Долговечность разнородных сварных соединений трубопроводных систем

• Автор: Пояркова, Екатерина Васильевна
• Шифр специальности: 05.02.01, 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 172 с. : ил.

1 Аналитический обзор. Влияние распределения структурных изменений и ме ханических свойств в сварных соединениях из разнородных сталей на долговечность трубопроводных систем

1Л Анализ сталей, предназначенных для изготовления трубопроводных систем

1.1.1 Выбор магериала для сварных трубо роводов

1.1.2 Эволюция методов упрочнения и составов трубных сталей

1.1.3 Особенности применения низколегированных сталей

1.2 Выбор состава стали повышенной прочности

1.3 Особенности формирования разнородных сварных соединений

1.4 Граница контакта и типы связей между разнородными металлами

1.5 Методы определения механических свойств разнородных сварных соединений и склонности их к хрупкому разрушению
1.6 Влияние неоднородностей сварных соединений на их долговечность и эксплуатационную надежность

2 Материалы и методики исследования

2.1 Исследуемые материалы
2.2 Изготовление образцов
2.2.1 Сварочные материалы
2.2.2 Получение сварных соединений из сталей марок Ст. 3 и стали
2.2.3 Получение сварных соединений из сталей марок Г2ФБ и Г1СУ
2.3 Методы исследований
2.3.1 Методика металлографического анализа
2.3.2 Количественный фазовый анализ сварных соединений
2.3.3 Методика мультифрактальной параметризации структур
2.3.4 Методика фрактографического анализа
2.3.5 Измерение твердости металла различных участков сварного со единения и наплавленного металла
2.3.6 Методика определения микротврдости
2.3.7 Методика определения обобщенных магнитных свойств
2.3.8 Методика определения напряженности магнитного поля и его со ставляющих
2.3.9 Методика испытания образцов на электрохимическую коррозию
2.3. Ударные испытания образцов на изгиб
2.3. Методика испытаний сварных соединений на усталость
2.4 Статистическая обработка результатов механических и
циклических испытаний
3 Анализ образования структурных неоднородностей сварных соеди нений на основании исследования их структурнофазового состава
3.1 Результаты изучения структуры сварных образцов с помощью электронной микроскопии
3.1.1 Изучение микроструктуры однородных сварных соединений
3.1.2 Изучение микроструктуры разнородных сварных соединений
3.2 Количественный фазовый анализ сталей в различных зонах сварных соединений
3.3 Изучение микротвердости структурнофазовых составов различных участков сварных соединений и наплавленного металла
3.4 Анализ неметаллических включений в сварных соединениях
4 Анализ напряженнодеформированного состояния сварных соединс
ний трубопроводов нефтяной и газовой промышленности
4.1 Определение механических характеристик по сечениям шва в од нородных и разнородных сварных соединениях, как функций пластической твердости
4.1.1 Исследование изменений твердости по сечениям сварного шва в однородных и гетерогенных соединениях из сталей
4.1.2 Диагностическое исследование напряженнодеформироваппого состояния сварных соединений нефтегазового оборудования
4.2 Контроль напряженнодеформированного состояния сварных соеди нений с помощью электромагнитных приборов неразрушающего контроля
4.2.1 Изменение обобщенных магнитных свойств по участкам сварных соединений
4.3 Изучение коррозионного поведения в различных зонах сварных со единений в условиях агрессивной среды
4.3.1 Определение коррозионной стойкости сварных соединений
4.3.2 Определение глубины проникновения коррозионного разрушения в различные зоны сварных соединений
4.4 Влияние коррозионной среды на изменения ударной вязкости свар
ных соединений, выполненных из сталей повышенной прочности
4.4.1 Изучение влияния агрессивной среды на микроструктурные изме нения и глубину проникновения коррозионного разрушения в металл сварных соединений
4.4.2 Влияние продолжительности коррозии на изменение механиче ских свойств сварных соединений
4.4.3 Макрофрактографический анализ изломов ударных образцов по еле воздействия на них коррозионной среды
5 Особенности определения долговечности разнородных сварных со 1 единений неф тегазового оборудования и трубопроводных систем
5.1 Влияние уровня накопления усталостных повреждений на механи 1 ческое поведение разнородных конструктивных элементов
5.2 Изменение ударной вязкости разнородных сварных соединений при 7 малоцикловом нагружении
5.3 Определение предела выносливости разнородных конструктивных 9 элементов
5.4 Влияние уровня накопленных повреждений на магнитные характе 1 ристики разнородного сварного соединения
5.5 Влияние уровня накопленных повреждений на твердость металла 4 сварных соединений
5.5.1 Связь твердости и внутренней накопленной энергии с усталостной 4 повреждаемостью металлов
5.5.2 Изменения твердости разнородных конструктивных элементов при 1 малоцикловом нагружении
5.6 Мультифрактальный анализ поверхностей разрушения в различных 2 зонах разнородного сварного соединения из сталей марок Г1СУ и Г2ФБ с учетом уровня накопленных повреждений
5.7 Расчетное определение долговечности конструктивных элементов 2 трубопроводных систем нефтегазовой отрасли с мягкими прослойками
Заключение
Список использованной литературы


Высокая или повышенная прочность любой легированной стали в образцах еще не гарантирует соответственного повышения прочности изготовлсшплх из нее конструкций поскольку их работоспособность иногда определяется не статической прочностью и даже не хладнопрочностыо, а вибрационной прочностью, масштабным фактором, величиной внутренних напряжений, возникающих при сварке, наличием и характером концентраторов напряжений. При изучении вибрационной прочности было выявлено, что общим недостатком низколегированных сталей является повышенная их чувствительность к концентрации напряжений. Это сближает значения реальной выносливости этих сталей с простой углеродистой. Особенно отчетливо это наблюдается в сварных конструкциях. Для изыскания мер повышения вибрационной прочности низколегированных статей было проведено много исследований, в результате которых разработаны некоторые рекомендации и мероприятия. Эти мероприятия сводятся к обеспечению плавного перехода шва к основному металлу в процессе сварки, к механической обработке швов после сварки и к устранению растягивающих напряжений, возникающих в шве или околошовной зоне путем применения поверхностных методов упрочнения дробеструйного наклепа, чеканки и пр. В литературе отмечается, что созданием плавного очертания шва в процессе сварки или механической обработки после сварки можно повысить вибрационную прочность сварного соединения до уровня основного металла Однако и в этом случае отношение вибрационной прочности низколегированной стали к простой углеродистой остается ниже отношения их пределов текучести. Таким образом, применение низколегированных сталей является оправданным прежде всего для конструкций или отдельных ее элементов, подвергаемых в условиях эксплуатации малоцикловому нагружению. Останавливаясь на этом вопросе, следует отдельно рассмотреть соображения об определении оптимального содержания углерода и о выборе основных легирующих элементов, связывая оба эти вопроса с требованиями предъявляемыми условиями эксплуатации к низколегированным сталям. Существует два направления в вопросе о выборе оптимального содержашя углерода в стали потребители низколегированной стати, как правило, настаивают на максимально возможном снижении содержания углерода, металлурги поставщики стали придерживаются противоположных взглядов. Причина этих расхождений состоит в том, что потребитель такого рода стали прежде всего заботится о хорошей, если не сказать отличной, свариваемости стали, возрастающей со снижением содержания углерода, о ее технологичности штампуемости, легкое раскроя на ножницах и хладнопрочиости. Металлурги же, учитывая все эти требования, не могут отрешиться еще и от забот об экономичное стали, о необходимости применения для низкоуглеродистых марок стали, при содержании марганца свыше 1,0, электропечного дефицитного силикомарганца или металлического марганца. Каждая из этих точек зрения обычно хорошо и убедительно обосновывается заинтересованными сторонами, но правильное решение следует искать не в их столкновении, а в трезвом учеге конкретных условий назначения стали. Там, где вопросы свариваемости и старения определяют безопасность, прочность и долговечность работы конструкции следует идта по пути применения низколегированной стали с пониженным содержанием углерода. И наоборот, там, где несколько более высокое содержание углерода можег вызвшъ только небольшие технологические осложнения, необходимо идти по пути повышения содержания углерода, при одновременном снижении содержания легирующих элементов и, прежде всего, марганца. Взаимосвязанность содержания углерода и легирующих элементов в низколегированных шалях определяется их совместным влиянием на порог хладноломкое и требованием получения хорошей свариваемое шали в зоне сварного шва. Трещины в зоне сварного шва чаще всего возникают изза образования здесь участков маргенсита или других метастабильных структур. Чем больше будет содержание углерода и легирующих элементов в стали, тем скорее быстрое охлаждение металла от температуры расплава формируемого шва до температуры основной массы металла будет приводить к местной закалке или подкалке материала, с развитием здесь высоких напряжений и трещин.