CC BY
14
УДК 620.178.5
Гулемова Л.Р., Абдеев Э.Р., Абдеев Р.Г.
ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ КОРПУСА КАМЕРЫ АВО
Гулемова Лиана Ринатовна, студент 2 курса магистратуры факультета цифровых технологий и химического
инжиниринга;
email: lgulemova@mail.ru
Абдеев Эльдар Ринатович, студент 1 курса магистратуры факультета цифровых технологий и химического инжиниринга;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. Абдеев Ринат Газизьянович, д.т.н., профессор кафедры технологических машин и оборудования; Башкирский государственный университет, Уфа, Республика Башкортостан, Россия.
Данная статья посвящена оценке снятия остаточных сварочных напряжений корпуса камеры АВО. Проведено исследование по оценке низкочастотной виброобработки как перспективной энергоресурсосберегающей технологии.
Ключевые слова: остаточные напряжения, неразрушающий метод контроля, термическая обработка, низкочастотная виброобработка.
ENERGY AND RESOURCE-SAVING PROCESSES FOR REMOVING RESIDUAL WELDING TENSIONS OF THE AIR COOLING CAMERA SHELL
Gulemova Liana Rinatovna, Abdeev Eldar Rinatovich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
Abdeev Rinat Gazizyanovich
Bashkir State University, Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
This article is devoted to assessing the removal of residual welding stresses of the air cooling camera shell. The evaluation of low-frequency vibration processing as a promising energy-saving technology was studied.
Keywords: residual stresses, non-destructive testing method, heat treatment, low-frequency vibration processing.
Экономика Российской Федерации зависит от функционирования нефтегазовой отрасли. Одной из стратегических целей Российской Федерации в развитии нефтегазохимического комплекса (НГХК) до 2030 года является энергоресурсосберегающее производство, сокращение потерь на каждом этапе производства.
Проблема энергоресурсосбережения в НГХК является особенно актуальной для аппаратов сварного исполнения и подразумевает применение системного подхода на всех стадиях жизненного цикла функционирования аппаратуры [1].
Повышение качества и снижение издержек производства сварной аппаратуры осуществляется внедрением энергоресурсосберегающих процессов при изготовлении. Процессы сварки стыковых соединений базовых деталей аппаратуры формируют поле остаточных сварочных напряжений (ОСН), которые при определенных условиях могут существенно влиять на сопротивление усталости сварных соединений. Степень влияния ОСН на усталостную прочность сварных соединений зависит от вида соединений, асимметрии цикла, напряженного состояния и характера передачи усилий в соединении базовых деталей. В ряде случаев поле ОСН играет роль источника энергии для развития возникающей хрупкой трещины [2].
Термическая обработка как основной метод снятия ОСН в аппаратостроении является
энергоемким процессом, требует строгого соблюдения режима обработки, приводит к короблению конструкции. Поэтому работы направленные на исследования напряженно -деформированного состояния с разработкой энергоэффективных способов и методов остаются актуальными [3].
В замену традиционной термической обработке в настоящее время приходит низкочастотная виброобработка (НВО) на резонансных или близких к резонансным частотам. Среди достоинств данного метода - низкая стоимость проведения НВО, возможность обрабатывать как больших, так и малые изделия, высокая производительность [3-5].
В настоящее время для оценки ОСН широко используются физические методы наибольшее применение среди которых нашел -магнитоанизотропный, как наиболее простой и эффективный, основанный на свойстве ферромагнитных материалов изменять магнитные свойства под влиянием напряжений -магнитоупругий эффект [5].
Исследованию был подвергнут полый сварной корпус (короб) камеры аппарата воздушного охлаждения (АВО). Задачами исследования являлись сравнительная оценка ОСН заготовок и сварного короба до и после низкочастотной виброобработки (НВО).
Для проведения исследования были использованы сканер механических напряжений -магнитоанизотропный Stressvision Expert v.2/013 -ОКП 42 7678 4 и низкочастотная виброустановка Комплекс «ВТУ-01МП.2».
На рисунке 1 и таблице 1 даны характеристики образцов, схемы сканирования.
Таблица 1. Характеристика образцов
Зона 10 - 18
Зона 9-17
íohb 12 - 20
Зона 11 - 19 \
Рис.1. Схема сканирования короба, !=1300мм; al=350мм; a2=210мм
Исходное состояние Воздействие Материал 1,мм S,MM а,мм От, МПа Зоны сканирования
Короб сварен НВО 09Г2С 1300 20 210 325 9-17
30 350 305 10-18
20 210 325 11-19
30 350 305 12-20
Процесс НВО производился по методике, согласно которому время воздействия составляло 35 минут.
Полуавтоматическую сварку короба из стали 09Г2С проводили в среде (80%Аг+20%ТО2). Заготовки толщиной 20 и 30мм сваривали двусторонним угловым швом со скосом двух кромок, слева обозначены конструктивные элементы подготовленных кромок, справа шва сварного соединения (рисунок 2).
?8± 2
1± 1
Рис.2. Конструктивные элементы
Оценка состояния металла образцов проводилась на основании анализа значений разности главных механических напряжений (РГМН), концентрации механических напряжений
(КМН) и коэффициента неоднородности напряжений (КНН). ОСН оценивали по результатам послойного сканирования в интервалах 0-6мм и 0-3мм. При оценке ОСН учитывались зоны сварного шва, термического влияния и основного металла. Допускаемые значения исследуемых параметров принимались из условий нормативно-технической документации по безопасной эксплуатации АВО:
РГМН < от; КМН«1; КНН«1, где от - предел текучести материала.
На рисунке 3 представлена карта РГМН до НВО, где белыми линиями обозначены изострессы - линии с одинаковыми значениями РГМН, две красные линии снизу и сверху зоны сварного шва. В участке с 0 по 20мм отмечено сгущение изостресс и смена знака значений РГМН - минимальное значение РГМН -300МПа. Ожидаемое возникновение дефекта является опасным для эксплуатации.
Визуализация амплитудных скачков значений РГМН и их максимальных значений в коробе до НВО приведены на рисунке 4.
Рис. 3. Карта РГМН слоя металла толщиной 0-6мм до НВО
t 'i М V М. М М , : ', : i 1 J 4
г л W \ \ I!:1U i 1
н \ 11 П И i 1 i 1 и 1 п
ГЦ] .1 . И 1 i
На рисунке 5 представлена карта РГМН после НВО, где белыми линиями обозначены изострессы -линии с одинаковыми значениями РГМН, две красные линии снизу и сверху зоны сварного шва. Сравнивая карту РГМН до и после НВО, приходим к выводу, что НВО стабилизировала напряженно-деформированное состояние, сгущения изостресс изчезли.
Рис. 4. 3d карта РГМН слоя металла толщиной 0-6мм до НВО
12 3 4 5 3 7
9 10 11 12 13 14 15 16 17 13 1» » 11 72 И 2J 25 26 27 26
Рис. 5. Карта РГМН слоя металла толщиной 0-6мм после НВО
Визуализация амплитудных скачков значений РГМН и их максимальных значений в коробе после НВО приведены на рисунке 6.
Рис. 6. 3d карта РГМН слоя металла толщиной 0-6мм после НВО
Результаты проведенных исследований ОСН реальных образцов корпусов камер АВО в заводских условия, позволяют сделать вывод, что
низкочастотная виброобработка является
перспективным методом, позволяет снять максимальные ОСН и стабилизировать НДС обеспечивая допустимые показатели
работоспособности и безопасности эксплуатации камер АВО.
Список литературы
1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715-р, 144c.
2. Абдеев Р.Г., Шафиков Р.Р., Шарипов М.И., Авдеев Э.Р. Повышение энергоэффективности аппаратов воздушного охлаждения нефтегазовой отрасли совершенствованием методов проектирования и изготовления/ Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2008. № 4 (74). С. 127-132.
3. Абдеев Р.Г., Абдеев Э.Р., Мурзин Р.Р., Утепов Н.Н. Снятие остаточных напряжений коллекторов технологических трубопроводов методом вибрационной обработки/ Материалы 44-й Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов в 2-х томах. 2017. С. 94-98.
4. Абдеев Р.Г., Золотушкин И.В., Петров К.В. Целесообразность дополнительной обработки сварных швов после ремонта трубопроводов/ Современные технологии в нефтегазовом деле - 2017 сборник трудов международной научно-технической конференции в 2-х томах. 2017. С. 95-98.
5. Abdeev R.G., Gulemova L.R. Residual voltage detection// Актуальные вопросы машиностроения Материалы II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2019. С. 67-70.
