zavarivanje posuda pod pritiskom

8/9/2019 zavarivanje posuda pod pritiskom

1/15

UNIVERZITET U TUZLI

MAŠINSKI FAKULTET

SMJER: Proizvodno mašinstvo

PREDMET: Zavarivanje i termička obrada I

DATUM: 10.02.2015. god.

SEMINARSKI RAD

TEMA: Zavareni spojevi pri gradnji kotlova i posuda

pod pritiskom

Student: Lejla Mujezinović

Broj indeksa: II-475/12


2/15

1

1. Konstrukcija kotlova, posuda pod pritiskom i cjevovoda

Posude pod pritiskom su zaptiveni objekti, koji služe za smještaj fluida. One

mogu biti proizvoljnog oblika i prilagođene prema zamisli projektanta. Problemiu projektovanju se javljaju, kada su posude namjenjene za visok pritisak,ekstremne temperature i složenu funkciju. Riječ “projektovanje” ovdje ne značisamo proračun dimenzija elemenata, već je sveobuhvatni termin, kojioznačava: (1) razmatranje najvjerovatnijeg oblika oštećenja ili loma, (2)postupak analize napona i ocjenu rezultata, i (3) izbor vrste materijala i njegove

karakteristike za datu sredinu. Pri tome je i ekonomičnost veoma važna.

Plastičnost materijala je mjera njegove otpornosti prema lomu, prihvaćenihdeformacija i apsorbovane energije. Ona se određuje iz istog dijagramazatezanja iz koga se određuju i elastična svojstva materijala. Biće posebnoistaknute tri osobine koje opisuju plastiIčno ponašanje materijala.

Tako, npr. čelični lim za izradu omotača i danca posude (sl.1) mora imatidovoljnu plastičnost da bi mogao da se savije ili izvlači do konačnog oblika bezpojave prslina, Često je ipak potrebno da se materijal zagrije do visoketemperature da bi se povećala njegova plastičnost pri oblikovanju.

Slika 1: Glavni dijelovi posude pod pritiskom (a) i preostali ligament (b)


3/15

2

Sve veća primjena posuda u industrijskim procesima (sl. 2), za skladištenje (sl. 3) i

proizvodnju energije pod izuzetnim pritiscima, temperaturama i radnim sredinama

upućuje na značaj analitičkih i eksperimentalnih metoda određivanja radnih napona.

Isto je tako važno ocjeniti vrstu i značaj tih napona, utvrđivanjem ponašanja

ugrađenog materijala i ocjenom saglasnosti ta dva faktora u radnoj sredini.

Poznavanje ponašanja materijala je potrebno ne samo da bi se preduhitrio lom, već ida bi se dostigla maksimalna ekonomičnost u korištenju materijala. Tako, npr. ako

su naponi i deformacije nepotrebno mali, dimenzije elemenata će biti velike i

ekonomičnost korištenog materijala nedovoljna. Razvoj svemirske, nuklearne I

hemijske industrije postavlja nove zahtjeve za material pogodan za ekstremne

temperature, udar I zamor.

Posude pod pritiskom imaju oblik cilindra, lopte, elipsoida ili njihovih kombinacija kao

što je ilustrovano na sl. 1. U praksi se posude sastoje od omotača sa prirubnimprstenovima I elementima za pričvršćavanje I spajanje dijelova. Kao što ime kaže,

osnovna namjena je smještaj medija pod pritiskom I temperaturom, ali u toku rada

mogu biti izloženi konstantnom ili promjenjivom opterećenju, reakcijama od

cjevovoda, termičkim šokovima, što uslovljava, poznavanje svih napona radi

postizanja sigurnog rada I dugog vijeka.

Kada se posuda izrađuje od lima čija je deljina h mala u odnosu na unutrašnji radijus

r ( h/r < 0,05 ), tako da ima malu otpornost prema savijanju u pravcu normalno na

površinu lima, naziva se membranom ili ljuskom I naponi se računaju zanemarujući

savijanje ( membranski napon ). Ovo se može ocijeniti kao povoljno jer dopušta

posudi da se lako deformiše bez uvođenja velikih deformacija savijanja na mjestima

diskontinuiteta. Membranski napon je prosječni napon zatezanja ili pritiska po debljini

zida I uzima se da djeluje tangencijalno na površinu.

2. Naponi u kružnom prstenu, cilindru I lopti

Ako je kružni prsten izložen dejstvu radijane sile, ravnomjerno raspoređene po

njegovom obimu, javi se obimna sila po debljini, koja djeluje u tangencijalnom

pravcu. Dolazi do ravnomjernog povećanja prstena ako sila djeluje iznutra, odnosno

do njegovog smanjenja ako djeluje spolja. Veličina sile F u prstenu se može odrediti

metodom presjeka, uzetog horizontalno kao na sl. 4. Ako je sila po jedinici dužine

obima q, sila koja djeluje na element prstena je qrdØ. Zbir vertikalnih komponeneti

svih sila koje djeluju na polukružni prsten daj jednačinu ravnoteže:

(1.1.)


4/15

3

F=qr (1.2.)

Jedinični napon će se dobiti djeljenjem sile F sa površinom poprečnog presjeka A

prstena:

(1.3.)

U jednačini 1.2. je projekcija obimnog elementa na prečnik; desna strana jeproizvod jedinične sile I projektovanje dužine dodirne površine.

Ako se prsten posmatra kao presjek jedinične dužine cilindrične posude debljine h

izložene unutrašnjem pritisku p, u jednašini 1.2. je q=p I A=h, pa je obimni napon

cilindrične ljuske

(1.4.)

Aksijalni napon može da se izračuna izjednačavanjem dejstva unutrašnjeg pritiska

na krajeve posude sa aksijalnim silama, koje djeluju u poprečnom presjeku cilindra

(sl. 5 ), tako da je

(1.5.)


5/15

4

Slika 2: Konventor amonijaka Slika 3: Loptasti rezervoar

Slika 4: Radijalni I obimni napon u tankom prstenu


6/15

5

Slika 5: Uzdužni napon u cilindru i lopti

Na sličan način određuju se I obimni I aksijalni napon u lopti izloženoj unutrašnjem

pritisku:

Kakos u obimni I aksijalni napon u lopti isti, a minimalne aposlutne vrijednosti

izlazi da je u pogledu napona oblik lopte idealan. Debljina zida lopteće biti sva puta manja od debljine zida cilindrične posude, a ista je debljina ko ja

odgovara aksijalnim naponima u cilindru, oblikovanom u vidu omotanog ili

višeslojnog.

3. Povećanje obima posude pod pritiskom

Dilatacija ili povećanje obima posude pod pritiskom može da se odredi integracijom

obimnog napona zida posude kroz centralnu osu na sljedeći način:

(1.7.)

Slijedi da je dilatacija cilindrične posude I lopte:

(2-v)

(1-v) (1.8.)


7/15

6

Slika 6: Konstrukcija posude korištenjem omotanih Slika 7: Izduženje obima

ili višeslojnih cilindara i polulopti posude zbog unutrašnjeg pritiska

4. Lom puzanjem

Pojava loma puzanjem se iskazuje obrazovanjem šupljina silama klizanja ili smicanja

na granicama zrna, njihovim povećavanjem I spajanjem dejstvom napona zatezanja.

Ove se šupljine koncentrišu prvo na granicama zrna koje su normalne na maksimalni

djelujući napon, a konačni lom je prvenstveno krti integranularni lom preoma teoriji

loma usljed maksimalnih glavnih napona. Oštećenje materijala se povećava sa

vremenom tako da je udio materijala koji može da prenese opterećenje smanjen, što

uslovljava veće napone u presjeku sve do pojave loma. Ova oštećenja (šupljine i

prsline) u suštini se javljaju ravnomjerno raspoređena o relativno velikom poprečnompresjeku ili zapremini, tako da je u pitanju prosječni napon. Prema tome u opisivanju

ovog stanja napona primjenljiva je analogija sa ligamentom. Uvodi se faktor

kontinualnog oštećenja Ψ, definisan kao količnik neprekidne efektivne površine

materijala koja ostaje poslije određenog vremena, t, izražen u procentu

prvobitne površine poprečnog presjeka, :

Ψ

(1.9.)

Ako je početni poprečni presjek površine izložen dejstvu sile, F, početni napon, , je

(1.10.)

Pretpostavljajući da je brzina rasta kontinualnog opterećenja materijala funkcija

napona, I iskazujući to u vidu polinoma dobija se, kada se zamijeni vrijednost iz 1.10.

:

-C

(1.11.)


8/15

7

U trenutku t=0 kontinuitet materijala je 100%, Ψ=1, a u trenutku loma, t= ,kontinuitet materijala je sveden na nulu, Ψ=0. Integracija jednačine 1.11. za

konstantni napon, :

Gdje je vrijeme do loma pri naponu .

Ista formula važi I za uslove promejnjivog nominalnog napona sa konačnim izrazom:

Glavne komponente kotlova na čvrsta goriva koji rade u uslovima puzanja su cijevi

pregrijača I zagrijača, njihova spojna danca I pripadajući parovodi. U ovimkomponentama je pritisak unutrašnji, a zagrijavanje spoljašnje. One se projektuju sa

radnim vijekom kotla. Ako se temperature metala prati tokom eksploatacije, vijek ovih

komponenti se može predvidjeti korištenjem formula za puzanje odgovarajućeg

materijala. Ako se utvrdi da je to manje od predviđenog vijeka mogu se promijeniti

režimi rada kotla, raspored cijevi ili material cijevi da bi se postigao planirani vijek.

Lom puzanjem je najčešći tip otkaza u cijevima zagrijača I pregrijača kotla. Slika 3.9.

pokazuje prirodu loma puzanjem takve cijevi, koji je pretežno untergranularni sa

površinom preloma upravno na pravac maksimalnog napona(obimni naponi). Veliko

izbočavanje I stanjenje ivica na prelomu su karakteristični za kratkotrajni lompuzanjem, sl.3.9.b). U ovom slučaju se pri projektovanju mora tačno utvrditi

maksimalna radna temperature, jer samo njeno povećanje značajno smanju je

vrijeme loma pri datom naponu. Najznačajniji faktor koji doprinosi ovom lomu je

prslina puzanja koja se javlja u grešci sučeonog zavarenog spoja cijevi. Tada se lom

javlja u mnog kraćem vremenu nego u zdravom osnovnom materijalu cijevi.

Pri projektovanju za rad na viskokim temperaturama osnovni prilaz podrazumijeva:

(a) smanjenje broja, veličine I složenosti komponenata izloženim najvišim

temperaturama; (b) smanjenje opterećenja (mehaničkih napona) I temperaturnog

gradijenta (termičkih napona) u pojedinim komponentama. Ako se time ne postižeprihvatljivi vijek, problem puzanja treba rjšavati drugačijom konstrukcijom. Unutrašnja

izolacija je I vodeni omotač, zidovi, ili namotaji su dva postupka koji se često koriste u

konstrukciji kotla. Da bi se isključila opasnost od lokalnog loma zbog zračenja

izolacije koje izaziva vruću tačku na zidu posude, ugrađuje se višestruka spirala

hlađena vodom blizu unutrašnje površine zida posude. Omotač za hlađenje sa

spoljne strane posude se također često koristi kao sredstvo za odvođenje toplote

provođenjem sa površine zida posude.


9/15

8

Slika 9: Lom puzanjem cijevi: (a) veliko izbočenje I stapanje ivice preloma, karakteristično za

krat kotrajni lom puzanjem; (b) ograničeno izbočavanje I malo stapanje ivica preloma

karakteristično za dugotrajni lom puzanjem

5. Konstrukcijske komponente (prirubnice, priključci, ljuske,

kompenzacijske ploče)

Posude pod pritiskom se uglavnom proizvode zavarivanjem dijelova ili podsklopova,

koji se prethodno izrađuju kao cilindrični ili loptasti segmenti. Na osnovu posude se

zavarivanjem dodaju potrebni elementi, kao što su priključci, nosači, otvori. Samo

otvori koji u toku eksploatacije treba da se češće otvaraju se izvode kao vijčani


10/15

9

spojevi ili drugačiji mehanički sklopovi. Na taj način se ostvaruje hermetičnost

(zaptivost) posuda, jer je smanjen broj mehaničkih zaptivača.

6. Klasa kvaliteta zavarenih spojeva

Potrebna ispitivanja za projektovanje I proizvodnju komponenti pritiskom se često

definišu propisima. Jedan primjer koji se koristio u Jugoslaviji dar je u tab. 1. Uz

podatke koji su dati na sl. 10.

Klasa zavarenog spoja definiše se klasom kvaliteta, koja predstavlja nivo

pouzdanosti zavarene konstrukcije. Standardom JUS.C.T3.010. definisane su klase

kvaliteta zavarenih spojeva, a propisima za određene zavarene konstrukcije utvrđuje

se veza između klase kvaliteta zavarenog spoja I klase zavarene konstrukcije. U tab.

1 prikazana je ova veza za posude pod pritiskom.

Tabela 1: Najniža dozvoljena klasa kvaliteta zavarenog spoja


11/15

10

Kao nemiran rad smatraju se hidraulični udari I druga neravnomjerna opterečenja na

priključcima posude.

Pod vrstama zavarenih spojeva u tab. 1. podrazumijevaju se grupe zavarenih

spojeva na posudama (sl. 10.) prema položaju, gdje je:

1. Vrsta zavarenog spoja A- uzdužni zavareni spoj na omotaču posude,

cilindričnom I koničnom, i priključcima; svi zavareni spojevi na ispupčenim i

poluloptastim dancima i kružni zavar eni spoj veze poluloptastog danca i

omotača;

2. Vrsta zavarenog spoja B- kružni zavareni spoj na cilindričnom I koničnim

dijelovim omotača; zavareni spoj cilindričnog I koničnog dijela; na nastavcima

priključka; zavareni spoj ispupčenog danca I omotača;

3. Vrsta zavarenog spja C- zavareni spoj ravne prirubnice sa prikljčkom; zavareni

spoj prirubnice I omotača, kao I zavareni spoj omotača sa ravnim dancem

(pločom); 4. Vrsta zavarenog spoja D- zavareni spoj veze priključka I omotača, kao I

zavareni spoj priključka I danca.

Projektnu klasu zavarenog spoja određuje projektant zavarene konstrukcije.

Izvedena klasa I trenutna klasa zavarenog spoja utvđuju se vrstom I obimom

ispitivanja, kao dokazom kvaliteta zavarenog spoja I vrstom, veličinom brojem I

rasporstranjenošću dopustivih grešaka u zavisnosti od smjera glavnih naprezanja

u materijalu.

7. Položaj i raspored zavarenih spojeva

Najvažnije je da se položajem I rasporedom zavarenih spojeva ne uvedu dodatni

naponi u kritičnim područijma kontrukcije, ali je potrebno omogućiti zavarivanje I

kontrolu predviđenim postupkom. Nijedan elemenat posude ili aparata se ne smije

zavarivati na rastojanju manjem od 2,5 s od zavarenih spojeva na omotaču,

torisferičnom, poluloptastom I ravnom dancu I konusu, s debljina data na sl. 10.

Zavareni dijelovi, koji se ne proračunavaju, moraju biti udaljeni od proračunavanih

dijelova više od četiri debljine usvojenog šava.

Treba izbjegavati nagomilavanje zavarenih spojeva. Rastojanje dva paralelena

uzdužna zavarena spoja susjednih sekcija omotača mora biti veće od za s


12/15

11

mm, I namanje 200 mm za veće debljine lima. Pri izradi I ugradnji dijelova posude na

istom mjestu se ne smiju naći više od dva zavarena spoja, osim za posude klase IV.

Ojačanja postolja, stope ili njihovi podložni limovi se smještaju tako da ne pokrivaju

šavove posude. Ako se to ne može izbjeći, pokriveni dijelovi šavova moraju se

prethodno ispitati metofama bez razaranja. Krajevi šavova omotača I šavovi kojimase stope privaruju za omotaš moraju biti međusobno udaljeni za najmanje dvije

debljine zida posude.

Podložni limovi, potpuno zavareni za omotač, moraju imati otvor, prečnika najmanje

Ø5 mm, za kontrolu zaptivosti I odvod vazduha.

Revizioni otvori I razni priključci se moraju postaviti na rastojanja veća od 3 debljine

tanjeg lima od nosećih šavova na posudama. Kada se to, zbog mjera posuda, ne

može izbjeći, osa priključka se može postaviti u osu šava. Noseći šav mora biti

ispitan, lijevo I desno od otvora, metodama bez razaranja, najmanje u dvostrukojveličini otvora.

Slika 10: Vrste zavarenih spojeva na posudama položa ju


13/15

12

Slika 11: Najmanja rastojanja zavarenih spojeva od zavarenih spojeva dijelova posude pod

pritiskom koji se proračunavaju

Slika 12: Rastojanja pomoćnih elemenata I nosećih spojeva na posudama


14/15

13

Literatura

1. Internet stranice


15/15

Documents

zavarivanje posuda pod pritiskom