Рамы сварные – использование и изготовление

При изготовлении всевозможных конструкций и механизмов невозможно обойтись без таких деталей, как рамы сварные. Они необходимы при изготовлении вагонов, автомобилей, тракторов, кранов, механических и ручных тележек, станков, кузнечных, прокатных машин, промышленных прессов, а также строительных конструкций, фундаментов и несущих деталей.

Основная задача, которую выполняют рамы сварные – это соединение всех деталей в одно целое, рамы служат основой для всего изделия. В связи с этим, основные требования к этим конструкциям – это жесткость конструкции, ее надежность, а также возможность рационального размещения всех деталей, которые должны работать, не мешая друг другу.

Для подобных целей используются:

• Рамы сварные

• Станины

Рамы сварные – основные требования

Рамы сварные изготавливаются из профильного металла, для их производства используются уголки, швеллера, двутавровые балки, гнутые профили или листовой прокат.

Проект рамы представляет собой объемную пространственную конструкцию в виде клетки, состоящую из балок главного и второстепенного значения и перемычек, соединенных между собой жесткими соединениями.

Рамы сварные обязаны иметь точные общие размеры, а также необходимо соблюдать стандартное взаимное расположение различные детали рамы, так как от этого зависит возможность дальнейшего размещения деталей конструкции.

Производство рам

В ходе производства рам учитывается характер их дальнейшего использования. В том случае, если рама предназначается для сопротивления динамическим нагрузкам, производство рамиспользует горизонтальные листы (косынки), так как более длинные горизонтальные швы повышают прочность и несущую силу конструкции. В том случае, если на раме предусматривается установка крупных работающих механизмов, таких как электродвигатели или редукторы, то конструкция рамы должна обеспечивать возможность их легкого крепления и дальнейшего доступа для ремонта и обслуживания.

Габариты рамы в высоту рассчитываются исходя из размеров размещаемого на ней оборудования, и необходимости обеспечить общую жесткость конструкцию. По принятым стандартам производство рам использует в конструкции прямые опорные и несущие элементы, но в случае необходимости допускается использование изогнутых элементов. Для соединения деталей используется дуговая и контактная сварка.

Технология сборки и сварки решетчатых конструкций

Распечатать публикациюПоделиться ссылкой

К решетчатым конструкциям относятся плоские (стропильные и подстропильные фермы, плоскости пространственных решетчатых конструкций, фонари и т. п.) и пространственные конструкции (опоры линии электропередач, решетчатые колонны, мачты, башни и т. п.).

Плоские решетчатые конструкции собирают с помощью кондукторов или копиров. Используют специализированные кондукторы наиболее распространенных типов для сборки ферм или инвентарные кондукторы, состоящие из универсальных сборочных элементов для фиксации стержней и деталей ферм. Универсальные сборочные элементы можно легко перестроить на строганой поверхности стеллажа для сборки ферм того или иного типа.

Для сборки ферм типа «Молодечно» применяют кондуктор со специальными пневматическими и винтовыми прижимами, фиксаторами и карманами, которые устанавливают на сборочной плите. Пояса ферм, ранее собранные с фланцами, укладывают на кондуктор, закрепляют пневматическими фиксаторами (рис. XIX.5) и пробками через отверстия в плите. Затем раскладывают с ориентацией по карманам раскосы и прижимают их к поясам пневмоприжимами. Дополнительно винтовыми прижимами фиксируют положение поясов. Производят прихватку соединений, освобождают прижимы и переносят ферму в кантователь для сварки, конструкция которого предусматривает возможность сварки одновременно двух ферм (рис. XIX.6). Сварку ведут в защитном газе или порошковойсамозащитной проволокой механизированным способом. Перспективным является изготовление ферм из одиночных уголков с применением точечной дуговой сварки (табл. XIX.II). Схема участка механизированной сборки и сварки таких ферм представлена на рис. XIX.7, а сварной узел фермы — на рис. XIX.8. Полуфермы собирают в тележке-кондукторе с помощью пневмоприжимных закрепляющих приспособлений. Затем тележку-кондуктор передвигают в зону сварки к сварочным автоматам для сварки узлов.

 

XIX.5 Кондуктор для сборки ферм  1 — пневматический прижим; 2 — карманы; 3 — винтовой прижим; 4 — прижимы-фиксаторы раскосов; 5 — фиксаторы поясов

 

XIX 6. Кантователь для сварки ферм  1 — опора; 2 — привод; 3 — планшайба; 4 — рама; 5 — захваты на 2 фермы

 

XIX.7. Схема механизированного участка сборки и сварки стропильных ферм из одиночных уголков  1 — сварочный пост; 2 — места складирования полуфабрикатов; 3 — место и аппаратура контроля качества полуферм; 4 — место складирования готовых полуферм; 5 — блоки пневмоавтоматики: 6 — сварочные установки для точечной дуговой сварки; 7 — пульты управления; 8 — тележка-кондуктор; 9 — механизм доводки; 10 — сварочные выпрямители; 11 — рельсовый путь

 

XIX.8. Конструкция узла стропильной фермы

Все операции по перемещению сварочной установки и наводке электродов в точки свариваемого узла, подъем нижнего и опускание верхнего электродов, сварка в течение установленного времени, выдержка нижнего электрода для кристаллизации ванны, дальнейшее перемещение установки для сварки следующей точки полностью автоматизированы; управление осуществляют операторы с двух пультов. Для устранения брака (прожоги, отсутствие сквозного провара) предусмотрен сварочный пост. Данная технология является опытной и подлежит доработке в производственных условиях.

32. Способы изготовления вертикальных цилиндрических резервуаров

Монтаж вертикальных цилиндрических резервуаров из рулонированных элементов выполняют следующим образом. Рулон элементов днища укладывают на подготовленное основание резервуара и раскатывают в последовательности, определяемой расположением элементов в рулоне. Выполняют односторонние нахлесточные соединения полотнищ между собой сварочным трактором под слоем флюса. Затем у края днища на подкладной лист (для лучшего скольжения рулона по днищу при разворачивании) ставят рулон боковой стенки резервуара. Рулон разворачивают лебедкой или трактором с помощью троса (рис. 35). По мере разворота нижняя кромка рулона прижимается к упорам 4 и прихватывается; крепление троса (детали 1,2,3) переставляется. Верхнюю кромку развернутой части боковой стенки закрепляют установкой элементов щитовой кровли или расчалками (в резервуарах с плавающей крышей) с последующим монтажом кольцевой площадки. После этого заваривают монтажный стык боковой стенки. Так как кольцевой шов, соединяющий боковую стенку с днищем, выполняется при полностью заваренном днище, то возможно вспучивание днища вследствие потери устойчивости. При изготовлении резервуаров большой вместимости (10000 м ) и более для предотвращения таких деформаций в виде рулона можно изготовлять только центральную часть днища 1,2,3, а окрайки 4 сваривать между собой при монтаже из отдельных листов, присоединяя их к днищу на прихватках (рис. 36). После завершения установки, разворачивания и приварки боковой стенки к окрайкам эти прихватки удаляют, хлопуны выправляют путем сдвига листов в нахлестке и только тогда швы между центральной частью днища и окрайками заваривают окончательно.

В технологии изготовления цилиндрических резервуаров и мокрых газгольдеров много общего. Небольшое различие в монтаже заключается в том, что на смонтированное днище устанавливают в вертикальном положении сразу рулоны всех боковых стенок (корпуса резервуара, телескопа, колокола) и разворачивают их одновременно.

Рассмотренные приемы монтажа боковой стенки при разворачивании рулона в вертикальном положении успешно применяют для резервуаров вместимостью до 30 000 м. В более крупных резервуарах большая высота рулона (18 м), применение высокопрочных сталей и повышенная толщина поясов затрудняют управление разворачиванием, раскрепление и стыковку кромок, в особенности под воздействием ветровых нагрузок. Поэтому при сооружении крупных резервуаров нередко разворачивание рулонов производят в горизонтальном положении с помощью шаблона (рис. 37), представляющего собой пространственную конструкцию из нескольких плоских ферм, соединенных прогонами и связями. Кривизна верхних поясов ферм 2 соответствует внутреннему радиусу резервуара. Шарнирные опоры 3 нижнего прямолинейного пояса крайней фермы закрепляют к днищу резервуара таким образом, чтобы после поворота шаблона в вертикальное положение криволинейные пояса ферм 2 совпали с проектным положением вертикальной стенки резервуара. Подлежащий разворачиванию рулон 4 закрепляют в горизонтальном положении в центрах рамы 1, установленной рядом с шаблоном. С помощью лебедок и трубоукладчиков полотнище рулона разворачивают и закрепляют к верхним поясам ферм шаблона, затем к внешней поверхности развернутой стенки подгоняют и приваривают секции колец жесткости и другие детали. После этого самоходным краном стенку вместе с шаблоном поворотом относительно опор 3 поднимают в проектное положение, раскрепляют и приваривают к днищу (рис. 38). Затем шаблон отсоединяют от стенки и днища, переносят на другой участок, и цикл повторяется сначала. При монтаже последнего участка стенки шаблон располагают так, чтобы после его подъема оставался проход «а» для выхода из резервуара монтажных механизмов (рис. 39) с последующим подтягиванием шаблона в проектное положение.

33. Cпособы изготовления сферических резервуаров

При изготовлении сферических резервуаров и газгольдеров сферическую поверхность заготовки получают разными методами в зависимости от схемы раскроя. Так, при схемах раскроя, показанных на рис. 44, а, в, заготовки получают горячей штамповкой; при раскрое, как на рис. 44, б, - холодной вальцовкой с помощью специального многовалкового стана. Верхние валки имеют бочкообразную форму. Два нижних и один верхний валки являются изгибающими, остальные - калибрующими. Перед вальцовкой вырезают развертку лепестка. Так, для сферического резервуара вместимостью 2000 м (рис. 44, б) заготовку меридиональных лепестков собирают из трех листов размером 7000х2100 мм каждый по коротким кромкам и сваривают под флюсом. Вырезку заготовки производят по накладному шаблону-копиру. Поскольку полученные лепестки превышают габарит подвижного железнодорожного состава, то после вальцовки их разрезают на две части и укладывают выпуклостью, вниз в специальные контейнеры для перевозки к месту монтажа.

Сферические резервуары и газгольдеры вместимостью 600 мз (рис. 44, а) обычно монтируют из двух полушарий, предварительно собираемых на стенде-кондукторе. В зависимости от раскроя приемы сборки полусфер различны. Для этого варианта полуднища закрепляют на центральной стойке стенда (грибок, рис. 45). Лепестки нижней полусферы, попарно сваренные в блоки здесь же на монтаже автоматической сваркой под флюсом на стенде - качалке, устанавливают на сборочном стенде в проектное положение и соединяют укладкой непрерывных швов малого сечения, обеспечивающих прихватку собранных деталей и уплотнение стыковых соединений для последующей сварки под флюсом.

Общую сборку и сварку выполняют следующим образом. Нижнюю полусферу устанавливают на временную опору. Собранную на стенде верхнюю полусферу поднимают и монтируют на нижнюю. Сборка заканчивается однослойной подваркой замыкающего шва, например, ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. При раскрое, показанном на рис. 44, б, лепестки на монтаже предварительно укрупняют. Так, сферические резервуары объемом 2000 м монтируют из двухлепестковых меридиональных блоков, причем каждый лепесток собирают из двух заводских элементов - длинного и короткого. Укрупнение осуществляют на стенде; элементы собирают с помощью клиньев и струбцин, прихватывают и сваривают между собой с внутренней стороны однослойным швом вручную. Полюсные блоки (днище и купол) собирают из трех элементов каждый. Для этого типа раскроя получил применение вертикальный способ сборки сферы. Предварительно к трубчатой стойке приваривают полюсные блоки, усиливая их элементами жесткости. Затем стойку 4 (рис. 46) с блоками 2 и 6 и монтажной люлькой 7 устанавливают вертикально на временную опору 1, располагаемую центрально относительно подготовленного фундамента резервуара 9, и раскрепляют растяжками. Блоки лепестков 3 с распорками жесткости 5 поднимают в вертикальное положение и крепят с помощью сборочных планок и клиньев к днищам и друг к другу, а также временными прихватками к опорам 8, устанавливаемым на фундаменте 9. Затем блоки соединяют между собой ручным прихваточным швом, а перед установкой последнего блока удаляют элементы жесткости 5, монтажную стойку 4 и люльку 7.

После завершения сборки под временной опорой 1 располагают специальный манипулятор вращения сферы, чтобы придать горизонтально положение каждому свариваемому участку шва. Прихватки для крепления сферы к временной 1 и постоянной опорам 8 удаляют. Затем поднимают сферу с помощью домкратного устройства манипулятора. Автоматическая сварка под флюсом по ручной подварке выполняется сварочным трактором, который при сварке с внешней стороны располагается сверху на сфере, а при сварке внутри - внизу. Чтобы выполнять меридиональные, экваториальные и полюсные швы резервуара различного раскроя и переходить с одного шва на другой, манипулятор должен обеспечивать вращение в любой плоскости. Все сварные соединения сферических резервуаров - стыковые; при толщине элементов до 16 мм разделки кромок обычно не делают. При толщине 25 мм используют V-образную разделку; при толщине 34...38 мм - Х-образную.

Последовательность выполнения швов такова. Сначала выполняют меридиональные швы в несколько слоев с внешней стороны. С внутренней стороны подварку корня шва производят за счет глубокого проплавления без вырубки его. Затем сваривают широтные и полюсные соединения. При выполнении сборочных и сварочных работ над резервуаром целесообразно устанавливать общее прозрачное пленочное покрытие. Это улучшает условия работы и облегчает применение сварки в среде защитного газа.

Применение манипулятора позволяет основной объем сварочных работ при монтаже сферических резервуаров выполнять сваркой под флюсом в нижнем положении. Однако такая технология имеет тот недостаток, что для обеспечения работы только одного сварочного трактора приходится вращать огромную и тяжелую конструкцию. При этом в результате действия сосредоточенных сил от опор возникают изменения формы оболочки при вращении, что ограничивает использование такой технологии сооружения резервуаров объемом не более 2000 м .

За рубежом при сооружении резервуаров большой вместимости монтаж обычно осуществляют методом укрупнительной сборки лепестков заводского изготовления в блоки на монтажной площадке и автоматической их сварки под слоем флюса или в среде защитного газа. Монтаж блоков в проектное положение ведется последовательным наращиванием; швы между блоками выполняют в основном ручной сваркой или автоматами для сварки во всех пространственных положениях проволокой диаметром 1...1,2 мм в смеси Аг - СО2 со свободным формированием шва. Очередность установки блоков при монтаже определяется расположением опор. Так, при раскрое (см. рис. 44, в) монтаж можно начинать с экваториального пояса. К укрупненным блокам лепестков этого пояса приваривают опорные стойки и устанавливая их на фундамент, монтируют весь экваториальный пояс. Затем на временный постамент укладывают нижнее днище и монтируют блоки нижнего пояса. После установки временной стойки монтируют верхнее днище и верхний пояс.

Рис. 44. Схема раскроя корпусов сферических резервуаров

Рис. 45. Схема сборки нижней полусферы на стенде

Рис. 45. Схема сборки сферического резервуара в проектном положении

34. При сварке обечаек и труб, приварке днищ к обечайкам должны применяться стыковые швы с полным проплавлением.

Допускается применять угловые и тавровые швы при приварке штуцеров, люков, труб, трубных решеток, плоских днищ и фланцев. Допускается применять нахлесточные сварные швы для приварки укрепляющих колец и опорных элементов. Не допускается применение угловых и тавровых швов для приварки штуцеров, люков, бобышек и других деталей к корпусу с неполным проплавлением (конструктивным зазором):

в сосудах 1, 2, 3-й групп при диаметре отверстия более 120 мм, в сосудах 4-й и 5а групп при диаметре отверстия более 275 мм;

в сосудах 1, 2, 3, 4-й и 5а групп из низколегированных марганцовистых и марганцевокремнистых сталей с температурой стенки ниже минус 30АС без термообработки и ниже минус 40АС с термообработкой;

в сосудах всех групп, предназначенных для работы в средах, вызывающих коррозионное растрескивание, независимо от диаметра патрубка, за исключением случаев, когда предусмотрена засверловка отверстия в зонах конструктивного зазора.

Не допускается применение конструктивного зазора в соединениях фланцев с патрубками сосудов, работающих под давлением более 2,5 МПа (25 кгс/см2) и при температуре более 300АС, и фланцев с обечайками и днищами сосудов, работающих под давлением более 1,6 МПа (16 кгс/см2) и при температуре более 300АС. Не допускается конструктивный зазор в этих сварных соединениях независимо от рабочих параметров в сосудах, предназначенных для работы в средах, вызывающих коррозионное растрескивание.

35. Применение нахлесточных сварных швов допускается для приварки к корпусу укрепляющих колец, опорных элементов, подкладных листов, пластин под площадки, лестницы, кронштейны и т.п.

36. Шов тонкостенных сосудов зачастую выполняется в среде защитных газов. Сборка производится с помощью специальных зажимных приспособлений. В тонкостенных сосудах, которые работают под давлением, всякое смещение кромок на стыке шва – опасный концентратор. Таким образом, при изготовлении нужно в обязательном порядке принимать меры их предотвращения или устранения. В целях прижатия кромок часто применяются наружные стяжные ленты, но их приходится размещать на определенном расстоянии от стыковой оси, к тому же перемещения лишь частично удастся предотвратить.Более эффективным является прижатие кромок к роликовым подкладкам, которые перекатываются по поверхности стыка перед дугой сварки. Данный прижим не позволяет кромкам отрываться от поверхности подкладного кольца на месте сварного соединения

37.38 При изготовлении толстостенных сосудов широко используют электрошлаковую сварку, обеспечивающую надежное проплавление всего сечения за один проход. Продольные швы толстостенных обечаек, как правило, выполняют электрошлаковой сваркой. В зависимости от размеров сосуда листовую заготовку гнут в нагретом состоянии вдоль длинной или короткой кромки листа. В первом случае обечайка получается длинной и меньше число кольцевых швов в сосуде. Однако для сосудов большого диаметра длина короткой кромки листа может оказаться 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 представляется менее целесообразным, так как кольцевые швы более трудоемки по сравнению с продольными. Обечайку с одним продольным швом можно получить вальцовкой. Лист после обрезки нагревают до 1000...1050 °С и вальцуют до замыкания стыка, оставляя недовальцованными участки шириной 100...150 мм (рис. 13). После остывания обечайки стык закрепляют приваркой скоб 1 и термической резкой вырезают зазор 2 под электрошлаковую сварку.

При изготовлении барабанов котлов, сосудов высокого давления и реакторов большое значение имеет термообработка. Полностью сваренный сосуд обычно подвергают высокому отпуску, однако иногда требуется нормализация для улучшения структуры зоны шва. В этом случае возникает опасность, что при нагреве до высоких температур (900...1000°С) могут возникнуть деформации от собственного веса, искажающие форму сосуда. Предотвратить эти деформации можно предварительной герметизацией готового сосуда и созданием в нем избыточного внутреннего давления углекислого газа 0,2...0,3 Н/мм (МПа). Это не только сохраняет форму сосуда, но и предотвращает образование окалины на его внутренней поверхности. Для термообработки обычно используют печи большого размера. Если сосуд не может быть подвергнут термообработке целиком из - за отсутствия печи требуемого размера, а также из-за необходимости выполнения монтажных стыков, то применяют местную или общую термообработку с использованием индукционных или иных нагревателей.

39. Магистральные трубопроводы — трубопроводы и отводы от них диаметром до 1420 мм включительно с избыточным давлением среды свыше 1,2 МПа (12 кгс/см2) до 10 МПа (100 кгс/см2), предназначенные для транспортирования углеводородов от места производства к месту потребления

Трубы для магистральных трубопроводов изготовляют трех типов:

1) прямошовные диаметром 159-426 мм, изготовленные контактной сваркой токами высокой частоты;

2) спиральношовные диаметром 159-820 мм, изготовленные электродуговой сваркой;

3) прямошовные диаметром 530-820 мм, изготовленные электродной сваркой.

Трубы для магистральных трубопроводов выполняют дуговой сваркой под флюсом

40 Поворотные стыки:

• При сварке стыков во вращателях скорость вращения изделия должна равняться скорости сварки.

• Положение сварочной ванны, наиболее удобное для формирования шва, находится не в самой верхней точке стыка, а в точке, отстоящей от вертикали на 30-35 градусов в сторону, противоположную вращению.

• Если применение вращателей нецелесообразно или их нет, свариваемые стыки надо поворачивать на углы 60-110 градусов. Благодаря этому, шов формируется в самом удобном, нижнем положении.

• трубы с поворотом на 180 градусов сваривают в три приема:

1. сначала в два приема сваривают две верхние четверти диаметра трубы в направлении навстречу друг другу одни или двумя слоями;

2. затем переворачивают трубу на 180 градусов и сваривают оставшуюся часть стыка на всю толщину;

3. затем трубу еще раз поворачивают на 180 градусов и проваривают оставшуюся разделку.

Сварка неповоротных стыков:

• Вертикальные неповоротные стыки варятся в два приема. Периметр стыка условно делится вертикальной осевой линией на два участка. Каждый из них имеет три положения: потолочное, горизонтальное и нижнее. Потолочным называется участок, занимающий примерно 20 градусов от самой нижней точки детали.

Нижним положением – участок, занимающий тоже примерно 20 градусов от верхней точки детали. Между этими положениями располагается горизонтальное положение. Сварка начинается с потолочного положения и заканчивается нижним (т. е. ведется с крайней нижней точки детали к крайней верхней).

Каждый участок варится короткой дугой, равной половине диаметра электрода. Перекрытие швов (замок) зависит от диаметра детали и может составлять от 20 до 40 мм. Начинать сварку надо «углом назад», а заканчивать «углом вперед».

• Горизонтальные неповоротные стыки варятся «углом назад». Наклон электрода относительно вертикальной оси должен составлять 80-90 градусов. Варить надо средней дугой.