CC BY
51
Подольский В.Е., Тентлер А.В., Бондаренко И.В.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОГО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ,
И СПОСОБЫ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
Более столетия применяется сварка металла и с этих же пор возникли проблемы распределения остаточных сварочных напряжений, которые до сих пор в практическом плане не контролируются. На международном семинаре «Контроль напряженного-деформированного состояния промышленного оборудования и металлоконструкций при определении остаточного ресурса», прошедшем 1-2 декабря 2005 г. в г. Москва, было подчеркнуто, что в настоящее время все ведущие диагностические центры мира занимаются проблемами измерений напряжений и деформацией металлических конструкций, при этом
особое значение приобретает эффективность контроля напряженно-деформированного состояния
металлических конструкций при оценке их ресурса, т.к. старение оборудования значительно опережает темпы технического перевооружения.
Аварии и катастрофы можно предотвратить, если искать не только дефекты, но и опасные
напряженные места в конструкциях. Карты концентраторов напряжений достаточно информативны, что позволяет проводить оперативную диагностику. Для наглядности данного утверждения рассмотрим
пример. Крановщик плавучего завода во время подъема груза заметил, что с грузовой стрелы в районе сварного шва отскочил кусочек краски; об этом он доложил вахтенному начальнику. Командир завода дал заявку на проведение УЗК и ГЖК. Участок стрелы был тщательно обследован дефектоскопистами. Ультразвуком был обнаружен небольшой, незначительный дефект в виде поры на сварном шве. Других дефектов не обнаружено. В виду того, что через неделю должна была быть осуществлена перегрузка особо - опасного груза, стрелу дополнительно обследовали прибором «Комплекс 2-05». В результате контроля получены карты, по которым можно было с уверенностью сказать, что в районе сварного шва
начался процесс разрушения стрелы. В районе шва появилась Vобразная зона (неравномерная нагрузка) с повышенными концентраторами, которые составили величины до 4,36 условных единиц, и зоны с ослабленными концентраторами напряжения, в сравнении с общим фоном конструкции, которые составили 1,33 единицы. Было принято решение о контроле данного участка в течение недели прибором «Комплекс 2-05». И уже через 5 дней после первой проверки концентратор увеличился до 6,57 ед. (
из проведенных ранее опытных работ мы для себя установили опасную величину в 5 единиц), и самое
главное увеличился градиент, т.е. переход от минимума к максиму. Результаты замеров легли в
основу рекомендацией о прекращении работы крана и замене стрелы левого борта на стелу правого. Перемещение стрелы правого борта проводилось стрелой с выявленными дефектными участками. В
результате перемещения груза стрела деформировалась именно там, где и было указано в заключении.
Данный пример наглядно показывает, что применение прибора «Комплекс 2-05» позволяет проводить оценку остаточного ресурса, находящихся в эксплуатации оборудования и конструкций.
В 2005 году нами были проведены сравнительные испытания приборов «ИКНМ - 2ФП» (метод магнитной памяти), «Комплекс 2-05» (метод магнитной анизотропии), «Ситон» (Метод АФХЧ тестирования) и PSF-2M- рентгеновский анализатор. В результате проведенной работы был сделан вывод о том, что для определения оценки остаточного ресурса сварных конструкций и изделий необходимо применение комплекса приборов, т.к. изначально необходимо определять наличие потенциально - опасных зон и лишь после этого - проводить количественные измерения.
Вопросы по определению и релаксации зон концентрации напряжений (ЗКН) возникают практически на всех предприятиях, выполняющих работы на сварных конструкциях.
Для решения вопроса по снятию напряжений наши специалисты были приглашены в г. Череповец на предприятие «Тяжмаш». При изготовлении металлургического гака длиной 5000 мм, массой 11 тонн, толщиной 250 мм, изготовленного из 10 листов металла, проклепаных нагорячую в единую конструкцию, возникла проблема состоящая в том, что прогиб гака на длине в 5 метров составил 13 мм, что не допустимо. Применение различных методов исправления дефекта не привело к желаемому результату. Для снятия напряжений, возникших при изготовлении конструкции, была применена низкочастотная виброобработка (НВО). После 10 минут работы виброустановки были проведены измерения, прогиб гака был устранен.
Ярким примером комплексного подхода к релаксации ЗКН явилась работа по изготовлению пускового стола для ракеты нового поколения «АНГАРА». Изготовление данной конструкции предусматривало снятие остаточных сварочных напряжений. Ввиду того, что из-за габаритов конструкции ее термообработку провести не представлялось возможным и в целях удешевления стоимости работ, после согласования с заказчиком было принято решение о проведении НВО с контролем сварных швов на наличие опасных ЗКН прибором «Комплекс 2 -05» до виброобработки и после ее. При обнаружении
недопустимых ЗКН, выявленный участок сварного шва с повышенным КМН подвергался УЗО, а после этого вновь контролировался. Следует отметить, что вес отдельных блоков превышал 50 тонн, а общий вес конструкции 1000 тонн. При проведении этих работ также был задействован тахеометр ТС-1800 фирмы «Leica» для проверки геометрических параметров сварной конструкции. В результате комплексного подхода к контролю пускового стола работы по изготовлению проведены в кратчайшие сроки и с высоким качеством, а за счет замены термообработки на НВО получена и солидная экономия.
Очевидно, что при оценке остаточного ресурса должны быть, не только обнаружены дефекты классическими неразрушающими методами, но и определены опасные ЗКН. При оценке напряженно-деформированного состояния (НДС) следует учитывать тот факт, что все неразрушающие методы контроля являются косвенными, а прямыми являются только механические испытания. Косвенные методы диагностики разделяется на электрические, магнитные, электромагнитные, тепловые. При этом такие известные способы как: тензометрические, рентгеновские, оптические, радиоволновые и другие просто являются разновидностью перечисленных выше методов. Отдавая предпочтение неразрушающим методам определения НДС, как более оперативным, мы в последнее время направили усилия на получения данных по соотношению относительных и классических единиц, определяемых во время разрушающих механических испытаний при статическом растяжении образцов. Эта работа достаточно трудоемка и требует особого внимания и тщательности при изготовлении образцов. Неправильно подобранные режимы обработки могут привести к серьезным ошибкам, связанным с изменением НДС образца по сравнению с НДС исходной конструкции.
Подводя итог вышесказанному, отметим, что возникающие вопросы по определению и оценке остаточного ресурса конструкций с целью продления срока их безопасной эксплуатации можно решать только с применением комплекса приборов и оборудования.
