К сосудам, работающим под давлением, относят барабаны котлов, аппараты химической и нефтяной промышленности. Как правило, их изготавливают из сталей марок: Ст.2, Ст.З, Ст.ЗК, Ст.20, 15К, 20К, 12ХМФ, 12Х1МФ 09Г2ТД, 1Х18Н9Т, Х17Т, Х28Н4 и многих других. В кислородном машиностроении, пищевой промышленности находят применение сосуды, изготовленные из алюминия, меди и их сплавов. Для изготовления сосудов для силыIи агрессивных сред находят применение титан, тантал, ниобий, цирконий и т.д.

Изготовление сосудов связано с выполнением прямолинейных, кольцевых и круговых швов.

При рассмотрении вопросов технологии изготовления сосудов их разделяют на три группы:

– толстостенные;

– со стенкой из листов средней толщины;

– тонкостенные.

При изготовлении толстостенных сосудов (толщина свыше 40 мм) широко используют электрошлаковую сварку. Этот способ позволяет получить надежное проплавление всего сечения любой толщины за один проход.

В зависимости от размеров сосуда листовую заготовку гнут в нагретом состоянии вдоль длинной или вдоль короткой кромки листа. В первом случае обечайка получается длинной и меньше кольцевых швов в сосуде. Однако для сосудов большого диаметра длина короткой кромки листа может быть недостаточной, тогда обечайку составляют из двух корыт с двумя продольными швами. Во втором случае обечайка получается более короткой, но с одним продольным швом. Второй прием менее целесообразен, так как кольцевые швы более трудоемки по сравнению с продольными. Обечайку с одним продольным швом получают вальцовкой листа, нагретого до 1000... 1050°С. Недовальцованные плоские участки шириной 100... 150 мм оставляют. После остывания обечайки 2 стык закрепляют приваркой скоб 1 и тепловой резкой вырезают заготовки под электрошлаковую сварку (рис.5.19).

Вальцовкой получают обечайки длиной до 3500 мм и толщиной до 100 мм. Гибка на прессе таких ограничений не имеет, особенно если обечайки обра­зуются из двух корыт. Сборку под электрошлаковую сварку в этом случае (рис.5.20) выполняют с помощью скоб, постоянства зазора в стыке достигают постановкой прокладок, удаляемых перед сваркой. После приварки выходных планок и кармана для наведения шлаковой ванны собранную под сварку обе­чайку устанавливают вертикально. При двух продольных швах сварку рацио­нально вести двумя сварочными автоматами одновременно.

При сварке гнутых под прессом корыт обечайка получается достаточно правильной формы и калибровка необязательна. Обечайки, полученные валь­цовкой, требуют калибровки на вальцах с предварительным подогревом до 1000...1050 °С и последующего охлаждения на воздухе (нормализация).

Кольцевые швы выполняют сваркой под флюсом или электрошлаковой сваркой. Полное проплавление при сварке под флюсом обеспечивается уклад­кой в разделку нескольких слоев 1 с внешней стороны (рис.5.21), зачисткой корня шва пневмозубилом или тепловой резкой и наложением внутреннего подварочного шва 2. После этого производится многослойное заполнение внешней разделки 3.

Сборка кольцевого шва под электрошлаковую сварку должна быть достаточно точной, так как местная депланация криволинейных кромок свыше 3 мм может привести к нарушению уплотнения и вытеканию шлаковой ванны. Поэтому перед сборкой обычно внешнюю и внутреннюю поверхности каждой из обечаек протачивают на ширину 70...100 мм от торца (рис.5.22). Так же осуществляют подготовку стыка обечайки с днищем. Собирают стык с помощью планок, которые устанавливают "на ребро" поперек кольцевого шва и прива­ривают к поверхности обечаек. Если в качестве внутреннего формирующего устройства используют медные охлаждаемые подкладки, изогнутые по радиусу свариваемого изделия, то внутри обечайки дополнительно устанавливают ско­бы временного крепления. Подкладки 1 (рис.5.23) заводят в отверстия скоб 2 и закрепляют клиньями 3 или винтовыми прижимами.

Электрошлаковую сварку кольцевого шва начинают на вспомогательной пластинке, вваренной в зазор стыка (рис.5.24,а). После сварки примерно поло­вины окружности стыка (рис.5.24.6) сварщик резаком удаляет начало шва до полного устранения непровара и придает торцу шва наклонный срез, облег­чающий выполнение замыкания шва (замка) (рис.5.24,в). Усадочную раковину либо выводят в специальный прилив в наружном ползуне или в медный кокиль, либо выплавляют и заваривают вручную.

Перспективной является однопроходная сварка толстостенных сосудов электронным лучом в вакууме. Экспериментально показано, что при использо­вании сварки горизонтальным лучом можно выполнить продольные и кольце­вые швы металла толщиной 250 мм и более при скорости сварки 0,05... 1,3 мм/с. Однако для производственного применения этого перспективного метода еще требуется отработка ряда технологических вопросов, а также создание вакуум­ных камер больших размеров.

По завершении сварки корпуса сосуда вырезку отверстий для вварных штуцеров производят или механическим путем, или термической резкой. Осо­бенно большой объем таких работ выполняется при изготовлении барабанов котлов и коллекторов. Чтобы сократить подгоночные работы на монтаже при сборке коллекторов и барабанов с блоками экранных труб, к точности уста­новки штуцеров предъявляют жесткие требования. Приварку большого числа штуцеров необходимо автоматизировать. Применяемые для этой цели специализированные автоматы и полуавтоматы обычно центрируются по верхней части ввариваемого штуцера. Варианты конструктивного оформления штуцеров с оболочками боль­шой толщины разнообразны. Наиболее целесообразны те, которые позволяют получить надежное проплавление всей стенки штуцера, исключая возможность образования и роста трещины от непровара.

Для этой цели используют форми­рующую подкладку, удаляемую после сварки (рис.5.25, а, б). Другой вариант со­единения показан на рис.5.26, а, б. В оболочке 2 в центре установки трубчатого переходника сверлят центровочное отверстие d, в которое вставляют заготовку 1 переходника с разделкой кромок под сварку. После сварки просверливают отверстие диаметром D (рис.5.26, а). Окончательно соединение имеет вид, показанный на рис.5.26, б. В нем присутствует концентрация напряжений на внеш­ней поверхности, но на внутренней полости отсутствует.

С ростом размеров сосудов и внутреннего давления требуемая толщина стенки достигает 200...400 мм. Наряду с технологическими трудностями изготовления столь толстостенных монолитных обечаек возрастает опасность их хрупкого разрушения. Поэтому такие сосуды изготавливают многослойными. Имеется три основных метода получения обечаек многослойных сосудов.

По первому 1 способу предварительно собирают и сваривают продольными швами обечайки разного диаметра с толщиной стенки 20...50 мм. После снятия усиления шва и калибровки обечайки последовательно надеваются одна на другую до получе­ния требуемой суммарной толщины. Для осуществления натяга между слоями насаживаемая обечайка перед посадкой нагревается до 600°С, что обеспечивает соприкосновение до 95% сопрягаемой поверхности. Для удобства сборки на торце обечайки на прихватках закрепляют направляющие планки 1 (рис.5.27).

И второй способ состоит в том, что на внутреннюю обечайку толщиной 10...40 мм, изготовленную по обычной технологии (рис.5.28,а), последовательно накладывают полуобечайки толщиной 5...8 мм (рис.5.28,б), обтягивают их с по­мощью лент 1 и 2 от гидроцилиндров 3 (рис.5.28,в) и сваривают продольными швами между собой (рис.5.28,г). После зачистки швов последовательно накладывают следующие полуобечайки до нужной толщины.

В технологическом от­ношении наиболее целесообразным является изготовление многослойных обе­чаек по третьему способу намоткой на основную обечайку толщиной 20...40 мм нескольких слоев рулонной стали толщиной 4...8 мм (рис.5.29,а–д). В зависи­мости от рабочей среды центральная обечайка может быть двухслойной или из коррозионно-стойкой стали, а слои наружной части корпуса – из низколегированнои стали. Перед началом намотки к внутренней обечайке 1 (рис.5.29,а) проплавными точками, 3 приваривают клиновую вставку 2. К вставке стыко­вым швом приваривают кромку рулонной полосы (рис.5.29,б). Далее произво­дят намотку заданного количества слоев (рис.5.29,в), отрезку рулонной полосы и закрепление ее конца на поверхности многослойной обечайки путем сварки стыкового шва с клиновой вставкой (рис.5.29,г). Изготовление многослойной обечайки завершается накладкой двух полуобечаек облицовки и выполнением продольных швов (рйс.5.29,д).

На Уралхиммаше работает технологическая линия для изготовления мно­гослойных рулонированных обечаек диаметром до 5 м. Линия состоит из разматывателя рулона, подающих вальцов правильной машины, машины для об­резки и сварки концов полосы, отклоняющих валков и машины для намотки обечаек.

Торцы многослойной обечайки протачивают и на них наплавляют слой металла толщиной не менее 10 мм, который механически обрабатывают для получения требуемой формы разделки кромок (рис.5.30).

Кольцевые швы между обечайками, а также между обечайкой и днищем или фланцем выполняют многослойными. Кромки монолитных днищ и флан­цев из стали 22ХЗМ или 20Х2МА также подвергают предварительной наплавке с целью исключения необходимости термической обработки после сварки кольцевых швов. Сварочные напряжения в этих швах в значительной степени снимаются при обязательном приемочном испытании готового сосуда в ре­зультате нагружения внутренним давлением, превышающим рабочее.

ЛЕКЦИЯ 20