Введение к работе
Актуальность темы
Важнейшим направлением экономического развития страны является экономное использование материальных, энергетических и трудовых ресурсов. Одним из перспективных направлений в экономии материальных и энергетических ресурсов является повышение эффективности сборки заготовок и деталей машин и агрегатов в процессе их изготовления, создание менее энергоемких технологических процессов за счет широкого применения различных методов обработки металлов.
В нефтеперерабатывающей промышленности имеется большая потребность в оборудовании, изготавливаемом из жаропрочных сталей типа 15Х5М. Данные стали обладают хорошими прочностными и антикоррозионными свойствами при высоких температурах. Особенностью процесса изготовления оборудования из жаропрочных сталей типа 15Х5М с применением сварки является необходимость предварительного, сопутствующего подогрева и незамедлительного проведения последующей термической обработки с целью снятия остаточных сварочных напряжений и предотвращения образования холодных трещин.
Анализ природы и механизма возникновения остаточных напряжений в сварных соединениях оборудования нефтепереработки и методов снятия этих напряжений говорит о том, что остаточные напряжения могут достигать значительных величин и оказывать существенное влияние на технологическую прочность в процессе изготовления и на работоспособность конструкций.
Предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых конструкций является сложным энергоемким технологическим процессом, требует высокой квалификации персонала, снижает производительность работы, кроме того, является неэкологичным процессом. Поддержание заданной температуры свариваемых деталей (300-350 С) повышает трудоемкость процесса сварки и увеличивает время, затрачиваемое на изготовление оборудования.
4 Поэтому перспективным направлением производства сварного нефтеперерабатывающего оборудования оболочкового типа из жаропрочных сталей типа I5XSM является процесс изготовления этих конструкций с применением менее энергоёмких методов, позволяющих снизить вероятность образования холодных трещин в сварном соединении и при этом увеличить производительность сборочно-сварочных работ.
Цель работы: уменьшение трудоемкости изготовления сварного оболочкового оборудования из жаропрочных сталей типа 15Х5М, применяемого в нефтепереработке, использованием вибрационной обработки свариваемых деталей в процессе сварки.
Задачи исследований:
-
установить характер распределения остаточных напряжений и деформаций, возникающих в процессе изготовления сварного оборудования из стали I5X5M, с целью оценки их влияния на прочность получаемого сварного соединения;
-
исследовать влияние вибрационной обработки деталей в процессе их сварки на распределение и величину остаточных напряжений в сварных соединениях, а также на изменение механических свойств и структуры в зонах сварных соединений из стали 15Х5М;
-
оценить влияние направления приложения вибрационного воздействия на свариваемые детали на величину остаточных напряжений в металле сварного соединения;
-
разработать практические рекомендации для совершенствования технологии изготовления сварного нефтеперерабатывающего оборудования оболочкового типа из жаропрочных сталей типа 15Х5М использованием вибрационной обработки свариваемых деталей в процессе сварки.
5 Методы исследований
При исследованиях закономерностей деформирования металла использовались методы теории упругости и пластичности, а также численный метод решения задач сплошных сред — метод конечных элементов. При экспериментальных исследованиях использовали стандартные методы определения механических свойств, микротвердости и микроструктуры металла. Обработку результатов экспериментов проводили с использованием методов математической статистики.
Основные защищаемые положения:
-
Совокупность установленных в результате теоретических и экспериментальных исследований закономерностей влияния параметров вибрационной обработки при выполнении сварки жаропрочных сталей типа 15Х5М на механические свойства получаемых сварных соединений оболочковых конструкций.
-
Экспериментально обоснованные решения по повышению межоперационной прочности при изготовлении сварного оборудования из сталей типа 15Х5М применением вибрационной обработки в процессе сварки.
-
Усовершенствованная технология изготовления сварного нефтеперерабатывающего оборудования оболочкового типа из жаропрочных сталей типа 15Х5М.
Научная новизна:
-
Установлено, что вибрационная обработка деталей оборудования оболочкового типа из жаропрочной стали 15Х5М в процессе сварки стыковых соединений при температуре окружающего воздуха не ниже 20 С позволяет снизить уровень остаточных напряжений в сварном шве по сравнению с предварительным подогревом на 20...25%. тем самым увеличить технологическую прочность сварных соединений до высокотемпературной термической обработки.
-
Определено влияние направления приложения вибрационного воздействия на свариваемые детали на величину остаточных напряжений в металле.
Выявлено, что наиболее эффективной, с точки зрения снижения остаточных напряжений, является вибрационная обработка свариваемых деталей в поперечном направлении относительно стыкового сварного шва, которая в сравнении с обработкой в продольном и перпендикулярном направлениях позволяет снизить величину разности главных механических напряжений (РГМН), градиента РГМН и коэффициента концентрации напряжений.
Практическая ценность:
-
Разработана технология вибрационной обработки, обеспечивающая равномерность снятия остаточных напряжений в зоне сварного соединения.
-
Разработаны способы и конструкции стендов для проведения вибрационной обработки в процессе изготовления сварного оболочкового оборудования из жаропрочной стали 15Х5М.
-
Предложенная технология изготовления оболочковых конструкций с применением вибрационной обработки принята к внедрению на ОАО «УТС-Туймазыхиммаш» (г. Туймазы).
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на практической конференции «Нефтепереработка и нефтехимия — 2006»: (Уфа, 2006); 60-й Юбилейной межвузовской научной конференции «Нефть и газ - 2006» (Москва, 2006); Ш Российской межвузовской конференции, посвященной 50-летию образования ТГНГУ (Тюмень, 2006); Ш Международном форуме «Образование, наука, производство» (Белгород, 2006).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, приложения и содержит ПО страниц машинописного текста, в том числе 46 рисунков, 8 таблиц, список использованной литера-гуры из 125 наименований.
