WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В результате исследования получены соответствующие аналитические зависимости для описания характеристик тензора напряжений, в частности основных компонентов девиаторной и шаровой составляющих, коэффициента жесткости напряженного состояния и др. Показано, что различная деформационная способность составляющих разнородного соединения приводит к реализации в окрестности линии сплавления участков с различной жесткостью напряженного состояния. Со стороны более прочной составляющей в окрестности линии сплавления реализуется более «мягкое» напряженное состояние с меньшим коэффициентом жесткости напряженного состояния :  = ср / i, где ср – среднее напряжение (шаровой тензор напряжений); i – интенсивность напряжений (девиатор тензора напряжений). Заметим, что величина предопределяет скорости диффузии примесных атомов, коррозии, водородного и деформационного охрупчивания, старения металла и др. Чем меньше, тем меньше интенсивность указанных процессов. В работе получены соответствующие формулы для оценки этого факта от параметра. Со стороны более мягкой составляющей разнородного соединения в окрестности линии сплавления реализуется напряженное состояние с более высоким значением. Этот факт способствует упрочнению металла в окрестности линии сплавления.

В работе установлены и описаны основные закономерности процессов разупрочнения и упрочнения зоны в окрестности линии сплавления разнородных соединений.

Как известно, характеристики работоспособности и безопасности разнородных соединений существенно зависят от геометрических и механических параметров ДМП и ДТП. При этом основными геометрическими параметрами ДТП и ДМП являются их относительные толщины ДМП (ДМП = hДМП / ) и ДТП (ДТП = hДТП / ). Здесь hДМП и hДТП – толщины соответственно ДМП и ДТП; – толщина соединения труб (обечаек). Другим геометрическим параметром является отношение внутреннего радиуса соединяемых труб rB к наружному rН (kТН=rB/rН).

Основными механическими параметрами ДМП и ДТП являются: =/; =/; и – временные сопротивления металла ДМП и ДТП, – временное сопротивление металла, примыкающего к ДМП и ДТП. Чаще всего = (временному сопротивлению основного металла) или =  (временному сопротивлению металла шва).

Полученные результаты справедливы для упрощенных схем разнородных соединений с ДМП и ДТП (рисунок 2), часто принимаемых в расчетной практике.

В работе дан подробный анализ полученных результатов исследования закономерностей распределения основных компонентов напряжений в объеме кольцевых ДМП и ДТП, которые проиллюстрированы соответствующими графическими материалами. Приведены сравнительные данные, полученные другими авторами.

Рисунок 2 – Схемы разнородных соединений с ДМП и ДТП

В частности, для оценки коэффициентов упрочнения (КУП) ДМП и разупрочнения (КРЗ) ДТП получены следующие формулы:

; (2)

, (3)

где ; параметр с1,00 … 1,25.

Анализ формул (2) и (3) показывает, что при уменьшении величин ДМП и ДТП коэффициент КУП значительно возрастает, а КРЗ уменьшается.

Это означает, что при деформации элементов с ДМП их прочностные характеристики увеличиваются со снижением ДМП. В конструктивных элементах с ДТП с уменьшением ДТП прочностные характеристики сохраняются постоянными, но повышается степень вовлечения в пластическую деформацию металла ДТП.

Уменьшение ДТП в целом повышает деформационную способность разнородного кольцевого соединения.

Указанные закономерности справедливы для расчетных схем, представленных на рисунке 2.

Во многих случаях линии сплавления разнородных труб оказываются под определенным углом, например при электродуговой ручной и полуавтоматической сварке в среде защитных газов с симметричной разделкой кромок. В этом случае за расчетную схему ДМП и ДТП целесообразно принимать такую, которая изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема наклонных ДМП и ДТП

В этом случае коэффициенты КУП и КРЗ резко изменяются с увеличением угла, и при 45о КУП1,0 и КРЗ1,0.

Для оценки влияния угла наклона на величины КУП и КРЗ получены следующие формулы:

; (4)

; (5)

где ;  = 3,14.

Графики зависимостей КУП() и КРЗ() от показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 – Графики зависимостей КУП и КРЗ от

Четвертая глава посвящена вопросам технологического обеспечения безопасности эксплуатации разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами.

На начальных этапах работы на основании результатов исследований, полученных в третьей главе, произведена оценка допускаемых размеров [ДМП] и [ДТП]. При соблюдении в соединениях условий ДМП<[ДМП] и ДТП[ДТП] обеспечиваются достаточно высокие прочностные характеристики разнородных соединений.

В работе получена следующая формула для определения допускаемого параметра [ДМП]:

, (6)

где ; kTH = rВ /rН – коэффициент тонкостенности.

На практике величину ДМП определяют по площади ДМП (FДМП): ДМП = FДМП / 2.

Величину КВ удобно определять по измерениям твердости:
КВ = HVT / HVДМП.

Аналогично определяются величины и КВ для ДТП.

Для ориентировочной оценки [ДМП] может быть использована следующая формула:

. (7)

Формула (7) справедлива в области КВ = 1,25 … 2,50.

Для определения [ДТП] получена следующая аналитическая зависимость:

[ДТП], (8)

где.

Приближенно величина [ДТП] может быть определена на основании измерений твердости:

[ДТП], (9)

где HVT – как и ранее, твердость металла, прилегающего к ДТП (основного металла). Формула (9) справедлива при =1,2 … 2,2.

Анализ полученных формул для определения [ДМП] и [ДТП] показывает, что они наиболее адекватно отвечают экспериментальным данным, полученным сотрудниками ИПТЭР и УГНТУ в результате натурных испытаний и методом муаровых полос для схем, представленных на рисунке 2.

Основными направлениями технологического обеспечения характеристик безопасности разнородных соединений сильфонных компенсаторов являются: а) достижение условий ДМП<[ДМП] и ДТП[ДТП];
б) обеспечение аустенитно-ферритной (А+Ф) структуры шва разнородных соединений, обладающей высокой трещиностойкостью и коррозионной стойкостью.

Для разнородных труб, образующих соединения из сталей аустенитного (08Х18Н10Т) и феррито-перлитных (20, 22, 20К, 22К, Ст3, 16ГС, 17ГС и др.) классов, первое требование выполняется при условии, что схемы ДМП и ДТП соответствуют рисунку 2, когда их угол наклона 0. Поэтому предлагается односторонняя разделка кромок (рисунок 5) с уменьшенным притуплением кромки в и увеличенным зазором с.

Второе условие можно обеспечить соответствующим выбором присадочного материала (электродов и сварочной проволоки).

Рисунок 5 – Схема разделки кромок патрубка сильфонного компенсатора

Как известно, при электродуговой сварке важную роль в обеспечении трещиностойкости играет процесс разбавления двух разных сталей и присадочного материала. Другими словами, сталь, более легированная, разбавляется сталью, менее легированной. При этом степень разбавления зависит от доли участия каждого из составляющих в разнородном сварном соединении.

Для оценки структурного класса сталей вводят эквиваленты хрома CrЭ и никеля NiЭ.

В зависимости от величин эквивалентов хрома CrЭ, никеля NiЭ и доли участия каждого из металлов, образующих сварной шов (i), в нем реализуется та или иная структура с меньшими значениями CrЭ и NiЭ. При этом эквиваленты хрома CrЭсв и никеля NiЭсв в сварном шве будут определяться по известному закону аддитивности:

CrЭсв=CrЭii; NiЭсв= NiЭii, (10)

где CrЭi – эквивалент хрома i-ого металла, составляющего сварной шов; NiЭi – соответствующий эквивалент никеля; i – доля участия i-ого металла в образовании сварного шва.

В работе определены значения допускаемых долей участия составляющих в разнородном соединении, а также обоснованы типы и марки электродов с использованием структурно-фазовой диаграммы Шеффлера. С целью уменьшения процессов разбавления более легированных составляющих менее легированными в работе предложены рекомендации по изменению размеров формы подготовки кромок под сварку. Установлено, что наиболее эффективной является многослойная сварка с послойным охлаждением.

Произведена оценка изменения структуры и доли участия присадочного материала по высоте разнородного соединения.

В работе обоснованы величины сварочного тока при многослойной электродуговой сварке.

Предложен новый технологический способ выполнения разнородных соединений комбинированными швами, заключающийся в том, что корневые швы завариваются электродами с повышенным содержанием NiЭ и CrЭ, а остальные – с пониженным.

Особую сложность представляет выполнение разнородных соединений патрубка сильфонного компенсатора с трубопроводами из хромистых жаропрочных сталей типа 15Х5М. Особенностью этой группы жаропрочных сталей является их склонность к образованию при сварке закалочных структур в зоне термического влияния с 2,0. В этом случае значение ширины зоны подкалки hЗП при обычной сварке аустенитными электродами и с предварительным подогревом получается достаточно высоким (hЗП 4 … 5 мм при толщине сварочных элементов  = 10 мм). При этом значение относительной толщины достигает 0,4 … 0,5.

В этом случае первое условие обеспечения высокого качества разнородного соединения не соблюдается, наряду с другими отрицательными последствиями предварительного подогрева при сварке. С целью снижения величины ЗП необходимо проводить сварку с ограничением тепловложения, например многослойную сварку с послойным охлаждением на воздухе. В этом случае значение величины Т можно снизить до ЗП0,2.

Перспективным способом выполнения таких разнородных соединений является сварка в среде защитных газов с ускоренным охлаждением (А.В. Бакиев, А.Г. Халимов). При этом значение величины ЗП можно снизить до 0,15. Эффективность этой технологии обоснована комплексом натурных испытаний труб при различных схемах нагружения и действия агрессивных сред.

Кроме того, в работе предлагается производить приварку сильфона к патрубку из той же стали, что и трубопровод (рисунок 6), с использованием наплавки с высоким содержанием эквивалента хрома и никеля (в заводских условиях).

1 – сильфон; 2 – патрубок; 3 – наплавка; 4 – сварные швы

Рисунок 6 – Схема присоединения сильфона к патрубку

В пятой главе разработаны методические рекомендации по оценке ресурса нефтегазового и нефтехимического оборудования по критериям длительной прочности (коррозионной, циклической и термической повреждаемости) с учетом исходной дефектности и без нее.

Методические рекомендации базируются на фундаментальных и широко апробированных положениях теории длительной прочности, а также на существующих нормативных материалах. Кроме того, большинство использованных подходов согласованы Госгортехнадзором РФ для использования в трубопроводном транспорте.

Методические рекомендации состоят из восьми разделов.

Первый раздел включает общие положения.

Во втором разделе на базе теории упругости и пластичности произведена оценка предельного давления (несущей способности) различных конструктивных элементов оборудования с концентраторами напряжений и повреждениями.

Далее предложены методы определения безопасного срока эксплуатации оборудования, работающего при длительном статическом нагружении и механохимической повреждаемости (при усилении скорости коррозии от действия приложенных механических напряжений).

В четвертом разделе даны рекомендации по учету малоцикловой усталости при оценке ресурса оборудования на базе основных уравнений, предложенных известными учеными Института машиноведения РАН им. А.А. Благонравова.

В пятом разделе рассмотрены особенности определения долговечности (ресурса) сварных элементов оборудования.

Далее предложены методы оценки ресурса конструктивных элементов оборудования по известным критериям статической и циклической трещиностойкости (Международный институт безопасности сложных технических систем «МИБ СТС», МИФИ, ВНИИНефтемаш и др.).

В седьмом разделе произведена оценка ресурса конструктивных элементов оборудования с учетом деформационного старения.

Последний раздел посвящен разработке ресурса конструктивных элементов оборудования, работающего при высоких температурах. Большинство расчетов базируются на экспериментальных данных ВНИИНефтемаша [Дьяков В.Г. и др. Легированные стали для нефтехимического оборудования. – М.: Машиностроение, 1971. – 184 с.].

Более подробно остановимся на последнем разделе.

Для оценки ресурса разнородных соединений типа 08Х18Н10Т+15Х5М при высоких температурах предложена следующая формула:

, (11)

где tP – время до разрушения при заданной температуре испытаний; Р – действующее напряжение; А и m – константы.

На основании анализа большого массива литературных данных установлено, что для стали типа 15Х5М и её сварных соединений параметр А в приведенном выше кинетическом уравнении высокотемпературной повреждаемости можно определять по следующей формуле:

, (12)

где kTP – коэффициент температурного разупрочнения стали при кратковременных испытаниях на растяжение; – временное сопротивление стали при нормальной температуре испытаний (20 °С). В отожженном состоянии для стали 15Х5М 473…480 МПа.

Величина kTP определяется по формуле:

kTP = 1,614 – 1,365, (13)

где  = Т/700 оС; Т – текущая температура испытаний.

Показатель степени m в кинетическом уравнении высокотемпературной повреждаемости имеет отрицательный знак, поэтому, для удобства чтения, его значение будем брать по абсолютному значению.

Величина определяется по формулам:

  • для основного металла

 = 0,085 + 0,315 ( – 0,7); (14)

  • для сварных соединений

 = 0,09 + 0,4 ( – 0,7). (15)

Особо важную практическую ценность в расчётной практике имеют данные по определению предельной прочности.

Для оценки могут быть использованы следующие формулы:

  • для основного металла

при  = 0,70 …0,86; (16)

  • для сварных соединений

при  = 0,70 … 0,86. (17)

Аналогичные данные получены для других сочетаний разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе обобщения литературных данных произведена оценка характеристик работоспособности и безопасности эксплуатации разнородных соединений патрубков сильфонных компенсаторов с трубопроводом.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»