Разработка технологического процесса изготовления сварочного аппарата

Размещено на /

Содержание

Реферат

Введение

1. Общая часть

1.1 Конструктивные особенности, назначение и условия работы аппарата

1.2 Выбор конструкционного материала

1.3 Определение размеров проката

1.3.1 Определение размеров развертки цилиндрической обечайки

1.3.2 Определение размеров развертки эллиптического днища

1.4 Расчет габаритности аппарата

1.5 Допуски и сопряжения

2. Технологический процесс изготовления сварной конструкции операции

2.1 Заготовительные операции

2.1.1 Очистка заготовок

2.1.2 Подбор листоправильной машины

2.1.3 Разметка заготовок

2.1.4 Резка

2.1.5 Подбор листогибочной машины

2.1.6 Подбор пресса для штамповки днища

2.2 Сборка свариваемых элементов

2.2.1 Сварочные напряжения и деформации

2.2.2 Приспособления и механизмы для проведения сварочных работ

2.2.3 Подбор роликового стенда

2.3 Расчет режима сварки

2.3.1 Расчет режима сварки под флюсом

2.3.2 Выбор сварочного оборудования

2.3.3 Выбор марки флюса и электрода

2.4 Операции термической обработки

2.5 Операционный контроль и контроль качества изделия

Список использованных источников

Введение

Современное состояние и перспективы развития нефтяной и газовой промышленности нашей страны определяются изменением структуры топливного баланса, ускоренным развитием химической промышленности. С этим связано многообразие химико-технологических процессов и конструкций аппаратов, развития машиностроения.

Технологические процессы производства аппаратуры охватывают почти все виды обработки металлов: горячую и холодную обработку давлением, сварку металлов и сплавов, термическую и холодную резку и др.

Одним из критериев развития аппаратостроения является внедрение неразъемных соединений. Клепаные конструкции начали применять при изготовлении первых кубовых установок. В период перехода от клепаных конструкций к сварным изготовляли комбинированные конструкции. В результате таких операций часто наблюдалось горячие трещины в сварных швах. Применение сварных конструкций значительно сократило расход металла, снизило себестоимость. Применение сварных соединений привело к экономии стали для производства аппаратуры до 33% от веса клепаных аппаратов.

Переход к сварным конструкциям объясняется достижениями науки в области теории и практики сварочных процессов, физических методов контроля швов.

1 Общая часть

1.1 Конструктивные особенности, назначение и условия работы аппарата

Колонна состоит из двух частей. Нижняя часть оборудована шестью каскадными и пятью желобчатыми тарелками. Верхняя часть колонны оборудована 14 желобчатыми тарелками.

Техническая характеристика ректификационной колонны:

рабочие условия:

давление, МПа 2,4

температура среды, єС 350

габаритные размеры, мм:

диаметр 2400

высота 24000

высота опоры 1200

масса аппарата, т 145

1.2 Выбор конструкционного материала

Основной вид проката, применяемый для изготовления корпусов колонной аппаратуры – это листовой прокат.

Учитывая высокую коррозионную активность компонентов обрабатываемой среды (высокосернистый мазут) в качестве основного конструкционного материала выбирали двухслойную сталь по с основным слоем из углеродистой стали марки ВСт3сп и плакирующим слоем из нержавеющей жаростойкой стали аустенитного класса марки 08Х13. Химический состав стали и ее механические свойства приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 – Химический состав сталей

Марка стали	Содержание элементов, %
	С	Mn	Si	Cr	Ni	S	P
ВСт3сп5	0,14-0,22	0,4-0,65	0,12-0,30	≤0,30	≤0,30	≤0,05	≤0,04
08Х13	≤0,08	≤0,8	≤0,8	12-14	≤0,6	≤0,025	≤0,03

Таблица 2 – Механические свойства сталей

Марка стали	σт, МПа	σв, МПа	δs, %	aн, МДж/м2
ВСт3сп5	≥210	≥380	≥25	≥0,5
08Х13	≥300	≥430	≥38	≥23

Низкоуглеродистые стали до 0,25% углерода, обладают хорошей свариваемостью. Сварные соединения легко обрабатываются режущим инструментом.

Сталь ВСт3сп5 имеет следующие характеристики: температура начала ковки 1300 °С; температура конца ковки 750 °С; охлаждение на воздухе; способы сварки: ручная дуговая, автоматическая дуговая под флюсом, электрошлаковая; обрабатываемость резанием – в горячем состоянии.

Сталь 08Х13 имеет следующие характеристики: температура начала ковки 1220 °С; температура конца ковки 850 °С; охлаждение на воздухе; способы сварки: ручная дуговая, автоматическая дуговая под флюсом, аргонодуговая; обрабатываемость резанием – в закаленном и отпущенном состоянии.

1.3 Карты раскроя

1.3.1 Определение размеров развертки цилиндрической обечайки

Карта раскроя представляет собой чертеж развертки на плоскости, который определяет количество и габаритные размеры листов – заготовок, а также продольные и поперечные швы, их расположение и протяженность. Картой раскроя определяются основные технологические операции и их последовательность, точность изготовления, влияние на себестоимость и отходы металла. Поэтому карту раскроя необходимо рассматривать в нескольких вариантах.

Карта раскроя первого типа (продольная ось симметрии листов перпендикулярна оси аппарата).

Рисунок 1 – Метод обечаек

Периметр обечайки П, мм, определяли согласно [1, с.101]:

П = p Ч (Dв + S), (5)

где Dв – внутренний диаметр колонны, мм;

S – толщина стенки обечайки, мм.

П = 3,14 Ч (3000 + 12) = 9462,48 мм

Согласно [3, с.62] выбрали 9 листов с размерами L = 4500 мм и В = 2000 мм и 9 листов с размерами L = 5000 мм; В = 2000 мм.

Площадь отхода Sотх, м2, определяли по формуле:

Sотх = S – So, (6)

где S – фактическая площадь, м2;

So – необходимая площадь, м2.

Фактическую площадь S, м2, определяли по формуле:

, (7)

Необходимую площадь So, м2, определяли по формуле:

, (8)

где Lц – длина цилиндрической обечайки аппарата, м.

Процент отхода D, %, определяли по формуле:

, (9)

.

Построим карту раскроя второго типа (продольная ось симметрии листов параллельна оси корпуса).

Рисунок 2 – Метод карт

Согласно [3, с.62] выбрали 10 листов с размерами L = 6000 мм и В = 2000 мм и 5 листов с размерами L = 5500 мм; В = 2000 мм.

Фактическую площадь S, м2, определяли по формуле:

, (10)

Площадь отхода Sотх, м2, определяли по формуле:

Sотх = S – So, (11)

где S – фактическая площадь, м2;

So – необходимая площадь, м2.

Процент отхода D, %, определяли по формуле:

.

Процент отхода карты раскроя первого типа меньше, следовательно, для изготовления корпуса приняли метод обечаек. Окончательно приняли:

1.3.2 Определение размеров развертки эллиптического днища

Днище выбрали согласно ГОСТ 6533 по внутреннему диаметру аппарата согласно [4, с.117].

Таблица 3 – Геометрические размеры днища

Двн, мм	Sд, мм	Нд, мм	Hц, мм	Fд, м2	Vд, м3
3000	12	750	60	10,32	3,9423

Рисунок 3 – Днище эллиптическое

Диаметр развертки Dр, мм, определяли согласно [1, с.101]:

, (12)

где Dвн – внутренний диаметр эллиптического днища, мм;

S – толщина стенки днища, мм;

h1 – высота цилиндрической части днища, мм;

eвн – коэффициент, определяемый согласно [1, с.101].

, (13)

, (14)

Диаметр заготовки Dз, мм, определяли согласно [1, с.103]:

Dз = Dр + 2Чzн, (15)

где 2Чzн – технологический припуск на обработку, мм.

Технологический припуск на обработку 2Чzн, мм, определяли согласно

[1, с.103]:

2Чzн = 0,03ЧDр, (16)

2Чzн = 0,03Ч3668 = 110 мм

Dз = 3668 + 110 = 3778 мм

Для изготовления днищ согласно [3, с.64] приняли 4 листа:

1.4 Определение габаритности аппарата

Величину отклонения наружу концов аппарата С, м, выходящих за шкворни тележек вагона, определяли согласно [3, с.28]:

, (1)

где l – длина аппарата, мм;

l1 – базовая длина вагона, мм;

R – радиус закругления, мм.

Длину аппарата l, мм, определяли согласно задания:

l = 17390 мм

Длину базы вагона l1, мм, принимали согласно [3, с.27]:

l1 = 9300 мм

Радиус поворота вагона R, мм, принимали согласно [3, с.30]:

R = 320000 мм

Коэффициент износа ходовых частей подвижного состава К, мм, определяли согласно [3, с.28]:

, (2)

Расчетный габарит по ширине аппарата А, мм, определяли согласно [3, с.29]:

, (3)

где Dн – наружный диаметр аппарата, мм.

Наружный диаметр аппарата Dн, мм, определяли согласно задания:

Стандартное значение габарита по ширине аппарата принимали согласно

[3, с.30]:

А = 3400 мм

Максимальную длину аппарата lmax, мм, определяли согласно [3, с.28]:

, (4)

Аппарат является габаритным, если выполняется условие:

lmax > l,

22330 мм > 17390 мм

Условие выполняется.

Из условия видно, что аппарат габаритен.

2 Технологический процесс изготовления сварной конструкции

2.1 Заготовительные операции

2.1.1 Очистка проката

В результате прокатки на поверхности стали образуется окалина, а за время транспортирования и нахождения на складе на поверхности стали может образоваться ржавчина и появиться загрязнение.

Ржавчину, окалину и загрязнения на поверхности металла можно удалять разными способами: химическим, термическим, механическим.

Для очистки травлением применяют слабые растворы кислот, которые погружают или которыми смачивают обрабатываемые поверхности, однако, этот способ очистки мало распространен вследствие неблагоприятных условий труда.

Основными способами очистки поверхности металлических заготовок являются дробеметный способ и пескоструйная очистка.

Очистку проката от окалины и ржавчины можно производить методами газопламенной обработки: многопламенной газовой горелкой передвигаемой вдоль обрабатываемой поверхности. При этом поверхность нагревается до температуры, не превышающей 150 – 200 °С, т. е. очистка не сопровождается структурными изменениями в металле.

2.1.2 Подбор листоправильной машины

Правка представляет собой разновидность обработки металлов давлением и осуществляется путем многократного знакопеременного пластического изгиба обрабатываемого металла при напряжениях выше предела текучести.

Для правки листового проката применяли правильные роликовые машины.

Подбор листоправильной машины сводили к определению мощности привода.

Исходные данные:

Размеры листа:

ширина b, мм 2000

толщина s, мм 12

Марка стали ВСт3сп5

Предел текучести σт, МПа 210

Коэффициент упругой зоны третьего ролика k3, приняли согласно [3, с.90]:

k3 = 0,06

Коэффициент второго ролика k2, приняли согласно [3, c.89]:

k2 = 2 Ч k3, (17)

k2 = 2 Ч 0,06 = 0,12

Остальные значения ki, определяли согласно[3, c.89]:

, (18)

где n – число роликов;

i – порядковый номер ролика.

Общее количество роликов n, приняли согласно [3, c.90]:

n = 9

Усилие на первый ролик Р1, кН, определяли согласно [3, c.91]:

, (19)

где sт – предел текучести стали, Па;

В – ширина листа, м;

S – толщина листа, м;

t – шаг правильных роликов, м.

Шаг правильных роликов принимали согласно [3, с.84]:

t = 250 мм

Усилие на втором ролике Р2, кН, определяли согласно [3, C.91]:

, (20)

Усилие на остальных роликах Рi, кН, определяли согласно [3, с.91]:

, (21)

Крутящие моменты Мi’, Мi’’, Мi’’’, Н Ч м, необходимые для вращения роликов, определяли согласно [3, с.94]:

, (22)

, (23)

, (24)

где D – диаметр роликов, мм;

Е – модуль упругости стали, Па;

f – коэффициент трения качения ролика по прокату;

d – диаметр цапфы ролика, мм;

m – коэффициент трения в подшипниках качения.

Диаметр роликов D, мм, принимали согласно [3, с.84]:

D = 230 мм

Модуль упругости Е, Мпа, принимали согласно [5, с.285]:

Е = 2Ч105 МПа

Коэффициенты f и m принимали согласно [3, с.94]:

f = 0,1 мм

m = 0,1

Диаметр цапфы ролика d, мм, принимали согласно [3, с.94]:

d = 150 мм

М1’ = 0

М1’’ = 120379Ч0,1Ч10-3 = 12 НЧм

М1’’’

М2’ =

М2’’ = 361574Ч0,1Ч10-3 = 36,2 НЧм

М2’’’

М3’ =

М3’’ = 480489Ч0,1Ч10-3 = 48 НЧм

М3’’’

М4’ =

М4’’ = 471070Ч0,1Ч10-3 = 47,1 НЧм

М4’’’

М5’ =

М5’’ = 450331Ч0,1Ч10-3 = 45 НЧм

М5’’’

М6’ =

М6’’ = 418191Ч0,1Ч10-3 = 41,8 НЧм

М6’’’

М7’ =

М7’’ = 374651Ч0,1Ч10-3 = 37,5 НЧм

М7’’’

М8’ =

М8’’ = 255655Ч0,1Ч10-3 = 25,6 НЧм

М8’’’

М9’ = 0

М9’’ = 80640Ч0,1Ч10-3 = 8,1 НЧм

М9’’’

Общий крутящий момент Мi(k), Н Ч м, на каждом ролике машины определяли согласно [3, с.94]:

Мi(k) = M’ + M’’ + M’’’, (25)

где М’ – момент, затрачиваемый на деформацию полосы, НЧм;

М’’ – момент, возникающий от сил трения качения полосы по роликам и проскальзывания полосы по роликам, НЧм;

М’’’ – момент от сил трения в подшипниках ролика, НЧм.

Суммарный крутящий момент Мк, кН Ч м, на всех роликах определяли согласно [3, с.96]:

Мк = М1(к) + М2(к) + М3(к) + М4(к) + М5(к) + М6(к) + М7(к) (26)

Значения моментов рассчитанные по формулам (25), (26) занесем в таблицу 4

Таблица 4 – Значения крутящих моментов

, Н·м	, Н·м	, Н·м	, Н·м	, Н·м
	0	12	902,8	914,8
	2243,5	36,2	2711,8	4991,5
	4773,2	48	3603,7	8424,9
	947,6	47,1	3533	4527,7
	437,4	45	3377,5	3859,9
	246	41,8	3136,4	3859,9
	152	37,5	2809,9	2999,4
	100,4	25,6	1917,4	2043,4
	0	8,1	604,8	612,9
				31798,7

Мощность привода правильной машины определяли по формуле [3, с.96]:

, (27)

где – скорость правки, м/с;

D – диаметр роликов, м;

h – к. п. д.

Скорость правки