Сварка чугуна

Содержание.

1. Введение.

2. Запасные и регулирующие ёмкости.

2.1. Резервуары. Их назначение и типы.

2.2.Оборудование резервуаров.

3. Ручная дуговая сварка чугуна.

3.1. Классификация чугунов.

3.2. Свариваемость чугуна.

3.3. Способы сварки чугуна.

3.4. Горячая сварка чугуна.

3.5. Холодная сварка чугуна.

4. Охрана труда при сварочных работах.

5. Вывод.

6. Литература.

Введение.

В настоящее время повышение капиталовложений в строительство предусматривается за счёт дальнейшей индустриализации строительного производства, последовательного превращения его в единый промышленно-строительный процесс возведения объектов из элементов заводского изготовления и повышения производительности труда на 21 – 23%.

При строительстве предприятий нефтяной, химической, пищевой, металлургической промышленности, а также объектов по производству минеральных удобрений и агропромышленного комплекса значительный объём составляют работы по изготовлению и монтажу технологических трубопроводов.

Технологические трубопроводы – одно из наиболее ответственных и металлоёмких сооружений любого промышленного объекта. В общем объёме монтажных работ стоимость монтажа технологических трубопроводов достигает 65%. Конструкции технологических трубопроводов в связи с расширением единичной мощности строящихся объектов год от года делаются всё более сложными за счёт увеличения рабочих параметров транспортируемого вещества и роста диаметров трубопроводов.

Для сооружения технологических трубопроводов, особенно в химической и пищевой промышленности, всё шире используются трубы из полимерных материалов. Увеличение объёмов и области применения указанных труб объясняется их высокой коррозионной стойкостью, меньшей массой, технологичностью обработки и сварки, низкой теплопроводностью и, как следствие, меньшими затратами на теплоизоляцию.

В последние годы в широких масштабах внедряются индустриальные методы производства трубопроводных работ, что обеспечивает на 40% повышение производительности труда и в 3-4 раза снижает объём работ, выполняемых непосредственно на монтажной площадке, при этом сроки монтажа трубопроводов сокращаются в три раза. Сущность индустриализации трубопроводных работ заключается в перенесении всех трубозаготовительных работ в заводские условия, имея в виду превратить строительное производство в комплексно-механизированный процесс монтажа объектов из готовых узлов и блоков заводского изготовления.

Запасные и регулирующие ёмкости.

Используемые в системах водообеспечения ёмкости классифицируют по функциональному назначению, способу отвода воды из них и конструкции. По функциональному признаку их делят на регулирующие, запасные и запасно-регулирующие (объединяющие в одном сооружении обе функции). По способу отбора воды из них классифицируют на безнапорные (пассивные), из которых вода забирается насосами, и напорные (активные), обеспечивающие давление, необходимое для непосредственной подачи воды в распределительную сеть. По конструктивным признакам напорные емкости подразделяют на водонапорные башни, напорные резервуары, водонапорные колонны и пневматические водонапорные установки.

Резервуары. Их назначение и типы.

Используемые в системах водоснабжения резервуары различают не только по функциональному назначению и по высоте размещения (напорные и безнапорные, подземные и наземные), но и по форме в плане (круглые, прямоугольные), по материалу (железобетонные, бетонные, бутобетонные, стальные). По функциональному назначению помимо регулирующих запасных и запасно-регулирующих резервуары бывают противопожарные, а также резервуары, функционирующие как водонапорные башни или банки пневматических установок.

Регулирующие резервуары обеспечивают более равномерную работу насосных станций, так как ликвидируется подача пиковых расходов, уменьшаются диаметры (следовательно, и стоимость) водоводов и транзитных магистралей сети. Наиболее часто их выполняют напорными, нередко они служат и для хранения пожарных и аварийных запасов воды. Правильное определение размеров регулирующих резервуаров, их количества и мест размещения в схеме водоснабжения объекта имеет большое практическое и экономическое значение.

Запасные резервуары (обычно безнапорные) повышают надежность систем водоснабжения. Их используют как резервуары чистой воды при водоочистных сооружениях водопроводов, а также в качестве пожарных и аварийных ёмкостей.

Противопожарные резервуары предусматривают на промышленных объектах и в системах водопроводов, где хранят необходимый противопожарный запас воды.

Резервуары, применяемые в системах водоснабжения, в зависимости от назначения должны иметь регулирующий, аварийный, пожарный и контактный объёмы воды. При проектировании для правильного определения размеров необходим тщательный технико-экономический анализ системы водоснабжения и намечаемого режима её работы. Регулирующий объём воды в резервуарах, баках водонапорных башен определяют, руководствуясь графиками поступления и отбора воды. В резервуарах чистой воды на водоочистных комплексах необходимо предусматривать дополнительный объём воды на промывку фильтров.

Пожарный объём воды в резервуарах определяют из условия обеспечения: пожаротушения из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов, спринклерных  и дренчерных установок, не имеющих резервуаров; максимальных хозяйственно-питьевых и производственных нужд на весь период пожаротушения. В баках водонапорных башен должен предусматриваться пожарный объём воды на десятиминутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожаров при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды.

При подаче воды на объект по одному водоводу в резервуарах необходимо предусматривать: аварийный объём воды, гарантирующий (в течение времени ликвидации аварии на водоводе) расход воды на хозяйственно-питьевые нужды в размере 70% расчетного водопотребления и производственные нужды по аварийному графику; дополнительный объём воды на пожаротушение в размере, определяемом согласно СНиП. Восстановление аварийного объёма воды должно быть произведено в течение 36–48ч путем использования резервных насосов или за счет снижения водопотребления.

В резервуарах перед насосными станциями подкачки или оборотного водоснабжения, работающими равномерно, объём воды следует принимать из расчета 5 – 10-минутной подачи большего насоса. В резервуарах для питьевой воды обмен аварийного и пожарного объёмов воды должен производиться в срок не более 48ч. Контактный объём воды предусматривают для обеспечения не менее 30-минутного контакта воды с реагентами (обычно с хлором). Его допускается уменьшать на величину пожарного и аварийного  объёмов при их наличии. Резервуары и их оборудование необходимо защищать от замерзания воды.

В системах водоснабжения наиболее широко распространены железобетонные круглые сборные или монолитные резервуары. Круглые железобетонные резервуары по сравнению с прямоугольными более экономичные, трещиностойкие, менее подвержены температурным и сейсмическим воздействиям и неравномерным осадкам. Круглые монолитные железобетонные резервуары сооружают объёмом 50 – 2000м3, диаметром 4,7–25,4м и высотой 3,5–4,5м. Круглые сборные железобетонные резервуары устраивают объёмом 50–3000м3, прямоугольные – 50–20000м3. Резервуары могут иметь габаритные размеры: круглые – диаметр 6–30м и высоту 1,8–4,8м; прямоугольные – от 3,6х3,6 до 6х4,8м. Для небольших систем водоснабжения значительное распространение получили железобетонные резервуары цилиндрической формы с купольными перекрытиями объёмом до 600м3. В условиях умеренного климата резервуары этого типа заглубляют в грунт до половины высоты и обсыпают грунтом слоем около 1м в целях теплоизоляции верхней части и перекрытия. Дно резервуара устраивают с уклоном 0,01 к приямку. Для резервуаров объёмом более 600м3 предусматривают плоское перекрытие с уклоном 0,01 для атмосферных вод.

Признано более экономичным устройство плоского безбалочного перекрытия для цилиндрических резервуаров всех размеров. При вместимости резервуара более 50м3 перекрытие поддерживается  колоннами. При объёме более 2000м3 целесообразно как по расходу материала, так и по площади застройки устраивать резервуары прямоугольной в плане формы с плоскими балочными или безбалочными перекрытиями.

В строительстве резервуаров широко применяется сборный предварительно напряженный железобетон. Предварительное напряжение бетона создает в нем сжимающие усилия, что обеспечивает герметичность резервуаров при значительных эксплуатационных нагрузках на сооружения. В качестве готовых сборных деталей используются колонны, балки, плиты, а также панели различных конструкций, составляющие стенки резервуаров. Такие резервуары имеют те же объёмы, что и типовые резервуары из монолитного железобетона, – от 50 до 20000м3. Внутренняя поверхность резервуаров, используемых для хранения питьевой воды, должна быть оштукатурена и зажелезнена или покрыта полимерными пастами. В резервуарах хозяйственно-питьевого назначения должны быть обеспечены циркуляция воды и обмен всей воды в течение не менее 5 суток. Они должны быть оборудованы вентиляционными трубами с задвижками, снабженными сетками или специальными фильтрами.

Оборудование резервуаров.

Коммуникации резервуаров и их оборудование трубами  и арматурой зависят от их назначения и места расположения в системе водоснабжения. Для надежности работы системы водоснабжения обычно устраивают не менее двух резервуаров (или двух изолированных отделений). Резервуары должны быть оборудованы подводящими, отводящими, переливными и спускными трубами и защищены от замерзания воды в них. Должны быть предусмотрены скобы или лестницы, люки-лазы для прохода людей и транспортирования оборудования. Для ограничения подачи воды в резервуар рекомендуется устанавливать автоматические устройства или поплавковые клапаны на подающем трубопроводе. Спускные и переливные трубы резервуаров хозяйственно-питьевого назначения допускается присоединять через гидравлический затвор к водосточной сети или открытой канаве с разрывом струи, размещая на конце трубы хлопушки и решетки. Все трубопроводы обвязки резервуара, кроме спускного, следует оборудовать воронками. При использовании резервуара в качестве напорно-регулирующей емкости его оборудуют трубами и арматурой так же, как и водонапорные башни. Схема коммуникаций резервуаров чистой воды, расположенных на водоочистном комплексе, показана на чертеже. Полный объём резервуара разделяется на регулирующий (от горизонта x–x до горизонта n–n) и запасно-пожарный (от горизонта n–n до дна). Вода поступает из очистных сооружений по трубе, оканчивающейся у дна резервуара в удалённой от ввода стороне. Всасывающие трубы пожарных насосов оканчиваются на отметке дна резервуара и могут расходовать весь пожарный запас. Всасывающие трубы хозяйственных насосов оканчиваются на уровне n–n и, таким образом, не могут (в случае недосмотра обслуживающего персонала или отказа автоматических устройств) забирать воду, находящуюся ниже этого уровня, т.е. пожарный запас в этом случае не может быть израсходован.

Ручная дуговая сварка чугуна. Классификация чугуна.

Чугуном называют сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%. Широко применяемые марки чугунов обычно содержат 2,5–4% углерода, 1–5% кремния, до 2% марганца, а также примеси фосфора и серы. В состав специальных чугунов входят легирующие добавки: ванадий, молибден, никель, титан, хром и др. Температура плавления чугунов зависит от их химического состава и примерно составляет 1200–1250оС.

Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и содержания в нём углерода и легирующих примесей. По структуре чугуны разделяют на белые и серые.

Белый чугун получил своё название от вида излома, который имеет белый или светло-серый цвет. Углерод в нём находится в химически связанном состоянии в виде цементита Fe3C. Цементит хрупок и обладает высокой твёрдостью, поэтому белый чугун не поддаётся механической обработке, для изготовления изделий применяется редко и сварке не подлежит.

Из белого чугуна путём специальной термической обработки (длительная выдержка при температуре 1000оС) получают ковкий чугун. По механическим свойствам он пластичнее белого чугуна. Название «ковкий» это условное название, чугуны не используют в виде поковок, они практически не куются.

Высокопрочные чугуны получают добавлением в сплав некоторых легирующих элементов (магния, церия и др.). Серый чугун содержит в своём составе почти весь углерод в виде графита, поэтому излом его имеет серебристо-серый цвет. Серый чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом, поэтому он широко применяется как конструкционный материал. Серый чугун дешевле стали, отличается хорошими литейными свойствами, высокой износостойкостью, способностью гасить вибрации, хорошей обрабатываемостью. Отрицательными его свойствами являются пониженная прочность и высокая хрупкость.

Чугун маркируют по буквенно-цифровой системе: первые буквы (С, К и В) обозначают серый, ковкий и высокопрочный чугун соответственно; вторая буква (Ч) обозначает чугун. В сером чугуне две цифры указывают на временное сопротивление. Например, в марке СЧ10 буквы СЧ обозначают серый чугун, 10 – временное сопротивление. В обозначениях ковкого и высокопрочного чугунов после буквенной маркировки (КЧ и ВЧ) первые две цифры также обозначают временное сопротивление, а вторые две – относительное удлинение, например КЧ 35-10 (ковкий чугун с временным сопротивлением не менее 350 МПа и относительным удлинением не менее 10%).

Свариваемость чугуна.

Чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Основные трудности при сварке обусловлены высокой склонностью его к отбеливанию, т.е. появлению участков с выделениями цементита, а также образованию трещин в шве и околошовной зоне. Кроме того, чугун имеет низкую по сравнению со сталью температуру плавления (1200–1250оС) и быстро переходит из жидкого состояния в твёрдое. Это вызывает образование пор в шве, поскольку интенсивное выделение газов из сварочной ванны продолжается и на стадии кристаллизации.

Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и усложняет формирование шва. Вследствие окисления кремния на поверхности сварочной ванны возможно образование тугоплавких оксидов, что может привести к непроварам.

При выборе способа сварки чугуна необходимо учитывать следующие особенности:

·        высокая его хрупкость при неравномерном нагреве и охлаждении может вызвать появление трещин в процессе сварки;

·        ускоренное охлаждение приводит к образованию отбеленной прослойки в околошовной зоне и затрудняет его дальнейшую механическую обработку;

·        сильное газообразование в жидкой ванне может вызывать пористость сварных швов;

·        высокая жидкотекучесть чугуна обусловливает необходимость в ряде случаев подформовки.

Чугунные детали, работающие длительное время при высоких температурах, почти не поддаются сварке. Это происходит в результате того, что под действием высоких температур (300–400оС и выше) углерод и кремний окисляются, и чугун становится очень хрупким. Чугун, содержащий окислённый углерод и кремний, называют горелым.

Плохо свариваются также чугунные детали, работающие длительное время в соприкосновении с маслом и керосином. Поверхность чугуна пропитывается маслом и керосином, которые при сварке сгорают и образуют газы, способствующие появлению сплошной пористости в сварном шве.

Способы сварки чугуна.

Сварку чугуна применяют при ремонтно-восстановительных работах и для изготовления сварно-литых конструкций. Чугун сваривают преимущественно при устранении дефектов литья в чугунных отливках до и после механической обработки, а также при ремонте деталей.

К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от условий эксплуатации предъявляются различные требования – от декоративной заварки наружных дефектов до получения соединений, равнопрочных с основным металлом.

Чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродом, порошковой проволокой, газовой сваркой и другими способами.

Наиболее часто способы сварки чугуна классифицируют по состоянию свариваемой детали. В зависимости от температуры предварительного подогрева различают сварку с подогревом (горячую сварку) и без подогрева (холодную сварку).

Горячую дуговую сварку чугуна применяют в случаях, когда металлом шва должен быть чугун, по своим свойствам приближающийся к свойствам основного металла детали.

Холодную дуговую сварку чугуна выполняют на обрабатываемых и обработанных поверхностях деталей, когда дефекты литья незначительны или средних размеров, когда они несквозные или сквозные, но небольшой протяжённости и, наконец, когда наплавляемый металл не предусмотрен в виде чугуна. При холодной сварке свариваемые детали не подвергают предварительному нагреву.

Особенности применения различных способов дуговой сварки чугуна показаны в таблице 1. Выбор способа и технологии сварки зависит от требований  к сварному соединению. При выборе технологии сварки учитывают необходимость подогрева металла, а также механической обработки металла шва и околошовной зоны после сварки.

Таблица1. Области применения различных способов дуговой сварки чугуна.