Влияние ультразвуковой ударной обработки на механические свойства и перераспределение остаточных напряжений сварных соединений трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Сибири и Крайнего Севера

• Автор: Сидоров, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Содержание
Введение
Раздел 1. Анализ причин разрушений сварных соединений трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях Сибири и Крайнего Севера
1.1. Анализ особенностей разрушения магистральных трубопроводов, изготавливаемых из конструкционных марок сталей
1.2. Анализ факторов, приводящих к разрушению сварных соединений трубопроводов
1.3. Роль остаточных сварочных напряжений и их влияние на работоспособность сварных соединений трубопроводов
1.4. Анализ основных технологических приемов и методов снижения уровня остаточных сварочных напряжений
1.5. Цель и задачи исследований
Раздел 2. Методики ультразвуковой ударной обработки и исследований физико-механических характеристик сварных соединений
2.1. Технологические процессы и оборудование ультразвуковой ударной обработки сварных соединений
2.2. Режимы сварки труб. Химический состав и механические свойства конструкционных сталей и их неразъемных соединений
2.3. Определение режимов ультразвуковой ударной обработки сварных соединений стыков труб, изготовленных из низколегированных сталей
2.4. Методика определения напряжений в сварных соединениях труб
с помощью портативного рентгеновского определителя напряжений .
2.5. Оборудование и методики механических испытаний
2.6. Выводы по разделу
Раздел 3. Управление остаточными напряжениями в сварных соединениях труб путем ультразвуковой ударной обработки
3.1. Исследование распределений остаточных напряжений в сварных соединениях стыков труб диаметрами 219, 530 и 720 мм из конструкционных сталей
3.2. Исследование характера перераспределений остаточных напряжений в сварных соединениях стыков труб подвергнутых ультразвуковой ударной обработке
3.3. Перераспределение наведенных после ультразвуковой ударной обработки сжимающих остаточных напряжений сварных соединений при воздействии одноосных циклических нагружений
3.4. Выводы по разделу
Раздел 4. Исследование влияния ультразвуковой ударной обработки
на механические свойства сварных соединений трубопроводов
4.1. Исследование влияния ультразвуковой ударной обработки на ударную вязкость сварных соединений труб из низколегированных сталей
4.2. Теоретический расчет срока службы газопровода диаметром
мм после ультразвуковой ударной обработки
4.3. Исследование влияния ультразвуковой ударной обработки на механические свойства сварных соединений, подвергнутых циклическим нагружениям
4.4. Разработка способа снижения остаточных сварочных
напряжений в сварных соединениях труб ультразвуковой ударной обработкой на трубопроводах различного производственнотехнического назначения
4.5. Выводы по разделу
Заключение
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Многочисленными исследованиями [8, 58, 61-62, 119] особенностей эксплуатации металлоконструкций ответственного назначения в условиях Сибири и Крайнего Севера установлено, что в результате низкочастотного термоциклирования, которые в значительной мере определяются сезонными перепадами температур, существенно снижаются предельные значения их рабочих нагрузок. Немаловажную роль в данном процессе играют напряжения и деформации в сварных соединениях, имеющих место при строительстве и монтаже таких конструкций. Как правило, исходная структура материала, применяемого для её изготовления, изменяется в зоне неразъемного соединения при повторном расплавлении и кристаллизации металла шва из расплава. В результате формируются структурно-неоднородные области: «основной металл (ОМ) - зона термического влияния (ЗТВ) - металл шва (МШ)», в которых начальные свойства материала изделия ухудшаются. Данному обстоятельству в значительной мере способствуют появляющиеся напряжения, вызванные послойной кристаллизацией в многослойных швах [57, 124].
Данные анализа [54, 58, 61-62, 73, 119-120] фактических случаев разрушения конструкций, эксплуатируемых при низких температурах, отраженные в трудах В.И. Труфякова, Л.А. Копельмана, В.П. Ларионова, И.В. Кудрявцева, О.И. Слепцова, Г.И. Макарова, A.B. Лыглаева и др., показывают, что хрупкие и усталостные трещины преимущественно берут начало в сварных соединениях. Как показал анализ наиболее характерных причин отказов газопроводов эксплуатируемых в условиях Сибири и Крайнего Севера, более 50 % отказов приходится на сварные кольцевые швы с образованием сквозной трещины [70], которые берут начало с корневого шва, когда как в других регионах России около 50 % отказов газопроводов происходит от коррозионного растрескивания [72].
Повышение усталостной долговечности сварных конструкций может быть достигнуто путем разработки способов, направленных на снижение

положительных температур, вследствие чего влияние остаточных напряжений проявляется при более высоких температурах.
Остаточные напряжения алгебраически суммируются с напряжениями, обусловленными внешней нагрузкой [27]. Соответственно, хрупкое разрушение при наличии ОСН может наступить при сравнительно малой нагрузке [24].
В сварных соединениях кольцевых стыков труб основное влияние на образование остаточных сварочных напряжений оказывают окружное сокращение металла в зоне пластических деформаций и изгиб оболочки. В многослойных швах к этим двум факторам добавляются неравномерность усадки поперек шва и порядок выполнения отдельных слоев [21].
В кольцевых стыках труб, выполняемых за один или много проходов, остаточные сварочные напряжения считаются практически асимметричными [25]. Поэтому предполагается, что для отдельного прохода сварочный шов накладывается одновременно по всей окружности трубы [43, 75].
Одной из способностей сварки кольцевых швов цилиндрических оболочек является появление «проседания» шва (рис. 1.3), т.е. возникающие радиальные перемещения, приводящие к сужению диаметра трубы на участке сварного соединения [25, 75]. Вследствие этого происходит понижение ае - кольцевых остаточных напряжений, и при некотором сочетании режимов сварки, свойств металла и параметров жесткости оболочки — в шве могут быть даже близкими к нулю. А также появляются осевые напряжения (ст2), сжимающие снаружи и растягивающие изнутри.