Введение к работе
Актуальность темы
Значительная часть объектов топливно-энергетического комплекса нашей страны расположена в северных широтах. Технология изготовления сварного оборудования для работы в условиях значительного перепада температур окружающей среды включает в себя проведение термических операций, направленных на снижение негативных факторов, вносимых сваркой (остаточные сварочные напряжения, неоднородность структуры и механических свойств и т.д.), с целью повышения хладостойкости сварных соединений конструкций. Общеизвестно, что термообработка как основной метод снятия остаточных напряжений является энергоемким и труднореализуемым технологическим процессом, особенно с учетом крупных габаритов и сложной геометрической формы нефтеперерабатывающего оборудования. При этом, на сегодняшний день отсутствуют неразрушающие методы всесторонней оценки качества проведения термических операций. Вследствие несоблюдения требований технологии, особенно при проведении местной термической обработки сварных швов крупногабаритных конструкций, которая является менее энергоёмкой по сравнению с общей термообработкой, существуют участки сварных соединений, испытавшие недостаточное термическое воздействие. При дальнейшей эксплуатации оборудования, вследствие структурной неоднородности и повышенного уровня остаточных напряжений по сравнению с участками, подвергшимися обработке в полной мере, они выступают очагами зарождения трещин, в результате чего окружающей металл становится подвержен низкотемпературной хрупкости - существенному снижению прочностных характеристик при пониженных температурах и может выступать в качестве очага разрушений, даже при
нагрузках ниже расчётных. Подтверждением этого являются рекламации от
заказчиков оборудования об образовании трещин в корпусах аппаратов по сварным соединениям. То есть, работоспособность сварного оборудования напрямую зависит от качества выполнения операций технологического процесса изготовления. Поэтому, на сегодняшний день, учитывая общие тенденции развития машиностроительного комплекса России, совершенствование технологического процесса изготовления оборудования должно быть направлено не только на повышение качества выпускаемой продукции, но и на снижение энергозатрат.
Цель работы. Повышение качества и снижение затрат на изготовление сварных корпусов аппаратов из стали 09Г2С для нефтепереработки.
Задачи исследования
-
Установление закономерностей возникновения остаточных напряжений и деформаций в процессе сварки базовых элементов корпусов аппаратов из низколегированных сталей.
-
Исследование влияния режимов вибрационной обработки, проводимой в процессе сварки, на уровень остаточных напряжений, механические свойства и микроструктуру металла сварных соединений.
-
Разработка усовершенствованного технологического процесса изготовления сварных аппаратов с применением вибрационной обработки в процессе автоматической сварки базовых элементов корпусов.
Методы исследований
При изучении закономерностей возникновения остаточных напряжений и деформаций использовались методы теории упругости и пластичности, а также численный метод решения задач сплошных сред - метод конечных элементов. При экспериментальных исследованиях применяли стандартные методы определения механических свойств, микротвердости и микроструктуры металла. Обработку результатов экспериментов проводили с использованием методов математической статистики.
Основные защищаемые положения
-
-
Совокупность установленных в результате теоретических исследований закономерностей распределения остаточных напряжений и деформаций в зоне кольцевых и продольных стыковых сварных соединений базовых элементов корпусов аппаратов.
-
Совокупность установленных экспериментальными исследованиями закономерностей влияния режимов вибрационной обработки на механические свойства металла стыковых сварных соединений из стали 09Г2С, полученных автоматической сваркой под слоем флюса.
-
Усовершенствованная технология изготовления сварных корпусов аппаратов из стали 09Г2С с применением вибрационной обработки в процессе автоматической сварки под слоем флюса базовых элементов.
Научная новизна
-
-
-
Экспериментально получена зависимость влияния частоты вибрации на механические свойства стыковых сварных соединений из стали 09Г2С, выполненных двухсторонней сваркой под флюсом. Выявлено, что наиболее эффективной с точки зрения механических свойств является вибрационная обработка в процессе сварки с частотой 150 Гц и амплитудой колебаний от 0,8 до 1,0 мм, осуществляемая двумя вибрационными устройствами, работающими в одной фазе и расположенными симметрично относительно продольной оси шва.
-
Установлено, что вибрационная обработка на частоте 150 Гц позволяет повысить сопротивляемость хрупкому разрушению по показателю ударной вязкости (KCV) металла шва из стали 09Г2С при температуре испытаний -40 С на 104... 114 % по сравнению с образцами, необработанными вибрацией в процессе сварки.
3. Численным моделированием получены зависимости частоты собственных колебаний деталей корпуса аппарата диаметром 1600 мм, установленного на роликовые опоры, от сваренной длины шва для случаев: приварки обечаек друг к другу, приварки первого и второго днища к цилиндрическому корпусу.
Практическая ценность
-
-
-
-
Разработанная технология принята к внедрению на ООО «Уралнефтегазтранс» с целью повышения качества изготовления и снижения энергозатрат при производстве сварных корпусов аппаратов из стали 09Г2С.
-
Полученные закономерности влияния режимов вибрационной обработки на механические свойства металла сварных соединений из стали 09Г2С используются при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Теория сварочных процессов» в рамках подготовки инженеров по специальности 150202 «Оборудование и технология сварочного производства».
Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 61-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Уфимского государственного нефтяного технического университета (Уфа, 2010), Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» (Уфа, 2010), Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и решения» (Уфа, 2010), 12-й Международной молодёжной научно- технической конференции «Севергеоэкотех-2011» (Ухта, 2011), 17-й Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера 21-го века» (Донецк, 2010).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 5 статей в ведущих научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ, патент РФ на изобретение, получено положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка использованной литературы из 145 наименований и содержит 114 страниц машинописного текста, в том числе 52 рисунка, 20 таблиц.
Похожие диссертации на Совершенствование технологии изготовления сварных корпусов аппаратов из стали 09Г2С
-
-
-
-
-
-
