Спосіб виготовлення композитної посудини

Реферат: Винахід належить до зварювального виробництва і може бути застосований при виготовленні посудин тиску, балонів тощо. Спосіб виготовлення композитної посудини включає формування і багатопрохідне зварювання під флюсом кільцевими швами в стик опуклих днищ та циліндричної обичайки із низьколегованої, з низьким вмістом вуглецю сталі, підвищеної міцності, використовуючи як заготовку циліндричної обичайки трубу, зокрема зварну. Зварений корпус піддають відпуску, якому можуть передувати дугові обробки з підплавлюванням швів і прилеглих до них з обох боків ділянок сталі, після чого на циліндричну частину корпуса намотують нитки високоміцних волокон, просочені смолою з наступною її полімеризацією. Досягається удосконалення виготовлення композитної посудини зі зварним корпусом використанням стійкої проти утворення холодних тріщин сталі і заготовок із неї, зміненням виду і сполучення технологічних операцій для виготовлення композитної посудини збільшених розмірів та місткості. UA 100273 C2 (12) UA 100273 C2 UA 100273 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до зварювального виробництва і може бути застосований при виготовленні посудин тиску, балонів тощо. Відомо спосіб виготовлення посудини тиску із листової холоднокатаної корозійностійкої нетермооброблюваної сталі, який включає згинання сталі у трубчату заготовку, зварювання повздовжнього шва неплавким електродом у середовищі інертних газів, підгинання у нагрітому стані кінців труби у вигляді сферичних днищ та їх зварювання неплавким електродом зі сферичними днищами та заправною горловиною (патент США № 5132452, 10.03.92-06.10.92, В23K 31/02). Нечітко визначеним різновидом посудини є балон. Відомо також спосіб виготовлення композитного балона високого тиску, згідно з яким з нержавіючої сталі виготовляють циліндричну обичайку з товщиною стінки 0,3-1,0 мм і два днища, в одному днищі виконують центральний отвір, в який вставляють кільцевий виступ фланця штуцера, приварюючи до нього краї отвору, на краї обичайки і днищ напресовують із зовнішньої та внутрішньої сторін кільця із неіржавіючої сталі товщиною, порівняльною з товщиною стінки обичайки, оплавляють торці країв обичайки і днищ разом з напресованими на них кільцями, з'єднують днища з обичайкою в стик аргонодуговим або електронопроменевим зварюванням та здійснюють намотування на металічну оболонку ниток армувального композитного матеріалу, просочених смолою, та наступну полімеризацію композитного матеріалу в термокамері (патент РФ № 2140602, Бюл. 1999, №30). Наведені способи є аналогами. За найближчий аналог прийнято спосіб виготовлення композитного балона, який включає вальцювання і штампування із листової середньовуглецевої хром-кремній-марганцевої сталі циліндричної обичайки і двох опуклих днищ з центральним отвором в одному з них, аргонодугове зварювання вольфрамовим електродом в стик повздовжнього шва обичайки, потовщеного відносно сталі, пічний відпуск звареної обичайки, кування її повздовжнього шва, аргонодугове зварювання в стик кільцевих швів штуцера з днищем і двох днищ з обичайкою, зміцнювальну термічну обробку (загартування і відпуск) звареного корпуса та намотування на циліндричну частину його просочених смолою армувальних ниток композитного матеріалу з наступною полімеризацією у термокамері (патент України № 83095, F17C 1/00, B21D 51/16, Бюл. 2008, № 11). Спосіб призначено для виготовлення балонів діаметром до 360 мм. Недоліком способу за найближчим аналогом є практична неприйнятність його для виготовлення композитної посудини великого тиску збільшеної місткості для постачання і зберігання газів у стисненому стані. При збільшенні діаметра до 600-1000 мм та, відповідно, товщини стінки до 10-17 мм корпуса із середньовуглецевої легованої сталі, схильної до загартування і утворення холодних тріщин при зварюванні, виникає необхідність підігрівання та ретельнішого дотримання термічного відпускання після кожного зварювання. При цьому багаторазово збільшується тривалість аргонодугового зварювання вольфрамовим електродом, суттєво ускладнюється здійснення загартування у маслі великогабаритного корпуса. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб виготовлення композитного балона зі зварним корпусом використанням стійкої проти утворення холодних тріщин сталі і заготовок із неї, зміненням виду і сполучення технологічних операцій для виготовлення композитної посудини збільшених розмірів та місткості. Суть винаходу полягає в тому, що у способі виготовлення композитної посудини, що включає формування і зварювання кільцевими швами в стик сталевих опуклих днищ та циліндричної обичайки, термічну обробку звареного корпуса та намотування на його циліндричну частину ниток високоміцних волокон, просочених смолою з наступною її полімеризацією, зварний корпус виконують із низьколегованої, з низьким вмістом вуглецю, сталі підвищеної міцності, використовуючи як заготовку циліндричної обичайки трубу, зокрема зварну, кільцеві шви формують багатопрохідним зварюванням під флюсом і зварений корпус піддають відпуску. До відпуску звареного корпуса здійснюють дугові обробки з підплавлюванням швів і прилеглих до них з обох боків ділянок сталі. Відмінність запропонованого способу виготовлення композитної посудини від відомого способу виготовлення композитного балона полягає у тому, що зварний корпус виконують із низьколегованої, з низьким вмістом вуглецю, сталі підвищеної міцності, використовуючи як заготовку циліндричної обичайки трубу, зокрема зварну, кільцеві стики формують багатопрохідним зварювання під флюсом і зварений корпус піддають відпуску, якому можуть передувати дугові обробки з підплавлюванням швів та прилеглих ділянок сталі. Виготовлення корпуса композитної посудини із низьколегованої сталі підвищеної міцності, використовуючи як заготовку циліндричної обичайки трубу, зокрема зварну, істотно спрощує загальний технологічний процес (полегшується листове штампування опуклих днищ, уникається вальцювання, зварювання і кування повздовжнього шва, відпускання циліндричної обичайки, 1 UA 100273 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 загартування звареного корпуса). Завдяки підвищеному опору утворенню тріщин при зварюванні такої сталі спрощується застосування більш продуктивного зварювання плавким електродом (замість зварювання неплавким електродом) та відмова від підігрівань кільцевих стиків і післязварювальних відпусків. Це, прийнятне формування з'єднань, мінімальний вплив на зварювальника, оточуюче середовище і екологію досягається при багатопрохідному зварюванні під флюсом. Дуговими обробками з підплавленням швів і прилеглих ділянок сталі поліпшують формування (збільшують кут і радіус сполучення швів з основним металом, які характеризують гостроту концентраторів напружень) стикових з'єднань, що позитивно впливає на опір руйнуванню при циклічному навантаженні. Дуговим обробкам можна піддавати як кільцеві з'єднання обичайки і днищ, так і повздовжнє з'єднання обичайки, виготовленої з прямошовної труби. Відпуском, який доцільно здійснювати як кінцеву операцію з виготовлення зварного корпуса, тобто після дугових обробок, знижують залишкові напруження, поліпшують структуру і властивості, усувають наклеп, викликаний пластичним деформуванням при формоутворенні складових та збільшують роботоспроможність звареного корпуса. Намотуванням на циліндричну частину звареного корпуса високоміцних ниток, просочених смолою, з наступною її полімеризацією, формують композитний шар підвищеної питомої міцності, яким підсилюють обичайку, знижуючи в ній кільцеві напруження від внутрішнього тиску до рівня меридіальних напружень, що забезпечує підвищену роботоспроможність композитної посудини. Прикладом запропонованого способу є виготовлення композитної посудини для газу тиском до 20 МПа з корпусом діаметром і товщиною стінки 1020 і 20 мм із низьколегованої (1,95 % Мn) з 0,09 % С і мікродомішками Mo, Nb, V, Ті сталі класу Х80 міцністю в  650 МПа. Із листового прокату штампують два сферичні днища з центральним отвором, принаймні в одному з них, а із прямошовної труби для магістральних трубопроводів вирізають циліндричну обичайку. Їх з'єднують між собою кільцевими швами, виконуваними багатопрохідним зварюванням під флюсом АН-47 в стик скошених кромок дротом Св-10 × 2М на погонній енергії gзв / Vзв  20  22 кДж/см. Невеликий вуглецевий еквівалент Ce  0,20  0,43  0,45 % сталі, розрахований за різними формулами, автопідігрівання та уповільнене охолодження зумовлює уникнення тріщиноутворення при багатопрохідному зварюванні. Кільцеві з'єднання днищ з обичайкою, а також повздовжнє з'єднання обичайки піддають аргонодуговій обробці вольфрамовим електродом на погонній енергії gобр / Vобр  12  15 кДж/см з підплавленням шириною 7-12 мм в місцях переходу від шва до основного металу і видаленням підрізів та різких переходів до основного металу. Зварений корпус піддають 1-годинному відпуску при температурі 600 °C. На його циліндричну поверхню намотують пасма склоровінгу, просочені епоксидною смолою, яку полімеризують при температурах 110-160 °C/с, утворюючи зовнішню оболонку із високоміцного композитного матеріалу як складової посудини тиску. На пробах-свідках технологічних операцій встановлено, що після зварювання циклічна довговічність стикових з'єднань при розтягуванні до max  300  350 МПа  0,48  0,56в сталі з частотою 5 Гц становить N  68100 58100 циклів навантаження з ініціюванням втомного руйнування переважно в місцях переходу від шва до основного металу з лицевої сторони. Після аргонодугової обробки з підплавлюванням цих місць втомне руйнування починається пізніше в подібних місцях зі зворотної сторони і циклічна довговічність підвищується до N  106490 86300 циклів. А після відпуску вона зростає до N  312400 114100 циклів. Ще більшого підвищення циклічної довговічності зварних з'єднань, відповідно, зварного корпуса і композитної посудини можна очікувати при сполученні дугової обробки з відпуском. Малоциклова довговічність зварних з'єднань низьколегованої, з низьким вмістом вуглецю, сталі Х80 значно перевищує довговічність 24000 заправок композитного балона зі зварним термічно зміцненим корпусом із сталі 30ХГСА. 2 UA 100273 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 1. Спосіб виготовлення композитної посудини, що включає формування і зварювання кільцевими швами в стик сталевих опуклих днищ та циліндричної обичайки, термічну обробку звареного корпуса та намотування на його циліндричну частину ниток високоміцних волокон, просочених смолою з наступною її полімеризацією, який відрізняється тим, що зварний корпус виконують із низьколегованої, з низьким вмістом вуглецю, сталі підвищеної міцності, використовуючи як заготовку циліндричної обичайки трубу, зокрема зварну, кільцеві стики формують багатопрохідним зварюванням під флюсом і зварений корпус піддають відпуску. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що до відпуску звареного корпуса здійснюють дугові обробки з підплавлюванням швів і прилеглих до них з обох боків ділянок сталі. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3