Метод оперативного розрахунку параметрів обробки вибухом кільцевих швів трубопроводів для керування величиною залишкових напружень. Неруйнівний спосіб оцінки напруженого стану металоконструкцій. Експериментально-промислова перевірка працездатності труб.
Аннотация к работе
Зварювальні залишкові напруження є енергетичною основою зародження та розвитку тріщиноподібних дефектів, що є місцями ініціювання руйнування металоконструкцій, тому їхнє зняття в кільцевих швах труб можна віднести до основних заходів щодо забезпечення довговічності трубопроводів, особливо тих, що працюють у контакті з корозійно-активними середовищами, зокрема такими, які містять сірководень. Економічність і оперативність ОВБ дозволяють розглядати її як найбільш перспективну технологію зниження ЗН у кільцевих швах труб. Ціль роботи полягала в удосконаленні технологічного процесу ОВБ кільцевих швів труб для зняття в них ЗН шляхом забезпечення можливості оперативного вибору параметрів і контролю результатів ОВБ, підвищенні економічності та ергономічності процесу при його практичному використанні, в тому числі на трубопроводах, що працюють у контакті з агресивним середовищем, яке містить сірководень. Випробування зразків основного металу й металу зварних зєднань на корозійну стійкість у сірководневих середовищах проводилися за методикою NACE в умовах ВНДІГАЗУ, за методикою і в умовах Волгоградського технічного університету, корозійні випробування натурних зразків труб проводилися за методикою, розробленою спільно ІЕЗ ім. Запропонований принципово новий метод зниження ЗН у кільцевих швах труб шляхом створення вибухом попередніх (до зварювання) пластичних деформацій стінки труби, які компенсують деформації, що виникають при наступному зварюванні, який дозволяє звеличити продуктивність та ергономічність процесу зниження ЗН обробкою вибухом.Основою таких процесів є вплив вибуху на тонку структуру металу, взаємодія власних полів напружень конструкції з напруженнями, що створює вибухове навантаження, створення малих пластичних деформацій, порівнянних по величині з пружними. В основі пакету запропонованих технологій лежить можливість поліпшувати механічні властивості та структуру металу шляхом зміни його тонкої структури в результаті досить інтенсивного навантаження при вибухові й перекристалізації структури в процесі наступної термообробки або зварювання. З кільцевих швів зразки вирізалися таким чином, щоб робоча частина зразка містила в собі наплавлений метал і ЗТВ, з основного металу - у стані поставки та у місці розташування заряду. Ніколаєвим [51]: , (8) де - ширина зони пластичних деформацій при зварюванні; В - ширина пластин, що зварюються; - деформація, що відповідає напруженням, рівним границі текучості сталі;б - коефіцієнт лінійного розширення при нагріванні; Q0=Q/2vh - погонна енергія зварювання; Q=ЗIU - ефективна потужність джерела нагрівання; з - коефіцієнт корисної дії джерела нагрівання; I - зварювальний струм; U - напруга дуги; v - швидкість зварювання; - теплоємність сталі в специфічних умовах зварювання, яка може бути прийнята рівною теплоємності при постійному обємі; x1, x2 - положення точок зварного зєднання на осі x, у яких температура при зварюванні досягає 600 та 500°С відповідно; 0,484 - чисельний коефіцієнт, отриманий в результаті математичних дій з безрозмірними сталими та . Величина пружних деформацій (що утворюються при зварюванні та залишкових) швидко зменшується з віддаленням від осі шва, а тому реактивну дію деформаціям і напруженням, повязаним із пластичним укороченням високонагрітого металу при зварюванні, справляє лише частина металу, що прилягає до зони пластичних деформацій укорочення.Метод заснований на використанні загального виду залежності деформації стінки циліндричної оболонки від зовнішнього статичного навантаження, отриманої в рамках теорії пружності, стосовно до рішення задачі визначення величини динамічного навантаження, необхідного для створення пластичних деформацій, що забезпечують зниження залишкових напружень у кільцевих швах труб до наперед заданого рівня. Ефективність зниження залишкових напружень обробкою вибухом не нижча такої, що досягається при термообробці. Експериментально встановлено, що величина зниження залишкових напружень у кільцевих швах труб за допомогою обробки вибухом за режимами, що визначені відповідно до розробленої методики, практично лінійно залежить від вихідних залишкових напружень. Встановлено, що найбільш доцільно використовувати комбіновану схему попередньої обробки вибухом з розташуванням зарядів вибухової речовини всередині труби біля самого торця та зовні труби в зоні майбутніх залишкових пружних деформації стискування, що утворяться в кільцевому шві, виконаному без вживання заходів по зниженню залишкових напружень.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Розроблено новий метод визначення режимів обробки вибухом. Метод заснований на використанні загального виду залежності деформації стінки циліндричної оболонки від зовнішнього статичного навантаження, отриманої в рамках теорії пружності, стосовно до рішення задачі визначення величини динамічного навантаження, необхідного для створення пластичних деформацій, що забезпечують зниження залишкових напружень у кільцевих швах труб до наперед заданого рівня. На основі цього методу створена методика визначення режимів обробки вибухом кільцевих швів труб різного типорозміру, яка придатна для практичного використання без участі розробників технології. Ефективність зниження залишкових напружень обробкою вибухом не нижча такої, що досягається при термообробці.
2. Експериментально встановлено, що величина зниження залишкових напружень у кільцевих швах труб за допомогою обробки вибухом за режимами, що визначені відповідно до розробленої методики, практично лінійно залежить від вихідних залишкових напружень. Отримана залежність дозволяє прогнозувати результати обробки вибухом і коригувати режими обробки залежно від цілей її проведення.
3. Запропоновано новий спосіб зниження та перерозподілу залишкових напружень у кільцевих швах попередньою (до зварювання) обробкою вибухом країв труб. Досліджені різні схеми попередньої обробки. Встановлено, що найбільш доцільно використовувати комбіновану схему попередньої обробки вибухом з розташуванням зарядів вибухової речовини всередині труби біля самого торця та зовні труби в зоні майбутніх залишкових пружних деформації стискування, що утворяться в кільцевому шві, виконаному без вживання заходів по зниженню залишкових напружень.
4. Розроблено новий спосіб вимірювання механічних напружень методом магнітопружної тензометрії, що дозволяє усунути властиву цьому методу помилку, що в цілому істотно підвищує точність і спрощує методику вимірювання. На основі цього способу в поєднанні з відомим способом вимірювання деформацій за допомогою механічного деформометра запропоновано метод контролю результатів обробки вибухом кільцевих швів труб, а також науково обґрунтовані підходи до вирішення практичних завдань оцінки напруженого стану металоконструкцій.
5. Експериментально показано, що стійкість до сірководневого ураження кільцевих швів труб після обробки вибухом перевершує таку неопрацьованих швів або підданих випробуванню підвищеним тиском і не нижче, ніж у швах після термообробки. Обробка вибухом не погіршує стійкість проти сульфідного розтріскування основного металу труб, що зазнав впливу імпульсного навантаження при підриві заряду вибухової речовини.
6. Результати виконаних у даній роботі досліджень і розроблених інженерно-технічних вирішень покладені в основу створення та промислового застосування технологічного процесу обробки вибухом кільцевих швів трубопроводів і методів оцінки напруженого стану металоконструкцій, які використовувалися на різних підприємствах як в Україні, так і за рубежем.
Список литературы
1. Гутман Э.М., Петушков В.Г., Брызгалин А.Г. и др. Сопротивление коррозии газопроводов в сероводородсодержащих средах// Автомат. сварка.- 1988, № 2.- С. 23-26.
2. Добрушин Л.Д., Эффендиев Э.Э., Брызгалин А.Г. Исследование сравнительной эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых швах труб из стали контролируемой прокатки обработкой взрывом// В кн.: “Применение энергии взрыва в сварочной технике”, Киев, ИЭС им. Е.О. Патона, 1985 г., с. 90-94.
3. Патон Б.Е., Титов В.А., Данильченко Б.В., Волков А.Н., Брызгалин А.Г., Золотов В.П. Новые средства повышения надежности трубопроводов как сварной конструкции// Транспорт и подземное хранение газа.- 2003, № 1.- с. 15 - 20.
5. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Титов В.А. и др. Оценка напряженного состояния сварных металлоконструкций методом магнитоупругой тензометрии// Автомат. сварка.- 1992, № 5.- с. 16-18.
6. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Титов В.А. Механизм релаксации остаточных напряжений при нагружении сварных соединений взрывом// Автомат. сварка.- 2001, № 1.- с. 51.
7. Петушков В.Г., Первой В.М., Брызгалин А.Г. и др. Обработка взрывом кольцевых швов труб газопровода Таас-Тумус-Якутск// Газовая промышленность.- 1987, №11.- с. 24-25.
9. Lobanov L.M., Pivtorak V.A., Gushcha O.I., Petushkov V.G., Bryzgalin A.G. Modern methods of residual stress mesurement// Welding technology Paton Institute, UK, Abington, 1993, Paper 10.
10. Petushkov V.G., Bryzgalin A.G. Improvement of service properties of welded structures by explosion treatment// Welding and surfacing reviews.- 1997, vol. 8.- p. 167 - 175.
11. Petushkov V.G., Bryzgalin A.G., Titov V.A. Estimation of Stressed State of Welded Metal Structures by the Method of Magnetoelastic Strain Measurement// IIW Doc. No XIII-1476-91.- 6 P.
13. А.с. № 1467869 СССР. Способ обработки взрывом сварных соединений. Петушков В.Г., Титов В.А., Яковлев Г.П., Первой В.М., Михеев П.П., Кузьменко А.З., Брызгалин А.Г. Зарегистрировано15.11.88.
14. А.с. № 1487315. Способ предупреждения образования протяженных разрушений газопроводов. Петушков В.Г., Первой В.М., Солнцев И.В., Брызгалин А.Г. и др. Зарегистрировано 15.02.89.
15. А.с. № 1519041 СССР. Способ снятия остаточных сварочных напряжений в кольцевых швах труб. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Первой В.М., Титов В.А. Зарегистрировано 01.07.89.
16. А.с. № 1540170 СССР. Способ снятия остаточных сварочных напряжений в кольцевых швах труб. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Первой В.М. и др. Зарегистрировано 01.10.89.
17. А.с. № 1628367. Способ подготовки кромок под сварку плавлением. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Первой В.М., Титов В.А. Зарегистрировано 15.10.90 г.
18. А.с. № 1760713 СССР. Способ изготовления сварных металлоконструкций. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Локшина Е.Я., Савченко В.С., Смирнова С.Н.. Зарегистрировано 08.05.92 г.
19. А.с. № 1790111 СССР. Способ определения остаточных напряжений в сварных соединениях после их обработки взрывом. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Первой В.М. и др. Зарегистрировано 22.09.92.
20. А.с. № 1790112 СССР. Способ определения остаточных напряжений в сварных соединениях после их обработки взрывом. Петушков В.Г., .Брызгалин А.Г., Первой В.М и др. Зарегистрировано 22.09.92.
21. Патент на винахід України № 20421 А. Спосіб вимірювання механічних напружень. Бризгалін А.Г. Виданий 15.07.97
22. Петушков В.Г., Добрушин Л.Д., Брызгалин А.Г. Новый метод повышения коррозионной стойкости кольцевых стыков газопроводов обработкой взрывом// Препринт ИЭС 84-4, Киев, ИЭС, 1984.- 8 с.
23. Брызгалин А.Г. Выбор режимов обработки взрывом кольцевых швов труб// Тезисы докладов VII Всесоюзного совещания по сварке и резке взрывом, Киев, 29-30 сентября 1987 г. К.: ИЭС им. Е.О. Патона, 1987 г., с. 96.
24. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Добрушин Л.Д. Некоторые методы повышения коррозионной стойкости сварных швов труб// Материалы 7-ого международного симпозиума “Использование энергии взрыва для производства металлических материалов с новыми свойствами. Пардубице, Чехословакия, 25-27 октября 1988 г., т. 3, с. 535-538.
25. Петушков В.Г., Брызгалин А.Г., Сосков А.А. и др. Исследование влияния обработки взрывом на водородоустойчивость малоуглеродистых сталей// Тезисы докладов VIII Всесоюзной конференции “Сварка, резка и обработка материалов взрывом”, Минск, 25-27 сентября 1990 г. К.: ИЭС им. Е.О. Патона, 1990 г., с. 105.
26. Сосков А.А., Соколов Р.П., Шульгин Г.В., Рубенчик Ю.И., Брызгалин А.Г. Оценка эффективности взрывной обработки сварных соединений по параметрам подвижности водорода в стали// Тезисы докладов VIII Всесоюзной конференции “Сварка, резка и обработка материалов взрывом”, Минск, 25-27 сентября 1990 г. К.: ИЭС им. Е.О. Патона, 1990 г., с. 98.
27. Petushkov V.G., Pervoy V.M., Titov V.A., Bryzgalin A.G. Modern concept of explosion treatment of welded metal structures. // Proceedings of the international conference held in the Hague. The Netherlands, 1 -4 July 1991 under the auspices of the International institute of Welding. Hague: Pergamon Press.- p. 139 - 153.