Особливості технології виготовлення товстостінних судин, що працюють під тиском
При виготовленні товстостінних судин широко використовують електрошлакове зварювання, що забезпечує надійне проплавлення всього перерізу за один прохід. Поздовжні шви товстостінних обічанок, як правило, виконують електрошлаковим зварюванням. Залежно від розмірів судини листову заготовку гнутий у нагрітому стані вздовж довгого або короткого краю листа. У першому випадку обичай виходить довгою і менше число кільцевих швів у посудині. Однак для судин великого діаметра довжина короткої кромки листа може виявитися недостатньою, тоді обичайку складають з двох коритів з двома поздовжніми швами. У другому випадку обичай виходить більш коротким, але з одним поздовжнім швом. Другий прийом видається менш доцільним, оскільки кільцеві шви більш трудомісткі порівняно з поздовжніми. Обичайку з одним поздовжнім швом можна отримати вальцюванням. Лист після обрізки нагрівають до 1000. 1050 ° С і вальцюють до замикання стику, залишаючи недовальцованими ділянки шириною 100. 150 мм (рис. 13). Після остигання обичайки стик закріплюють приварюванням скоб 1 і термічною різкою вирізають зазор 2 під електрошлакове зварювання.
Мал. 13. Звалювальна обичайка з одним поздовжнім швом
Методом вальцювання важко отримати обичайки довжиною понад 3500 мм та товщиною стінок понад 100 мм. Гнучка, на потужному пресі таких обмежень немає, особливо якщо обечайка утворюється з двох корит. Складання обічайки під електрошлакове зварювання в цьому випадку (рис. 14) виконують за допомогою скоб, а сталості зазору в стику досягають постановкою прокладок, що видаляються перед зварюванням. Після приварювання вихідних планок та кишені для наведення шлакової ванни зібрану під зварювання, обичайку встановлюють вертикально. Якщо обичайка має два поздовжні шви, їх доцільно виконувати одночаснодвома зварювальними апаратами.
Мал. 14. Складання обичайки з двома поздовжніми стиками
При зварюванні гнутих під пресом корит обичайка виходить
досить правильної циліндричної форми і наступне калібрування
необов'язкова. Обичайки, які отримують вальцювання, вимагають виправлення.
Калібрування роблять при температурі 1000. 1050 °С, а при охолодженні
обидві на повітрі вона одночасно проходить процес нормалізації.
Кільцеві шви виконують, багатошаровими зварюванням під флюсом або
електрошлаковим зварюванням в один прохід. Повне проплавлення при
багатошаровому зварюванні забезпечують укладанням в обробку із зовнішнього боку
декількох підварювальних шарів 1 (рис. 15), зачисткою кореня шва за допомогою
пневматичного зубила або різака та накладенням внутрішнього подварочного шва 2. Після цього виробляють багатошарове заповнення зовнішнього оброблення 3.
Мал. 15. Форма оброблення кільцевого стику під багатошарову
Складання кільцевого шва під електрошлакове зварювання має бути досить точним, так як місцева депланація криволінійних кромок понад 3 мм може призвести до порушення ущільнення та витікання шлакової ванни. Тому перед збиранням зовнішню та внутрішню поверхню кожної з обичайок проточують на ширину 70. 100 мм від торця (рис. 16). Також здійснюють підготовку стику обичайки з днищем. Збирають стик за допомогою планок, які встановлюють «на ребро» впоперек кільцевого шва і приварюють до обічків. Якщо в якості внутрішнього формуючого пристрою використовують мідні підкладки, що охолоджуються, вигнуті по радіусу зварюваного виробу, то всередині обичайки додатково встановлюють скоби тимчасового кріплення. Підкладки 1 (рис. 17) заводять в отвори скоб 2 і закріплюютьклинами 3 або гвинтовими притисками.
Мал. 16. Обробка торців обичайки
Мал. 17. Кільцевий стик, зібраний, під електрошлакову
Електрошлакове зварювання кільцевого шва починають на допоміжній платівці, ввареній у зазор стику (рис. 18, а). Після зварювання приблизно половини кола стику (рис. 18 б) зварювальник різаком видаляє із зазору початок шва до повного усунення непровару і надає торцю шва похилий зріз, що полегшує виконання замикання шва (замка) (рис. 18, в). Усадкову раковину або виводять у спеціальний приплив у зовнішньому повзуні або в мідний кокіль, або виплавляють і заварюють вручну.
Мал. 18. Схема електрошлакового зварювання кільцевих швів
Перспективним є однопрохідне зварювання товстостінних судин електронним променем у вакуумі. Експериментально показано, що при використанні зварювання горизонтальним променем можна виконати поздовжні та кільцеві шви металу завтовшки 250 мм і більше при швидкості зварювання
2,5.. .5 м/год. Проте для виробничого застосування цього перспективного методу ще потрібно відпрацювання низки технологічних питань, і навіть створення вакуумних камер великих розмірів.
Після завершення зварювання корпусу посудини вирізку отворів для
штуцерів виробляють або механічним шляхом, або термічним різанням.
Особливо великий обсяг таких робіт виконується під час виготовлення
барабанів котлів та колекторів. Щоб скоротити підганяльні роботи на
монтаж при зборці колекторів і барабанів з блоками екранних труб, до
точності установки штуцерів висувають жорсткі вимоги. Приварювання великої кількості штуцерів необхідно автоматизувати. Спеціалізовані автомати та напівавтомати, що застосовуються для цієї мети, зазвичай центруються по верхній.частини штуцера, що вварюється.
Варіанти конструктивного оформлення штуцерів із оболонками великої товщини різноманітні. Найбільш доцільні ті, які дозволяють отримати надійне проплавлення всієї стінки штуцера, виключаючи можливість утворення та зростання тріщини від непровару. Для цієї мети можна використовувати формуючу підкладку, що видаляється після зварювання (рис. 19, а, б) Інший варіант з'єднання показаний на рис. 20 а, б. В оболонці 2 в центрі установки трубчастого перехідника свердлять центрувальний отвір d, яке вставляють заготовку 1 перехідника з обробкою кромок під зварювання. Після зварювання просвердлюють отвір діаметром D (рис. 20 а). Остаточно з'єднання має вигляд, показаний на рис. 20, б. У ньому присутня концентрація напруги на зовнішній поверхні, але на внутрішній порожнині відсутня. парогенераторів входять газощільні трубчасті панелі. При використанні звичайних труб вварювання смуг - перемичок здійснюють парними зварювальними головками під флюсом спочатку з одного боку (мал. 21), а після кантування - з іншого. Використання плавникових труб дозволяє скоротити кількість швів. Перший прохід виконують на мідному повзуні, що охолоджується; другий - з іншого боку за раніше виконаним першим (рис. 22, а, б).
Мал. 19. Конструкція штуцерного з'єднання: а – до зварювання; б - після зварювання
Мал. 20. З'єднання штуцерів з оболонкою з подальшим видаленням кореня шва висвердлюванням
Мал. 21. Схема приварювання смуги між гладкими трубами (підварювальні шви)
Мал. 22. Зварювання газощільних панелей з плавникових труб
Особливо відповідальні судини, як, наприклад, корпуси атомних реакторів з товщиною стінки до 200 мм і вище, виготовляють із цільнокованих обічанок, одержуваних методомвільного кування на пресі з подальшою механічною обробкою. Розчленування корпусу на окремі
Рис 23. Заготівля корпусу реактора
заготовки виробляють з можливостей технологічного устаткування (рис. 23). Для підвищення корозійної стійкості внутрішню поверхню піддають автоматичного дугового наплавлення аустенітним стрічковим електродом. Обичайки з'єднують кільцевими швами багатошаровим зварюванням під флюсом.
Так, при виготовленні корпусу реактора ВВЕР-1000 зі сталі 15Х2НМФА і корпусу парогенератора зі сталі 10ГН2МФА обичайки товщиною 80. 285 мм збирали на скобах і зварювали багатопрохідним зварюванням під флюсом з підігріванням під температурою 120°С. за допомогою індукторів чи газових пальників. Після укладання кореневих валиків (рис. 24 а) проводили заповнення ^3 частини перерізу зовнішньої обробки (рис. 24 б); зрізали
Рис 24. Послідовність заповнення кромок при зварюванні кільцевого шва корпусу реактора
складальні скоби та зачищали корінь шва з внутрішньої сторони (рис. 24, б). Потім заповнювали обробку із зовнішнього боку до повного перерізу (рис. 24, г); укладали кореневі валики зсередини (рис. 24, д) і заповнювали весь переріз оброблення (рис. 24, е). Облицювання зони термічного впливу та шва з внутрішньої сторони здійснювали наплавленням аустенітним дротом (рис. 24, ж). Електрошлакове зварювання використовували тільки при виготовленні заготівлі днища корпусу реактора, використовуючи нагрівання під штампування для одночасної термообробки - нормалізації, з метою забезпечення необхідних властивостей зварного з'єднання.
Електрошлаковий процес використовують також для утворення частин складної форми, що виступають. Наприклад, на рис. 25 а наведена схема процесу виплавки патрубка.Попередньо в корпусі 3 свердлять отвір, який зсередини вставляють заглушку 4, а з зовнішньої поверхні корпусу встановлюють мідний кристалізатор 2. Перед початком процесу в кристалізатор заливають рідкий шлак; подачею електрода 1 отвір та порожнину кристалізатора заповнюють рідким металом. В результаті такої електрошлакової виплавки в корпусі утворюється виступ (рис. 25 б), механічна обробка якого забезпечує отримання патрубка необхідної конфігурації.
Мал. 25. Електрошлакова виплавка патрубка: а - схема процесу; б - форма поперечного перерізу патрубка, що виплавляється
При виготовленні барабанів котлів, судин високого тиску та
реакторів велике значення має термообробка. Повністю зварений
посудину зазвичай піддають високій відпустці, проте іноді потрібно
нормалізація поліпшення структури зони шва. У цьому випадку виникає небезпека, що при нагріванні до високих температур (900...1000°С) можуть виникнути деформації від власної ваги, що спотворюють форму судини. Запобігти цим деформаціям можна попередньою герметизацією готової посудини і створенням у ньому надлишкового внутрішнього тиску вуглекислого газу 0,2. 0,3 Н/мм (МПа). Це не тільки зберігає форму судини, а й запобігає утворенню окалини на її внутрішній поверхні. Для термообробки зазвичай використовують печі великого розміру. Якщо посудина не може бути піддана термообробці повністю через відсутність печі необхідного розміру, а також через необхідність виконання монтажних стиків, то застосовують місцеву або загальну термообробку з використанням індукційних або інших нагрівачів.