Методика оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов

• Автор: Овчинников, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 05.05.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 173 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Основные факторы, влияющие на надежность и безопасность эксплуатации сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов

1.2. Особенности диагностирования и оценки технического состояния

металлоконструкций грузоподъемных кранов

1.3. Анализ существующих методов определения напряжений в элементах

металлических конструкций

1.4. Влияние структурного состояния на свойства конструкционных сталей..

1.5. Выбор метода неразрушающего контроля действующих напряжений и
структурных изменений металла в элементах сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов
1.6. Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Обоснование и выбор материала исследования
2.2. Методика исследования влияния внешних воздействий на с труктурные
изменения в конструкционных сталях
2.3. Методика термической обработки
2.4. Методика металлографического анализа
2.5. Методика механических испытаний
2.6. Методика пассивного феррозондового контроля
2.6.1. Подготовка к проведению экспериментальных исследований
2.6.2. Исследование влияния внешних воздействий
2.6.3. Исследование влияния магнитной и механической предыстории металла
2.6.4. Исследование влияния толщины немагнитного защитного покрытия
Выводы по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОГО И ТЕРМИ-
ЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛА ЭЛЕМЕНТОВ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ
3.1. Предпосылки для получения структурного состояния конструкционных сталей, характерного для элементов сварных несущих металлоконструкций эксплуатируемых грузоподъемных кранов
3.2. Разработка режимов получения и способов контроля структуры металла с
заданным размером зерен в конструкционных сталях
3.2.1. При деформационно-термическом воздействии
3 2.2. При термическом воздействии
3.3. Исследование влияния структурных изменений на механические свойства конструкционных сталей
Выводы по главе
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СВАРНЫХ
НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ
4.1. Экспериментальные исследования взаимосвязи структурных, механических и магнитных параметров конструкционных сталей при циклическом упруго-пластическом деформировании
4.1.1. Влияние упругой деформации
4.1.2 Влияние пластической деформации
4.2. Предпосылки для применения неразрушающего метода контроля металла
и оценки действующих напряжений в элементах сварных конструкций
4.3. Разработка методики оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов
4.4. Практическое применение разработанной методики при оценке технического состояния эксплуатируемых металлоконструкций
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы и направленность исследований. Проблема обеспечения надежной и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов с каждым годом становится все более актуальной, так как их старение значительно опережает темпы технического перевооружения. Так, в настоящее время парк грузоподъемных машин, отработавших нормативный срок службы, составляет 80...82 % [110], что требует обязательного проведения экспертизы промышленной безопасности с целью оценки их технического состояния и выдачи заключения о возможности дальнейшей эксплуатации.
Практика наблюдения за техническим состоянием несущих металлоконструкций (МК) грузоподъемных кранов свидетельствует о том, что их предельное состояние наступает значительно позже нормативного срока службы, однако наблюдаются случаи разрушения металлоконструкций до истечения этого срока. Так, в 2001 году произошли 2 аварии эксплуатирующихся стреловых кранов: МКТТ-бЗ на специальном шасси, с четырехсекционной телескопической стрелой, грузоподъемностью 63 тонны, изготовленного в 1991 году и КС 45716-1, с трехсекционной телескопической' стрелой, грузоподъемностью 23 тонны, изготовленного в 2000 году [123]. Известно, что около 90 % МК являются сварными, поэтому надежная и безопасная эксплуатация сварных металлических конструкций в значительной степени зависит от состояния сварного соединения. Как показывает статистика, 70...80 % отказов МК связано со сварными соединениями, хотя объем зоны сварных соединений в сварных конструкциях не превышает 1,0... 1,5 % от общего объема [8]. Анализ показывает, что наиболее распространенными местами разрушений сварных конструкций являются области сварного шва и зоны термического влияния (ЗТВ).
Кроме того, в процессе длительной эксплуатации сварные несущие металлоконструкции грузоподъемных кранов подвергаются не только воздействию различных нагрузок (статических, циклических, динамических), перепаду температур и коррозионных сред, но и структурным изменениям в сталях, приводящих к изменению физико-механических свойств металла. При этом следу-

Одними из основных методов определения напряжений в элементах металлических конструкций являются магнитные методы, основанные на зависимости магнитных свойств сталей от величины действующих напряжений (магнитомеханическое явление). Магнитные методы оценки напряжений были разработаны в 1939 году Акуловым Н.С. и Киренским Л.В. [91]. В основе этих методов лежит зависимость свободной энергии магнитной анизотропии СД, от уровня действующих напряжений. К ним относятся: магнитострикционный, эффект Баркгаузена, коэрцитиметрический, а также феррозондовый методы.
Магнитострикционный метод. Этот метод использует зависимость магнитострикции от величины приложенных напряжений [84, 85]. Для реализации метода на контролируемую поверхность наклеивается тензодатчик, продольная ось которого располагается параллельно действующим напряжениям. Намагничивание осуществляется вдоль или поперек датчика переменным магнитным полем. При этом измеряются продольная и поперечная магнитострик-ция и берется их отношение, которое характеризует величину напряжений.
Хотя этот метод обладает высокой чувствительностью, однако он сложен в реализации. При этом точность магнитострикционного метода невысока вследствие высокой чувствительности к структуре металла и зависит от качества наклейки тензодатчиков и внешней температуры.
Эффект Баркгаузена. Эффект Баркгаузена - скачкообразное изменение намагниченности ферромагнетика при непрерывном изменении внешних условий, например, магнитного поля. Поэтому в индукционной катушке, магнитно связанной с объектом контроля, наводится электродвижущая сила (ЭДС), которую назвали Баркгаузеновским шумом. Эффект скачкообразного изменения намагниченности был открыт Баркгаузеном в 1917 год}' [108]. Исследования показали, что скачки Баркгаузена определяются величиной и знаком напряжений и константой магнитострикции [108, 120]. Спектральный состав скачков Баркгаузена (СБ) заключен в диапазоне 10...100 кГц, поэтому считываемая информация поступает от поверхностных слоев металла, вследствие чего ЭДС СБ существенно зависит от качества подготовки контролируемой поверхности. Так, при увеличении напряжений до 400 МПа выходной сигнал изменяется на