Определение оптимальных параметров сварки химического аппарата (материал: сталь 15 углеродистая конструкционная)

3. Расчетная работа

Определить оптимальные параметры сварки химического аппарата (табл.1, вариант 5)

Исходные данные:

d₁ = 1100 мм;

d₂ = 300 мм;

d₃ = 500 мм;

d₄ = 200 мм;

d₅ = 325 мм;

d₆ = 89 мм;

d₇ = 102 мм;

l =  400 мм;

a = 500 мм;

b = 300 мм;

c = 200 мм;

e = 100 мм;

f = 100 мм;

k = 200 мм;

s = 3 мм.

1)Материал: Сталь 15 Углеродистая конструкционная, качественная машиностроительная качественная содержание углерода 0,10%

2) Учитывая единичный характер производства, толщину стенки аппарата – 3 мм, материал – нержавеющая сталь 15  целесообразно использовать ручную электродуговую сварку. Для получения равнопрочного сварочного соединения по отношению к основному металлу выбираем электроды марки ОЗЛ – 14.

3) Учитывая толщину листа S = 3 мм выбираем одностороннюю разделку кромок:

В данной конструкции используются швы:

а) стыковые

Обечайка

 

 

Верхний конус

Средний конус

Нижний конус

Патрубки

Ǿ 300 (верхний патрубок)

Ǿ 300 (средний патрубок)

Ǿ 600 (нижний патрубок)

Ǿ 89 (боковой патрубок)

Изготавливаются из стандартных электросварочных труб с соответствующей толщиной стенки: Ǿ300*6; Ǿ600*6; Ǿ89*3.

б) Угловые швы:

в) Угловые швы приварки фланцев:

Катет шва «В» по минимальной толщине стыкуемых элементов.

3) Режимы сварки.

Для сварки конструкции будем использовать электроды Ǿ3 и Ǿ4 мм. Электродами Ǿ3 мм провариваются корни стыковых и угловых швов с разделкой, Ǿ4 мм перекрытие стыковых, угловых  швов и приварка фланцев.

Учитывая то, что сварка аппарата производится на поворотном стенде, все швы можно выполнить в нижнем положении.

 Для электродов марки ОЗЛ – 14 сварка ведется на постоянном токе обратной полярности («+» на электроде), сварочный ток можно определить по эмпермической формуле

Сварочный ток для электрода  Ǿ3 мм –I_св = 3*40 = 120 А, для электрода Ǿ4 мм - I_св = 4*40=160 А.

Для выполнения сварочных работ подойдет любой дуговой выпрямитель с рабочим током выше 160 А, к примеру, ВД – 500.

4) Площади сечения швов:

Стыковые швы

 

Сечение шва можно разбить на простейшие фигуры:

сектор

трапеция

квадрат

Площадь квадрата  S_кв=а²=1*1= 1 мм²

Площадь трапеции

h=4, d=1

b=2c+a; c=h*tg20^o

S=;

b=2*4*tg20^o+1=3,9 мм

 мм²

Площадь сектора

h=2 мм; b=3,9 мм

n=40^o

Угловые швы с разделкой.

Так как угол разделки шва 40^о, то площадь сечения практически не будет отличаться

от площади сечения стыковых швов.

S_{угл.1сеч.шва}29,9 мм².

Угловые швы приварки фланцев:

b=s=3 мм;

Для патрубка  Ǿ89

b=s=3 мм

Длина швов:

Стыковых l_стык=l_№1+l_№2+l_№3+ l_№4

l_№1=400

l_№2=

l_№3=412 мм;

l_№4 = 269 мм;

l_стык=400+206+412+269=1287 мм.

Угловых с разделкой l_угл.1=l_№5+l_№6+l_№7+ l_№8+l_№9+ l_№10

l_№5=2r = 2*3,14*100=628 мм;

l_№6=2*3,14*150=942 мм;

l_№7=2*3,14*150=942 мм;

l_№8=2*3,14*550=3454 мм;

l_№9=2*3,14*550=3454 мм;

l_№10=2*3,14*300=1884 мм.

l_угл.1=628+942+942+3454+3454+1884=11304 мм.

Угловых швов приварки фланцев l_угл.2=l_№11+l_№12

l_№11=628 мм;

l_№12=1884 мм.

l_угл.2=628+1884=2512 мм.

l_угл.3= l_№13+l_№14+l_№15+ l_№16+l_№17+ l_№18

l_№13 l_№14 =1020 мм;

l_№15 l_№16=320 мм;

l_№17 l_№18=279 мм.

l_угл.3=1020+1020+320+320+279+279=3238 мм.

6) Объем направленного металла:

V=V_{стык.сеч.шва}+V_{угл.1шв.}+V_{угл.2шв.}+ V_угл.3шв.

V_{стык.сеч.шва}=S_{стык.сеч.шв}+l_стык=29,9*1287=38481 мм³

V_угл.1шв=S_{стык.сеч.шв}+l_угл1.=29,9*11304=337989 мм³

V_угл.2шв=S_{стык.сеч.шв}+l_угл2.=29,9*2512=75108 мм³

V_угл.3шв=S_{стык.сеч.шв}+l_угл.3=29,9*3238=96816 мм³

V=38481+337989+75108+96816=548394 мм³=548,394 см³

Масса направленного металла:

m_н=V*, где =7,9 г/см³

m_н=548,394*7,9=4332 г=4,332 кг.

7) Необходимое количество электродов: (по массе)

Учитывая то, что электрод расходуется на 80% и при сварке примерно 10% металла

Электрода теряется на угар и разбрызгивание, необходимое количество электродов:

m_эл= m_н*1,4 кг

m_эл=6,06 кг.

8) При сварке нержавеющих сталей на постоянном токе затраты электроэнергии:

N_эл= m_н*кпд_св.тр.

К_н=60 КВт*ч/кг

кпд_св.тр.(ВД500) = 0,83

N_эл=4,332*60/0,83=313 КВт*ч