Введение

В 1802 г.Санкт – петербургской военно – хирургической академии В.В.Петров открыл явление электрической дуги и указал возможные области ее практического использования. Однако потребовались многие годы совместных усилий ученых и инженеров, направленных на создание источников энергии, необходимых для реакции процесса электрической сварки материалов. Важную роль в создании этих источников сыграли открытия и изобретения в области магнетизма и электричества.

В середине 1920 г. интенсивные исследования процессов сварки были начаты во Владивостоке (В.П.Вологдин, Н.Н.Рыкин), в Москве (Г.А.Николаев, К.К.Окерблам).

В 1940 г. была разработана сварка под флюсом, которая позволила повысить производительность процесса и качество сварных соединений, механизировать производство сварных конструкций. В начале 1950 г. в институте электросварки имени Е.О.Патона создают электрошлаковую сварку для изготовления крупногабаритных деталей из литых и кованых заготовок, что снизило затраты при изготовлении оборудования тяжелого масштабирования.

В 1882 г. российский ученый – инженер Н.Н.Бенордос, работая над созданием аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов. В 1888 г. российский инженер Н.Г.Славянов предложил проводить сварку плавящимся металлическим электродом.

С 1948 г. получил получил промышленное применение способы дуговой сварки в защитных газах: ручная сварка неплавящимся электродом, механизированная сварка неплавящиеся и плавящиеся электродами. В 1950 – 1952 г. ЦНИИТеМате при участии МГТУ имени Н.Э.Баумана и ИЭС имени Е.О.Патона был разработан высокопроизводительный процесс сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа, обеспечивающий высокое качество сварных соединений.

В последние десятилетие создание учеными новых источников энергии концентрированных электронного и лазерного лучей – обусловило появлением получивших название электронно – лучевой лазерной сварки. Эти способы сварки успешно применяют в нашей промышленности.

Сварка потребовалась и в космосе. В 1969 г. наши космонавты В.Кубасов и Г.Шонин и в 1984 г. С.Савицкая и В.Джанибеков провели в космосе сварку, резку и пайку различных металлов. Сварка дала возможность вес конструкции на 50% а трудоемкость на 30%. Производительность труда увеличелось на 95 – 40%.

Сварка нашла широкое применение не только в промышленности, но и в медицине. В условиях непрерывного усложнения конструкции, неуклонного роста объемов сварных работ большую роль играет правильное проведение проведение технологической подготовки производства, в значительной степени определяющей его трудоемкость и сроки освоения, экономические показатели, использования средств механизации и автоматизации. Наибольший эффект технологической подготовки достигается при комплексном решении вопросов технологической отработки самих конструкций на всех этапах производства.

Рост технического уровня производства, введение в эксплуатацию сложного сварочного оборудования неразрывно связаны с повышением требований к уровню общеобразовательной и технической подготовки кадров, работающих в области сварочного производства, в первую очередь рабочих – сварщиков. Использование сварных соединений расширяет технические возможности создания более современных конструкций, позволяет обеспечить высокие производительные показатели при их изготовлении и улучшить условия труда рабочих.

Современный технологический процесс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочного производства. Сварка как высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений находит широкое применение при изготовлении металлургического, химического и энергического оборудования, различных трубопроводов, в машиностроении, в производстве строительных и других конструкций.

Снижение производственных затрат при одновременном достижении высокой производительности, качества и надежности выпускаемых изделий – главные требования, предъявляемые к технологическому процессу производства сварных конструкций.

Успешное решение данной проблемы в значительной степени определяются оснащенностью сварного производства, прием при выборе варианта оснащения в каждом конкретном случае следует учитывать не только техническую возможность выполнения запроектированных операций, но и экономическую целесообразность.

Сварочное оборудования. В большинстве случаев оно обладает большой степенью универсальности и предназначено для осуществления сварочного процесса без конкретизации объекта сварки. Однако исходя из конструктивно – технологических особенностей изготовляемых конструкций для выполнения соединений той или иной формы требуется закрепление изделий в определенных положениях перемещения или поворачивание их в процессе сварки. Это осуществляется за счет применения технологической оснастки, поставленной в виде приспособлений для закрепления и перемещения свариваемых конструкций. Такие приспособления позволяют не только облегчить выполнения соединений, но и уменьшить возникающие деформации, повысить производительность, обеспечить безопасные условия работы. Наконец сварка неразрывного связана с проведением сборки соединяемых деталей. Поэтому необходимы приспособления для сборочных работ, обеспечивающие выполнение проектных параметров конструкций. Весь отмеченный комплекс технических устройств рассматривают как сборочно – сварочную оснастку, или приспособления.

Механизация и автоматизация производства сварных конструкций. Под механизацией любого производственного процесса понимают его оснащения техническими средствами, обеспечивающим замену в нем ручного труда работой машин и механических узлов.

При механизированном исполнении технологических операций человек совершает лишь некоторые вспомогательные действия и управляет средствами механизации. Автоматизация предусматривает освобождение от ручного выполнения любых действий в технологическом процессе и управлении средствами оснащения. В этом случае функции обслуживающего персонала состоит в наладки и в наблюдении за правильностью работы технических средств оснащения.

Механизацию и автоматизацию в сварочном производстве осуществляют за счет применения различных приспособлений, специальных сварочных установок, использования роботехники, создания поточных механизированных и автоматизированных линий, на которых механизированы работы по заготовке, сборке и транспортировке сварных изделий, а в ряде случаев – и их отделке.

Промышленный робот – универсальная технологическая система для выполнения разнообразных действий, свойственных человеку в процессе его трудовой деятельности. Например манипуляторы с автоматической системой управления совершают движение, подобные движениям рук человека в процессе работы. Работа автоматической руки похожа на работу человеческой руки со своими гибкими соединениями в локте, плече и запястье.

Промышленный робот позволяет освободить от утомительного, а иногда или опасного труда. В итоге повышается стабильность качества изделий, возможно ускорение процесса производства. Роботы могут действовать в любой позиции и в любом производстве.

1. Исходные данные

1.1. Характеристика конструкции

При строительстве предприятий нефтяной химической пищевой металлургической промышленности, а также объектов топливно – энергетического и агропромышленного комплексов значительный объём составляют работы по изготовлению и монтажу технологических трубопроводов.

Технологические трубопроводы важнейшая часть промышленного объекта. От качества их изготовления и монтажа зависит надежная , длительная и безопасная эксплуатация многочисленных промышленных установок и оборудования.

Трубопровод – сооружение состоящее из плотно соединенных между собой труб, деталей трубопроводов, запорно – регулирующей арматуры, контрольно измерительных приборов, средств автоматики, опор и подвесок, крепежных деталей, прокладок, материалов и деталей тепловой и противокоррозионной изоляции и предназначенное для транспортирования газообразных, жидких и твердых веществ.

К технологическим трубопроводам относятся находящиеся в пределах промышленного предприятия или группы этих предприятий трубопроводы, по которым транспортируют различные вещества, в том числе сырье, полуфабрикаты, промежуточные и конечные предприятия продукты, отходы производства, необходимые для ведения технологического процесса или эксплуатации оборудования.

При изготовлении и монтаже технологических трубопроводов пользуются терминами приведенными далее.

Линия – участок трубопровода по которому транспортируется вещество с постоянными рабочими параметрами. В проекте линии трубопровода присваивается отдельный индекс.

Узел – часть линии трубопровода, ограниченная транспортным габаритом. Узел трубопровода (сборочная единица) состоит из одного или нескольких элементов и арматуры, собранных с помощью неразъемных и разъемных соединений. Узел может быть устранен в проектном положении сразу или направлен для последующей укрепленной сборки в трубопроводные блоки. Узлы бывают плоские, у которых ось находиться в двух и более плоскостях.

Элемент – часть узла трубопровода (сборочная единица), состоящая из сваренных между собой отрезков труб и деталей или нескольких деталей.

Трубопроводный блок – линия или часть линии трубопровода, которая состоит из одного или нескольких узлов, арматуры отрезков труб, собранных с помощью различных неразъемных соединений.

Деталь – часть линии трубопровода, предназначенная для соединения отдельных его участков с изменением и без изменения направления, проходного сечения (отвод, переход, тройник, заглушка, фланец) и его креплении (опора, подвеска, болт, гайка, шайба, прокладка).

Секция – часть линии трубопровода (сборочная единица), состоящая из нескольких сваренных между собой труб одного диаметра, ось которых составляет одну прямую линию и общая длина находится в пределах транспортного габарита.

Плеть – линия или часть линии трубопровода, состоящая из нескольких сваренных между собой секций трубопроводов. Плеть обычно собирают и сваривают на месте прокладки трубопровода.

1.2.Условия работы конструкции и технические условия на изготовления.

Основная характеристика трубопровода – внутренний диаметр определяющий его проходное сечение, необходимое для прохождения заданного количества вещества при рабочих параметрах эксплуатации (давление, температура, скорость). При строительстве трубопроводов для сокращения числа видов и типоразмеров входящих в состав трубопроводов соединительных деталей и арматур, используют единый унифицированный ряд условных проходов.

Условный проходDy – номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода. Труба при одном и том же наружном диаметре может иметь разные номинальные внутренние диаметре. Для арматуры и соединительных деталей технологических трубопроводов наиболее часто применяют следующий унифицированный ряд условных проходов мм: 10;15;20;25;32;40;50;65;80;100;125;150;200;250;300;350;400;500;500;600;800;1000;1200; 1400;1600;

Для труб этот ряд – рекомендуемый, и Dy для них устанавливается в проекте, стандартах или технической документации.

При выборе трубы для трубопровода под условным проходом понимают ее расчетный округленный внутренний диаметр. Например для труб наружным диаметром 219 мм толщиной стенки 6 и 16 мм, внутренний диаметр которых соответственно равен 207 и 187 мм, в обоих случаях за условный проход принимают ближайший из унифицированного ряда Dy, т.е 200мм.

Механическая прочность труб, соединительных деталей и арматуры снижается при определенных интервалах температур транспортируемого по трубопроводу вещества или окружающей среды. Понятие «условное давление» введено для учета изменений прочности соединительных деталей и арматуры трубопроводов под действием избыточного давления и температуры транспортируемого вещества или окружающей среды.

Условное давление Py – наибольшее избыточное давление при температуре вещества или окружающей среды 100°С. При этом давлении обеспечивается длительная работа арматуры и деталей трубопровода имеющих заданные размеры, обоснованные расчетам на прочность, соответствующих температуре 20°С. Например для арматуры деталей трубопроводов из стали 20, работающих при избыточном давлении и МПА и транспортирующих вещество при температуре 20°условное давление Py = 4MПА, при температуре 350°С – Ру = 6,3МПА.

Для сокращения числа типоразмеров в арматуры и деталей трубопроводов установлен унифицированный ряд условных давлений (Гост356 - 80), Мпа: 0,1;0,16;0,25;0,4;0,63;1;2,5;4;6,3;10;12,5;16;20;25;32;40;50;63;80;100;100;160;250.

Рабочее давление Рраб –наиболее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей трубопроводов.

Пробное давление Рпр – избыточное давление при котором должно проводиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопроводов на прочность и плотность водой с температурой не менее 5 и не более 70°С.

На трубопроводы и трубы ГОСТ 356 – 80 «Арматура и детали трубопроводов. Давление условные пробные и рабочие» не распространяется, а является рекомендуемым, Ру и Рпр для них устанавливается проектом, стандартами и технической документацией.

Технологические трубопроводы классифицируют по ряду транспортируемого вещества, материалу труб, рабочими параметрами, степени агрессивности среды, месту расположения, категориям и группам.

По ряду транспортируемого вещества техно – логические трубопроводы можно разделить на нефтепроводы, газопроводы, паропроводы, водопроводы, мазутопроводы, маслопроводы, бензопроводы, кислотопроводы, щелочепроводы, а так же специального назначения (трубопроводы густого и жидкого смазочного материала, трубопроводы с обогревом) и др.

По материалу, из которого изготовлены трубы размещают трубопроводы стальные (из углеродистой, легированной и высоколегированной стали), из цветных металлов и их сплавов ( медные, латунные, титановые, свинцовые, алюминиевые), чугунные, неметаллические (полиэтиленовые винипластовые, фторопластовые, стеклянные), футерованные (резиной, полиэтиленом, фторопластом), эмалированные, биметаллические и другие.

По условному давлению транспортируемого вещества трубопроводы разделяют на вакуумные, работающие при давлении ниже 0,1 МПА, низкого давления, работающего при давлении ниже до, 10 МПА, высокого давления (более 10 МПа) и безнапорные, работающие без избыточного давления.

По температуре транспортируемого вещества транспортируемого вещества трубопроводы подразделяют на холодные (температура ниже 0°С) нормальные (1…45°С) и горячие (от 46°С и выше).

По степени агрессивности транспортируемого вещества различают трубопроводы для неагрессивных сред. Стойкость металла в коррозионных средах сравнивают скоростью проникновения коррозии – глубиной коррозионного разрушения металла в единицу времени, мм/год. К неагрессивной и малоагрессивной средам относят вещества, вызывающие коррозию стенки трубы, скорость которой не менее 0,1 мм/год, среднеагрессивной в пределах 0,1…0,5 мм/год и агрессивной – более 0,5/год.

Для трубопроводов транспортирующих неагрессивные и малоагрессивные вещества, обычно применяют трубы из углеродистой стали; транспортирующих среднеагрессивные вещества, -трубы из углеродистой стали и повышенной толщиной стенки (с учетом прибавки на коррозию), из легированной стали, неметаллических материалов, футерованные; транспортирующихвысокоагрессивные вещества только из высоколегированных сталей, биметаллические из цветных металлов, неметаллические футерованные.

По месторасположению трубопроводы бывают внутрицеховые, соединяющие отдельные стороны и машины в пределах одной технологической установки или цеха и размещаемые внутри здание или по открытой площадке, и межцеховые, соединяющие отдельные технологические установки, емкости, находящиеся в разных цехах.

Внутрицеховые трубопроводы по конструктивным особенностям смогут быть обвязочные (около70% общего объема внутрицеховых трубопроводов) и распределительные (около 30%). Внутрицеховые трубопроводы имеют сложную конфигурацию с большим числом деталей, арматуры и сварных соединений. На каждые 100м длины таких трубопроводов приходиться выполнять до 120 сварных стыков. Масса деталей, включая арматуру, в таких трубопроводах достигает 41% общей массы трубопроводов в целом.

Межцеховые трубопроводы характеризуются довольно длинными прямыми участками (длиной до несколько сотметров) со сравнительно небольшим числом деталей, арматуры и сварных соединений. Масса деталей межцеховых трубопроводах (включая арматуру) составляет около 3…4%, а масса П – образных компенсаторов – около 7%.