17.4. Оболочковые конструкции

Рис. 17.5. Негабаритные емкости:

а) – вертикальный цилиндрический резервуар;

б) – мокрый газгольдер; в) –сухой газгольдер;

г) – сферический резервуар

Конструкции оболочкового типа собирают из листовых заготовок и сваривают герметичными швами. В зависимости от габаритных размеров, конструктивного оформления и характерных особенностей изготовления и эксплуатации оболочковые конструкции можно разделить на негабаритные емкости и сооружения, сосуды, работающие под давлением, трубы и трубопроводы.

Емкости и сооружения нередко имеют размеры, намного превышающие габариты подвижного железнодорожного состава. Такие изделия приходится изготовлять на заводе по частям и отправлять на место монтажа отдельными секциями. Характерные примеры негабаритных емкостей приведены на рис. 17.5.

Вертикальные цилиндрические резервуары (рис. 17.5а) чаще всего используют для хранения различного вида жидкостей. Высота резервуара обычно не превышает 12 - 18 м. В нашей стране сооружают такие резервуары вместимостью до 50 000 м³.

Сухой газгольдер имеет неподвижный корпус 3 с днищем 1 и крышей 4 и подвижный поршень 2 (рис.17.5 в). Объем мокрых газгольдеров (рис.17.5 б) достигает 50 000 м³, а сухих еще больше.

Сферические газгольдеры (рис. 17.5 г) предназначены для хранения газов или легко испаряющихся жидкостей под давлением до 1,8 МПа. Их собирают из листовых заготовок пространственной кривизны и сваривают стыковыми соединениями.

Рис.17.6. Каплевидный (а) и цилиндрически (б) резервуары

В нашей стране типовыми являются газгольдеры вместимостью 600 и 2000 м³. Термообработка всей конструкции после сварки не производится, поэтому толщина стенок не превышает 36 мм.

Каплевидные резервуары (рис. 17.6а) предназначены для хранения нефтепродуктов под давлением 0,04 - 0,06 МПа с целью избежать потерь из-за циркуляции паров в результате суточных изменений температуры. Однако вследствие сложности получения листовых заготовок переменной кривизны и трудоемкости их сборки и сварки каплевидные резервуары не нашли широкого применения.

Для хранения газа под давлением иногда используют цилиндрические газгольдеры диаметром 3,25 м и более со сферическими днищами (рис. 17.6б). Длина газгольдера может быть значительной, толщина стенок, как и у сферических резервуаров, не более 40 мм.

Сосуды, работающие под давлением, целесообразно разделить на следующие группы: тонколистовые, со стенками средней толщины, толстостенные и многослойные. При расчете сосуд считают тонкостенным, если толщина его стенки значительно меньше прочих размеров (более чем в 20 раз). С позиций конструктивного оформления сварных соединений сосуд считают тонкостенным, если толщина стенки не превышает 7 - 10 мм.

Рис. 17.7. Характерные типы сосудов:

а) – шаровой; б) – цилиндрический;

в) - торовый

Тонкостенным сосудам обычно придают форму цилиндра, сферы или тора (рис. 17.7). Выбор формы может определяться различными соображениями. Сферический сосуд при заданной емкости имеет минимальную массу, торовый можно компактно разместить вокруг чего-либо, цилиндрическая форма сосуда обеспечивает наиболее технологичное конструктивное оформление. Соединения осуществляют продольными, кольцевыми и круговыми сварными швами. Тонкостенные сосуды обычно являются конструктивными элементами различных транспортных установок. В тех случаях, когда не требуется экономия массы, используют хорошо сваривающиеся материалы невысокой прочности. В зависимости от свариваемости металла и его чувствительности к концентрации напряжений представления о технологичности одного и того же конструктивного оформления могут оказаться различными. Характерная для низкоуглеродистых сталей хорошая свариваемость и малая чувствительность к концентрации напряжений позволяют использовать любые типы сварных соединений, поэтому при использовании таких материалов главной задачей ставится снижение трудоемкости изготовления изделия. Примером этого служат конструкции воздушных тормозных баллонов грузовых автомобилей, изготовляемых в условиях крупносерийного и массового производства, когда технологичность изделия особенно важна.

Рис. 17.8. Тонкостенные сосуды:

а) – низкого давления; б) – низкого давления для горючих газов; в) – высокого давления; г) – шар-баллон

Такой баллон (рис. 17.8а) имеет обечайку из углеродистой стали и два штампованных стальных днища толщиной 2,5 мм. К днищу дуговой сваркой приварены бобышки. Соединение днища с обечайкой нахлесточное. Такое решение облегчает механизацию сборки путем одновременной запрессовки обоих днищ в обечайку.

Баллон для горючих газов (рис. 17.8б) выполнен из более прочной низколегированной стали, и нахлесточные соединения при его изготовлении недопустимы. Все рабочие соединения стыковые, причем кольцевые швы допускается выполнять на подкладках. При использовании высокопрочных сталей подкладные кольца у стыковых соединений уже применять нельзя (рис. 17.8в).

Иногда для понижения рабочих напряжений в зоне сварного соединения увеличивают толщину металла в местах расположения швов (рис. 17.8г).

Сосуды со стенками средней толщины (до 40 мм) широко используются в химической и атомной промышленности, а также как емкости для хранения и транспортирования жидкостей и сжиженных газов. Нередко требуется защита рабочей поверхности аппарата от коррозионного воздействия среды и сохранение вязкости и пластичности материала несущих конструктивных элементов при низкой температуре. Поэтому используемые материалы весьма разнообразны: углеродистые и высоколегированные стали, медь, алюминий, титан и их сплавы.

Рис. 17.9. Резервуар с отбортованными днищами

Аппаратуру емкостного типа обычно выполняют в виде цилиндрических сосудов. При избыточном давлении 0,4 - 1,6 МПа и выше, а также в емкостях, используемых для транспортировки жидкостей, соединения листовых элементов обечаек и днищ выполняют только стыковыми (рис. 17.9). Примером таких сосудов служат железнодорожные цистерны различного назначения.

Рис. 17.10. Парогенератор

Характерным примером аппарата, сваренного из стали, может служить парогенератор горизонтального типа (рис. 17.10). Его конструктивное оформление сводится к комбинации пластин, оболочек и труб разнообразных сечений и очертаний, сваренных между собой.

Рис. 17.11. Компенсатор объема

Толстостенные сосуды (s>40 мм) обычно собирают из вальцованных или штампованных листовых заготовок, свариваемых продольными и кольцевыми стыковыми швами. На рис. 17.11 изображена конструкция гидравлического компенсатора объема с большой толщиной стенок. Все соединения выполнены стыковыми швами. Угловые швы использованы только для крепления основания к нижнему днищу. Для котельных сосудов характерно большое число штуцеров, к которым стыковыми швами приваривают трубы. Как правило, днища делают выпуклыми с отбортовкой, обеспечивающей вывод сварных соединений из зоны действия значительных напряжений изгиба. Особо ответственные сосуды, как, например, корпуса атомных реакторов с толщиной стенки до 200 мм и выше, изготовляют из цельнокованых обечаек, свариваемых между собой кольцевыми швами.

Рис. 17.12. Сварные узлы трубопроводов

Практически не одна технологическая схема не может существовать без технологических трубопроводов. На изготовление труб расходуют около 10% всего мирового производства стали, причем доля выпуска сварных труб растет. В условиях крупносерийного производства, используя различные методы сварки, выпускают сварные трубы с внешним диаметром от 6 до 1420 мм.

Так как рулонный материал имеет ограниченную толщину (до 14 мм), то при выпуске труб большого диаметра (до 2520 мм) для работы под высоким давлением их приходится выполнять либо из непрерывной ленты, полученной наращиванием листов требуемой толщины, либо в два слоя. Использование многослойных труб при строительстве магистральных трубопроводов позволит существенно повысить их стойкость против протяженного разрушения.

При монтаже заводских трубопроводов (кроме стыков при изготовлении труб) приходится приваривать отводы, компенсаторы, фланцы, различные врезки, патрубки, штуцера и другие фасонные детали (рис. 17.12).

Литература

1. Хренов К. К. Сварка, резка и пайка металлов. – М.: Машиностроение, 1970.

2. Николаев Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А. Сварные конструкции. Технология изготовления. Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1983.

3. Гирнис В. В., Филаткин Г. В. и др. Монтаж оборудования атомных электростанций. - М.: Высшая школа, 1990.

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1. Физические основы сварки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2. Классификация способов сварки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

3. Виды дуговой сварки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4. Электрическая сварочная дуга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

5. Источники питания сварочной дуги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.1. Сварочные трансформаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5.2. Генераторы постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

5.3. Сварочные выпрямители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

5.4. Осцилляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

5.5. Другие источники питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

6. Сварочная проволока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

6.1. Электроды с тонким стабилизирующим покрытием . . . .15

6.2. Электроды с толстым качественным покрытием . . . . . . 16

6.3. Классификация покрытых электродов . . . . . . . . . . . . . . .18

7. Ручная дуговая сварка плавящимся электродом . . . . . . . . .19

7.1. Зажигание дуги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

7.2. Плавление и перенос металла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

7.3. Нагрев металла дугой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

7.4. Наплавленный металл . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

7.5. Сварка стыковых швов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

7.6. Сварка угловых швов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7.7. Режимы сварки плавящимся электродом. . . . . . . . . . . . .32

8. Автоматическая дуговая сварка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

8.1. Автоматическая сварка открытой дугой. . . . . . . . . . . . . . 34

8.2. Автоматическая сварка под слоем флюса . . . . . . . . . . . .35

9. Флюсы для автоматической сварки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

9.1. Плавленые флюсы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

9.2. Керамические неплавленые флюсы. . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10. Электрошлаковая сварка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

11. Дуговая сварка в защитных газах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

11.1. Автоматическая сварка в защитных газах. . . . . . . . . . . 40

11.2. Сварка в инертных газах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

11.3. Сварка в аргоне. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

11.4. Сварка в углекислом газе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

12. Дуговая сварка неплавящимся электродом . . . . . . . . . . . . 42

12.1. Сварка угольным электродом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

12.2. Сварка вольфрамовым электродом. . . . . . . . . . . . . . . . 44

13. Плазменная сварка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

13.1. Сварка дугой косвенного действия. . . . . . . . . . . . . . . . . 47

13.2. Сварка сжатой дугой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

14. Газовая сварка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

14.1. Производство кислорода из воздуха. . . . . . . . . . . . . . . .51

14.2. Горючие газы для сварки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51

14.3. Сварочное пламя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

15. Электрическая контактная сварка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

15.1. Стыковая контактная сварка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

16. Огневая резка металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

16.1. Газокислородная резка металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

16.2. Плазменная резка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

16.3. Различные способы огневой резки металлов . . . . . . . .71

17. Различные виды сварных конструкций. . . . . . . . . . . . . . . . .74

17.1. Классификация сварных конструкций. . . . . . . . . . . . . . .74

17.2. Балки и колонны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

17.3. Балочные и решетчатые конструкции. . . . . . . . . . . . . . 76

17.4. Оболочковые конструкции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

Редактор З. И. Сныкова

ЛР № 020713 от 27.04.98 Подписано к печати 30.05.2000 Формат бум. 60х84/16 Печать офсетная Бумага типограф. Печ. л. 5,375 Заказ № Тираж 100 экз. Цена договорная

Фабрика офсетной печати. 249020 г. Обнинск, ул. Королева, 6

88