Введение к работе
Актуальность темы
В условиях рыночной экономики дальнейшее развитие машиностроения немыслимо без экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов, экономного расходования металла, топлива, электроэнергии.
Одним из путей в развитии современного нефтяного аппаратостроения, направленных на повышение надежности и долговечности выпускаемого оборудования, является создание и применение новых технологий обработки материалов.
Особенно это актуально для нефтеперерабатывающей промышленности, где проблема преждевременного выхода из строя оборудования, подвергающегося в процессе эксплуатации значительным механическим нагрузкам и работающего в непосредственном контакте с агрессивными средами, является особенно важной.
Анализ применяемых марок сталей в нефтяном и химическом машиностроении показывает, что наиболее часто среди высоколегированных сталей используется сталь марки 12Х18Н10Т. Данная сталь обладает хорошей свариваемостью, высокой пластичностью и ударной вязкостью, высокими механическими свойствами при отрицательных температурах, устойчивостью против окисления, что обеспечивает надежную работу сварных конструкций в течение длительного времени.
Однако, при уникальном комплексе физико-механических свойств, данная сталь имеет и ряд недостатков: высокий уровень сварочных деформаций в процессе изготовления, низкая прочность сварных соединений и, что особенно необходимо отметить, подверженность сварных соединений межкристаллитной коррозии (МКК) в процессе дальнейшей эксплуатации. На данный момент эти недостатки снижаются проведением термической обработки, дополнительным легированием, уменьшением содержания углерода, увеличением толщины конструктивных элементов.
Это предопределило необходимость совершенствования технологии изготовления сварной аппаратуры из стали 12Х18Н10Т, применяемой в процессах нефтепереработки, с целью повышения качества её изготовления.
Цель работы
Повышение точности изготовления конструктивных элементов сварных аппаратов нефтепереработки из стали 12Х18Н10Т с применением вибрационной обработки.
Задачи исследований:
- оценка влияния вибрационной обработки на точность изготовления
сварных корпусов аппаратов;
выявить влияние вибрационной обработки на повышение стойкости металла сварного соединения к межкристаллитной коррозии (МКК);
определить влияние вибрационной обработки в процессе сварки на механические свойства сварных соединений;
-разработать технологически процесс вибрационной обработки для
повышения точности изготовления сварных аппаратов
нефтеперерабатывающей промышленности из стали 12Х18Н10Т.
Объекты и методы исследований
При теоретических исследованиях закономерностей формирования остаточных сварочных деформаций и напряжений в стыковом соединении из стали марки 12Х18Н10Т использовались методы теории упругости и пластичности, а также численный метод решения задач сплошных сред - метод конечных элементов.
При экспериментальных исследованиях использовали стандартные методы определения механических свойств, микроструктуры, микротвердости металла, стойкости к межкристаллитной коррозии. Обработку результатов экспериментов проводили с использованием методов математической статистики.
Научная новизна
-
Экспериментально установлено, что при приварке штуцера к цилиндрической обечайке из стали 12Х18Н10Т средняя величина отклонений диаметров обечайки с применением сопутствующей виброобработки уменьшается на 25 - 28% по сравнению с отклонениями, возникающими при сварке без вибрационной обработки.
-
Экспериментально установлено, что при сварке конструктивных элементов аппаратов с применением вибрационной обработки с амплитудой от 0,6 до 0,8 мм и частоте от 50 до 100 Гц повышается стойкость сварных соединений к межкристаллитной коррозии.
-
Применение вибрационной обработки в процессе изготовления сварных элементов аппаратов из стали 12Х18Н10Т увеличивает предел прочности металла сварного шва до 16%, ударную вязкость на 21 - 25%, малоцикловую долговечность сварного соединения на 20 - 25%.
Основные защищаемые положения
-
Совокупность установленных в результате теоретических и экспериментальных исследований закономерностей влияния параметров вибрационной обработки при изготовлении сварного оборудования из стали 12Х18Н10Т на механические свойства получаемых стыковых сварных соединений.
-
Экспериментально обоснованные решения по повышению точности формы и размеров конструктивных элементов аппаратов и по улучшению стойкости металла шва сварного соединения из стали 12Х18Н10Т к межкристаллитной коррозии.
-
Технология изготовления сварных аппаратов из стали марки 12Х18Н10Т с применением вибрационной обработки, позволяющая повысить точность конструктивных элементов, стойкость к МКК и механические свойства сварных соединений.
Практическая ценность
-
Разработаны конструкции устройств и технология проведения вибрационной обработки в процессе сварки конструктивных элементов аппаратов, позволяющие повысить точность изготовления, стойкость к МКК и улучшить механические свойства металла сварного соединения из стали 12Х18Н10Т.
-
Разработана методика вибрационного воздействия при сварке стыковых соединений базовых деталей кожухотрубчатой теплообменной аппаратуры из стали 12Х18Н10Т для Бугульминского механического завода ОАО «ТАТНЕФТЬ».
Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на IX Международной научно-технической конференции при IX специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Камнеобработка (Уфа, 2005)», на VII научно-технической конференции молодежи ОАО «Северные МН» (Ухта, 2006), на научно-технической конференции «Новые и нетрадиционные технологии в ресурсе- и энергосбережении» (Одесса, 2007), на III научно-практической конференции ОАО «Корпорация Уралтехнострой» (Туймазы, 2008), на I Международной конференции молодых учёных «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, изложена на 124 страницах машинописного
текста, содержит 32 рисунка, 10 таблиц, список использованной литературы из 154 наименований.
