Коррозионностойкая сталь 12Х18Н9Т разработана в конце 50-х годов прошлого века. Основное применение данной стали – оборудование для химической промышленности, т. к. данная сталь имеет высокую стойкость в серной и азотной кислоте, при этом, несмотря на некоторые особенности сварки, данная сталь имеет, в целом, хорошую свариваемость. До разработки данной стали, в химической промышленности (в частности в атомной), для изготовления оборудования применялось даже золото.
Свариваемость данной стали широко описана в различной сварочной литературе (например в [1]), поэтому проводить испытания на свариваемость данной стали не имеет смысла. Подогрева при сварке данной стали в подавляющем большинстве случаев не требуется.
Основные трудности сварки коррозионностойких хромоникелевых аустенитых сталей (к которым относится рассматриваемая сталь) обусловлены многокомпонентностью их легирования и разнообразием условий эксплуатации сварных конструкций. Главной и общей особенностью сварки является склонность к образованию в шве и около шовной зоне горячих трещин, имеющих межкристаллитньй характер. Они могут наблюдаться как в виде мельчайших микро-надрывов, так и видимых трещин. Горячие трещины могут возникнуть и при термической обработке или работе конструкции при повышенных температурах. Образование горячих трещин связано с формированием при сварке крупнозернистой макроструктуры, особенно выраженной в многослойных швах, когда кристаллы последующего слоя продолжают кристаллы предыдущего слоя, и наличием напряжений усадки.
|
|
Металлу сварных швов свойственны ячеисто-дендритные формы кристаллизации, что приводит к образованию крупных столбчатых кристаллов и обогащению междендритных участков примесями, образующими легкоплавкие фазы. В аустенитных швах столбчатая структура выражена наиболее четко. Применение методов, способствующих измельчению кристаллов и устранению столбчатой структуры, повышает стойкость швов против образования горячих трещин. Одним из таких методов является получение швов, имеющих в структуре некоторое количество первичного δ-феррита. Положительное действие феррита в аустенитно-ферритных швах на предупреждение образования в них горячих трещин с изменением схемы кристаллизации и большей растворимостью в нем ликвирующих примесей. Одновременное выпадение из жидкой фазы кристаллов аустенита и первичного δ-феррита приводит к измельчению и дезориентации структуры, т. е. к уменьшению сечения столбчатых кристаллов, разделенных участками первичного δ-феррита. В результате вероятность образования горячих трещин по местам расположения жидких прослоек уменьшается. Получение аустенитно-ферритных швов достигается их дополнительным легированием ферритообразующими элементами, такими как хром, кремний, алюминий, молибден и др. В изделиях, работающих как коррозионно-стойкие при температурах до 400° С, допускается содержание феррита до 20—25%.
|
|
Базовый вариант изготовления изделия
Таблица 1.1 – Базовый вариант технологии изготовления цистерны
Операция | Оборудование, инструмент | Материалы |
1 | 2 | 3 |
Обезжиривание исходного листового материала | Реагентные ванны | - Едкий натр 5–10; - углекислый натрий 20–40; - тринатрнйфосфат 20–40 |
Разделка кромок на исходном листовом материале | Станок кромкострогальный 7814 (рисунок 1.4) | |
Сварка карт из исходного листового материала (рисунок 2.1; 2.2) | Полуавтомат сварочный ПДГ -315 (рисунок 1.5) | - Проволока сварочная Св 04Х19Н9 ГОСТ 18143-72, Æ2 мм - Аргон чистый марки В ГОСТ 10157-62 - Кислород сорт 1 ГОСТ 5583-78 |
Резка заготовок из листа | Портальная установка для плазменной резки Шквал 2П (рисунок 1.6) | - Аргон чистый марки В ГОСТ 10157-62 - Сжатыйвоздух |
Разделка кромок | Станок кромкострогальный 7814 (рисунок 1.7) | |
Гибка обечайки | Машина листогибочная Sahinler 4R-HS (рисунок 1.8) | |
Штамповка днищ | Пресс гидравлический К04.К3533 (рисунок 1.9) | |
Приварка страповочных петель к днищам | Выпрямитель сварочный Неон ВД 315 | Электроды покрытые ЦЛ-11, Æ4 мм |
Сборка обечайки | - Плита сборочная; - выпрямитель сварочный Неон ВД 315; - стяжка цепная; - вилка сборочная | Электроды покрытые ЦЛ-11, Æ4 мм |
Продолжение
1 | 2 | 3 |
Приварка остающихся подкладок | Выпрямитель сварочный Неон ВД 315 | Электроды покрытые ЦЛ-11, Æ4 мм |
Сборка обечайки и днищ | - Плита сборочная; - блок гидроцилиндров; - выпрямитель сварочный Неон ВД 315 | Электроды покрытые ЦЛ-11, Æ4 мм |
Сварка обечайки и днищ | - Полуавтомат сварочный ПДГ 315; - подмости сварщика | - Проволока сварочная Св 04Х19Н9 ГОСТ 18143-72, Æ2 мм - Аргон чистый марки В ГОСТ 10157-62 - Кислород сорт 1 ГОСТ 5583-78 |
Сборка и сварка горловины и фланца | - Полуавтомат сварочный ПДГ 315; - подмости сварщика | - Проволока сварочная Св 04Х19Н9 ГОСТ 18143-72, Æ2 мм - Аргон чистый марки В ГОСТ 10157-62 - Кислород сорт 1 ГОСТ 5583-78 |
Сборка и сварка корпуса цистерны с горловиной | - Полуавтомат сварочный ПДГ 315; - подмости сварщика | - Проволока сварочная Св 04Х19Н9 ГОСТ 18143-72, Æ2 мм - Аргон чистый марки В ГОСТ 10157-62 - Кислород сорт 1 ГОСТ 5583-78 |
Приварка сливного патрубка | Выпрямитель сварочный Неон ВД 315 | Электроды покрытые ЦЛ-11, Æ4 мм |
Вакуумный контроль швов корпуса цистерны | Камера вакуумная | Мыльный раствор |
Контроль швов горловины и сливного патрубка керосином | Пульверизатор | - Керосин технический ГОСТ 18499-76; - водно-меловой состав |
Рисунок 1.2 – Схема выравнивания кромок обечайки по высоте в базовом варианте: 1 обечайка, 2 вилка.
Рисунок 1.3 – Схема выравнивания кромок обечайки в продольном направлении в базовом варианте: 1 обечайка, 2 цепная винтовая стяжка.
Рисунок 1.4 – Схема сборки обечайки и днища: 1 обечайка, 2 днище, 3 строповочная петля, 4 блок гидроцилиндров.
В базовом варианте получение карт для гибки обечайки и штамповки днища выполнялась методом сварки поставляемых стальных листов толщиной 12 мм и размерам 3000х1500 мм методом полуавтоматической сварки смеси газов: аргона с добавкой 5% кислорода. Для сварки применялся полуавтомат ПДГ – 315.
Рисунок 1.5 – Сварочный полуавтомат ПДГ 315
Таблица 1.2 – Технические характеристики полуавтомата ПДГ - 315
Наименование параметра | ПДГ-315 |
Номинальное напряжение питающей сети, В | 3х380 |
Частота питающей сети, Гц | 50 |
Максимальный сварочный ток, А | 315 |
Режим работы | непрерывный |
Толщина свариваемого металла, мм | 1,0-12 |
Диаметр электродной проволоки, мм | 0,8-1,6 |
Длина тракта подачи проволоки, мм | 2500 |
Скорость подачи электродной проволоки, м/час | от 0 до 960 |
Защитный газ | СО2, Ar |
Расход защитного газа, л/мин | 41188 |
Потребляемая мощность при максимальном токе, не более, кВА | 7 |
Масса установки, не более, кг | 95 |
ПВ установки, не менее, % | 60 |
|
|
Резка листового металла производилась на установки портальной плазменной резки Шквал 2П.
Рисунок 1.6 – Установка для плазменной резки Шквал 2П.
Таблица 1.3 Технические характеристики установки Шквал 2П
Параметр | Величина | |
Размеры рабочего стола, мм | 2050х6050 | |
Входящее напряжение, В | 380 | |
Вид термической резки | воздушно-плазменная | |
Количество суппортов | 2 | |
Точность резки, мм | +/- 0,30 | |
Точность позиционирования, мм | +/- 0,15 | |
Скорость холостого перемещения портала, мм/мин | не более 20000 | |
Толщина и скорость резки металла, мм | определяется источником питания плазменной резки | |
Система управления ЧПУ | компьютером, программой Mach3 или SheetCam | |
Метод удаления продуктов резки | фильтро-вентиляция | |
Контроль высоты плазменного резака | ручной или автоматический (опция) | |
Вертикальный ход перемещения резака (ось Z), мм | 150 | |
Габаритные размеры станка, мм | 2550х6800 | |
Высота станка, мм | 1500 | |
Масса станка без учета веса дополнительного оборудования, кг | В зависимости от габаритов рабочего стола, но не более 2000 |
Разделка кромок производилась на кромкострогальном станке марки 7814
Рисунок 1.7 – Станок кромкострогальный 7814
Станки модели 7814 предназначены для обработки методом строгания горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей кромок листов, пакетов листов и других длинномерных изделий из черных и цветных металлов.
Таблица 1.4 Технические характеристики кромкострогального станка 7814
Параметр | Величина |
1 | 2 |
Наибольшие размеры обрабатываемого изделия, мм: | длина 14000 ширина 2000 высота 200 |
Количество гидравлических прижимов листа шт | 14 |
Количество ручных прижимов листа, шт | 3 |
Количество суппортов, шт | 2 |
Пределы подач суппортов на один двойной ход каретки, мм | 0,4...12 |
Пределы скоростей каретки с суппортами (бесступенчатое регулирование), м/мин | 4...40 |
Наибольшее тяговое усилие на шестерне привода каретки, кН | 60 |
Габариты станка, мм | длина 20140 ширина 4500 высота 3250 |
Масса станка, кг | 49500 |
|
|
Гибка обечайки производилась на четырехвалковой листогибочной машине Sahinler 4R-HS
Рисунок 1.8 – Четырехвалковая листогибочная машина Sahinler 4R-HS.
Таблица 1.5. Технические характеристики листогибочной машины Sahinler 4R-HS.
Параметр | Значение |
Рабочая длина, мм | 1050;1550;2550;3100;4100 |
Толщина металла (σт = 400 МПа), мм | до 16 |
Диаметр верхнего вала, мм | 150-260 |
Штамповка днищ производилась на гидравлическом прессе К04.К3533.
Рисунок 1.9 – Пресс К04.К3533.
Пресс К04.К3533 предназначен для изготовления из листового материала средних и крупных деталей, требующих вырубки, гибки, формовки, неглубокой вытяжки и других операций холодной штамповки.
Таблица 1.6 Технические характеристики пресса К04.К3533
Параметр | Величина |
1 | 2 |
Номинальное усилие, МН | 2,0 |
Недоход ползуна, мм | 12 |
Ход ползуна, мм | 320 |
Число непрерывных ходов, | 18 |
Число одиночных включений, мин-1 | не более- 12 |
Закрытая высота, мм | 450 |
Регулировка закрытой высоты, мм | 200 |
Продолжение таблицы 1.6
1 | 2 |
Размер от пола до верхней плоскости подштамповой плиты, мм | 810 |
Размеры стола, мм | слева направо -2700 спереди назад -2100 |
Размеры ползуна, мм | слева направо -2700 спереди назад -2000 |
Размеры окон в стойках, мм | ширина – 900 высота - 610 |
Высота пресса над уровнем пола, мм | 5670 |
Масса, кг | 49985 |
Сборка обечайки производилась вручную на прихватках, при помощи различного вида монтажных ломов, вилок, струбцин, стяжек.
Прихватки проставлялись методом ручной дуговой сварки электродами ЦЛ 11 типа Э-08Х20Н9Г2 диаметром 4 мм, сила сварочного тока 120 – 140 А.
Сварка выполнялась методом полуавтоматической сварки в смеси газов: аргона с добавление 5% кислорода.
Таблица 1.7.Режимы полуавтоматической сварки [1]:
Параметр | Величина |
Толщина металла, мм | 12 |
Диаметр проволоки, мм | 2 |
Вылет электрода, мм | 15 – 20 |
Сварочный ток, А | 420 – 440 |
Напряжение на дуге, В | 33 – 35 |
Скорость сварки, м/час | 30 |
Расход защитного газа, л/мин | 12 – 15 |
Выводы
Технология, реализуемая в базовом варианте является низко производительной и устаревшей, основана на применении большой доли ручного труда, условия труда сварщиков требуют улучшения. Требуется применение более производительных способов сварки и применения специализированного сборочного и сварочного оборудования для механизации процесса.