Реферат: Технология сборки и сварки вертикального цилиндрического резервуара для хранения нефтепродуктов

--PAGE_BREAK--
   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 <metricconverter productid=«3 мм» w:st=«on»>3 мм. Электроды фтористо-кальциевого типа по ГОСТ 9466-75,ГОСТ9467-75.

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 покрытиясостоят 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 <img width=«696» height=«1073» src=«ref-2_1586399133-4997.coolpic» v:shapes="_x0000_s1381 _x0000_s1382 _x0000_s1383 _x0000_s1384 _x0000_s1385 _x0000_s1386 _x0000_s1387 _x0000_s1388 _x0000_s1389 _x0000_s1390 _x0000_s1391 _x0000_s1392 _x0000_s1393 _x0000_s1394 _x0000_s1395 _x0000_s1396 _x0000_s1397 _x0000_s1398 _x0000_s1399 _x0000_s1400">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 <img width=«696» height=«1073» src=«ref-2_1586404130-4990.coolpic» v:shapes="_x0000_s1401 _x0000_s1402 _x0000_s1403 _x0000_s1404 _x0000_s1405 _x0000_s1406 _x0000_s1407 _x0000_s1408 _x0000_s1409 _x0000_s1410 _x0000_s1411 _x0000_s1412 _x0000_s1413 _x0000_s1414 _x0000_s1415 _x0000_s1416 _x0000_s1417 _x0000_s1418 _x0000_s1419 _x0000_s1420">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.

Согласно ОСТ 26.291-94,  для сварки в среде углекислого газа выбираем сварочную проволоку Св-08Г2С ГОСТ 2246-70.

    
Таблица 4.2 — Химический состав Св-08Г2С ГОСТ 2246-70                            в процентах

C

Mn

Si

Сr

Тi

Ni

P

S

0,05-0,11

1,8 – 2,1

0,7 – 0,95

0,2

0,05-0,12

0,3

0,03

0,025

 

Электродная проволока при механизированной сварке в среде углекислого газа является одним из основных элементов определяющих качество шва. Сварочная проволока служит для подвода электрического тока в зону сварки. Кроме того, сварочная проволока, расплавляясь в процессе сварки,  служит дополнительным металлом, участвующим в образовании шва.

При температурах, близких к температуре кристаллизации,  протекает реакция раскисления сварочной ванны с углеродом.

[FeO] + [C] = [Fe] + (CO)
Таблица 4.3 — Механические свойства проволоки Св-08Г2С



Продукт реакции газ СО в металле не растворяется и не образует  с ним химических соединений, но т.к.  он образуется в кристаллизующейся ванне, то не успевает уйти в атмосферу,  захватывается растущими кристаллами и приводит к образованию  углеродистых  пор  в металле шва. Для предупреждения углеродистых пор  в  металле  шва необходимо иметь Si не менее 0,5%.

Для предупреждения кристаллизационных трещин, вызываемых серой, необходимо присутствие Mn в соотношении с S 20...25.

В сочетании с данной проволокой выбираем  углекислый  газ, сварочный по ГОСТ 8050-85 (двуокись  углерода, углекислота) — бесцветный, со слабым запахом,  с резко выраженными окислительными свойствами.

Двуокись углерода нетоксична,  невзрывоопасна. Однако при концентрациях более 5% (92г/м3), двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека,  так как она тяжелее воздуха  в 1,5 раза и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола и в приямках, а также во внутренних объемах оборудования. При этом снижается объемная доля  <img width=«696» height=«1073» src=«ref-2_1586409120-5006.coolpic» v:shapes="_x0000_s1421 _x0000_s1422 _x0000_s1423 _x0000_s1424 _x0000_s1425 _x0000_s1426 _x0000_s1427 _x0000_s1428 _x0000_s1429 _x0000_s1430 _x0000_s1431 _x0000_s1432 _x0000_s1433 _x0000_s1434 _x0000_s1435 _x0000_s1436 _x0000_s1437 _x0000_s1438 _x0000_s1439 _x0000_s1440">кислорода  в воздухе,  что может вызвать явления кислородной недостаточности и удушья. Предельно допустимая  концентрация  двуокиси  углерода  в воздухе рабочей зоны 9/2 г/м3 (0,5%)

Углекислый газ (СО2) обладает следующими характеристиками:

— молекулярная масса...........................………………………………….....44

     — плотность (кг/м3) при 20°С ....................…………………………..….1,977

     — нормальная температура кипения, °С............………………………....78,9

     — теплопроводность, кал/(см * с * °С)............……………………….038 х10-4

     — удельная теплоемкость при 2000 °С, кал/г.......……………………...0,328

     — наименьший потенциал ионизации, В.............………………………..14,3

      В соответствии с ГОСТ 8050-85  двуокись  углерода  выпускают трех марок (состав в %): сварочную — 99,5, пищевую — 98,8, техническую — 98,5. Для сварки использовать техническую двуокись углерода не разрешается. Перед сваркой необходимо из нормально  установленного баллона выпустить небольшое количество  газа.
Таблица 4.4 -Физико-химические показатели  ГОСТ 8050-85                      в процентах



Наименованиепоказателя     

Норма

Содержание двуокиси углерода       99,5  (СО2), об не менее        

99,5

Содержание водяных паров при 20°С и 101,3 кПа г/м3    

0,184

Содержание минеральных веществ, мг/кг не более       

0,1

          Для использования в качестве флюсовой подушки выбираем флюс марки

АН-348А ГОСТ 9087-81.

Назначение: механизированная дуговая сварка  и  наплавка изделий широкой номенклатуры из углеродистых и  низколегированных сталей.

Сварочно-технологические свойства.

Устойчивость дуги  хорошая, разрывная длина дуги до <metricconverter productid=«13 мм» w:st=«on»>13 мм; формирование шва вполне удовлетворительное;  склонность металла шва к образованию пор и  трещин низкая;  модификация флюса АН-348А требует более  тщательной сушки; отделимость шлаковой корки вполне удовлетворительная.

Таблица 4.5 — Состав флюса АН-348А по ГОСТ 9087-81                                   в процентах



 SiO

MnO

Mg

СаF2

СаО

Аl2O3

Fе2О3

P

S

41-44

34-38

5-7,5

4-5,5

< 6,5

< 4,5

< 2 

< 0,15

< 0,12

Цвет зерен — коричневый с оттенками;   размер  зерен  0,35-3  мм; строение зерен — стекловидное; объемная масса 1,3-1,8 кг/дм3. Металлургические свойства. Относится к группе высококремнистых высокомарганцовистых оксидных флюсов с  химической  активностью Аф = 0,7-0,75.  При сварке,  наплавке под  флюсом  интенсивно протекают кремне и марганцевосстановительный процессы. Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет 0,04% каждого. Ударная вязкость металла швов при 20°С обычно не  превышает        120 Дж/см2. Данные для применения. Род и значение максимально допустимого <img width=«696» height=«1073» src=«ref-2_1586414126-5000.coolpic» v:shapes="_x0000_s1441 _x0000_s1442 _x0000_s1443 _x0000_s1444 _x0000_s1445 _x0000_s1446 _x0000_s1447 _x0000_s1448 _x0000_s1449 _x0000_s1450 _x0000_s1451 _x0000_s1452 _x0000_s1453 _x0000_s1454 _x0000_s1455 _x0000_s1456 _x0000_s1457 _x0000_s1458 _x0000_s1459 _x0000_s1460">I,  =;  1100 А;  максимально допустимая скорость сварки 120 м/ч (два электрода);  минимально допустимое напряжение холостого хода источника питания не ограничено;  сушка при температуре 400°С,    2  ч;    рекомендуемые  проволоки:  Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2. [6]

  5.Расчет режимов сварки

Параметры режима сварки оказывают  существенное  влияние  на форму и состав шва,  и пути изменения их значений  можно  достичь желаемого результата при различном их сочетании.  Основная задача сводится к определению такого сочетания параметров,  при  котором обеспечивается требуемое качество сварного соединения при  максимальной производительности и минимальной стоимости процесса. При сварке соединений  необходимо  рационально  использовать процесс расплавления электродов для того,  чтобы заполнить  зазор стыковых швов.

Сварка обечаек по продольным швам.

<img width=«378» height=«190» src=«ref-2_1586419126-2092.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1641">

S=6 мм,

е=12 мм,

g=2,0мм.
1)                       глубина проплавления:

  Нпр=
S
=6мм.                                                                 
2)                       диаметр электродной проволоки:
Принимаем диаметр электрода d
эл
=2мм.
3)сила сварочного тока:

  <img width=«95» height=«44» src=«ref-2_1586421218-244.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">,                                                                      (5.1)

где i— допустимая плотность тока, А/мм2.
  <img width=«183» height=«44» src=«ref-2_1586421462-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">.<img width=«12» height=«23» src=«ref-2_1586421870-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">
4)напряжение дуги:

  <img width=«172» height=«56» src=«ref-2_1586421943-658.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">,                                                       (5.2)
  <img width=«237» height=«45» src=«ref-2_1586422601-515.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">.
5)площадь наплавки:


 
F
н
=
F
в
+
F
з
+
F
р
,
                                                                     (5.3)
Ширина шва е=12мм;

<img width=«696» height=«1073» src=«ref-2_1586423116-4969.coolpic» v:shapes="_x0000_s1642 _x0000_s1643 _x0000_s1644 _x0000_s1645 _x0000_s1646 _x0000_s1647 _x0000_s1648 _x0000_s1649 _x0000_s1650 _x0000_s1651 _x0000_s1652 _x0000_s1653 _x0000_s1654 _x0000_s1655 _x0000_s1656 _x0000_s1657 _x0000_s1658 _x0000_s1659 _x0000_s1660 _x0000_s1661">Высота выпуклости шва g
=2,0мм.
Площадь выпуклой части шва:

 
F
в
=
e
*
g
* μ,                                                                           (5.4)

   μ=0,75,

 
F
в
=0,75*12*2,0=18 мм2=0,18см2.


Площадь наплавки определяемая зазором:

 
F
з
=Нпр*
b
,                                                                             (5.5)

 
F
з
=6*2=12 мм2=0,12 см2.

 Площадь разделки:

  
F
р
=<img width=«64» height=«48» src=«ref-2_1586428085-370.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">,                                                                       (5.6)

  
F
р
=<img width=«201» height=«44» src=«ref-2_1586428455-437.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">.
 
F
н
=0,18+0,12+0,125=0,425 см2.
6) скорость подачи электродной проволоки

<img width=«108» height=«47» src=«ref-2_1586428892-326.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">                                                                         (5.7)

где αр – коэффициент расплавления проволоки, г/А·ч;

dэ– диаметр электродной проволоки, мм.

Значение αр  рассчитывается по формуле

<img width=«295» height=«45» src=«ref-2_1586429218-596.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033"> г/А·ч.

<img width=«177» height=«47» src=«ref-2_1586429814-476.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034"> м/ч=7,73 см/с.

7)     скорость сварки:

  <img width=«113» height=«45» src=«ref-2_1586430290-329.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">,                                                                  (5.8)
<img width=«696» height=«1073» src=«ref-2_1586430619-4997.coolpic» v:shapes="_x0000_s1662 _x0000_s1663 _x0000_s1664 _x0000_s1665 _x0000_s1666 _x0000_s1667 _x0000_s1668 _x0000_s1669 _x0000_s1670 _x0000_s1671 _x0000_s1672 _x0000_s1673 _x0000_s1674 _x0000_s1675 _x0000_s1676 _x0000_s1677 _x0000_s1678 _x0000_s1679 _x0000_s1680 _x0000_s1681">где άн — коэффициент наплавки, г/А·ч; αн=αр·(1-ψ), где ψ – коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО2 ψ = 0,1÷0,15; FВа– площадь поперечного сечения одного валика, см2. При наплавке в СО2 принимается равным 0,3÷0,7 см2.

ρ — плотность наплавленного металла.
αн=18,1·(1-0,1)=16,29 г/А·ч;

  <img width=«201» height=«44» src=«ref-2_1586435616-545.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036"> =0,55 см/с.    продолжение
--PAGE_BREAK--