Основы проектирования химических производств

Конструкционные особенности аппаратов из высоколегированных сталей

Основным способом соединения отдельных элементов стальных аппаратов является сварка.

Высокое качество сварных соединений обеспечивается совокуп­ностью конструкционных 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, элсктрошлаковая, 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. Способ сварки выбирается в зависимости от вида конструкционного материала свариваемых частей, их геометрических размеров и формы. Наиболее распространенным видом сварки явля­ется электродуговая 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 тол шину. 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

Ручная сварка

Б< 4

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 контактируете 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. Сварной шов 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).

Как видно из рис. 12.4, 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.