Разработка технологии оценки ресурса сварных соединений трубопроводов с применением спектрально-акустического метода

• Автор: Фольмер, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 207 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

ЭКСПЛУАТАЦИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ

УСТРОЙСТВ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

(ТУОПО)

1.1 Анализ условий эксплуатации и состояния сварных соединений

ТУОПО

1.2 Материалы, применяемые при изготовлении, монтаже и ремонте

котельного и газового оборудования
1.2.1 Требования предъявляемые к основным материалам котельного оборудования
1.2.2 Требования предъявляемые к сварочным материалам котельного оборудования
1.2.3 Требования предъявляемые к основным материалам газового оборудования
1.2.4 Требования предъявляемые к сварочным материалам газового оборудования
1.2.5 Требования предъявляемые к основным материалам металлических конструкций для котельного оборудования
1.2.6 Требования предъявляемые к сварочным материалам металлических конструкций для котельного оборудования
1.3 Дефекты сварных соединений
1.4 Повреждаемость сварных соединений в период эксплуатации
1.5 Анализ сложившейся практики проведения оценки ресурса

сварных соединений ТУОПО
1.5.1 Разрушающие методы испытаний и оценки остаточного ресурса сварных соединений
1.5.2 Неразрушающие методы испытаний и оценки остаточного ресурса сварных соединений
1.6 Акустические методы исследования свойств сварных соединений
сталей и сплавов
Выводы. Цель и задачи исследований
ГЛАВА 2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТУОПО И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Функциональная модель управления безопасной эксплуатации
сварных соединений ТУОПО на основе применения спектрально-акустического метода оценки ресурса сварных соединений
2.2 Материалы и образцы. Общая структура исследований
2.3 Оборудование применявшееся в ходе проведения
экспериментальных исследований
2.4 Спектрально-акустический метод контроля
2.4.1 Аппаратно - программные компоненты многофункциональной установки «Астрон»
2.4.2 Методика выполнения контроля поверхностного слоя многофункциональной установкой «Астрон»
2.5 Просвечивающая дифракционная электронная микроскопия на
тонких фольгах (ПЭМ)
2.6 Растровая электронная микроскопия (РЭМ)
2.7 Рентгеноструктурный анализ (РСА)

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТУ ОПО
3.1 Структурно-фазовое состояние сварного соединения
паропровода из стали 12Х1МФ
3.1.1 Микроструктура сварного соединения
3.1.2 Типы структур стали 12X1МФ
3.1.2.1 Ферритные зерна
3.1.2.2 Фрагментированный феррит
3.1.2.3 Дефектный феррит
3.1.2.4 Трещины
3.1.3 Количественные оценки структуры материала
3.1.3.1 Размер зерен
3.1.3.2 Объемные доли морфологических составляющих а-фазы
3.1.3.3 Количественные оценки средних параметров структуры
3.1.3.4 Количественные оценки параметров структуры
в зернах а-фазы
3.1.3.5 Количественные оценки параметров структуры
во фрагментированной а-фазе
3.1.3.6 Количественные оценки параметров структуры в участках материала, содержащих дефектный феррит и микротрещины
3.2 Структурно-фазовое состояние сварного соединения из стали
3.2.1 Структура стали

тельной макро- и микронеоднородностью, что обусловлено сложным взаимодействием температурных полей, зависящих от многих факторов, таких как, количество вводимой теплоты, геометрических размеров заготовки, химического состава и др. Авторы показали [19, 24], что важнейшим параметром структуры сварных соединений является размер зерна, поскольку накопление деформаций, развитие повреждаемости и разрушение при ползучести происходит по границам зерен. Многослойные швы неоднородны по величине зерна. Они состоят из чередующихся участков со столбчатой крупнозернистой структурой (балл 1-2 ГОСТ 5639) и образовавшихся при перекристаллизации под термическим воздействием последующих слоев участков с равноосной мелкозернистой структурой (балл 8 - 9). Сложность оценки жаропрочности металла сварных соединений с различным размером зерна состоит в том, что в испытуемых образцах суммируется влияние нескольких таких участков и при относительно малых размерах образцов структурная неоднородность в них представляет случайные фрагменты общей картины строения сварного шва. Поэтому, все-таки, наиболее обоснованным методом оценки жаропрочности структурных составляющих и металла шва в целом является испытание на длительную прочность серий крупных сварных образцов.
Накопленные к настоящему времени данные [18-25] свидетельствуют о низкой трещиностойкости и пластичности металла сварных соединений с крупным зерном. Неблагоприятное влияние крупнозернистой структуры на жаропрочность металла шва особенно отчетливо проявляется, в сварных соединениях стали 15Х1М1Ф. Здесь степень деформации в шве предопределена меньшим легированием наплавленного металла по сравнению с основным. Показано [24], что при большой толщине участка с крупным зерном в металле может вырасти трещина до размеров, создающих угрозу разрушения изделия, тогда как за то же время на участках мелкого зерна трещины вообще еще не появились. Участки с крупнозернистой структурой не только снижают надежность, но и резко усиливают склонность металла сварных соединений к растрескиванию при термической обработки [22]. Выполнение сварных со-