолютное укорочение) Дl по линии центров тяжести по формуле [49]:

(49)

Тогда длина обечайки по линии центров тяжести после выполнения шва составит:

Стрелку прогиба продольного шва обечайки определим по формуле [50]:

(50)

Т.к. деформации являются ничтожно малыми, то можно сделать вывод, что они не являются критичными для конструкции теплообменного аппарата.



4. Разработка технологии сборки и сварки изделия

4.1 Разработка схемы технологического процесса изготовления

Под технологическим процессом, согласно ГОСТ 3.1109-82 [25], в машиностроении подразумевают часть производственного процесса, содержащего целенаправленные действия по изменению и определению состояния предмета труда. Технологический процесс может быть отнесен к изделию, его составной части или к методам обработки, формообразования и сборки. К предметам труда относятся заготовки и изделия. Главная цель проектирования технологического процесса - это разработка такого способа изготовления заданного изделия, который бы являлся наиболее рациональным в техническом и экономическом планах при правильном и полноценном использовании всех технических возможностей оборудования и оснастки на наиболее выгодных режимах, при минимальных затратах времени, рабочей силы, вспомогательных материалов и т.д.

Технологический процесс состоит из целого ряда технологических операций, которые выполняются в строго определенной последовательности. Согласно ГОСТ 3.1109-82 [25] технологической операцией является законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.

Обеспечение технологичности конструкции изделия регламентируется ГОСТ 14. 201-83 [26], данный стандарт устанавливает основные положения, систему показателей, последовательность и содержание работ по обеспечению технологичности.

Технологический процесс производства состоит из следующих этапов:

а) заготовительные операции (резка, правка);

б) подготовка поверхности;

в) сборка;

г) механодоработка;

д) контрольные испытания;

е) покраска;

ж) упаковка;

з) отгрузка.

4.2 Заготовительные операции

Заготовительные операции - это этап технологического процесса изготовления сварных конструкций, для которых используются детали, образованные из заготовок листового проката, труб, профилей, а также отливок, поковок и. т. д.

Заготовительные операции предусматривают изготовление заготовок и готовых деталей для сварных узлов различными способами.

Заготовительные операции при изготовлении сварных конструкций можно разделить на два основных этапа:

а) раскрой полуфабрикатов, что составляет 10 % всего объёма заготовительных работ;

б) формообразование деталей из полученных заготовок при их раскрое, что составляет 90 % всего объёма заготовительных работ. При этом более половины объёма работ связано с формообразованием деталей из листов.

К основным операциям заготовительного процесса относят:

а) составление схемы раскроя;

б) предварительная правка;

в) очистка и подготовка поверхности;

г) разметка;

д) окончательная правка;

е) обработка кромок;

ж) образование отверстий;

з) гибка (вальцовка);

и) штамповка;

й) маркировка;

к) контроль качества.

Схема раскроя металла составляется с целью минимизации отходов.

Материал для обечайки выбирается из имеющихся размерного ряда листов, указанных в ГОСТ 19903-2015 [22]. Схема условного обозначения проката изображена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема условного обозначения проката

По видам прокат подразделяется:

а) листы;

б) рулоны.

По точности изготовления по толщине:

а) повышенной точности (А);

б) обычной точности (Б).

По точности изготовления по плоскости:

а) особо высокой (ПО);

б) высокой (ПВ);

в) улучшенной (ПУ);

г) нормальной (ПН).

По характеру кромки:

а) с необрезной кромкой (НО);

б) с обрезной кромкой (О).

Размерный ряд изготавливаемого проката указан в ГОСТ 19903-2015 [22].

Выбираем заготовку для обечайки по ГОСТ 19903-2015 «Прокат листовой горячекатанный» [22]. Выбираем лист, изображенный на рисунке 9, со следующими параметрами: 1200Ч1250Ч5 (ДЧШЧТ).

Рисунок 9 - Обечайка

Для рационального выбора и использования заготовки, а также чтобы судить о расходе материала и количестве отходов необходимо определить коэффициент использования материала Kим по формуле [51]:

%, (51)

где Mф - площадь фактического листа, мм2;

Mз - площадь заданного листа, мм2.

Рассчитываем длину листа для изделия lз = р (D - S) = 3,14 (325 - 5) = 1004,8 мм.

Тогда,

С учетом выбора данных размеров листа, показанного на рисунке 10, коэффициент использования материала (Ким) равен 0,8 , что является большим предельному значению равному 0,75. Данное значение коэффициента свидетельствует о более технологичном выборе заготовки для изготовления обечайки.

Рисунок 10 - Схема раскроя выбранного для обечайки листа

Заготовку для обечайки получают путём раскроя выбранного проката с помощью термической или механической резки.

Для получения требуемых размеров заготовки обечайки выбираем станок газо-плазменной резки с ЧПУ Шквал 2П 20-30, показанный на рисунке 11, характеристики приведены в таблице 5.



Таблица 5 - Станок газоплазменной резки с ЧПУ Шквал 2П 20-30. Технические характеристики

Параметры	Значения
Размер обрабатываемого листа, мм	2050Ч3050
Габаритные размеры машины, ширина х длина х высота, мм	2140Ч3800Ч1500
Толщина реза (плазменная резка), мм	до 22
Толщина реза (газокислородная резка), мм	До 150 мм
Разрезаемый материал	черный, нержавеющий, цветной металлопрокат
Скорость резки, мм/мин	до 20 000
Технология резки	плазменная и газоплазменная
Установленная мощность, кВт	13

Рисунок 11 - Станок газоплазменной резки с ЧПУ Шквал 2П 20-30

Плазменный станок предназначен для заготовительной резки, разделительной резки. Получившиеся заготовки имеют высокую точность совпадения со схемой, таким образом, дальнейшее соединение элементов сваркой или монтажом происходит легко и без отклонений от проекта. Необходимость механической обработки изделий после резки практически отсутствует.

Для дальнейшего придания данному листу формы обечайки, используют специальную листогибочную машину - вальцы. Такие машины представляют собой станину с расположенными на ней рабочими органами - валками. Валков может быть от трёх и более.

Для получения цилиндрической заготовки требуемого диаметра выбираем листогибочную машину ИЕ2142, которая изображена на рисунке 12, характеристики приведены в таблице 6.

Рисунок 12 - Листогибочная машина ИЕ2142

Таблица 6 - Листогибочная машина ИЕ2142. Технические характеристики

Параметры	Значения
Наибольшая ширина изгибаемого листа, мм	1600
Наибольшая толщина изгибаемого листа, мм	6
Наименьший радиус гибки, мм	1,25 толщины листа
Диаметр верхнего валка, мм	100
Габаритные размеры, мм	2400Ч2000Ч2900
Масса, кг	5230
Мощность, кВт	10



4.3 Выбор и обоснование способов сборки и сварки изделия

После формообразования и подготовки поверхности детали поступают на сборку.

При сварке обечаек и труб, приварке днищ к обечайкам следует применять стыковые швы с полным проплавлением. Допускается применять угловые и тавровые швы при приварке штуцеров, люков, труб, трубных решеток, плоских днищ и фланцев. Допускается применять нахлесточные сварные швы для приварки укрепляющих колец и опорных элементов. Не допускается применение угловых и тавровых швов для приварки штуцеров, люков, бобышек и других деталей к корпусу с неполным проплавлением.

При выборе последовательности сборочно-сварочных операций, необходимо выбрать оптимальный вариант. Оптимизация должна производиться по следующим признакам:

- технологичность процесса сборки и сварки, включая удобство и безопасность работы;

- производительность процесса;

- качество сборки и сварки;

- экономичность.

Для выполнения заданных условий необходимо руководствоваться следующими соображениями:

- свободный доступ к швам при сварке;

- возможность применения специального инструмента и вспомогательного оборудования.

Способ сварки для сборки проектируемой конструкции выбирается на основании ГОСТ Р 52630-2012 [4], ПБ 03-584-03 [11]. Сосуды в зависимости от конструкции и размеров могут быть изготовлены с применением всех видов промышленной сварки, за исключением газовой сварки. Применение газовой сварки допускается только для труб и змеевиков.

Руководствуясь нормативными документами, а также известными данными принимаем для обеспечения лучшей оптимизации сварочно-сборочных работ ручную дуговую сварку.

Ручная дуговая сварка - сварка, источником энергии которой является электрическая дуга.

К основным параметрам режима ручной дуговой сварки относятся:

- диаметр электрода;

- сила сварочного тока;

- род и полярность тока (различают переменный и постоянный ток, а также ток прямой и обратной полярности).

К дополнительным параметрам относят:

- напряжение дуги;

- скорость сварки;

- положение электрода и положение изделия при сварке.

Электродуговая сварка может выполняться электродами двух типов:

- неплавящимся в процессе получения сварного соединения;

- плавящимся.

По роду защиты зоны сварки от окружающего воздуха различают:

- дуговая сварка без защиты (голым электродом, электродом со стабилизирующим покрытием);

- дуговая сварка со шлаковой защитой (толстопокрытыми электродами, под флюсом);

- дуговая сварка со шлакогазовой защитой (толстопокрытыми электродами);

- дуговая сварка с газовой защитой (в среде защитных газов);

- дуговая сварка с комбинированной защитой (газовая среда и покрытие или флюс).

Основными преимуществами данного способа сварки является:

- допускается сварка в труднодоступных местах;

- возможна сварка в любых пространственных положениях;

- сварка различных металлов, из-за широкого выбора различных марок электрода и присадочной проволоки;

- простота и транспортабельность сварочного оборудования.

Недостатками ручной электродуговой сварки являются:

- качество соединения зависит от квалификации сварщика;

- вредные условия процесса для окружающих;

- низкая производительность.

Для данной конструкции целесообразнее будет применение электродуговой сварки неплавящимся электродами.

Ручная электродуговая сварка неплавящимся электродом выполняется в среде защитных газов с применением присадочной проволоки. Такой вид сварки называют аргоновой сваркой, так как в качестве защитного газа используется инертный газ аргон.

При сварке неплавящимся электродом используют в основном стержни из чистого вольфрама, реже из графита. Для зажигания дуги неплавящимся электродом, используется специальное устройство (осциллятор) подающий высокое напряжение при 10 кВ с частотой от 10 до 1000 кГц на электрод и изделие. В зону дуги через сопло не прерывно подаётся аргон, который защищает сварочную ванну от попадания в неё вредных примесей из окружающей среды, как показано на рисунке 13.

Рисунок 13 - Схема электродуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов с присадочным материалом 

Основными преимуществами данного способа по сравнению с остальными это то, что возможна сварка самых разнообразных материалов, и получение швов высокого качества.

4.4 Выбор сварочных материалов

При выборе сварочных материалов должны учитываться состав и структура выбранного материала, способы сварки, сварочные материалы должна соответствовать техническим условиям или стандартам на их поставку, что должно быть подкреплено сертификатами.

Перед использованием сварочные материалы должны пройти проверку на соответствие их государственным и отраслевым стандартам.

Электроды для ручной электродуговой сварки покрытым электродом и присадочная проволока для сварки не плавящимся электродом поступающие на производство должны пройти ряд операций по подготовке их к выполнению сварочных работ. Последовательность операций следующая:

а) распаковка и складирование электродов и проволоки по маркам, диаметру и партиям на стеллажах;

б) проверка бирок на мотках проволоки, этикеток на пачках электродов, а также сертификатов на соответствие их требованиям стандартов, паспортов и технических условий;

в) контроль качества поверхности для электрода - отсутствие трещин, вздуваний, наплывов и откалывания покрытия. Для проволоки - отсутствие на поверхности ржавчины, масла, графитовой смазки;

г) проверка концентричности покрытия и отсутствие ржавчины на торцах электродов и под покрытием;

д) испытания сварочно-технических свойств, и выдача электродов и присадочной проволоки сварщикам.

Применять электроды или присадочную проволоку без наличия бирок и этикеток запрещено. Бирка на мотке проволоки не должна сниматься до полного использования проволоки.

Хранится электроды должны в сухом отапливаемом помещении при температуре не менее 18 °С и относительной влажности воздуха не более 50 %. Электроды и проволоку следует хранить отдельно от других материалов.

Подготовка сварочных материалов к сварке, их расход, должны фиксироваться в специальных журналах учёта.

На рабочем месте сварщика электроды необходимо хранить в термошкафу или в специальных термопеналах.

Для аргонно-дуговой сварки в среде защитных газов, электрод выбираем по ГОСТ 23949-80 [27], исходя из существующего сортамента электродов, их размеров и химического состава принимаем электрод марки ЭВИ-1. Присадочную проволоку также следует подбирать, руководствуясь выбранным ранее материалом. Для выбора присадочной проволоки необходимо опираться на ГОСТ 2246-70 [28]. Для сварки проектируемого аппарата необходима проволока для работы с коррозионностойкими сталями. Для проведения сварочных работ данной конструкции, подходит проволока Св-06Х19Н9Т, предназначается для работы с высоколегированными нержавеющими сталями. В качестве стабилизатора в ней используется титан, что обеспечивает хорошее качество шва и коррозионностойкость.

...