СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Оболочковые конструкции

Конструкции оболочкового типа собирают из листовых за­готовок и сваривают герметичными швами. В зависимости от габаритных размеров, конструктивного оформления и характер­ных особенностей изготовления и эксплуатации оболочковые кон­струкции можно разделить на негабаритные емкости и сооруже­ния, сосуды, работающие под давлением, трубы и трубопроводы.

Емкости и сооружения нередко имеют размеры, намного пре­вышающие габарит подвижного железнодорожного состава. Та­кие изделия приходится изготовлять на заводе по частям и от­правлять на место монтажа отдельными секциями. Характерные примеры негабаритных емкостей приведены на рис. 12.10.

Вертикальные цилиндрические резервуары

(рис. 12.10,а) чаще всего используют для хранения нефтепродук­тов. Высота резервуара обычно не превышает 12—18 м. В нашей стране сооружают такие резервуары вместимостью до 50 ООО м3»

за рубежом — до 200 000 м3. В географических зонах, где отсут­ствует снеговая нагрузка, сооружают резервуары с плавающей крышей.

Мок рый газгольдер (рис. 12.10,6) для хранения взры­воопасных или ядовитых газов состоит из резервуара 1 и коло-

кола 3 с телескопом 2 или без него. Перемещение колокола и телескопа происходит в направляющих 4, по которым перекаты­ваются ролики 5. Уплотнение в сочленениях достигается водяны­ми затворами.

Сухой газгольдер имеет неподвижный корпус 3 с дни­щем 1 и крышей 4 и подвижный поршень 2 (рис. 12.10,в). Объем мокрых газгольдеров достигает 50 ООО м3, а сухих еще больше.

Сферические газгольдеры (рис. 12.10,г) предназначе­ны для хранения газов под давлением до 1,8 МПа. Их соби­рают из листовых заготовок пространственной кривизны и сва­ривают стыковыми соединениями. В нашей стране типовыми являются газгольдеры вместимостью 600 и 2000 м3. Термообра­ботка всей конструкции после сварки не производится, поэтому толщина стенок не превышает 36 мм.

Каплевидные резервуары (рис. 12.10,5) предназначе­ны для хранения нефтепродуктов под давлением 0,04—0,06 МПа с целью избежать потерь из-за циркуляции паров в результате суточных изменений температуры. Однако вследствие сложности получения листовых заготовок переменной кривизны и трудоем­кости их сборки и сварки каплевидные резервуары не нашли широкого применения.

Для хранения газа под давлением иногда используют цилин­дрические газгольдеры постоянного объема диаметром 3,25 м и более со сферическими днищами (рис. 12.10,(5). Длина газгольдера может быть значительной, толщина стенок, как и у сферических резервуаров, не более 40 мм.

К негабаритным сооружениям относят, например, сооружения доменных комплексов (рис. 12.11,а), имеющие высоту 40 м и бо­лее. К ним предъявляют требования герметичности и прочности. Кожух доменной печи — несущая конструкция; его собирают из листовых элементов толщиной до 60 мм и сваривают стыковыми соединениями. Диаметр кожуха может превышать 15 м. Возду­хонагреватели, пылеуловители и скрубберы представляют собой цилиндрические сосуды диаметром 7—11 м со сферическими или коническими куполами. Их собирают и сваривают стыковыми соединениями из листовых элементов толщиной 10—20 мм.

Корпус цементной печи (рис. 12.11,6) представляет собой ци­линдрическую трубу диаметром 4,5—7 м и длиной 170—230 м. На корпус насаживают бандажные кольца, которыми он опира­ется на роликовые опоры.

Спиральная камера мощной гидротурбины является сложной сварной конструкцией больших размеров (рис. 12.11,в). Листовые заготовки, имеющие переменную пространственную кривизну, сваривают стыковыми швами. Необходимость ограничения откло­нений от проектных размеров и формы готовой камеры застав­ляет предъявлять жесткие требования к точности раскроя и мон­тажа с помощью сварки.

Сосуды, работающие под давлением, целесообразно разделить на следующие группы: тонколистовые, со стенками средней тол­щины, толстостенные и многослойные. При расчете на прочность Сосуд считают тонкостенным, если толщина его стенки значитель­но меньше прочих размеров (в 20 раз и более). С позиций кон­структивного оформления сварных соединений и технологии из-

13

готовления сосуд считают тонкостенным, если толщина стенки не превышает 7—10 мм.

Тонкостенным сосудам обычно придают форму цилиндра, сфе­ры или тора (рис. 12.12). Выбор формы может определяться раз­личными соображениями. Сферический сосуд при заданной емко­сти имеет минимальную массу, торовый можно компактно разместить* например, вокруг камеры сгорания ЖРД, цилиндри­ческая форма сосуда обес­печивает наиболее техноло­гичное конструктивное

оформление. Соединения осуществляют продольны­ми, кольцевыми и круговы­ми швами. Тонкостенные сосуды обычно являются конструктивными элемента­ми различных транспорт­ных установок. В тех слу­чаях, когда не требуется экономия массы, использу­ют хорошо сваривающиеся материалы невысокой проч­ности. В зависимости от сва­риваемости металла и его чувствительности к концен­трации напряжений пред­ставления о технологично­сти одного и того же конструктивного оформления могут ока­заться различными. Характерная для низкоуглеродистых ста­лей хорошая свариваемость и малая чувствительность к концен­трации напряжений позволяют использовать любые типы свар­ных соединений. Поэтому при использовании таких материалов главной задачей ставится снижение трудоемкости изготовления изделия. Примером этого служат конструкции тормозных воздуш­ных баллонов грузовых автомобилей, изготовляемых в условиях крупносерийного и массового производства, когда технологич­ность изделия особенно важна. Такой баллон (рис. 12.13,а) имеет обечайку из горячекатаной стали 20кп и два штампованных дни­ща из стали 08кп толщиной 2,5 мм. К днищу дуговой или рель­ефной сваркой приварены бобышки. Соединение днища с обечай­кой нахлесточное. Такое решение облегчает механизацию сборки путем одновременной запрессовки обоих днищ в обечайку. Для этого отбортованной части днищ придают коническую форму, обеспечивающую центровку их относительно обечайки при сбор­ке. Ацетиленовый баллон (рис. 12.13,6) выполнен из более проч­ной низколегированной стали 15ХСНД, и нахлесточные соедине­ния при его изготовлении недопустимы. Все рабочие соединения — стыковые, причем кольцевые швы допускается выполнять на под­кладках. При использовании высокопрочной стали 25ХСНВФА

(ав=1400 МПа) подкладные кольца у стыковых соединений уже применять нельзя (рис. 12.13,в).

Иногда для понижения рабочих напряжений в зоне сварного соединения увеличивают толщину металла в местах расположе­ния швов (рис. 12.13,г).

Рис. 12.13. Тонкостенные сосуды:

а — тормозной резервуар грузового автомобиля; б — ацетиленовый баллон; в — сосуд высокого давления; г — шар-баллон из титанового сплава

Сосуды со стенками средней толщины (до 40 мм) широко ис­пользуются в химическом аппаратостроении, а также как емкости для хранения и транспортирования жидкостей и сжиженных га­зов. Нередко требуется защита рабочей поверхности аппарата от коррозионного воздействия среды и сохранение вязкости и пластичности материала несущих конструктивных элементов при низкой температуре. Поэтому используемые материалы весьма разнообразны: углеродистые и высоколегированные стали, медь, алюминий, титан и их сплавы. Так как для обеспечения необхо­димого срока службы аппарата достаточно иметь слой коррози­онно-стойкого материала толщиной всего несколько миллиметров, to нередко используют двухслойный прокат.

Аппаратуру емкостного типа обычно выполняют в виде ци­линдрических сосудов. При избыточном давлении 0,4—1,6 МПа и выше, а также в емкостях, используемых для транспортировки жидкостей, соединения листовых элементов обечаек и днищ вы­полняют только стыковыми (рис. 12.14). Примером таких сосудов служат железнодорожные цистерны различного назначения. Для перевозки нефтепродуктов выпускают цистерны вместимостью 60

и 120 т диаметром до 3 м со сферическими или эллипсоидными днищами; их изготовляют из стали ВСтЗсп или 09Г2С. При изго­товлении цистерн для перевозки кислот применяют двухслойную сталь, алюминиевые сплавы, различные защитные покрытия.

Сосуды для хранения и транспортирования жидких газов вы* полняют двухстенными. Внутренний сосуд цистерны для жидкого азота (рис. 12.15) выполняют из сплава АМц, он крепится цепями к наружному, выполненному из стали 20. Межстенное пространст­во заполняют аэрогелем и выкачивают воздух.

Характерным примером химического аппарата может служить теплообменник кожухотрубчатого типа (рис. 12.16). Можно ви­деть, что его конструктивное оформление сводится к комбинации пластин, оболочек и труб разнообразных сечений и очертаний.

Толстостенные сосуды (s>>40 мм) обычно собирают из вальцо­ванных или штампованных листовых заготовок, свариваемых про­дольными и кольцевыми стыковыми швами. На рис. 12.17 изображена кон­струкция гидравлического баллона из стали 22 К с толщиной стенок 150 мм, соединения выполнены электрошлако - вой сваркой. Угловые швы использо­ваны только для крепления основания к нижнему днищу. Для котельных со­судов характерно большое число шту­церов, к которым стыковыми швами приваривают трубы. Как правило, днища делают выпуклыми с отбортов - кой, обеспечивающей вывод сварных соединений из зоны действия значи­тельных напряжений изгиба. Сосуды с внутренним диаметром менее 500 мм, например камеры котлов, допускается изготовлять с плоскими днищами.

Особо ответственные сосуды, как, на­пример, корпуса атомных реакторов с толщиной стенки до 200 мм и выше, изготовляют из цельнокованых обе­чаек, свариваемых между собой коль­цевыми швами.

У крупных сосудов высокого дав­ления, применяющихся в химиче­ской промышленности, толщина стен­ки достигает 200—400 мм. Наряду с технологическими трудностями изготовления толстостенных моно­литных обечаек возрастает опас­ность их хрупкого разрушения. По­этому все чаще применяют много­слойные сосуды, диаметр которых

может превышать 5 м (рис. 12.18,а, б). Днища и фланцы та­ких сосудов делают сплошными и приваривают к торцам мно­гослойной обечайки стыковыми швами. В зависимости от ра­бочей среды внутренняя обечайка может быть двухслойной или из коррозионно-стойкой стали, а наружные части корпуса — из низколегированной стали. В зависимости от метода получения многослойной обечайки отдельные слои либо плотно прилегают друг к другу, либо между слоями возможны зазоры. В последнем случае вваривать штуцера в стенку обечайки ттрцр пароаиМкяиц так как это нарушает основное условие надежной работы такой стен - 2—201 17
хи — свободное перемещение слоев друг относительно друга в процессе нагружения. Штуцера стремятся размещать в сплошных днищах или в сплошном кольце, вваренном между многослойными обечайками. Это ограничивает использование многослойности при­менительно к конструкциям барабанов котлов.

цы, развилки, патрубки, штуцера и другие фасонные детали (рис. 12.19). Сварочные работы в котлостроении и аппаратострое - нии включают стыковку труб экранов и змеевиков, соединения труб с трубными досками в теплообменниках, приварку к трубам продольных или спиральных ребер, изготовление газоплотных па­нелей из труб, свариваемых одна с другой непрерывными швами через проставки.