WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис. 2. Распределение эквивалентных напряжений Теоретические исследования показывают, что отклонение диаметров в процессе изготовления обечаек, изготовляемых из углеродистой стали, происходит при сварке продольного стыка, однако остаточные напряжения, возникающие при гибке-вальцовке, также впоследствии снижают размерную стабильность и эксплуатационные характеристики корпусов аппаратов.

Далее в этой же главе с целью практического изучения влияния возникающих остаточных напряжений на точность изготовления корпусных деталей приведены замеры наружных диаметров в двух плоскостях – в горизонтальной D1 и вертикальной D2 - после каждой технологической операции изготовления и сборки корпуса. Исследование проводили на примере изготовления корпуса нефтегазового сепаратора АГЗУ (толщина 12 мм, диаметр 720 мм, материал ВСт3сп). Было обследовано 25 корпусов сепараторов.

Ввиду того, что формирование стыковочных размеров обечаек носит наследственный характер и зависит от технологического процесса изготовления и сборки корпуса, то и замеры проводили поэтапно после каждой операции:

операция I – изготовление обечайки из листа; операция II – вырезка отверстий под штуцера; операция III – приварка штуцеров; операция IV – приварка внутреннего устройства.

Результаты замеров, приведенные в диссертации, показывают, что наиболее существенно овальность возрастает на операциях III и IV (рис. 3). Это объясняется действием сварочных напряжений, возникающих в корпусе после приварки штуцеров и внутреннего устройства, а также деформационной релаксацией остаточных напряжений, возникающих в обечайке в процессе гибки.

Номер операции Рис. 3. Средние значения диаметров и относительной овальности после каждой операции Таким образом, исследования показали, что отклонение формы сечения корпуса сепаратора в виде овальности имеет наследственный характер и изменяется от одной технологической операции к другой. Для исключения накопления погрешности формы сечения корпуса необходимо в процессе каждой технологической операции обеспечивать устойчивость формы, что может быть достигнуто уменьшением остаточных сварочных напряжений.

В третьей главе приведены результаты исследования влияния вибрационной обработки на механические характеристики и напряженнодеформированное состояние обрабатываемого металла.

Влияние вибрационной обработки на величину остаточных напряжений было исследовано на одном из базовых элементов корпуса аппарата – обечайке диаметром 1000 мм, толщиной стенки 10 мм и длиной 800 мм, изготовленной из низкоуглеродистой конструкционной стали ВСт3сп.

Обечайка представляет собой конструкцию, сваренную из вальцованного листа. Из исследуемой обечайки были вырезаны кольцевые образцы шириной 200 мм. Для возбуждения вибрационных колебаний применяли промышленный электрический вибратор с круговыми колебаниями типа ИВ–99А–2 ТУ 22-4666-80, скорость вращения вала n = 2775 об./мин. Вибрационное устройство имеет возможность изменять величину возмущающей силы на 4000 Н, 6300 Н, Н.

Обработку производили при трёх режимах, соответствующих указанным значениям возмущающей силы. Образец при обработке располагался на специальной демпфирующей подушке, его ось и ось вибрационного устройства находились в одной плоскости. Схема обработки показана на рис. 4.

Продолжительность обработки составляла 20 минут, так как из результатов многочисленных работ известно, что при увеличении времени обработки (более 20 минут) эффективность вибрационного воздействия снижается.

I VI I I II I II VI I С ва р но й ш о в VI I V V Рис. 4. Схема виброобработки образца:

1 – вибратор; 2 – образец; 3 – демпфирующая подушка; 4 – тензорезисторы (I-VIII) Для количественной оценки эффективности вибрационного метода снятия остаточных напряжений, на внутренней поверхности образцов были наклеены тензорезисторы I-VIII. Помимо определения величины остаточных напряжений во внутренних слоях по окружности образцов при различных режимах вибрационной обработки, также исследовалось и распределение этих напряжений.

Необходимо подчеркнуть, что снижение остаточных напряжений по периметру образцов носит неравномерный характер (рис. 5). Как показывает рис. 5, с увеличением возмущающей силы при вибрационной обработке обечайки, наряду со снижением средней величины, происходит выравнивание остаточных напряжений по объему детали.

Максимальные остаточные напряжения после виброобработки имеют место на участке установки вибрационного устройства, т.е. в данной области снятие напряжений проходит менее эффективно. Поэтому необходимо проводить вибрационную обработку изменяя место приложения вибрационных возмущений в процессе снятия остаточных напряжений.

ост., ост МПа 0 2000 4000 6000 Q, H Рис. 5. Влияние величины возмущающей силы Q вибратора на:

1 - уровень средних остаточных напряжений в образцах ост. ср.;

2 - разброс остаточных напряжений в образцах ост Для исследования влияния вибрационной обработки деталей при сварке на получение качественного сварного соединения был проведен ряд экспериментов, подробно изложенный в диссертации. Результаты экспериментов по выбору амплитуды вибрации показывают, что качественные сварные соединения при ручной электродуговой сварке (определяемые визуально) достигаются только при значении амплитуды вибрации не более 1,мм. Ручную электродуговую сварку производили на постоянном токе обратной полярности 100…120 А, при напряжении дуги 22…26 В, электродами Э50АУОНИИ-13/55Р-УД ГОСТ 9466-75, диаметр электрода 3 мм. Сварка производилась в нижнем положении.

Дальнейшие исследования процесса сварки с сопутствующей вибрационной обработкой проводились на разработанном и изготовленном специальном вибростоле (рис. 6) при амплитуде вибрации в интервале от 0,4 до 1,0 мм и постоянной частоте 50 Гц. Изменение величины амплитуды вибрации при сварке достигалось при помощи дебалансов, установленных на валу вибрационного устройства.

Влияние величины амплитуды вибрации детали при сварке на механические свойства сварных соединений определялось в соответствии с ГОСТ 6996 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств».

2 1 Рис. 6. Вибростол:

1 – вибрационное устройство; 2 – стол; 3 – заготовка При испытаниях образцов на растяжение разрушение происходило по основному металлу. Это даёт основание считать, что при данных режимах сварки при сопутствующей виброобработке как металл шва, так и металл околошовной зоны имеют прочностные характеристики не ниже, чем основной металл.

Были проведены испытания металла различных участков сварного соединения на ударный изгиб (тип VI ГОСТ 6996). Для каждого испытания брали по 3 образца. По результатам испытаний построены графики, показанные на рис. 7.

КСU, Дж/сма, мм 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Рис. 7. Графики зависимости ударной вязкости КСU металла шва (1) и околошовной зоны (2) от величины амплитуды вибрации а при сварке Графики на рис. 7 показывают, что при изменении амплитуды вибрации в интервале от 0,2 до 0,6 мм значение ударной вязкости в металле шва и околошовной зоны незначительно растёт, а при увеличении амплитуды вибрации более 0,6 мм значение ударной вязкости снижается как в металле шва, так и в металле околошовной зоны. Причем при амплитудах вибрации более 0,8 мм значение ударной вязкости снижается в зоне сварного шва на 30%, а в околошовной зоне более чем на 40% по сравнению со значением ударной вязкости при сварке без вибрационной обработки.

С целью изучения изменения структуры металла в сварном шве и околошовной зоне в зависимости от величины амплитуды вибрации при выполнении сварки были проведены металлографические исследования и исследования микротвердости образцов.

Измерение микротвердости металла проводили на микротвердомере ПМТ-10.

Замеру подвергались участки сварного соединения: сварной шов, зона сплавления и зона термического влияния. Для точности результата в каждой зоне производили по 5 замеров. Результаты замеров приведены на рис. 8.

H100, МПа 0 0,2 0,4 0,6 0,8 а, мм Рис. 8. Графики зависимости микротвердости металла H100 различных участков сварного соединения в зависимости от амплитуды вибрации а при сварке:

1 – сварной шов; 2 – зона сплавления; 3 – зона термического влияния Графики наглядно показывают, что величина микротвердости имеет свои наименьшие величины при амплитудах вибрации в интервале от 0,2 до 0,6 мм.

С повышением амплитуды вибрации возрастает значение микротвердости на всех участках металла сварного соединения.

Микроструктурные исследования проводились на оптическом микроскопе МИМ-8М с увеличением 200х. Результаты микроструктурного анализа металла сварных швов, полученных при сварке с сопутствующей вибрационной обработкой при различных амплитудах вибрации, показаны на рис. 9.

Из снимков микроструктуры сварного шва видно, что при виброобработке в интервале амплитуд от 0,4 до 0,6 мм строение имеет мелкодисперсную структуру, при амплитудах вибрации от 0,6 до 0,8 мм дисперсность снижается, при амплитуде выше 0,8 мм микроструктура металла шва подобна той, которая наблюдается при сварке без применения виброобработки.

а) б) в) г) Рис. 9. Микроструктура металла сварного шва, 200:

а) без вибрации; б) амплитуда вибрации а = 0,4…0,6 мм;

в) а = 0,6…0,8 мм; г) а = 0,8…1,0 мм Результаты микроструктурного анализа в зоне термического влияния при сварке с различными режимами вибрационной обработки показаны на рис. 10.

Результаты микроструктурного анализа металла в зоне, представленные на рис. 10, показывают, что с увеличением амплитуды вибрации величина зерна в этой зоне монотонно снижается, происходит его квазидробление. Однако, как было показано выше, при амплитудах вибрации выше 0,8 мм механические свойства металла сварного соединения имеют более низкие показатели, чем при вибрации в интервале амплитуд от 0,4 до 0,6 мм.

а) б) в) г) Рис. 10. Микроструктура металла в зоне термического влияния, 200:

а) без вибрации; б) амплитуда вибрации а = 0,4…0,6 мм;

в) а = 0,6…0,8 мм; г) а = 0,8…1,0 мм Также в главе приведены результаты исследования влияния вибрационной обработки, выполняемой при сварке, на точность изготовления базовых деталей нефтеперерабатывающих аппаратов. Исследование заключалось в определении величины отклонения диаметра кольцевых образцов при приварке в них продольной пластины. Для этого по окружности образцов наносили 8 меток, по которым предварительно замеряли диаметры (рис. 11,а). Затем образец крепили на вибростоле и приваривали продольную пластину толщиной 2 мм при трёх режимах: сварка без вибрации; сварка с сопутствующей виброобработкой образца при амплитуде а =0,4…0,6 мм; сварка с виброобработкой а =0,8…1,мм. Сваренные образцы показаны на рис. 11,б. После приварки повторно производились замеры диаметров.

D а) б) Рис. 11. Схема замера диаметров образца (а), вид образцов после приварки продольной пластины (б) По полученным результатам построена графическая зависимость величины средних отклонений Dср диаметра образцов от амплитуды вибрации а, пред- ставленная на рис. 12.

0, Dср, мм 0,0,0,0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 а, мм Рис. 12. График зависимости средних отклонений диаметров образцов Dср от величины амплитуды вибрации а при сварке Как видно из графика, при увеличении амплитуды вибрации детали при сварке величина средних отклонений снижается. Отсюда следует, что вибрация при сварке снижает остаточные сварочные напряжения, которые являются источником сварочных деформаций и значительно влияют на точность и стабильность геометрических параметров детали.

D D D В четвертой главе разработан технологический процесс изготовления корпусов аппаратов с применением вибрационной обработки.

В первой части главы с целью снятия остаточных напряжений вибрационной обработкой в базовых деталях корпусов, на основании изученных работ и полученных опытных данных, разработан технологический процесс виброобработки деталей, включающий в себя следующие этапы:

1. Установка детали на опоры вибростенда и закрепление вибрационного устройства на детали.

2. Сканирование всего частотного диапазона колебаний детали в диапазоне 0…200 Гц, запись амплитудно-частотной характеристики.

3. Медленное изменение частоты от минимальной до максимальной (0…200 Гц) с последовательной вибрационной обработкой в течение 2…минут на всех резонансных частотах (время обработки выбирается в зависимости от массы и габаритных размеров детали).

4. Если нагрузка, развиваемая вибратором, неравномерна по объёму детали, то необходимо произвести обработку с изменением местоприложения вибронагрузки. Для этого вибрационное устройство переустанавливается (для обечаек смещается по окружности на угол 45°, после чего обечайка поворачивается для установки вибратора на вертикальной оси, схема показана на рис. 13).

5. Повтор этапа 3.

6. Сканирование и сравнение характеристик.

В и б р ац и о н н о е у ст р о й с т в о С т р у б ц и н а О б е ч а й к а Д е м п ф и р у ю щ а я п о д у ш к а О п о р а Рис. 13. Схема конструкции установки для вибрационной обработки базовых деталей корпусов аппаратов При наличии двух вибрационных устройств для повышения производительности труда и уменьшения времени обработки можно выполнять одновременную обработку двумя вибрационными устройствами, установленными по периметру обечайки под углом 90°. При этом сокращение времени обработки идёт за счёт уменьшения количества этапов. По данной технологии обработки отпадает надобность в этапах 4 и 5. При этом для обеспечения синхронности колебаний вибраторов необходимо осуществлять их работу от одного источника питания.

Во второй части главы, с учетом проведенных исследований и полученных экспериментальных результатов, в опытном варианте разработана технология выполнения соединений базовых деталей из низкоуглеродистых сталей с применением низкочастотной вибрации, которая даёт возможность получать сварные соединения с уменьшенным уровнем остаточных сварочных напряжений и деформаций.

При изготовлении малогабаритных узлов сварка с сопутствующей вибрацией производится на специальном вибростоле (см. рис. 6). При сварке крупногабаритных оболочковых конструкций вибрации прикладываются локально к кромкам свариваемых деталей (рис. 14).

Рис. 14. Схема сопутствующей виброобработки при сварке соединений крупногабаритных деталей:

1 – свариваемые обечайки; 2 – сварочная головка; 3 – роликоопоры;

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»