Сварка сосудов вварка штуцеров
МНОГОСЛОЙНЫЕ СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ТРУБЫ
В настоящее время в рулонированных сосудах высокого давления в местах вварки (приварки) штуцеров больших диаметров устанавливаются однослойные кованые обечайки и днища. Использование крупногабаритных монолитных обечаек и днищ требует приобретения дорогостоящих дефицитных поковок и значительно повышает стс-имость многослойных сосудов. В связи с этим возникает необходимость создания рулонированных сосудов со штуцерами, установленными в многослойную стенку. Замена монолитных элементов на многослойные позволит также уменьшить опасность хрупкого разрушения крупногабаритных сосудов и повысить их надежность [1].
■ Данные, приведенные в [2—4], а также выполненные, в Иркутск – НИИхиммаше прочностные исследования [5] с доведение!* до разрушения моделей и экспериментальных сосудов натурных размеров (рис. 1) подтвердили принципиальную возможность изготовления сосудов высокого давления с вварными штуцерами в многослойной стенке. Одной из основных задач при создании сосудов с боковыми вводами в многослойных элементах являлась разработка технологии вварки штуцеров, обеспечивающей необходимое качество сварных соединений.
Особенности технологии вварки штуцеров больших диаметров в многослойные элементы корпусов определяются такими конструктивными факторами: необходимостью вварки штуцеров на полную толщину стенки корпуса; многослойностью стенки; большой толщиной и жесткостью свариваемых элементов.
Наличие межслойных зазоров, большие толщины и жесткость свариваемых элементов значительно затрудняют и усложняют процесс вварки штуцеров. Зазоры между слоями могут служить причиной образования в наплавленном металле при сварке «усов», являющихся продолжением межслойных окончаний, и дефектов типа подрезов и шлаковых включений на линии раздела многослойная стенка — шов. С целью исключения отрицательного влияния межслойных зазоров на качество сварных соединений, при вварке штуцеров в многослойные элементы была применена предварительная наплавка поверхности отверстий под штуцера пластичными материалами. Наплавка поверхности отверстий в днищах необходима также для устранения дефектов толстолистового проката (расслоений^ неметаллических включений и др.).
Наплавку отверстий рекомендуется производить одним из способов — автоматическим, под слоем флюса с поперечными колебаниями электрода или ручной дуговой сваркой поперечными валиками на всю толщину стенки. Эти способы позволяют свести действие факторов, способствующих образованию «усов» и шлаковых включений в зонах, примыкающих к зазорам, до минимума. Автоматический метод применяется для наплавки поверхности отверстий диаметром более 200 мм, выполненных в виде цилиндра или усеченного конуса. При меныпих диаметрах и Х-образной разделке используется ручная дуговая сварка электродами диаметром 5 мм с применением повышенных режимов. Для автоматической наплавки ИркутскНИИхиммашем разработан специализированный наплавочный автомат, позволяющий производить за один проход наплавку шириной до 250 мм.
По результатам экспериментальных исследований установлено, что для предупреждения образования недопустимых дефектов толщина предварительной наплавки отверстий в рулонированных обечайках должна быть не менее 8 мм. В многослойных днищах удается избежать дефекты, если перед общей наплавкой отверстий произвести предварительную проточку F-образной капавки на глубину 12— 15 мм в окончаниях межслойных зазоров с последующей их заваркой пластичными материалами.
Автоматическую широкослойную наплавку отверстий рулонированных обечаек из стали 10Г2С1 и днищ из стали 09Г2С рекомендуется выполнять проволокой Св-08Г2С под флюсом АН-60, а ручную — электродами УОНИ 13/55. Наплавку отверстий обечаек из стали 12ХГНМ следует производить электродами марки 48Н-1.
Рис. 1. Разрушенный сосуд с боковыми вводами.
Выбор формы и размеров разделки под вварку штуцеров в многослойные обечайки и днища производился из условий: возможности автоматизации метода предварительной наплавки; выбранного способа вварки штуцеров; оптимального объема наплавленного металла; минимальных деформаций и напряжений сварного соединения.
Рис. 2. Конструкции разделок соединения штуцеров с многослойными элементами: а — X-образная; б — V-об* разная.
Анализ технической литературы показал, что наиболее эффективным методом вварки штуцеров в толстостенные элементы является способ сварки «поперечной горки» [6]. Эксперименты на образцах и моделях подтвердили, что данный метод вварки штуцеров обеспечивает высокую технологическую прочность и макросплошность, незначительные деформации свариваемых элементов и более высокую производительность. При этом способе сварка производится одновременно двумя сварщиками на диаметрально противоположных участках с одной наружной стороны корпуса. При опробовании различных конструкций разделок установлено, что наиболее оптимальной является У-об – разная разделка со скосом кромок в 6° как со стороны обечайки или днища, так и со стороны штуцера (рис. 2). Если ввариваемый штуцер изготовлен из хромомолибденовой стали, то на штуцер предпочтительно произвести наплавку материалами, применяемыми для их вварки и после наплавки подвергнуть термообработке. Метод «поперечной горки» целесообразно применять для вварки штуцеров с глубиной разделки не более 200 мм. При глубине свыше 200 мм бездефектные швы получить не удается. В этом случае опробована и рекомендуется к применению Х-образная разделка. При этом выступ должен располагаться на штуцере.
Отработка технологии вварки штуцеров производилась на натурных рулонированных обечайках из стали 10Г2С1 и 12ХГНМ внутренним диаметром 700—800 мм с толщиной стенки 200 мм и на многослойных пакетах толщиной 200 мм из толстолистовой стали 09Г2С, имитирующих по жесткости многослойные днища. В обечайки и пакеты вваривались штуцера из стали 20 и 22ХЗМ с условным проходом с соотношением внутреннего диаметра штуцера к внутреннему диаметру обечаек, равным ~0,3. Вварка штуцеров в обечайки из стали 10Г2С1 и пакеты из стали 09Г2С выполнялась электродами УОНИ 13/55 и в обечайки из стали 12ХГНМ — электродами 48Н-1 с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 150—200 °С. После сварки соединения подвергались термической обработке — отпуску при температуре
Рис. 3. Макроструктуры сварных соединений боковых вводов: а — в рулонированную обечайку; б — в многослойное днище.
560 -580 °С для сталей 10Г2С1, 09Г2С и 600-620 °С – для стали 12ХГНМ.
Измерение геометрических размеров свариваемых узлов до и после вварки штуцеров показало, что полученные измерения разменов обечаек находятся в пределах допусков, установленных технической документацией на изготовление рулонированных сосудов. Максимальные деформации обечаек зафиксированы в местах вварки штуцера^ где происходит утяжка штуцера внутрь обечайки.
Оценка качества сварных соединений производилась неразрушающими методами контроля и путем металлографических исследований на макрошлифах, вырезанных из различных мест сварных соединений (рис. 3).
Результаты всех видов дефектоскопии контрольных образцов показали высокое качество сварных соединений.
Разработанная технология вварки штуцеров в многослойные элементы была проверена в промышленных условиях на ПО Уралхиммаш на натурной рулонированной обечайке из стали 10Г2С1 с внутренним диаметром 1500 мм и толщиной стенки 150 мм. Проверка показала, что данная технология может быть рекомендована для внедрения при производстве крупногабаритных рулонированных сосудов. Экономический эффект от внедрения данной технологии составит около 200 тыс. руб.
МНОГОСЛОЙНЫЕ СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ТРУБЫ
Переходы нержавеющие приварные
Переход концентрический – деталь трубопроводной системы, которая соединяет два отрезка трубы, фитинга или оборудования с различным диаметром присоединяемой части. Когда на производстве есть потребность соединить по вертикали два трубопровода различного …
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛА КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ ШВОВ РУЛОНИРОВАННЫХ СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
В связи с перспективами строительства крупнотоннажных химических производств в районах с холодным климатом, а также исходя из особенностей технологического цикла изготовления РСВД, оценка вязкостных свойств и сопротивления хрупкому разрушению элементов …
ВЛИЯНИЕ КОНТАКТНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ИЗГИБНУЮ ЖЕСТКОСТЬ И ЧАСТОТУ КОЛЕБАНИИ МНОГОСЛОЙНЫХ КОЛЕЦ
Для определения напряженно-деформированного состояния многослойной стенки сварного сосуда, вызванного как внутренним давлением, так и воздействием сосредоточенных, импульсных, ветровых j сейсмических, кратковременных большой интенсивности и динамических сил работающих машин, необходимо учитывать …
Источник
7.7. Приварка штуцеров (труб) к коллекторам котлов
и трубопроводам
7.7.1. Конструкция сварных соединений штуцеров (труб) с основным элементом (коллектором, трубопроводом), выполняемых при ремонте или монтаже котлов, должна соответствовать чертежам или нормалям завода-изготовителя. При отсутствии таких указаний следует, исходя из местных условий, выбрать одну из конструкций, представленных на рис. 7.22 “а” – “д”, оформив это совместным техническим решением владельца котла (заказчика) и организации, выполняющей сварочные работы. В конструкции на рис. 7.22 “в” остающееся подкладное кольцо изготавливается из материала в соответствии с требованиями п. 6.2.10 шириной 20 – 25 мм и толщиной не менее 2 мм и не более величины, обеспечивающей минимальное проходное сечение трубы; для штуцеров (труб) номинальным наружным диаметром до 83 мм толщина кольца должна быть не более 0,1ДВН, но не более 4 мм (ДВН – номинальный внутренний диаметр штуцера).
Требования к отклонению оси штуцера от перпендикуляра к оси коллектора (трубопровода) должны указываться в конструкторской документации. В случае отсутствия таких указаний отклонение не должно превышать +/- 1,5 град. (рис. 7.23).
Примечание. При внутреннем диаметре штуцера (трубы) более 100 мм следует применять конструкции, показанные на рис. 7.22 “в”, “г”, которые позволяют контролировать качество сварного соединения с помощью ультразвуковой дефектоскопии.
7.7.2. Перед допуском к сварке производственных соединений каждый сварщик должен сварить как минимум одно контрольное (допускное) штуцерное соединение, однотипное с производственным, а для сварных соединений из хромомолибденованадиевой стали, если они в производственных условиях не будут подвергаться термообработке, – не менее двух соединений. Такие сварные соединения выполняет сварщик один раз в данной монтажной (ремонтной) организации независимо от числа изделий (котлов, трубопроводов), на которых он будет производить сварку штуцерных соединений. Контрольное соединение выполняется не реже одного раза в течение года.
Качество контрольных сварных соединений из углеродистой и кремнемарганцовистой стали, а также соединений из хромомолибденованадиевой стали, которые в производственных условиях подвергаются термообработке, проверяется путем визуального контроля, измерения швов и исследования макроструктуры шва и околошовной зоны, а сварных соединений из стали 12Х1МФ, которые в производственных условиях не подвергаются термообработке (см. п. 7.7.8), – кроме того, путем определения твердости металла шва. Для исследования макроструктуры и измерения твердости шва из каждого контрольного образца изготавливают по два поперечных шлифа.
Результаты визуального контроля этих образцов должны отвечать требованиям подраздела 18.3, измерения размеров и формы шва – п. 7.7.9 и рис. 7.22 для сварных соединений из углеродистой и кремнемарганцовистой сталей, а также для угловых сварных соединений из хромомолибденованадиевой стали с последующей термообработкой, п. 7.7.10 и рис. 7.24 – для угловых сварных соединений из хромомолибденованадиевой стали без термообработки.
Результаты исследования макроструктуры должны удовлетворять требованиям п. 18.6.24. Твердость шва угловых сварных соединений из хромомолибденовой и хромомолибденованадиевой сталей, выполненных электродами типа Э-09Х1М без термообработки (см. п. 7.7.4), определяемая как среднее арифметическое четырех измерений (по два измерения на каждом шлифе), должна быть не более 270 НВ, при этом результаты каждого измерения должны быть не выше 290 НВ.
7.7.3. При длине коллектора (трубопровода) свыше 4 м во время сварки через каждые 2,5 м необходимо установить временные опоры.
7.7.4. Для прихватки и приварки штуцеров (труб) нужно использовать электроды диаметром не более 3 мм. Для сварки элементов из углеродистой и кремнемарганцовистой стали следует применять электроды типа Э50А, из хромомолибденовой и хромомолибденованадиевой стали – электроды типа Э-09Х1М при условии, что сварные соединения не будут подвергаться термообработке (см. п. 7.7.8); если же сварные соединения будут подвергаться термообработке, то сварка должна производиться электродами типа Э-09Х1МФ.
7.7.5. Необходимость и режим предварительного подогрева при прихватке и приварке штуцеров определяются согласно требованиям п. 6.4.1. Подогрев рекомендуется осуществлять изнутри коллектора или трубопровода специальной ацетиленокислородной горелкой. При диаметре коллектора (трубопровода) менее 500 мм подогрев необходимо выполнять по всему периметру, при диаметре 500 мм и более можно подогревать коллектор (трубопровод) только вокруг зоны приварки штуцера (трубы).
7.7.6. Штуцер (трубу) в отверстие основного элемента нужно устанавливать без натяга с требуемым зазором между штуцером и очком. Прихватку штуцера (трубы) к коллектору (трубопроводу) следует производить в двух-трех точках швами длиной 10 – 15 мм. Не рекомендуется заранее устанавливать и прихватывать более трех штуцеров, которые приваривает один сварщик.
7.7.7. В случае приварки большого числа штуцеров (труб) необходимо с целью обеспечения наименьших деформаций коллектора руководствоваться следующими положениями:
приварку штуцеров должны выполнять по возможности два или четыре сварщика одновременно при общем направлении их движения от середины коллектора к его краям;
приварку штуцеров в ряду необходимо производить через два-три штуцера;
если приварку выполняют одновременно два сварщика, то первый ведет сварку по одному ряду слева направо, а второй – по соседнему ряду справа налево и т.д.
Во избежание перегрева штуцера каждый сварщик должен одновременно приваривать два или три штуцера, накладывая поочередно на каждом штуцере один-два валика.
7.7.8. Приварка штуцеров (труб) к коллекторам котлов и трубопроводам должна производиться в соответствии с требованиями конструкторской документации на конкретный объект (котел).
Для сварных соединений штуцеров (труб) с коллекторами или трубопроводами, которые не будут подвергаться термической обработке, должны быть выдержаны следующие конструкторские и технологические требования:
а) места приварки штуцеров к коллекторам (трубопроводам) – отверстия под штуцера и прилегающие участки на расстоянии 15 – 20 мм от очка – должны быть тщательно исследованы; все обнаруженные дефекты устранены или исправлены;
б) если коллектор (трубопровод) и привариваемые штуцера изготовлены из углеродистой стали, то эти элементы не ограничиваются по диаметру и толщине стенки, не ограничивается также число привариваемых к одному коллектору штуцеров (труб), однако расстояние (просвет) между ними должно быть не менее 50 мм;
в) если коллектор (трубопровод) изготовлен из кремнемарганцовистой стали, а привариваемые штуцера (трубы) – из кремнемарганцовистой или углеродистой стали, то коллектор по толщине стенки и диаметру не ограничивается, а штуцер (труба) должен иметь диаметр не более 100 мм при любой толщине стенки; число привариваемых штуцеров не ограничивается, но просвет между ними должен быть не менее 50 мм;
г) если коллектор (трубопровод) изготовлен из хромомолибденовой или хромомолибденованадиевой стали, а привариваемые штуцера (трубы) – из хромомолибденовой, хромомолибденованадиевой, кремнемарганцовистой или углеродистой стали, то коллектор по толщине стенки и диаметру не ограничивается, а штуцер (труба) должен иметь диаметр не более 60 мм и толщину стенки не более 10 мм; число привариваемых штуцеров не ограничивается, но просвет между ними должен быть не менее 90 мм <*>.
————————————
<*> Если по конструктивным или другим соображениям просвет между привариваемыми к коллектору штуцерами (трубами) будет менее 90 мм, необходимо получить заключение специализированной научно-исследовательской организации, указанной в правилах по котлам или по трубопроводам Госгортехнадзора России, о возможности такой приварки с точки зрения работоспособности конкретного изделия.
Твердость стали коллектора, изготовленного из хромомолибденовой или хромомолибденованадиевой стали, должна быть не более 195 НВ.
7.7.9. Приварку штуцеров (труб) необходимо производить многослойным швом.
При приварке штуцеров (труб) из углеродистой и кремнемарганцовистой сталей, а также штуцеров (труб) из хромомолибденовой или хромомолибденованадиевой стали с последующей термообработкой сварного соединения размеры катетов шва должны быть (см. рис. 7.22): К = S1 + 3 мм, К1 = S1 + 5 мм; допустимые отклонения составляют +2 мм для катета размером до 5 мм, +3 мм для катета размером до 12 мм и +5 мм для катета размером более 12 мм (S1 – толщина штуцера).
7.7.10. Приварка штуцеров (труб) из хромомолибденовой и хромомолибденованадиевой стали к коллекторам (трубопроводам) без последующей термообработки угловых сварных соединений должна производиться швом из шести-семи валиков с соблюдением следующих требований (рис. 7.24):
угол между поверхностями шва и штуцера должен быть не менее 150 град., катет шва на коллекторе – 12 – 14 мм, на штуцере – 17 – 22 мм;
валик 3 следует накладывать как отжигающий, т.е. расстояние от его края до места перехода шва к поверхности коллектора должно составлять 2 – 3 мм;
переход от шва к штуцеру должен быть плавным, радиусом не менее 3 мм; при необходимости плавность перехода можно обеспечить с помощью дополнительной обработки этого места сварочной дугой в среде аргона (без присадки) или абразивным инструментом, если такая обработка не приводит к подрезам на поверхности шва или штуцера.
7.7.11. Усиление углового шва наплавкой для повышения работоспособности штуцерных сварных соединений (при ремонте или реконструкции котлов) выполняется по следующей технологии:
электроды для наплавки выбирают в соответствии с требованиями п. 7.7.4; поверхность ранее выполненного шва и штуцера на расстоянии 25 – 30 мм от шва тщательно зачищают;
место наплавки подогревают до температуры, указанной в табл. 6.3;
три-четыре валика усиливающего шва накладывают с обеспечением плавного перехода к поверхности штуцера; размеры и форма шва должны быть выдержаны в соответствии с рис. 7.25.
7.7.12. Контроль качества угловых сварных соединений штуцеров (труб) с коллекторами (трубопроводами) проводится путем:
а) визуального контроля всех швов, результаты которого должны удовлетворять требованиям табл. 18.2;
б) измерительного контроля размеров и формы швов в объеме не менее 10% сварных соединений; контроль следует производить с помощью шаблонов, и результаты контроля должны отвечать требованиям п. п. 7.7.9 и 7.7.10;
в) измерения твердости металла шва приварки штуцеров (труб) к коллекторам и трубопроводам из хромомолибденовой и хромомолибденованадиевой стали; объем и результаты контроля должны соответствовать требованиям п. п. 18.4.2 “б” и 18.4.4.
Источник