Научная статья на тему 'Испытания на малоцикловую усталость сварных соединений теплоустойчивой стали в лабораторных условиях'

Испытания на малоцикловую усталость сварных соединений теплоустойчивой стали в лабораторных условиях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
233
68
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАЛОЦИКЛОВАЯ УСТАЛОСТЬ / АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ / СТЕПЕНЬ ОПАСНОСТИ ДЕФЕКТА / СВАРНОЙ ШОВ / УСИЛЕНИЕ ШВА / LOW-CYCLE FATIGUE / ACOUSTIC EMISSION / THE SEVERITY OF THE DEFECT / WELDED SEAM / THE SEAM REINFORCEMENT

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Петров Валерий Иванович, Зыков Петр Анатольевич, Петрова Валентина Александровна, Климашин Сергей Иванович, Патанин Андрей Владимирович

Приведены результаты лабораторных испытаний сварных соединений теплоустойчивых сталей с задаваемыми в процессе сварки дефектами. С целью определения их степени опасности эксперимент проводился с регистрацией сигналов акустической эмиссии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Петров Валерий Иванович, Зыков Петр Анатольевич, Петрова Валентина Александровна, Климашин Сергей Иванович, Патанин Андрей Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Tests on low-cycle fatigue of welded joints of heat-resistant steel in laboratory conditions

The results of laboratory testing of welded joints of heat-resistant steel with asked in the process of welding defects. To determine their degree of hazard the experiment was conducted with the registration of acoustic emission signals.

Текст научной работы на тему «Испытания на малоцикловую усталость сварных соединений теплоустойчивой стали в лабораторных условиях»

Tests on low-cycle fatigue of welded joints of heat-resistant steel in laboratory conditions

Petrov Valery Ivanovich, Novokuznetsk branch Kuzbass state technical University, candidate of technical Sciences, associate Professor, Department of vehicles and road transport

E-mail: valerij.petroff@yandex.ru Zykov Peter Anatolievich, Novokuznetsk branch Kuzbass state technical University, candidate of technical Sciences, associate Professor, head of Department vehicles and road transport

E-mail: ZykovPetr@yandex.ru Petrova Valentina Aleksandrovna, Siberian state industrial University, candidate of technical Sciences, associate Professor, Department of technical mechanics and graphics E-mail: valyaa.Petrova@mail.ru Klimashin Sergei Ivanovich, Novokuznetsk branch Kuzbass state technical University, candidate of technical Sciences, associate Professor, Director of the branch E-mail: director@kuzstu-nf.ru Patanin Andrey Vladimirovich, Technical management of JSC "EVRAZ ZSMK”, chief specialist for development of rolling manufacture E-mail: patanin.andrey@yandex.ru

Tests on low-cycle fatigue of welded joints of heat-resistant steel in laboratory conditions

Abstract: the results of laboratory testing of welded joints of heat-resistant steel with asked in the process of welding defects. To determine their degree of hazard the experiment was conducted with the registration of acoustic emission signals.

Keywords: low-cycle fatigue, acoustic emission, the severity of the defect, the welded seam, the seam reinforcement.

Петров Валерий Иванович, к. т.н., доцент, Новокузнецкий филиал Кузбасского государственного

технического университета, кафедра автомобили и автомобильные перевозки E-mail: valerij.petroff@yandex.ru Зыков Петр Анатольевич, доцент, к. т.н., Новокузнецкий филиал Кузбасского государственного технического университета, заведующий кафедрой автомобили и автомобильные перевозки E-mail: ZykovPetr@yandex.ru Петрова Валентина Александровна, к. т.н., доцент, Сибирский государственный индустриальный университет, кафедра технической механики и графики E-mail: valyaa.Petrova@mail.ru Климашин Сергей Иванович, к. т.н., доцент, Новокузнецкий филиал Кузбасского государственного технического университета, директор филиала E-mail: director@kuzstu-nf.ru

119

Section 11. Technical sciences

Патанин Андрей Владимирович, Техническое управление ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК”, главный специалист по развитию прокатного производства

E-mail: patanin.andrey@yandex.ru

Испытания на малоцикловую усталость сварных соединений теплоустойчивой стали в лабораторных условиях

Аннотация: приведены результаты лабораторных испытаний сварных соединений теплоустойчивых сталей с задаваемыми в процессе сварки дефектами. С целью определения их степени опасности эксперимент проводился с регистрацией сигналов акустической эмиссии.

Ключевые слова: малоцикловая усталость, акустическая эмиссия, степень опасности дефекта, сварной шов, усиление шва.

При эксплуатации теплоэнергетического оборудования, работающего в тяжелонагруженных условиях, одним из основных элементов конструкций, которым уделяется повышенное внимание, является сварное соединение. В работах [1-3] описаны наиболее часто встречающиеся дефекты и причины их образования. Необходимо отметить, что большинство возникающих дефектов значительно влияют на работоспособность сварных соединений, в ряде случаев приводя к разрушению конструкции или изделия.

При проведении технической диагностики паропроводов из углеродистых сталей (сталь 42.11 и сталь 20) в большинстве сварных соединений был обнаружен ряд дефектов, являющихся следствием изготовления и монтажа паропроводов. Отсутствие входного неразрушающего контроля качества этих сварных соединений обусловлено отсутствием требований научно-технической документации (НТД) на момент проведения работ, что привело к эксплуатации

паропроводов с заведомо заложенными дефектами. Поэтому актуальным является определение уровня напряжений разрушения сварных соединений и факторов, влияющих на данный параметр.

Вырезались образцы сварных соединений трубопроводов как с дефектами, так и без дефектов после различных сроков эксплуатации, при этом распределение дефектов имело стохастический характер, что связано, в первую очередь, с условиями выполнения сварочных работ.

Нагружение растяжением проводили на универсальной испытательной машине с максимальной нагрузкой 500 кН (ГМС-50). Образцы были изготовлены с учетом установки на них датчиков ПАЭ (преобразователь акустической эмиссии) системы контроля методом акустической эмиссии (АЭ) — «Digital Spartan» — DiSP-16 (изготовитель — фирма PAC — Physical Acoustics Corporation). Общий вид образца и его размеры приведен на рисунке 1.

Рис. 1. Образец для испытаний и расположение пьезопреобразователей (1,2)

Проводили испытания образцов трех серий: в первой серии использовались образцы без дефектов в сварных соединениях; во второй — образцы с дефектами в виде непроваров в корне шва и пор и без удаления усиления шва. В третьей серии образцы

также имели дефекты в корне шва, но при этом было снято усиление шва.

При испытании первых двух серий образцов характерным являлось то, что разрыв происходил по основному металлу. При этом с помощью системы

120

Tests on low-cycle fatigue of welded joints of heat-resistant steel in laboratory conditions

неразрушающего контроля установлено, что в начале процесса деформации сигналы АЭ регистрировались как от перехода усиление шва — основной металл (для первой группы образцов), так и от дефектов сварки (для второй группы образцов).

При испытании третьей серии образцов решались следующие задачи: зарождение трещины в металле шва; изучение развития трещины методом регистрации сигналов АЭ; определение уровня напряжений, необходимых для зарождения трещины и ее роста.

С этой целью на исследуемых образцах снималось усиление шва. Испытания проводились с малой цикличностью и поэтапным увеличением нагрузки для определения методом АЭ временного начала зарождения трещины и ее месторасположения.

На рисунке 2 представлена схема нагружения образцов и типичная зависимость суммарного счета XN сигналов АЭ при испытании образцов с дефектами в процессе деформации и разрушения. Время нагружения составляло 1200 с.

Рис. 2. Схема нагружения образца и суммарная акустическая эмиссия при малоцикловых испытаниях

На участке 0 А приводили циклическую нагрузку образца от 0 до 153 МПа, при этом основным источником сигналов АЭ являлись зажимы разрывной машины. Таким способом нагружали образец до тех пор, пока сигналы от зажимов не снизились и не были доминирующими.

На участке АБ проводили циклическую нагрузку образца от 153 МПа до 306 МПа (что на ~30% меньше нижней границы предела прочности стали 20). В результате чего, на образце в сварном соединении в местах концентраторов напряжений происходило накопление пластической деформации металла.

На участке БГ увеличили верхний предел циклической нагрузки до 380 МПа (что на ~8% меньше нижней границы предела прочности стали 20). Та-

кой шаг привел к ускоренному накоплению пластической деформации вплоть до разрушения образца, которое произошло в два этапа (участок ВГ на рисунке 2).

В результате испытания образцов были выявлены несколько основных активных источников сигналов АЭ, расположенных в сварном соединении, что зафиксировано на рисунках 3, 4.

Таким образом, 1) предлагаемая методика малоцикловых испытаний растяжением образцов с дефектами показала эффективность применения метода неразрушающего контроля; 2) регистрация сигналов акустической эмиссии при данных испытаниях позволила достаточно точно определять местоположение развивающихся дефектов.

121

Section 11. Technical sciences

Рис. 3. Локализация импульсов АЭ по длине рабочей части дефектного образца с усилением шва между преобразователями

Рис. 4. Локализация импульсов АЭ по длине рабочей части дефектного образца без усиления шва между преобразователями

Список литературы:

1. Хромченко Ф. А. Типичные повреждения и ремонт сварных соединений паропроводов из хромомолибденованадиевых сталей/Ф. А. Хромченко, В. А. Лапа, В. Г. Гриненко//Теплоэнергетика. - 1993. - № 11. -С. 18-21.

2. Хромченко Ф. А. Ресурс сварных соединений паропроводов/Ф. А. Хромченко. - М.: Машиностроение, 2002. - 352 с.

3. Гофман Ю. М. Оценка работоспособности металла энергооборудования ТЭС/Ю. М. Гофман. - М.: Энер-гоатомиздат. - 1990. -245 с.

Chaban Inna Victorivna Kyiv National University of Construction and Architecture postgraduate student Department of engineering systems and ecology

E-mail: shadyra.inna@gmail.com

Numerical simulation of processes in combined shock-foam-type air-handling unit with a block of thermoelectric modules

Abstract: Article present an analysis performed with the FLUENT code, aimed at improving the understanding of hydrodynamics, heat and mass transfer mechanisms that occur in shock-foam-type air-handling unit.

Keywords: numerical simulation, combined shock-foam-type air-handling unit, mass transfer, heat transfer, Euler-Euler model.

122

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.