курсач2 (Автосохраненный). расчет и проектирование процесса сборки и сварки цистерны модели 15150
 Скачать 40.83 Kb.
|
|
КУРСОВОЙПРОЕКТ по профессиональному модулю: МДК 02.01 «Основы расчета и проектирования сварных конструкций» на тему: «РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СБОРКИ И СВАРКИ ЦИСТЕРНЫ МОДЕЛИ 15-150» Выполнила: Шаяхметова Мария Ренатовна студент группы СП-41 Проверил: Бабенко Матвей Петрович . Краснокамск 2019 СОДЕРЖАНИЕ
Цель: Разработка технологии модернизации процесса изготовления бункера для сыпучих веществ. Задачи: 1. Описать конструкцию с анализом ее технологичности. 2. Дать характеристику основного материала. 3. Выбрать и обосновать способ сварки. 4. Выбрать и обосновать сварочный материал. 5. Выбрать и обосновать сварочное оборудование. 6. Рассчитать режимы сварки. 7. Разработать приспособление. 8. Разработать технологический процесс изготовления сварной конструкции. 9. Выбрать наиболее эффективный метод контроля качества. 10. Определить, какие виды сварочных деформаций, перемещений и напряжений возникают при сварке данного изделия. 11. Определить норму времени на сборку и сварку конструкции. 12. Описать технику безопасности при выполнении сварочных работ. Транспорт - это связующие звено между производителями и потребителями товаров и услуг, без которого немыслим рынок и рыночные отношения. Транспорт наряду с земледелием, добывающей и обрабатывающей промышленностью представляет собой сферу материального производства. В отличие от других отраслей промышленности транспорт не производит новых продуктов. Его продукцией является перевозка пассажиров и грузов. Первостепенная роль в осуществлении перевозок принадлежит железнодорожному транспорту. Железные дороги связывают все области и районы нашей огромной страны, имеющей территорию площадью 17,8 млн км 2 , и в условиях недостаточности хороших автомобильных дорог обеспечивают потребности населения в перевозках и нормальное обращение продукции промышленности и сельского хозяйства. Железнодорожный транспорт в значительной мере способствует освоению новых районов и их природных богатств, играет первостепенную роль в развитии экономики страны, улучшении благосостояния населения и укреплении культурных связей между народами. Благодаря единой железнодорожной сети стран СНГ и Балтии сохранились экономические связи между ними. Заказы на изготовление железнодорожной техники на российских предприятиях способствуют развитию отечественной промышленности и увеличению числа рабочих мест. Железнодорожный транспорт России имеет первостепенное значение и для обороны. Все виды транспорта взаимодействуют между собой, дополняют друг друга и составляют транспортную систему страны.
2.1 Назначение цистерны 15−150 Цистерна представляет собой специальный металлический сварной резервуар (котел) цилиндрической формы, имеющий в верхней части люки для наливания груза, очистки и ремонта. Разнообразие грузов обусловливает существенные различия в конструкции цистерн. В зависимости от вида перевозимых грузов цистерны могут быть разделены на две группы: общего назначения - для перевозки нефтепродуктов широкой номенклатуры; специальные - для перевозки отдельных видов грузов. Цистерны общего назначения подразделяют на используемые для перевозки светлых (бензин, лигроин и т. п.) и темных (нефть, минеральные масла и т. п.) нефтепродуктов. Внутренняя поверхность цистерн, в которых перевозят кислоты, покрыта защитным слоем (резина, свинец), предохраняющим металл от разрушающего действия кислот. В этих же целях котлы цистерн изготавливают из кислотоупорных металлов: коррозионно-стойкой стали, алюминия. Цистерны для перевозки молока выполняют из аналогичной стали, покрытой снаружи теплоизолирующим слоем. Вязкие нефтепродукты перевозят в цистернах, оборудованных паровой рубашкой, что значительно упрощает и ускоряет слив предварительно разогретых грузов. Четырехосные цистерны имеют котел вместимостью 72 м³. Применяются и восьмиосные цистерны с котлом вместимостью 134 м³. Изотермические вагоны используют в летнее время для перевозки скоропортящихся грузов (мясо, рыба и др.), а зимой - грузов, теряющих свои качества при замерзании (овощи, фрукты, молоко и др.). Для поддержания в вагонах необходимой температуры их оборудуют приборами охлаждения и отопления, а кузова снабжают тепловой изоляцией. Изотермические вагоны соединяют в рефрижераторные секции по пять единиц. При этом в одном вагоне размещаются обслуживающая бригада механиков, дизель-электростанция и холодильное оборудование. Для перевозки скоропортящихся грузов применяют также автономные рефрижераторные вагоны, оборудованные холодильными агрегатами и дизель-генераторными установками с автоматическим (без обслуживающего персонала) управлением. Помимо универсальных изотермических вагонов, используемых для перевозки скоропортящихся грузов, находятся в эксплуатации и специализированные вагоны для транспортирования живой рыбы, молочных и других продуктов. Вагоны специального назначения предназначены для грузов, требующих особых условий перевозки. Например, транспортерами перевозят громоздкие и тяжеловесные машины и оборудование. Транспортеры - это многоосные платформы (12, 16, 20 и более осей) грузоподъемностью 130, 180, 230 и 300 т. К специальным относятся также вагоны для перевозки скота, живой рыбы, битума, легковых автомобилей и вагоны, предназначенные для технических и бытовых нужд железных дорог: вагоны-мастерские, вагоны восстановительных и пожарных поездов. Состав оборудования этих вагонов определяется их назначением. Для перевозки различных грузов, в том числе штучных изделий, домашних вещей и др., используют деревянные или металлические контейнеры с массой брутто 3, 5, 20 т и более. При перевозке на платформах или в полувагонах контейнеры закрепляют соответствующими приспособлениями. Чтобы избежать перегрузки из вагонов в автомашины, применяют специальные контейнеры большой грузоподъемности, приспособленные для подкатки под них автомобильных шасси. Такие контейнеры называют контрейлерами. В последние годы начат выпуск вагонов нового поколения, к которым можно отнести вагоны с раздвижными колесными парами, крытые вагоны с открывающейся или сдвигающейся крышей и со встроенными ленточными конвейерами для полной механизации выгрузки картофеля, овощей и фруктов, платформы со специальными стационарными приспособлениями для перевозки лесоматериалов и металлопроката, специальные вагоны с кузовами-амфибиями для транспортирования навалочных грузов в смешанном железнодорожно-водном сообщении. Изделие «Цистерна» изготавливается из аустенитной стали 08Х18Н10Т. Данный вид стали относится к коррозионно-стойким жаропрочным сталям. Применяется для изготовления аппаратов и сосудов, работающих при температуре от -196 до 600°С под давлением, и при наличии агрессивных сред до 350°С. Цистерны из нержавеющей стали применяются в пищевой, газонефтяной, химической промышленности, и других местах, где используются жидкости с агрессивным воздействием на металлы. Цистерна состоит из трех обечаек, двух полусфер (донышек) и люка. Полусферы и люк приходят готовые к сварке. Обечайки вальцуются и свариваются на участке сварки. Толщина всех свариваемых деталей - 8 мм. Данная цистерна будет применяться для хранения конденсата от переработки нефтепродуктов после производства с температурой выхода до 300°С. Таблица 1.- Обозначение сварных швов.
2.2 Основные параметры цистерны модели 15-150 Таблица 2. – Параметры цистерны 15-150.
2.Характеристика основного материала. Настоящий стандарт распространяется на вновь изготавливаемые вагоны-цистерны (далее - цистерны), предназначенные для перевозки затвердевающих, жидких, сыпучих грузов и сжиженных газов. Стандарт не распространяется на цистерны для перевозки криогенных сжиженных газов. Обязательные требования к качеству продукции изложены в разделах 3, 5-7, 10 и пунктах 4.1.1, 4.1.3, 4.2.1, 4.2.2, 4.2.4-4.2.15, 4.2.17, 4.2.18-4.2.25, 4.2.27-4.2.33, 4.3.2, 4.4. 4.1 Общие требования 4.1.1 Цистерны изготавливают в соответствии с требованиями настоящего стандарта, технических условий (ТУ) на конкретные модели цистерн по рабочим чертежам. 4.1.2 Цистерны изготавливают климатического исполнения У, категории 1 по ГОСТ 15150. Допускаются другие виды исполнений в соответствии с заказом. 4.1.3 Цистерна должна состоять из следующих основных сборочных единиц: - емкости (котла) с арматурой; - крепления котла к платформе; - платформы, оборудованной: а) тележками по ГОСТ 9246; б) автосцепными устройствами с установочными размерами по ГОСТ 3475 и контуром зацепления автосцепки по ГОСТ 21447, с оборудованием автосцепок верхним и нижним ограничителями вертикальных перемещений и поглощающими аппаратами энергоемкостью не менее 100 кДж в приработанном состоянии; в) автоматическим тормозом, состоящим из воздухопровода, рычажной передачи с авторегулятором, воздухораспределителя, тормозного цилиндра, запасного резервуара по ГОСТ 1561, концевых кранов, разобщительного крана, соединительных рукавов по ГОСТ 2593; г) стояночным тормозом. 4.1.4 Цистерны допускается изготавливать со следующими устройствами и приспособлениями: - переходными площадками, расположенными на консолях рамы; - будками для сопровождающих лиц; - авторежимом, обеспечивающим автоматическое изменение силы нажатия тормозных колодок в зависимости от загрузки цистерны; - котлами, на внутреннюю поверхность которых нанесено защитное металлическое, полимерное или лакокрасочное покрытие; - защитными экранами днищ котла; - концевыми балками рам, приспособленными для установки буферных комплектов. Допускаются другие устройства и приспособления. 4.2 Требования к конструкции, материалам и комплектующим изделиям 4.2.1 Конструкция цистерн должна соответствовать требованиям действующих «Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)» (далее - «Нормы для расчета») [1]. 4.2.2 Котлы цистерн должны быть оборудованы люками-лазами, устройствами для загрузки и выгрузки, предохранительной контрольной арматурой, наружной лестницей, подножками, поручнями, помостами. 4.2.3 В зависимости от назначения цистерн котлы могут быть оборудованы подогревающим устройством, теневой защитой, теплоизоляционным покрытием, приспособлениями для установки запорно-пломбировочных устройств и другими устройствами. 4.2.4 Котлы цистерн должны иметь конфигурацию и (или) быть оборудованы устройствами, способствующими полной выгрузке продукта. Котлы нефтебензиновых цистерн с нижним сливом оборудуют унифицированными сливными устройствами. Присоединительные размеры сливного устройства - по ГОСТ 18194. 4.2.5 Цистерны, используемые для перевозки опасных грузов, должны соответствовать требованиям действующих «Правил устройства» [2]. 4.2.6 Цистерны для перевозки опасных грузов оборудуют устройствами защиты котла и арматуры, а также устройством, обеспечивающим герметизированный отбор проб. 4.2.7 Люк-лаз должен быть диаметром не менее 450 мм. 4.2.8 Условные проходы трубопроводов для загрузки и выгрузки цистерн - по ГОСТ 28338. 4.2.9 Пропускная способность предохранительных клапанов цистерн, изготовленных в соответствии с требованиями действующих «Правил устройства» [2], должна соответствовать ГОСТ 12.2.085. 4.2.10 В конструкции цистерны должны быть предусмотрены места для установки типовых домкратов по концам шкворневых балок. 4.2.11 Изготовление, монтаж, наладка и испытания электрооборудования цистерн с электрообогревом должны соответствовать требованиям действующих «Правил устройства электроустановок» [3] и ГОСТ 12.1.004. 4.2.12 В конструкции рычажной передачи тормоза должна быть предусмотрена установка как композиционных, так и чугунных тормозных колодок по ГОСТ 1205. Вновь изготавливаемые цистерны оборудуют композиционными тормозными колодками. 4.2.13 В конструкции цистерны должны быть предусмотрены унифицированные тяговые кронштейны для перемещения цистерны безрельсовым транспортом. 4.2.14 Цистерна должна быть оборудована двумя боковыми подножками с поручнями для составителей поездов с расположением подножек в консольных частях рамы со стороны расцепного рычага автосцепки. При расположении в консольных частях рамы цистерны наружных лестниц допускается совмещение подножки для составителей с лестницей. 4.2.15 Рамы, детали рычажной передачи тормоза изготавливают из низколегированных сталей по ГОСТ 19281категории не ниже 13 и 14 соответственно. 4.2.16 Применение других низколегированных сталей с гарантированным уровнем механических свойств допускается по согласованию с заказчиком и МПС РФ, а для цистерн, перевозящих опасные грузы, также с органами госнадзора. 4.2.17 Котлы, детали арматуры, предохранительных, сливоналивных или разгрузочных устройств цистерн должны быть изготовлены из сталей по ГОСТ 5520, коррозионно-стойких сталей по ГОСТ 5632, ГОСТ 7350 или двухслойных сталей по ГОСТ 10885, алюминия и его сплавов, титана и других материалов. 4.2.17.1 Для остальных элементов цистерны допускается применение сталей по ГОСТ 380 и ГОСТ 1050. 4.2.18 Материалы и внутренние покрытия котлов цистерн, предназначенных для перевозки пищевых продуктов, должны быть согласованы с соответствующими органами здравоохранения. 4.2.19 Для изготовления деталей, подвергающихся сварке, применяют сталь с гарантией свариваемости. 4.2.20 Литые детали автосцепного устройства изготавливают в соответствии с ГОСТ 22703, остальные литые стальные детали - по ГОСТ 977. 4.2.21 Литые чугунные детали изготавливают в соответствии с ГОСТ 26358. 4.2.22 Поковки и штамповки изготавливают в соответствии с ГОСТ 8479 и ГОСТ 7505. 4.2.23 Детали из древесины и древесных материалов - по ГОСТ 3191. 4.2.24 Крепежные детали - по ГОСТ 1759.0 - ГОСТ 1759.3. 4.2.25 Тормозную воздушную магистраль изготавливают из холоднодеформированных труб по ГОСТ 8733 и ГОСТ 8734. 4.2.26 Допускается, по согласованию с заказчиком и МПС РФ, а для цистерн, перевозящих опасные грузы, - с органами госнадзора, применять усиленные трубы по ГОСТ 3262. 4.2.27 Цистерны, кроме внутренних поверхностей котлов и мест, специально предусмотренных в технической документации, должны быть окрашены. 4.2.28 Технические требования к лакокрасочным покрытиям - по ГОСТ 7409. 4.2.29 Внешний вид лакокрасочных покрытий должен соответствовать VII классу по ГОСТ 9.032. 4.2.30 Поверхности деталей и сборочных единиц, не доступные для окрашивания в собранном виде, окрашивают до сборки. 4.2.31 На внутренние поверхности сварных стальных конструкций замкнутого профиля, выполненных сплошными швами, покрытия не наносят. Покрытия на внутренние поверхности стальных сварных конструкций замкнутого профиля, свариваемых прерывистыми швами, а также на сопрягаемые поверхности под дуговую сварку прерывистыми швами, наносят по ГОСТ 7409. 4.2.32 Резьбу болтов, кроме болтовых соединений внутри котлов цистерн, трущиеся поверхности рычагов, тяг, осей смазывают. 4.2.33 Рабочие поверхности подпятниковых мест при постановке рамы на тележки смазывают смазкой солидол Ж по ГОСТ 1033, графитной смазкой по ГОСТ 3333 или смазкой солидол С по ГОСТ 4366. При применении защищающих от износов опорные и цилиндрические поверхности прокладок и обеспечении низкого коэффициента трения смазку допускается не применять. 4.3 Требования к надежности 4.3.1 Требования к надежности устанавливают в ТУ на конкретные модели цистерн. 4.3.2 Номенклатура показателей надежности цистерн должна включать, лет: - назначенный срок службы; - назначенный срок службы до первого капитального ремонта; - назначенный срок службы до первого деповского ремонта. По истечении назначенного срока службы цистерны, независимо от ее технического состояния, ее эксплуатацию прекращают и принимают решение о: - проведении капитально-восстановительного ремонта и модернизации цистерны с установлением нового назначенного срока службы; - возможности продления назначенного срока службы; - списании. 4.3.3 Показатели надежности комплектующих сборочных единиц и деталей цистерн - в соответствии с НД на конкретные изделия. 4.4 Маркировка 4.4.1 На боковом швеллере рамы цистерны наносят маркировку, содержащую: - заводской номер цистерны по системе нумерации предприятия-изготовителя; - наименование предприятия-изготовителя или его товарный знак; - массу тары; - год изготовления, а для цистерн, подведомственных Госгортехнадзору, дату очередного освидетельствования. 4.4.2 На металлическую табличку, установленную на наружной поверхности хребтовой балки, наносят маркировку платформы: - наименование или товарный знак предприятия-изготовителя; - заводской номер платформы по системе нумерации предприятия-изготовителя; - год изготовления; - обозначение основной марки стали, применяемой для изготовления хребтовой балки. 4.4.3 На каждый котел наносят маркировку, содержащую: - наименование или товарный знак предприятия-изготовителя; - заводской номер по системе нумерации предприятия-изготовителя; - рабочее и пробное давление (для котлов, подведомственных Госгортехнадзору); - год изготовления; - дату проведенного и очередного освидетельствования (для котлов, подведомственных Госгортехнадзору). 4.4.4 Маркировка на цистернах для перевозки нефтепродуктов должна включать тип калибровки котла. 4.4.5 На цистерны, предназначенные для перевозки опасных грузов, наносят знаки опасности и предупредительные надписи, обеспечивающие их безопасную эксплуатацию в соответствии с ГОСТ 19433 и «Правилами перевозок грузов» [5]. 4.4.6 По результатам сертификации цистерны маркируют знаком соответствия согласно национальной системе сертификации. Знак соответствия наносят на металлическую табличку в непосредственной близости к товарному знаку предприятия-изготовителя. 4.5 Комплектность 4.5.1 В соответствии с договором на поставку к цистерне прилагают: - технический паспорт на цистерну; - паспорт на сосуд, работающий под давлением (свыше 0,07 МПа); - паспорт на предохранительно-впускной клапан с расчетом пропускной способности; - копию сертификата соответствия (при его наличии). 4.5.2 Ремонтную документацию по ГОСТ 2.602 и руководство по эксплуатации по ГОСТ 2.601 поставляют по заявке потребителя. Характеристика материала изделия. Согласно заданию, для изготовления цистерны применяется сталь 08X18Н10Т. Данная сталь относится к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам. Обладает достаточно высокой жаростойкостью: 600. Область применения 08X18Н10Т довольно широка: -детали, стойкие к электрохимической и химической, межкристаллитной коррозии, а также коррозии под напряжением; -слабонагруженные или ненагруженные элементы, стойкие к химически активным газовым средам и работающие при температурах 550-800°С; -нагруженные детали, эксплуатирующиеся в течение 5000-10000 часов при температуре до 600°С; - для изготовления сварной аппаратуры, труб и деталей печной арматуры, а также муфелей, теплообменников, деталей выхлопных систем, сортовых и листовых деталей. Таблица 3.-Общая характеристика стали 08Х18Н10Т - 800°С.
Особенность сварки аустенитной стали 08Х18Н10Т Сталь 08Х18Н10Т относится к хорошо свариваемым. Характерной особенностью сварки этой стали является возникновение межкристаллитной коррозии. Она развивается в зоне термического влияния при температуре 500- 800°С. При пребывании металла в таком критическом интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома. Вследствие выпадения карбидов хрома сталь теряет устойчивость к коррозии. Все это может иметь опасные последствия - хрупкие разрушения конструкции в процессе эксплуатации. Чтобы добиться стойкости стали нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов и стабилизировать свойства стали в месте сварного шва. Сталь 08Х18Н10Т содержат титан и ниобий, которые, являясь более сильными карбидообразователями, связывают углерод стали, предупреждая образование карбидов хрома. Поэтому эти стали после сварки не подвергают термообработке. Общей сложностью сварки является предупреждение образования в шве и околошовной зоне кристаллизационных горячих трещин, имеющих межкристаллитный характер, наблюдаемых в виде мельчайших микронадрывов и трещин. Горячие трещины могут возникнуть и при термообработке или работе конструкции при повышенных температурах. Образование горячих трещин характерно для крупнозернистой структуры металла шва, особенно выраженной в многослойных швах, когда кристаллы последующего слоя продолжают кристаллы предыдущего слоя. Применение методов, способствующих измельчению кристаллов и дезориентации структуры, что позволяет уменьшить межкристаллитные прослойки и повысить стойкость швов против горячих трещин. Один из таких способов - получение швов, имеющих в структуре некоторое количество первичного феррита. Одновременное выпадение из жидкой фазы кристаллов аустенита и первичного феррита приводит к измельчению и дезориентации структуры. В результате вероятность образования горячих трещин уменьшается. Термическое старение швов при температурах 350-500°С может привести к появлению 475°-ной хрупкости, причины которой до сих пор не выяснены. Выдержка аустенитно-ферритных швов при температуре 500-650°С приводит к старению в основном за счет выпадения карбидов. Одно из эффективных средств уменьшения склонности сварных соединений жаростойких и жаропрочных сталей к охрупчиванию - снижение в основном металле и металле шва содержания углерода. Суммарная внутренняя пластическая деформация металла сварного шва и околошовной зоны при сварке высоколегированных сталей выше, чем в низколегированных сталях. В процессе высокотемпературной эксплуатации происходит карбидное и интерметаллидное упрочнение металла шва и соответствующее снижение его пластических свойств, что приводит к локализации в околошовной зоне деформаций и образованию в ней трещин. Предотвращение подобных разрушений достигается термообработкой - аустенизацией при температуре 1050-1100°С для снятия остаточных сварочных напряжений и приданию сварному соединению более однородных свойств. Иногда сопровождается отжигом при температуре 750-800°С для получения относительно стабильных структур за счет выпадения карбидной и интерметаллидной фаз. При сварке высокопрочных сталей в околошовной зоне возможно образование холодных трещин. Поэтому до сварки рекомендуется их аустенизация для получения высоких пластических свойств металла, а после сварки - упрочняющая термообработка. Основные пути предотвращения охрупчивания сварных соединений и образования в них горячих трещин: подбор химического состава металла шва, получение в нем благоприятных структур за счет выбора режимов сварки и термообработки, снижение уровня остаточных напряжений за счет уменьшения жесткости сварных соединений или термообработки. Предварительный или сопутствующий подогрев до температуры 350-450°С служит этой же цели. Предупреждение склонности стали и швов к межкристаллитной коррозии достигается: снижением содержания углерода до пределов его растворимости в аустените (до 0,02 - 0,03%), легированием более энергичными, чем хром, карбидообразующими элементами (стабилизация титаном, ниобием, танталом, ванадием и др.); аустенизацией (закалкой) с температурой 1050 - 1100°С, однако при повторном нагреве в интервале критических температур (500 - 800°С) сталь повторно приобретает склонность к межкристаллитной коррозии; стабилизирующим отжигом при температуре 850 - 900°С в течение 2 - 3 ч; созданием аустенитно-ферритной структуры с содержанием феррита до 20-25% путем дополнительного легирования хромом, кремнием, молибденом, алюминием и др. Однако такое высокое содержание феррита может понизить стойкость металла к общей коррозии. |