Технология сборки и сварки вертикального цилиндрического резервуара для хранения нефтепродуктов

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра машиностроительных технологий и материалов 
 
 
 

                                                                                             Допускаю к защите

                                                                                                            Руководитель: Нецветаев В.А

                                                                                                          ____________________

                                                                                   ^{И.О.Фамилия} 
 

Технология  сборки и сварки вертикального цилиндрического резервуара для хранения нефтепродуктов

^{наименование темы} 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому  проекту по дисциплине 
 

Производство  сварных конструкций

1.070.00.00 ПЗ

^{Обозначение документа} 
 
 

Выполнил  студент группы: СПз-05             ____________                  Сухарев С.В.

                                                                                                      ^{шифр                                            подпись                                                           И.О.Фамилия} 
 

Нормоконтролёр                                             ____________                  Нецветаев В.А

                                                                                                                                                            ^{подпись                                                            И.О.Фамилия} 
 
 
 
 

                                                                                                   Курсовой проект защищён

                                                                                                   с оценкой_____________ 
 
 
 
 
 
 

Иркутск 2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ

                                                           стр.

           Введение………………………………………………………………….2

     1 Характеристика стали и ее  свариваемость …………………………….… 2

     2 Технические условия изготовления  сварной конструкции …………….. 4

     3 Выбор способа сварки на основе сравнения вариантов…………….….…5

     4 Выбор сварочных материалов …………………………………………...…7

     5 Расчет режимов сварки …………………………………………….……... 11

     6 Сварочное оборудование ……………………………………………….… 14

     7 Технологический процесс сборки-сварки  …………………………….…. 16

     8  Контроль качества …………………………………………………………16

          Список литературы ……………………………………………………..... 20

Введение

  Сварочное производство заняло важное место в  различных отраслях промышленности и строительстве, благодаря своим  преимуществам перед другими стадиями производства изделия. В сварочном производстве дальнейшая механизация и автоматизация, применение поточных и конвейерных линий, внедрение прогрессивных технологических процессов и оборудования будет способствовать повышению производительности труда, улучшению качества сварных конструкций, уменьшению расходов электроэнергии и сварочных материалов, улучшений условий труда.

       Важным преимуществом сварки  является возможность при производстве  изделия выбрать его наиболее  рациональную конструкцию. Сварочные соединения по прочности, как правило, не уступают прочности того металла, из которого сделаны изделия. Сварные конструкции хорошо работают при знакопеременных и динамических нагрузках, при высоких и низких температурах и давлениях. Сварка способствует экономному расходу материалов и применению автоматизированных и механизированных способов производства. Механизация и автоматизация является важнейшим средством повышения производительности труда, улучшения качества и условий труда.

       Рациональное использование современных возможностей сварочной техники в машиностроении и строительстве во многом зависит от проектов сварочных конструкций. Применение современных методов расчета сварочных конструкций позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики конструкции.

  В данном курсовом проекте проработана  замена ручной дуговой сварки штучными электродами механизированной сваркой  в среде углекислого газа  плавящимся электродом,  что позволило  снизить  себестоимость изготовления аппарата, улучшить качество изделия и условия труда при сварочных работах.

  1. Характеристика металла, его свариваемость

      Для изготовления емкости применяется  сталь  Ст3сп. Сталь низкоуглеродистая  перлитного  класса,    с  содержанием  углерода 0,14-0,22,  хорошо сваривается любыми  способами  без  применения особых приемов (подогрева, термической обработки). Сварные соединения легко обрабатываются режущим инструментом. Эта сталь менее склонна к старению и отличается  меньшей  реакцией  на  сварочный нагрев, в связи с раскислением ее марганцем, алюминием и кремнием, что приводит к более равномерному распределению серы и фосфора. Назначение - несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) - для несущих  элементов  сварных конструкций,  работающих при переменных  нагрузках:  при  толщине проката до 25 мм в интервале температур от -40 до  +425°С;    при толщине проката свыше 25 мм - от -20 до +425°С при  условии  поставки с гарантируемой свариваемостью.

Технологические свойства

   Температура ковки, °С: начала 1300, конца 750. Охлаждение на воздухе. Сваривается без ограничений;  способы сварки:

• Ручная дуговая сварка;
• Автоматическая дуговая сварка под флюсом и газовой защитой;
• Электрошлаковая сварка;
• Контактная сварка.

   Для  толщины свыше 36 мм рекомендуется  подогрев и последующая  термообработка. Флокеночувствительность - не чувствительна.  Склонность к отпускной хрупкости - не склонна. Сталь  Ст3сп обыкновенного  качества в соответствии с ГОСТ 380-2005. По группе В сталь поставляют по химическому составу и механическим свойствам.

      Таблица 1 - Химический состав Ст3сп ГОСТ 380-2005   в процентах

      Примечание к таблице 1

• Массовая доля хрома, никеля и меди в стали, должна быть не более 0,30 % каждого.
• В стали, изготовленной скрап-процессом, допускается массовая доля меди до 0,40 %, хрома и никеля - до 0,35 % каждого. При этом массовая доля углерода должна быть не более 0,20 %.
• Массовая доля азота в стали должна быть не более 0,010 %, допускается массовая доля азота в стали до 0,013 %, если при повышении массовой доли азота на 0,001% нормативное значение массовой доли фосфора снижается на 0,005%.
• Массовая доля азота в стали, выплавленной в электропечах, должна быть не более 0,012%.
• Массовая доля серы в стали должна быть не более 0,050 %, фосфора - не более 0,040 %,
• Массовая доля мышьяка в стали должна быть не более 0,080 %.
• В стали, выплавленной на базе керченских руд, массовая доля мышьяка - не более 0,15 %, фосфора - не более 0,050 %.

      При назначении  технологии  сварки (выбор  температуры  подогрева, электродов, термической обработки) учитывают  свариваемость стали, которую оценивают по эквиваленту углерода: 

  Сэкв = С% + Мn/6 + Сr/5 + V/5 + Мо/4 + Ni/15 + Cu/13 + P/2

  Сэкв = 0,42 < 0,45

  2. Технические условия

2.1 Качество  материала и заготовок, используемых  для изготовления емкости, должны  соответствовать требованиям НТД.

2.2 Качество покупных изделий должно  соответствовать  требованиям, действующим на них документов на поставку.

2.3 Сварку  произвести согласно требованиям  ОСТ 26.260.3-2001, ОСТ 26-291-94, ГОСТ 14771-76, ГОСТ 11533-75, ГОСТ16037-80.

2.4 Качество  сварных швов должно соответствовать следующим требованиям:

   а) поверхность шва должна иметь  равномерную  поверхность  (без  наплывов и подтеков) и плавный  переход к основному металлу;

   б) в швах и прилегающим к  нему зонам основного металла  не  допускаются кратеры, свищи,  прожоги,  трещины,  газовые и шлаковые включения;

   в) подрезы основного металла  по глубине не должны превышать  5%

от толщины  стенки,  но не более 0,5 мм и протяженностью не  более 10% длины швов;

2.5 Дефектные  места должны быть вырублены  до металла и  заварены вновь;

2.6 Наружные  и внутренние поверхности емкости  должны  быть  без плен, закатов,  расслоений, грубых рисок, а также  других дефектов, снижающих качество  изделия. Внутри емкости не  должно быть грязи и посторонних  предметов;

2.7 Сварочные  работы должны производиться сварщиками,  не ниже 4-го разряда;

2.8 Неуказанные   предельные  отклонения  размеров  на  чертежах

должны  соответствовать:

    - для отверстий по Н14

    - для валов  по h14

    - для остальных ±IТ14/2

Позиционный допуск осей штуцеров не более - 10 мм.

2.9 Руководство  сварочными работами должно  осуществлять  лицо, имеющее документ о специальном  образовании или подготовке  в   области сварки;

2.10.  Сварочную проволоку сплошного  сечения  следует  очищать  от ржавчины, жировых и других  загрязнений;

2.11 Сварщик  должен ставить личное клеймо  на расстоянии 40-60 мм от границы  выполненного шва сварного соединения. Взамен постановки клейма допускается  составление исполнительных схем  с  подписями сварщиков;

2.12 Сварку  конструкции следует производить после проверки правильности сборки;

2.13 Кромки  свариваемых элементов в местах  расположения швов  и

места примыкания начальных и выводных планок необходимо  зачищать

с удалением  ржавчины, жиров, краски, грязи, влаги и т.п.;

2.14 Сварку  подлежит производить при стабильном  режиме. Предельные отклонения заданных  значений силы сварочного тока  и  напряжения на дуге при  автоматизированной сварке не  превышать 5%;

2.15 Число  прокаленных сварочных материалов на рабочем месте сварщика не должно превышать полусменной потребности. Сварочные материалы следует содержать в условиях, исключающих их увлажнение;

2.16 Начало  и конец шва подлежит выводить (по возможности) за пределы   свариваемых элементов на начальные и выводные планки.   После  окончания сварки планки должны быть удалены механическим способом. Места,  где были установлены планки, необходимо зачистить  абразивным  инструментом. Не допускается возбуждать дугу и выводить кратер на  основной металл за пределы шва;

2.17 Каждый последующий валик многослойного шва сварного соединения подлежит выполнять после  тщательной  очистки  предыдущего валика от шлака и брызг металла;

2.18 Поверхность  свариваемой  конструкции   и  выполненных  швов сварных соединений после окончания сварки необходимо очищать  от шлака и брызг и наплывов расплавленного металла.

2.19 Наружная  поверхность емкости должна быть  окрашена в  соответствии с  требованиями чертежа и  стандартов. Окраска  должна производиться  после проведения гидравлического испытания емкости;

2.20 Срок  службы до списания - 20 лет;

2.21 Гидравлическое  испытание должно проводиться  водой  наливом с выдержкой  не менее 4 ч,  а при испытании  смачиванием керосином не менее  40 мин с проведением  визуального  осмотра изделия. Емкость признается выдержавшей испытания, если в процессе испытания не замечается течи, капель, потения в сварных соединениях и на основном металле. После гидроиспытаний вода из емкости должна быть удалена, а емкость продута сжатым воздухом;

2.22 Контроль качества сварных швов выполнить рентгенпросвечиванием в объеме 10%,  в недоступных местах выполнить  послойно-визуальный осмотр и цветная дефектоскопия-100%.

  3. Выбор способа сварки на основе сравнения вариантов

   Низкоуглеродистая сталь Ст3сп обладает хорошей свариваемостью,  достаточно большим пределом выносливости и малой  склонностью к хрупкому разрушению, что обеспечивает надежную работу сварных конструкций в течении длительного времени.  Эта сталь  сваривается хорошо всеми способами сварки плавлением. Поэтому рассмотрим особенности ручной дуговой сварки,  механизированной сварки в среде защитных газов, автоматическую сварку под слоем флюса.

     Хотя ручная дуговая сварка  имеет  неоспоримые  достоинства:

1. простота оборудования;
2. возможность сварки в труднодоступных местах швов различной конфигурации и в любом пространственном  положении и т.д. она к тому же имеет ряд недостатков:
3. низкую производительность труда,  сильную зависимость качества сварки от квалификации сварщика;

4. значительные  потери на угар  и  разбрызгивание (5-10%);
5. недостаточную защиту сварочной ванны,  возможность получения пор и других дефектов.

      Механизированные и автоматические способы  сварки  устраняют или значительно уменьшают данные недостатки РД. Это объясняется:

1. высокой производительностью процесса и высоким качеством соединения металлов при различной конфигурации швов и расположения их  в пространстве;
2. малой зоной термического влияния и относительно небольшие деформации изделия в связи с высокой концентрацией тепла дуги;  
3. доступностью наблюдения за процессом сварки  а  также стабильностью свойств сварного соединения;
4. улучшенными условиями работы, более низкими, чем при ручной дуговой сварке расходом сварочных материалов и электроэнергии.

     При сварке плавящимся электродом в среде углекислого газа преимущества следующие:

     - высокая плотность мощности,   обеспечивающая  относительно узкую  зону термического влияния;

     - возможность металлургического  воздействия на металл шва  за счет регулирования состава  проволоки и защитного  газа.

     - низкая стоимость при использовании  активных  (СО₂)  защитных газов.

     К недостаткам способа относится:

1. Повышенное разбрызгивание металла;
2. Повышенное содержание вредных примесей в металле шва.

     К недостаткам способа по сравнению со сваркой под флюсом относится необходимость применения защитных мер против  световой  и тепловой радиации дуги.

     В отличии от ручной дуговой  сварки  покрытым  электродом  при сварке в среде защитных  газов токопровод к электродной  проволоке осуществляется на небольшом расстоянии (вылет электрода)  от дуги (до 30 мм при Ш 3 мм). Это позволяет без перегрева электрода использовать повышенные сварочные токи (1500 до 2000 А). Плотность сварочного тока достигает 100-150 А/мм², в то время как при ручной дуговой сварке не превышает 15 А/мм².

   В результате повышается глубина проплавления основного металла  и скорость расплавления электродной проволоки, т.е. достигается высокая производительность процесса.  Потери на угар и разбрызгивание при оптимальных параметрах в различных пространственных положениях не превышают 7%.

   Исходя  из возможностей предприятия, на котором  планируется изготовление данного  изделия, также учитывая форму и  размеры конструкции, предлагаю  использовать механизированную сварку в среде защитных газов (углекислый газ), дугой прямого действия плавящимся электродом. Этот способ является сравнительно  недорогим и доступным видом сварки. 

   Применение  автоматической сварки под  слоем  флюса неоправданно в связи с  малыми толщинами свариваемых элементов (продольные и кольцевые швы обечаек, швы крыши), и короткими швами днища.

   4. Сварочные материалы

      Присадочный материал и другие вещества, используемые при сварке плавлением, с целью  получения непрерывного, неразъемного соединения, удовлетворяющего определенным  требованиям, принято называть сварочными материалами.  К сварочным материалам относятся:

1. сварочная проволока;
2. плавящиеся покрытые электроды;
3. различные  флюсы;
4. защитные (активные и инертные) газы.

   Указанные материалы должны обеспечить требуемые геометрические размеры, свойства сварного шва; хорошие условия ведения  процесса сварки; высокую производительность и экономичность процесса;

   необходимые санитарно-гигиенические условия  труда при  их  производстве и  сварки. Это достигается тем,  что  сварочные материалы участвуют:

        а) В защите расплавленного  металла в зоне протекания  металлургических процессов, а  в некоторых случаях и  нагретого  твердого металла от вредного  действия атмосферного воздуха  в течение  всего процесса  сварки;

        б) В регулировании химического состава металла шва путем его легирования и раскисления;

        в) В очистке (рафинировании)  металла шва - удаление  серы, фосфора,  включений окислов и шлаков;

        г) В очистке металла шва  от водорода и азота.

   От  правильно выбранных материалов для сварки: сварочной проволоки, газа и т.д., зависит прочность сварных соединений,  работоспособность при различных нагрузках в процессе  эксплуатации конструкции в целом. 

Для ручной дуговой сварки выбираем электроды типа Э-42А марки: УОНИ13/45 Ш 3 мм. Электроды фтористо-кальциевого типа по ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75.

  Назначение  и область применения электрода

   Сварка  особо ответственных конструкций  из низколегированных сталей с временным  сопротивлением разрыву до 410 МПа, когда  к металлу сварных швов,  предъявляются повышенные требования по пластичности, ударной вязкости и стойкости к образованию трещин, при нормальной и пониженной температурах.

   Фтористо-кальциевые покрытия состоят из карбонатов кальция и магния, плавикового шпата и ферросплавов. Покрытия называются также основными, так как дают короткие шлаки основного характера, а электроды с таким покрытием называются также низководородистыми, так как наплавленный металл содержит водорода меньше, чем при других покрытиях. Газовая защита ванны обеспечивается двуокисью и окисью углерода, образующимися при разложении карбонатов под действием высокой температуры. Электроды чаще используются на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде).  
        Наплавленный металл по составу соответствует спокойной стали, отличается чистотой, малым содержанием кислорода, азота и водорода; понижено содержание серы и фосфора, повышено — марганца (0,5-1,5%) и кремния (0,3-0,б%). Металл устойчив против старения, имеет высокие показатели механических свойств, в том числе ударной вязкости, и нередко по механическим свойствам превосходит основной металл. Электроды с этим покрытием рекомендуются для наиболее ответственных конструкций из углеродистых и легированных сталей.

   Электроды с фтористо-кальциевым покрытием на протяжении многих лет являются наилучшими по качеству наплавленного металла. Чувствительны к наличию окалины, ржавчины, масла на кромках основного металла и в этих случаях дают поры, как и при отсыревании электродов. Свойства наплавленного металла можно менять в широких пределах, меняя количество ферросплавов в покрытии.  
Таблица 4.1 - Компоненты покрытия электродов УОНИ13/      в процентах

    Назначение  отдельных компонентов покрытия УОНИ-13 может быть объяснено следующим  образом. Основная составная часть  мрамор СаСО₃ при нагревании разлагается на окись кальция СаО, идущую в шлак, и газ СО₂, частично восстанавливающийся до СО. Двуокись углерода СО₂ производит окисляющее действие и связывает водород, попавший в зону сварки в водяной пар H₂O. Газы СО₂, и СО практически нерастворимы в металле. СО₂ заполняет зону сварки, вытесняя из нее воздух и создавая защитную атмосферу. Окислительное действие СО₂ на металл компенсируется наличием сильных раскислителей в сварочной ванне. Плавиковый шпат СаF₂ снижает температуру плавления и вязкость шлака. При нагревании СаF₂ частично разлагается, освобождающийся фтор образует с водородом очень прочный фтористый водород, не растворяющийся в металле.  
      Покрытие негигроскопично, не включает компонентов, содержащих водород, и при изготовлении прокаливается при температуре 300-400° С. В результате содержание водорода в наплавленном металле сводится к минимуму, устраняя источник образования пор и трещин, оно в несколько раз меньше, чем при рудно-кислых покрытиях. Кварц вводят в покрытие для разжижения шлака и уменьшения выгорания кремния в металле. Ферромарганец и ферросилиций вводят для легирования металла. Ферротитан с содержанием около 23% Ti вводят как сильный раскислитель и модификатор наплавленного металла; титан в процессе сварки выгорает почти полностью и в составе наплавленного металла практически не обнаруживается.