Металловедение стенки нефтяного аппарата

В работе [15] поднят вопрос об изготовлении монокристаллических лопаток методом аддитивных технологий. В этом случае используется часть монокристаллической структуры (в виде затравки) с последовательным нанесением слоев сплава (порошков или капель) до получения нужной геометрии детали.

Теоретическая возможность изготовления оболочек корпусов аппаратов с использованием аддитивных технологий показана в публикациях [28], [29].

Заготовки из листовой стали

Листовой металл является полупродуктом, т.е. заготовкой для изготовления обечаек аппаратов, а также штампованных оболочек и гнутых деталей.

Листы выпускают поштучно (отдельными картами) или в виде рулонов. Рулоны используют для тонких листов. Лист как правило условно делят на тонкий до 4 мм и толстый свыше 4 мм (толщина 0,1 мм считается фольгой, 0,08…0,5 соответствует жести). Листы с толщиной 60…300 мм также называют плитами. При выборе толщины листа по результатам расчета следует также учитывать отбраковочные толщины по РУА95, ниже которых не рекомендуется закладывать толщины корпусов.

Размеры проката от 600 до 5300 мм при длине до 50 м для толщин 4…160 мм, при этом листы толщиной 4…16 мм выпускаются также в виде рулонов шириной до 2300 мм. На универсальных станах может выпускаться полосы 200…1050 мм для листов толщиной 6…60 мм. Тонколистовой прокат выпускается в виде рулонов шириной 600…2500 мм.

Отдельным видом проката являются биметаллические листы, состоящие из основного слоя углеродистой (или, например, марганцево-кремнистой) стали и тонкого слоя из легированной стали (нержавеющей типа 12Х18Н10Т). Такие листы используются в изготовлении оболочек нефтяных и химических аппаратов для защиты внутренней поверхности от агрессивной среды во избежание выполнения наплавки слоя.

Защитный слой биметаллического металла имеет меньшую толщину по сравнению с наплавленным слоем, выполненном на готовой оболочке на сварочном производстве. Стоит отметить, что наплавку на сферическую поверхность шарового днища выполнять технологически сложнее, чем на цилиндрическую обечайку. В этом случае находит применение покупной биметаллический прокат.

Для защитного слоя важна толщина чистого защитного металла. В зоне сопряжения слоев имеется металл переходной структуры. Толщина переходной структуры минимальная для биметаллического листа, полученного прокаткой по сравнению с биметаллическим листом, выполненным наплавкой электродом или электрошлаковым способом.

Отдельно рассматриваются листы из титановых сплавов, применяемые в изготовлении аппаратов для агрессивных сред. Титановые листы востребованы в авиационной и других важных отраслях промышленности. Перед изготовлением аппаратов следует проверить качество материала.

Находят применение листы с вторым слоем из сплава алюминия. Такие листы применяются также для оболочек топливовозов и цистерн.

Биметаллическая листовая сталь

Биметаллический листовой прокат получают сваркой давлением при соприкосновении свариваемых листов. Методы получения биметаллов согласно работе [19] делятся на пять групп:

– пакетный метод при горячей совместной пластической деформации листов,

– пакетный метод при холодной совместной пластической деформации листов,

– литейный метод при взаимодействии расплавленного металла с твердым основным металлом и последующей кристаллизацией на подложке твердого металла,

– электродуговая наплавка защитного слоя,

– взрывной метод при соединении слоев ударом взрывной волны.

Переходный слой между листами, а значит и толщина наплавки, минимальна для прокатного листа и имеет более толстый размер при наплавленном слое.

Механизм сварки биметаллического проката давлением [19]:

– сближение атомов листов на расстояние сил межатомного взаимодействия при микропластической деформации в зонах контакта под давлением,

– активация центров на поверхности более твердого листа,

– объемное взаимодействие с образованием химических связей между листами.

Электродуговой наплавкой можно получить биметалл «сталь+медь», например, для камер аппаратов воздушного охлаждения. Электрод может быть ленточным для повышения скорости процесса. Электродуговой наплавкой можно получить толстые слои металлов с одинаковыми величинами среза слоев.

Сварка корпусов аппаратов

Для процесса сварки в общем случае разрабатывается:

– документация на технологию сварочных работ специалистом III уровня НАКС;

– типовые карты сварочного производства;

– карты контрольных сварных соединений,

– сварка и наплавка контрольных образцов с составлением актов проверки.

Как было указано выше, оболочки аппаратов свариваются стыковыми швам и для полного задействования всех слоев листа для восприятия нагрузки от внутреннего давления. В случае расслоения верхнего слоя металла и приварки к нему строповочного устройства, при соответствующей нагрузке возможен вырыв части верхнего слоя строповочным устройством. По этой причине необходимо полное проплавление всей толщины листа.