МНОГОСЛОЙНЫЕ СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ТРУБЫ

ВВАРКА ШТУЦЕРОВ В МНОГОСЛОЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

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.

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.

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

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.