Zavarivanje kotlova i rezervoara

Zavarene konstrukcije su jednostavnije, imaju manju težinu nego zakovane, a izrada im je jeftinija i brža. Kod kotlova i rezervoara je najznačajnije to što se zavarivanjem dobiju potpuno zaptiveni sastavci. Stoga je korisno i kod kotlova sa zakovanim sastavcima primeniti zavarivanje ivica radi dobijanja potpune hermetičnosti. Konačno, činjenica da zavareni kotlovi i rezervoari, kad im se sastavci uglačaju, mogu imati potpuno glatku spoljašnju i unutrašnju površinu, ima naročiti značaj za hemijsku industriju, gde se stoga takvim konstrukcijama daje prednost.

Zakovani uzdužni sastavci mogu se izraditi na kotlovima samo do 40 at pritiska, jer visoki pritisci zahtevaju znatne debljine kotlovskog lima, kada se već teško postiže dovoljna sigurnost protiv propuštanja na sastavcima. Na kotlovima visokih pritisaka sastavci se obično zavaruju vodonikom ili električno, dok se kotlovi za pritisak iznad 80 at sastavljaju od bubnjeva izvaljanih od jednog komada koji, prema tome, uopšte nemaju uzdužnog sastavka.

Za zavarivanje kotlova i rezervoara pod pritiskom izrađeni su naročiti propisi.

Proračunavanje zavarenih kotlova vrši se na sličan način kao i kotlova sa zakovanim sastavcima.

Debljina kotlovskog lima dobija se i ovde na osnovu iste jednačine:

$t=\frac{D\ p}{2\ \phi \ \sigma_z}+0,1cm$

Stepen sigurnosti pri statičkom izračunavanju obično se uzima ravan S=σ_s/σ_dozv=4,25. Kod kotlova za visoke pritiske i temperature, stepen sigurnosti u odnosu na granicu razvlačenja na odgovarajućoj temperaturi treba da iznosi S=1,5-1,8. Tada σ_dozv=σ_s/S.

Koeficijent slabljenja lima u sastavku: 

• φ=1 za bešavne kotlove;

• φ=0,7 za zavarene sastavke.

Renomirane fabrike mogu računati i sa koeficijentom slabljenja φ=0,9 ali tada, prilikom isporuke kotla, moraju propisanim probama dokazati da postupak varenja i postignuti rezultati odgovaraju odabranom koeficijentu slabljenja.

Što se tiče ostalih uslova kojima se želi postići propisana sigurnost zavarenih sastavaka, kotlovi se dele u tri grupe. Za III grupu ovi su uslovi najlakši, pošto ova grupa obuhvata samo kotlove za gasove i tečnosti čiji pritisak ne prekoračuje 14 at, a temperatura nije veća od 120° C. Tada se jačina sastavaka proračunava prema dozvoljenim naprezanjima a na osnovu opštih uslova za čvrstoću.

Grupa II obuhvata, kotlove do 28 at pritiska i do temperature 370° C sa debljinom lima do 38 mm. Ako se radi o kotlu za hladne tečnosti, pritisak može biti veći od 28 at. Kvalitet izrade sastavaka ovde se osigurava kako ispitivanjem samog vara i materijala za varenje tako i ispitivanjem varioca, da bi se ustanovila njegova veština i pouzdanost, te ocenila karakteristika njegovog rada. Ispitivanjem se mora dokazati da je postignuta približno ista jačina vara kao što je ima kotlovski lim koji se zavaruje. Jačina očišćenih i brušenjem uglačanih sastavaka mora iznositi najmanje 0,95 od jačine kotlovskog lima, dok se proračun vrši prema koeficijentu slabljenja materijala u sastavku φ=0,8. Najmanja istegljivost koja se mora postići na mestu vara pri savijanju zavarene probne limene trake mora iznositi 20%.

Za sva predviđena ispitivanja iseče se iz široke zavarene probne ploče veličine 460x(400+6t) mm osam traka. Od ovih se dve upotrebe za ispitivanje strukture vara u prelomu, koji mora biti čist, jednoličan, bez nagorelih mesta i bez šupljina.

Za uzdužne i poprečne sastavke kod kotlova II grupe mora se odabrati obostrano čeono zavarivanje; samo poprečni sastavci, pri debljini lima t≤16 mm, mogu biti jednostrano zavareni.

Radi odstranjivanja temperaturnih naprezanja, svi se kotlovi I grupe, a većim dijelom i kotlovi II grupe, nakon zavarivanja podvrgavaju odgrijavanju. Pri tome se kotao postepeno zagreva do temperature 600-650° C, i treba da ostane na toj temperaturi najmanje 1 sat za svakih 25 mm debljine kotlovskog lima. Hlađenje takođe mora biti postepeno, i pri tome peć mora biti zatvorena, da bi se na taj način izbegla naknadna temperaturna naprezanja. Mesto ovakvog celokupnog odgrevanja može se odgrevati svaki zavareni deo posebno; na ovaj se način odgrevaju npr. priključci, pojedina dna i pojedini šavovi. U takvim slučajevima žarenje treba da se protegne na obe strane sastavka u ukupnoj širini od b>6t.

Pored toga, svaki kotao mora biti isproban vodenim pritiskom u visini od 1,5 radnog pritiska; uz to se naročito zahteva da pri isprobavanju sastavaka udarcima čekića ne smeju da se pojave nikakvi znakovi propuštanja. Poslije toga se probni pritisak povećava na dvostruku vrednost radnog pritiska i sastavci se ponovo pažljivo pregledavaju.

I grupa obuhvata sve kotlove koji imaju veći pritisak i temperaturu i veću debljinu lima nego II grupa. Za ove kotlove izrađuje se za svaki privareni deo i svaki uzdužni šav posebna probna ploča koja se kod uzdužnih sastavaka uzme u produženju vara. Iz ove ploče se iseče jedna traka za određivanje jačine vara pri kidanju. Ova jačina ne sme biti manja od najmanje jačine odabranog kotlovskog lima. Pored toga se iz ploče iseče i zatim obradi probni štapić od čistog vara. Ispitivanjem treba da se utvrdi da jačina ovog štapića nije manja od jačine kotlovskog lima, a da istegljivost nije manja od 20%. Za ispitivanje gustoće iz vara se iseku dva valjka veličine ∅16x51 mm; njihova specifična težina mora iznositi najmanje 7,8.

Najzad je za kotlove I grupe predviđeno i potpuno rentgenološko snimanje vara. Snimci moraju biti tako savršeni da pokazuju i mehuriće veličine 2% od debljine lima i da otkriju ostale greške u materijalu. Gustina ovih mehurića ne sme prekoračiti meru predviđenu propisima.

Izrada dna za zavarene kotlove predstavlja takođe vrlo važan konstruktivni zadatak. Najčešće se primjenjuju ispupčena dna. Ravna dna su konstruktivno nepodesna, pošto su manje otporna prema pritisku i pošto se zbog toga moraju pojačavati ankerima. Ovakav konstruktivni oblik uslovljava neravnomernu podelu naprezanja, koja su naročito visoka u prelaznim uglovima ravnih i neznatno ispupčenih dna. Stoga pri određivanju debljine dna treba ovde računati, kao što je to ispitivanjima utvrđeno, sa vrednošću geometrijskog faktora u iznosu α_k=2,15-2,52. Ali, kada se u dnu izradi otvor za pregled kotla, tada je podela naprezanja mnogo nepovoljnija i α_k=4-4,25, što znači da debljina takvog dna treba da je prosečno dva puta veća od debljine dna u kome nema otvora.

Pojava jake koncentracije naprezanja nastupa na ivicama svakog otvora na kotlu koji se nalazi pod pritiskom, što zahteva pojačanje lima na tim mestima, a što se obično postiže privarivanjem naročitih prstenova.

Slika 57

Slika 57 predstavlja najjednostavnije načine vezivanja dna sa omotačem kotla u slučaju manjih pritisaka. Izrada je lakša ako obod dna A i omotač kotla B imaju istu debljinu. U nekim se slučajevima ovakvi šavovi pojačavaju privarenim čeličnim pločicama P koje se ravnomerno raspodele po obimu sastavka. Ovaj je način konstruktivno bolji, pošto je tada obod dna duži te se usled toga smanjuju naprezanja u prelaznim uglovima.

Pri većim razlikama u debljini dna i omotača, obod dna se stanjuje na dužini oko b=1,5 t, gde je »t« debljina kotlovskog lima.

Ceo sadržaj knjige: Elementi mašina - Inženjer Vasilije Volkov