Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Уровень развития сварочного производства в иракской компании "Завод химнефтеаппаратуры" 8
1.2. Тонкостенные фильтры из стали ASTM - А516 плакированные коррозионно-стойкой сталью AISI-304L малой толщины 18
1.2.1.Свойства сталей используемых для производства плакированных тонкостенных фильтров 20
1.2.2. Условия работы тонкостенных плакированных фильтров и возможности их изготовления 24
1.3. Способы и преимущества дуговой точечной сварки 27
Выводы 37
Цель и задачи исследования 39
Глава 2. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ДУГОВЫХ ТОЧЕЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В СБОРКАХ ИЗ РАЗНОТОЛЩИННЫХ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ
2.1. Возможные причины и виды внешних дефектов при формировании дуговых точечных соединений 40
2.2. Сварочная установка для выполнения электрозаклепок 44
2.2.1. Горелка для ручной сварки неплавящимся электродом 45
2.3. Обеспечение длительной стойкости неплавящегося электрода при периодическом не регулируемом возбуждении дуги 51
2.3.1.Тепловые условия работы неплавящихся электродов 51
2.3.2. Выбор марки и диаметра неплавящихся электродов 55
2.3.3.Оптимизация угла заточки рабочей части неплавящихся электродов 57
Выводы 65
Глава 3. СВОЙСТВА ДУГОВЫХ ТОЧЕЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ОДНОРОДНЫХ И РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ
3.1. Условия образования работоспособных нахлесточных разнотолщинных соединений 67
3.2. Влияние сварочного тока и времени на величину диаметра электрозаклепок 69
3.3. Оценка величины прочности электрозаклепок на срез 76
Выводы 89
Глава 4.ОЦЕНКА НЕОДНОРОДНОСТИ СВОЙСТВ ДУГОВЫХ ТОЧЕЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ СКЛОННОСТИ К ЛОКАЛЬНОМУ КОРРОЗИЙНОМУ ПОРАЖЕНИЮ 90
4.1. Общая характеристика технологических сред-светлых топлив и их совместимость с конструкционными материалами 91
4.2. Неоднородность свойств электрозаклепок выполненных на оптимальных режимах 96
4.3. Неразрушающий метод оценка термоэлектрического потенциала электрозаклепок и пути обеспечения их коррозионной стойкости 107
Выводы 119
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 122
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 125
- Уровень развития сварочного производства в иракской компании "Завод химнефтеаппаратуры"
- Возможные причины и виды внешних дефектов при формировании дуговых точечных соединений
- Условия образования работоспособных нахлесточных разнотолщинных соединений
Введение к работе
В промышленном комплексе Ирака сварка традиционно является ведущим технологическим процессом при производстве различного оборудования для нефтехимической отрасли, в частности, тонкостенных плакированных емкостей малого объема типа фильтров.
Анализ состояния и причин отказов фильтров, работающих в контакте со светлыми нефтепродуктами, показал, что до 60% отказов связано с проявлением коррозионных поражений в дуговых точечных соединениях, выполненных вручную неплавящимся электродом.
Одно из существенных требований, предъявляемых к светлым жидким топливам, это возможность получать их в весьма больших количествах для удовлетворения потребностей, в основном, экспорта. Учитывая факторы, связанные с затратами на производство, и возможный ресурс эксплуатационных качеств жидких товарных топлив, обеспечение коррозионной стойкости плакированных емкостей для необходимого многоступенчатого фильтрования, является актуальным.
Учитывая вышеизложенное, была выполнена настоящая работа, целью которой явилось: выполнение плакировки сталью AISI - 304L малой толщины тонкостенных обечаек из стали ASTM - А516 для емкостных конструкций.
На основании проведенного в первой главе анализа по состоянию вопроса были сформулированы задачи для ее реализации.
Во второй главе приведены результаты исследований по оптимизации технологических параметров при выполнении дуговых точечных соединений из разнотолщинных разнородных сталей. Результаты получены на основе длительных практических наблюдений (выполненных в цеховых условиях компании " Химнефтеаппаратура")
и их анализа в соответствии с существующими представлениями о явлениях сопутствующих дуговой точечной сварке способом ТИГ.
В третьей главе показана возможность использования точечной сварки неплавящимся электродом типа EWTh-2 в среде аргона для получения нахлесточных соединений из аустенитной стали AISI 304L малой толщины (0,6; 0,8 и 1,0мм) с углеродистой сталью ASTM А516 средней толщины (6,0мм).
Приведены результаты определения прочности на срез для односрезных одиночных сварных точек, выполненных вручную способом ТИГ для однородных и разнородных разнотолщинных образцов.
В четвертой главе показано, что даже без активного химико-
металлургического воздействия при выполнении вручную в инертной
атмосфере аргона точечные соединения будут представлять собой
сложную неоднородную систему, результатом чего является
электрохимическая гетерогенность и склонность к локальному коррозионному поражению. Для успешного изготовления плакированных емкостей необходимо иметь метод оценки и прогнозирования стойкости дуговых точечных соединений при их длительном контакте со светлыми жидкими топливами. В этом отношении большой практический интерес представляет метод оценки термоэлектрического потенциала поверхности сварных соединений.
В главе приведены результаты определения локальной неоднородности электрозаклепок с помощью данного метода. Это позволило выбрать оптимальный режим ручной сварки и определить основные требования по обеспечению коррозионной стойкости точечных соединений.
Исследованы предпосылки к данному явлению и предложен способ обеспечения коррозионной стойкости плакированных фильтров при контакте со светлыми жидкими топливами.
В заключение диссертационной работы приведены общие выводы.
Новое решение актуальной научной задачи, выносимой автором работы на защиту, заключается в установлении связей между долговечностью плакированных фильтров для светлых жидких топлив и качеством дуговых точечных соединений, а также в определении путей повышения их надежности в условиях постоянного контакта с
поверхностно - активными светлыми нефтепродуктами.
1. Обоснована и разработана технология ручного способа сварки ТИГ
для выполнения точечных соединений при плакировке коррозионно -стойкой сталью AISI - 304L малой толщины (< 1,0мм) тонкостенных обечаек из углеродистой стали ASTM - А516 (толщиной 6,0мм).
Разработаны технологические приемы дуговой точечной сварки позволяющие: существенно стабилизировать процесс за счет устранения неконтролируемых возмущений; снизить требования к квалификации сварщика.
Разработаны технологические приемы, обеспечивающие длительную стойкость ториро ванных электродов (EWTh-2) к высокой тепловой периодической нагрузке на кончик рабочей части неплавящихся электродов при неоднократности не регулируемом возбуждении дуги в момент выполнения многочисленных электрозаклепок.
4. Обоснованы и определены оптимально допустимые размеры
диаметров электрозаклепок при различных вариантах требований к
показателям качества плакированных обечаек: а) нормальный ряд по
прочности и б) рекомендуемый ряд по коррозионной стойкости.
Практическая ценность работы заключается в реализации выявленных путей обеспечения коррозионной надежности дуговых точечных соединений плакированных тонкостенных оболочковых конструкций.
Полученные результаты нашли применение при разработке способов повышения качества точечных соединений за счет модернизации сварочной установки для ручной дуговой сварки способом ТИГ и при создании специализированных сварочных участков для изготовления плакированных обечаек для фильтров различного конструктивного исполнения.
Работа выполнялась в цеховых условиях компании "завод химнефтеаппаратуры" (г. Багдад, Ирак) и на кафедре '* Сварка и защита от коррозии" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (г. Москва, Россия).
Основные результаты и положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-методических семинарах в университетах (инженерные факультеты) г. Багдад и г. Басра (2000г); на научно-технической конференции " Бенардосовские чтения" в Ивановском государственном энергетическом университете (2003г) и на научном семинаре кафедры «Сварка и защита от коррозии» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, г. Москва (2003 г).
По материалам диссертации опубликовано 3 статьи.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 133 страницы, включая 40 рисунков и 27 таблицы. Список литературы совместно с публикациями автора по теме диссертации включают 106 наименований.
Диссертант выражает глубокую признательность за постоянное внимание и поддержку научному руководителю профессору д.т.н. Стеклову О.И. и научному консультанту доценту к.т.н. Сасу А.В., а также коллективу кафедры сварки и защиты от коррозии.
Уровень развития сварочного производства в иракской компании "Завод химнефтеаппаратуры"
В промышленном комплексе Ирака сварка традиционно является ведущим технологическим процессом на многих машиностроительных, строительно-монтажных и других предприятий.
Пионером в производстве сварных изделий и оборудования для многих секторов промышленности является компания "Завод химнефтеаппаратуры" в г. Багдаде, которая в своем развитии прошла несколько этапов.
Первый этап. Компания была создана в 1965 году на базе небольшой механической мастерской. Но уже к концу 80-х годов ее производственные корпуса (рис. 1.1.) занимали площадь более 55 тыс.м2, а количество сотрудников составляло около 1700 человек.
Общая информация о возможностях компании в начале 90-х годов приведена в табл. 1,1, 1.2 и 1.3. С помощью ручной и полуавтоматической сварки изготавливалось более 60% объема сварных соединений. К этому времени в компании сформировалась система организации производства и разработки нормативно-технической документации, бравшей за основу зарубежный опыт. Вообще особенность иракского промышленного комплекса всегда состояла в этом, что в нем доминировала поставка и освоение оборудования и технологий индустриально развитых стран. Подбор и закупка оборудования для сварки и сопутствующих процессов выполнялись в Италии, Югославии, Китае,
Годовой объем производства сварных конструкций 3600 тонн
Массовая доля металла шва 1-2%
Потребность в электродах, сварочньїх проволоках, флюсах и т.д. 150-250 тонн
Серийность производства Единичное (мелкосерийное) и массовое (серийное)
В сварочном производстве занято:ИнженеровТехниковСварщиков:5р., 4 р., 3 р., 2 р., 1 р. 10 3020,45,47,70,23.
Виды сварки, %:-ручная дуговая -механизированная -контактная-газопламенные процессы -другие способы 65 20285
Координация производства возложена на отдел Технологически й
Нормативная база изготовления с учетам американского и европейского опыта (ASME,TEMA,B.S. и т.д.).
Организация контроля качества и надзора за их выполнением Отдел качественного контроля
Методы контроля УЗ К, рентген, внешний осмотр и т.д.
Германии, США и т.д., что позволило создать специализированные комплексные участки. Применяемое оборудование и технологии в основном были рассчитаны на использование иракских квалифицированных специалистов сварщиков. Обычно в понятии квалификации отмечают два аспекта — способность работника к труду определенного качества (потенциальное качество труда) и реализацию этой способности, которая выражается в количественных результатах труда (11).
Что касается необходимой нормативно-технической документации, то она регламентировалась собственной системой управления качеством в соответствии с требованиям заказчиков. Велись работы по созданию САПР технологических процессов.
Отличительной особенностью иракских стандартов по сварке являлось то, что по тексту и форме изложения они повторяли соответствующие международные стандарты стран поставщиков оборудования или технологий, т.е. использовался менее затратный путь. Также в соответствии со стандартами США в компании проводилась профессиональная подготовка» определение теоретических знаний сварщиков, механические испытания сваренных ими образцов и присвоение требуемого разряда. Действующая система переподготовки и повышения квалификации сварщиков позволяла поддерживать потребность компании на уровне 200 человек (табл.1.3.). К началу 90-х годов основную массу сварщиков составляли рабочие в возрасте 25-35 лет при стаже работы до 10 лет.
Возможные причины и виды внешних дефектов при формировании дуговых точечных соединений
При всей внешней простоте выполнения электрозаклепочных соединений возможно появление в них дефектов (20,23), что связанно с особенностями данного процесса: свгля
- его кратковременность при ограниченных условиях визуального наблюдения и соблюдения с максимальной точностью дугового промежутка,
- из- за малого объема сварочной ванны теплоотвод в прилегающий холодный металл разнотолщинных разнородных сталей будет значителен, т.е. скорость кристаллизации будет велика.
Таким образом, переход от стационарного длительного режима горения дуги к периодическому кратковременному (включению и выключению питания) не избавляет электрозаклепочные соединения от появления прожогов, вольфрамовых включений, кристаллизационных трещин и т.п. Указанные сварочные дефекты во многом способствуют появлению коррозионных (рис.1.3).
Прожоги. Одной из причин появления прожогов является изменение зазора (Д) между сопрягаемыми поверхностями деталей в месте постановки электрозаклепок.
При нулевом зазоре или при малой его величине приращение температуры приводит в основном к расплавлению плакировки из стали AISI 304L и основного слоя из стали ASTMA516 при незначительном изменении их теплофизических характеристик. При отсутствии фиксированного поджатия плакировки (толщиной 1,0мм) наличие или увеличение зазора (в результате прогиба места точечного нагрева) приведет к мгновенному увеличению проплавляющей способности дуги и зоны плавления, т.е. к прожогу плакирующего листа.
Другой причиной появления прожогов является изменение длины дугового промежутка в процессе сварки. От сварщика ручника любой квалификации требуется точная постоянная координация движений для поддержания постоянства длины дуги, но данный навык формируется длительно. Обратная связь, как по зрению, так и по слуху у сварщиков низкой квалификации не всегда срабатывает, а с учетом наличия у него естественного тремора неизбежно появление прожогов в плакировке.
Усадочные раковины. При выполнении точечного соединения неплавящимся электродом без применения присадочного материала, т.е. в условиях отсутствия питания ванны жидким дополнительным металлом, возможно образование дефекта в, виде усадки.
Основной причиной образования данного дефекта является объемный характер кристаллизации жидкого металла сварочной ванны в процессе непрерывной сварки. Объемная кристаллизация возникает при резком изменении тепловложения вплоть до ее прекращения при соответствующем отношении глубины ванны к ее ширине.
Поэтому одним из способов устранения усадочных раковин (трещин)
при выполнении дуговых точечных соединений на деталях малой
толщины из разнородных сталей является создание плоской схемы кристаллизации сварочной ванны, например, при использовании технологических подкладок из меди или снижения плотности тепловой энергии источника тепла — неплавящегося электрода.
Неоднократно проведенный входной контроль баллонов с аргоном показал наличие в них (до 20% от каждой партии) влаги превышающей требования на поставку ( 0,0008 г/м3), что может явиться одной из причин появления поверхностных разрывов (трещин). Отбор проб проводился на выходе баллона с помощью влагоанализатора.
Необходимо также отметить, что при отклонении оси горелки (электрода) на угол 10 от оси точечного соединения под воздействием дуги наблюдалось образование наплыва (в сторону отклонения электрода) и вогнутость (частично) поверхности "головки" электрозаклепки.
Условия образования работоспособных нахлесточных разнотолщинных соединений
Качество точечных соединений, выполненных различными способами (табл.1.7), это совокупность их технологических и эксплуатационных характеристик.
Технологические характеристики определяются такими основными показателями, как потребляемая мощность, производительность и возможности техпроцесса.
Эксплуатационные характеристики определяются статической и динамической прочностью, массой соединения, качеством поверхности, герметичностью и коррозионной стойкостью.
Данные характеристики связаны с геометрическими размерами конструктивных элементов соединения - диаметром электрозаклепки (dT), глубиной проплавлення (hT), расстоянием между точками (tx) и т.д. Диаметр (dT) является основным параметром, определяющим
характеристики соединений, остальные — производные, выбираемые из условия задаваемой прочности. Поэтому необходимым и достаточным условием образования работоспособных нахлесточных разнотолщинных соединений при точечной сварке способом ТИГ является обеспечение требуемых размеров диаметра электрозаклепок.
Традиционным методом решения подобных задач является метод перебора, при котором поочередно исследуется влияние одного из факторов на выходной параметр, в нашем случае на диаметр сварной точки, при постоянных значениях остальных факторов.
Известно, что на процесс точечной сварки ТИГ оказывает влияние многие факторы. Это размеры и форма электродов, свойства материалов, форма сварочного тока, время сварки и т.д.
Однако, в первую очередь характер нагрева зоны сварки и образование точечного соединения определяется основными параметрами режима сварки: силой сварочного тока и временем сварки. Изучая зависимость изменения диаметра сварной точки от этих параметров, можно определить их влияние на процесс формирования сварной точки и на качество соединения.
Образцы для проведения исследований были разделены на две группы.
Группа 1. Сварка однородных образцов из нержавеющей стали AISI 304L при сочетании толщин: (0,6+0,6); (0,8+0,8) и (1,0+1,0)мм.
Группа 2. Сварка образцов из разнородных сталей (нержавеющей стали AISI 304L + углеродистая сталь А516) при следующем сочетании толщин: (0,6+6,0); (0,8+6,0) и (1,0+6,0)мм.
