ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Конструкционные особенности аппаратов. из высоколегированных сталей

Основным способом соединения отдельных элементов стальных аппаратов является сварка. Высокое качество сварных соединений обеспечивается совокупностью конструктивных и технологических решений, принимаемых на этапах выбора материалов конструкции, размеров и формы деталей, рациональных способов изготовления, сборки и сварки.

Существуют различные способы сварки:

• термическая - дуговая, электронно-лучевая, плазменная, ла­зерная, газовая, электрошлаковая, термитная, многодуговая;

• термомеханическая - контактная, прессовая, кузнечная, диффу­зионная, высокочастотная, печная и др.;

• механическая - холодная, сварка взрывом, ультразвуковая, сварка трением, магнитно-импульсная.

Кроме того, сварка может быть автоматической, полуавтоматиче­ской и ручной.

Выбор способа сварки во многом определяется отношением ме­талла к термомеханическому циклу сварки, так как при перегреве сталей происходит выгорание легирующих элементов, приводящее к потере их химической стойкости и механической прочности.

Поэтому при конструировании сварных аппаратов проектировщик должен выполнить следующее:

• выбрать способ сварки;

• выбрать тип сварного шва;

• выбрать схему подготовки кромок с учетом способа сварки;

• разработать конструкцию сварного шва.

1. Способ сварки выбирается в зависимости от вида конструкцион­ного материала свариваемых частей, их геометрических размеров и формы. Наиболее распространенным видом сварки является электроду - говая автоматическая сварка под флюсом, а также полуавтоматическая и ручная дуговая сварка.

2. Тип сварного шва. Тип сварного шва зависит от расположения свариваемых поверхностей, доступности места сварки с учетом выбран­ного метода сварки. Как видно из рис. 12.1, свариваемые детали соеди­нены встык и в местах сварки имеют одинаковую толщину. Практика

эксплуатации сварных аппаратов показала, что сварка встык является наиболее надежным типом сварного шва.

3. Подготовка кромок (рис. 12.2). Обработка кромок зависит от толщины свариваемых листов и метода сварки. Разделка кромок под уг­лом необходима в тех случаях, когда требуется увеличить степень уча­стия металла электрода в формировании структуры сварного шва. На­пример, при сварке нержавеющей стали с углеродистой разделка кромок обязательна для того, чтобы избежать растрескивания шва. Двухсторон­няя разделка кромок служит для того, чтобы в сварном шве доминировал материал электрода, а также при сварке листов толщиной более 50 мм.

4. Конструкция сварного шва. Конструкция сварного шва должна обеспечить хорошее качество сварки и сохранение прочностных и кор­розионных свойств металла конструкции.

Кроме соединения встык, используют соединения втавр и вна­хлест (рис. 12.3).

Как уже отмечалось, длительный перегрев легированных сталей, даже содержащих титан или ниобий, приводит к выгоранию легирую­щих добавок и потере сталью коррозионной стойкости. Поэтому для со­хранения состава и структуры сварного шва необходимо соблюдать сле­дующие условия:

• свариваемые детали в местах сварки должны иметь одинако­вую толщину;

• свариваемые детали должны быть выполнены из материалов, имеющих одинаковую или близкую по значению температуру плавления;

• правильно выбирать материал электрода или состав флюса для восполнения возможных потерь легирующих элементов в процессе сварки;

• не подвергать многократному перегреванию места сварки с це­лью сохранения состава стали в шве;

• сварные швы следует располагать в местах с минимальным значением напряжения и остаточных деформаций в материале;

• минимальный диаметр обечаек для сварки внутренних швов - 600 мм, а наружных - 100 мм;

• соединение должно обеспечить свободную усадку материала шва, для этого необходимо предусмотреть зазор между свариваемыми деталями;

• необходимо стремиться использовать соединение деталей встык как наиболее надежное;

• продольные швы не должны прерываться отверстиями и шту­церами.

Легированные стали являются весьма дорогостоящими конструкци­онными материалами и их следует использовать для изготовления дета­лей, поверхность которых контакти­рует с агрессивной средой. Все дета­ли, вынесенные за пределы рабочего пространства, как, например, фланцы и лапы, необходимо изготавливать из обычной углеродистой стали.

Сварка легированной стали с углеродистой в принципе возможна, так как температуры плавления тех и других сталей отличаются незна­чительно. Однако различия в химическом составе и физических свойст­вах свариваемых сталей вызывают изменения в структуре и составе ме­талла сварного шва, который имеет достаточно высокую механическую
прочность, но теряет коррозионную стойкость вследствие уменьшения в нем концентрации легирующих элементов.

Существуют специальные приемы, позволяющие вынести сварные швы за пределы поверхности, омываемой агрессивной средой, сохранив при этом коррозионную стойкость основного материала аппарата (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Способы сварки легированной и углеродистой стали

Как видно из рисунков, с целью сохранения коррозионной стойко­сти основных элементов аппарата из легированных сталей их сварку с деталями из углеродистых сталей следует осуществлять через дополни­тельную деталь (кольцо, прокладка из легированной стали).

После сварки изделий из легированных сталей швы тщательно за­чищаются и протравливаются, что значительно повышает коррозионную стойкость сварной аппаратуры.

В процессе эксплуатации сварной аппаратуры необходимо регу­лярно осуществлять контроль за состоянием сварных соединений.