X Международная студенческая научная конференция
«Студенческий научный форум» - 2018
 
     

СВАРКА КОТЛА ЦИСТЕРНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Козлов К.В.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


На сегодняшний день сварка цистерн для перевозки жидкостей осуществляется с помощью электродуговой сваркис использованием специализированного технологического оборудования. При изготовлении деталей вращения и конических деталей применяются роликовые стенды для сборки и сварки. Они предназначены для вращения изделий со сварочной и установочной скоростью. На рисунке 1 показан участок сборки днища с обечайкой на таком стенде.

Рисунок 1 - Стенд сборки днища с обечайкой

Стенды с регулируемой скоростью применяются для автоматической и электрошлаковой сварки круговых швов. Стенды с установочной скоростью применяются при сборке, контроле, отделке и испытаниях. Также для сварки деталей вращения применяют вращатели. Они предназначены для вращения изделий вокруг одной оси со сварочной регулируемой скоростью или с установочной нерегулируемой скоростью. Вращатели используют для автоматической, полуавтоматической и ручной сварки круговых швов, наплавки цилиндрических и конических поверхностей, контактной сварки и термической резки, в случаях, когда не требуется изменять положение оси вращения изделия. При сварке больших цилиндрических изделий применяют вращатели с горизонтальной осью. На рисунке 2 приведены примеры автоматизации процесса сварки цистерн.

Рисунок 2 - Примеры автоматизации процесса сварки цистерн

В последнее время в промышленности активно используется лазерная сварка. Лазерная сварка имеет ряд существенных преимуществ перед дуговой.

Для лазерной сварки характерным является высокие скорости охлаждения при кристаллизации шва и минимальное время пребывания металла шва и околошовной зоны при высоких температурах. Эти условия обеспечивают мелкодисперсную структуру околошовной зоны, которая при ЛС более чем в четыре раза мельче, чем при аргонодуговой сварке. Малая ширина зоны термического влияния практически исключает её водородонасыщение, обеспечивает высокую коррозионную и сероводородную стойкость, исключает охрупчивание в зоне термического влияния, в том числе при низких температурах. Выполненные исследования [1] показали высокую экономическую эффективность и экологичность лазерной сварки газонефтепроводных труб в сопоставлении с дуговой сваркой. Это обусловлено следующими преимуществами лазерной сварки:

- эксплуатационная надежность лазерных сварных соединений близка к показателям основного металла;

- лазерная сварка выполняется за один проход, без разделки кромок;

- производительность лазерной сварки в 5-10 раз выше в сопоставлении с дуговыми методами;

- расход присадочной проволоки в 30 раз ниже;

- исключаются затраты на разделку кромок;

- применение лазерной сварки позволяет существенно улучшить экологическую

ситуацию, так как из технологического цикла исключается использование флюса и электродов.

Исследования показали [1] прочностные и пластические свойства лазерных

сварных соединений, долговечность коррозионную стойкость, технологическую прочность и на сероводородное растрескивание показали преимущества лазерных сварных соединений перед дуговыми. Установлено, что эксплуатационная надежность лазерных сварных соединений близка к показателям основного металла. Это объясняется, прежде всего, тем, что лазерная сварка позволяет обеспечить мелкодисперсную структуру металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ). По своим размерам ЗТВ лазерных сварных соединений не превышает 0,7–1,2 мм, тогда как при дуговой сварке ЗТВ достигает 7−10 мм, что является одной из причин разрушений трубопроводов. Однако после лазерной сварке твердость металла шва и ЗТВ находятся на недопустимо высоком уровне и достигала 370 – 410 НV. Для обеспечения рекомендуемой нормативными документами твердости (не более 260 НV) металла шва и зоны термического влияния лазерных сварных соединений может использоваться двулучевая лазерная сварка (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема сварки двумя лазерными лучами

Двулучевая лазерная сварка позволила, наряду с высокими механическими свойствами сварных соединений, снизить твердость металла шва и зоны термического влияния. Наличие двух лучей позволило на стали толщиной 8 – 10 мм увеличить свариваемый зазор с 0,3 мм (при однолучевой лазерной сварке) до 1 мм, на стали толщиной 16 мм – до 2 мм.

Еще больший эффект можно получить [2] при использовании трехлучевой сварки, что подтверждает форма шва, изображенная на рисунке 4.

Рисунок 4 - Лазерная сварка встык по зазору 0,15 мм стали 17Г1СУ толщиной 10 мм на мощности излучения 10 кВт, скорости сварки 1,0 м/мин:

а – однолучевая лазерная сварка; б – двухлучевая лазерная сварка; в – трехлучевая лазерная сварка.

Исходя из сказанного выше для сварки обечаек и крепления днищ цистерн предлагается использовать трехлучевой СО2-лазер с адаптивным управлением каждым лучом и, следовательно, процессом сварки с высоким качеством при переменных параметрах объекта в реальном масштабе времени. На рисунке 5 приведена структурная схема системы сварки обечаек.

Рисунок 5- Структурная схема системы сварки обечаек

Литература

1. А.Г.Игнатов Российские лазерные технологии. Состояние и перспективы. РИТМ.Машиностроение.-2015.№2.- с.10-24

2. А.Н. Грезев Тридцать лет по пути лазерных термических технологии. // Чёрная металлургия. − 2004. − №9. − С.40-44

3. . А.Игнатов Лазерная сварка сталей мощными СО2 – лазерами . Часть 1 // Фотоника- 2008.№6.- с.10 – 17