Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом

Установлено, что при использовании разработанной ранее методики расчета режимов обработки взрывом кольцевых швов труб величина снижения остаточных напряжений зависит от их исходного уровня. В частности, при обработке взрывом труб без кольцевого шва наводимые напряжения сжатия существенно меньше св...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
1. Verfasser:	Брызгалин, А.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Производственный раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103432
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом / А.Г. Брызгалин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 5 (732). — С. 51-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-103432
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1034322016-06-17T03:03:15Z Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом Брызгалин, А.Г. Производственный раздел Установлено, что при использовании разработанной ранее методики расчета режимов обработки взрывом кольцевых швов труб величина снижения остаточных напряжений зависит от их исходного уровня. В частности, при обработке взрывом труб без кольцевого шва наводимые напряжения сжатия существенно меньше сварочных, в то время как последние практически полностью снимаются при обработке швов аналогичных труб по тем же режимам. Разброс наводимых напряжений сжатия в трубах различного типоразмера не превышал ошибку измерения. Определена зависимость эффективности обработки взрывом от значения исходных сварочных напряжений, которая имеет линейный характер. Наличие такой зависимости позволяет прогнозировать результаты обработки и корректировать режимы в зависимости от предъявляемых к результатам обработки требований. Показано принципиальное отличие механизмов снижения остаточных напряжений при термообработке и обработке взрывом. 2014 Article Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом / А.Г. Брызгалин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 5 (732). — С. 51-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103432 621.791.76.01:537.63 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Брызгалин, А.Г. Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом Автоматическая сварка
description	Установлено, что при использовании разработанной ранее методики расчета режимов обработки взрывом кольцевых швов труб величина снижения остаточных напряжений зависит от их исходного уровня. В частности, при обработке взрывом труб без кольцевого шва наводимые напряжения сжатия существенно меньше сварочных, в то время как последние практически полностью снимаются при обработке швов аналогичных труб по тем же режимам. Разброс наводимых напряжений сжатия в трубах различного типоразмера не превышал ошибку измерения. Определена зависимость эффективности обработки взрывом от значения исходных сварочных напряжений, которая имеет линейный характер. Наличие такой зависимости позволяет прогнозировать результаты обработки и корректировать режимы в зависимости от предъявляемых к результатам обработки требований. Показано принципиальное отличие механизмов снижения остаточных напряжений при термообработке и обработке взрывом.
format	Article
author	Брызгалин, А.Г.
author_facet	Брызгалин, А.Г.
author_sort	Брызгалин, А.Г.
title	Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом
title_short	Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом
title_full	Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом
title_fullStr	Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом
title_full_unstemmed	Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом
title_sort	оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Производственный раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103432
citation_txt	Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом / А.Г. Брызгалин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 5 (732). — С. 51-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT bryzgalinag ocenkaéffektivnostisniženiâostatočnyhnaprâženijvkolʹcevyhsoedineniâhtrubposlesvaročnojobrabotkojvzryvom
first_indexed	2025-07-07T13:51:32Z
last_indexed	2025-07-07T13:51:32Z
_version_	1836996406997417984
fulltext	515/2014 УДК 621.791.76.01:537.63 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СНИЖЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ТРУБ ПОСЛЕСВАРОЧНОЙ ОБРАБОТКОЙ ВЗРЫВОМ А. Г. БРыЗГАЛИН ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев–150, ул. Боженко, 11. E–mail: office@paton.kiev.ua Установлено, что при использовании разработанной ранее методики расчета режимов обработки взрывом кольцевых швов труб величина снижения остаточных напряжений зависит от их исходного уровня. В частности, при обработке взрывом труб без кольцевого шва наводимые напряжения сжатия существенно меньше сварочных, в то время как по- следние практически полностью снимаются при обработке швов аналогичных труб по тем же режимам. Разброс наво- димых напряжений сжатия в трубах различного типоразмера не превышал ошибку измерения. Определена зависимость эффективности обработки взрывом от значения исходных сварочных напряжений, которая имеет линейный характер. Наличие такой зависимости позволяет прогнозировать результаты обработки и корректировать режимы в зависимости от предъявляемых к результатам обработки требований. Показано принципиальное отличие механизмов снижения остаточных напряжений при термообработке и обработке взрывом. Библиогр. 9, табл. 2, рис. 5. К л ю ч е в ы е с л о в а : эффективность, обработка взрывом, термообработка, остаточные напряжения, деформации, кольцевой шов, трубопроводы Оптимальным результатом снижения остаточных напряжений (ОН) послесварочной обработкой можно считать достижение нулевого уровня на- пряжений в сварном шве, который является, как правило, наиболее слабым местом конструкции. Как показано в работе [1], применение расчетного способа определения режимов обработки взрывом (ОВз) позволяет достаточно эффективно снижать ОН в трубах различного типоразмера. Представ- ляет интерес, насколько близки к оптимальным являются расчетные режимы и оценить возмож- ность их корректировки при решении различных практических задач. С этой целью дополнитель- ная проверка способа расчета была проведена на цельных трубах без сварных швов с такими ха- рактеристиками: 115×4 (сталь 20), 115×10 (сталь 17Г1С), 160×6 (сталь 17Г1С), 216×7 мм (сталь 20). Это позволило исключить погрешность экспери- мента, привносимую выполнением сварного шва. На образцах труб устанавливали заряды ВВ симметрично относительно некоторой диаме- тральной плоскости сечения, имитируя геометри- ческое подобие ОВз труб с готовыми кольцевы- ми швами. Расчет экспериментальных режимов проводился также, как ранее для труб со сварным швом, центр которого условно находился в ука- занной плоскости сечения. В этой же плоскости на наружной поверхности трубы измеряли коль- цевые напряжения после ОВз. Результаты измерений приведены в табл. 1. На- чальные значения ОН равны нулю: σи = 0, а конеч- ные после ОВз равны значениям σк в соответству- ющем столбце табл. 1. Эффективность ОВз Δσ = = σи – σк = –σк. Разброс величины Δσ находится на уровне по- грешности измерения ОН. В табл. 2 для сравнения приведены результаты измерения ОН в кольцевых швах труб, опубликованные в работе [1]. Эффективность ОВз кольцевых швов труб за- висит от множества факторов, наиболее суще- ственные из которых: геометрические параметры трубы (радиус R, толщина стенки h), прочность материала трубы σт, исходные ОН σи, внутреннее давление в трубе Р, температура материала трубы в момент обработки Т. Следует отметить, что результаты измерений напряжений, которые представлены в табл. 1, 2 получены при проведении ОВз на трубах без вну- треннего давления и при небольших колебаниях температуры окружающей среды 25±10 °С, сле- довательно, эти факторы не влияли на эффектив- ность ОВз. © А. Г. Брызгалин, 2014 Т а б л и ц а 1 . ОН при ОВз труб без сварного шва Типоразмер труб (2R×h), мм sт, МПа Остаточные напря- жения sк, МПа Ds, МПа 115×4 240 -50 50 115×10 350 -70 70 160×6 350 -70 70 216×7 240 -60 60 Примечание. R – радиус трубы, h – толщина стенки трубы. 52 5/2014 Из всех значимых параметров не рассмотрен- ным остался параметр σи, который не был учтен при разработке методики определения режимов. Существенно меньшая величина Δσ в трубах без сварных швов по сравнению с Δσ в трубах с кольцевыми швами свидетельствует о наличии зависимости между исходными ОН и величи- ной их снижения в случае выбора режимов ОВз в соответствии с разработанной методикой. Про- анализируем полученные экспериментальные результаты. Значение исходных ОН для разных труб (табл. 2) варьируется от 150 до 300 МПа. После ОВз значения конечных ОН оказались в диапазоне + 50 МПа, т. е. несмотря на разный уровень исход- ных ОН был достигнут достаточно стабильный результат для σк, при том, что для разных труб обеих групп (с кольцевыми швами и без них) тол- щина различалась в 4,3 раза, диаметр — в 6 раз, отношение диаметра к толщине — в 6,6 раза. Для оценки влияния исходных ОН на эффек- тивность обработки представим данные всех экс- периментов по ОВз графически в форме семей- ства точек на координатной плоскости (σи, Δσ) (рис. 1). Линейный коэффициент корреляции меж- ду значениями σи и Δσ составляет 0,97, что сви- детельствует о наличии функциональной связи между этими параметрами, близкой к линейной. Представим эту зависимость в виде прямой ли- нии, проходящей через точку (0, 63), которая соот- ветствует среднему значению изменения напряже- ний при ОВз труб без сварных швов. Выбор этой точки в качестве базовой для проведения прямой опирается на тот факт, что для труб без шва ис- ключены погрешности измерения ОН от свар- ки, что определяет ее существенную значимость. Уравнение прямой, отражающей зависимость между σи и Δσ для данной серии экспериментов, примет вид Δσ = 0,72σи + 63 [МПа]. Наличие такой зависимости дает основание для прогнозирования уровня ОН после ОВз, кор- ректировки режимов в случае необходимости и последующего уточнения метода расчета параме- тров взрывного воздействия с целью управления величиной ОН в сварных швах. В целом же мож- но считать, что ОВз является эффективным спо- собом регулирования ОН в кольцевых швах труб. Широко известны другие способы снижения сварочных напряжений [2–4]. Все они основаны на протекании пластических деформаций, ком- пенсирующих усадочные сварочные. ОН создают в сварном соединении запас внутренней упругой энергии, благодаря чему такое соединение нахо- дится в состоянии неустойчивого энергетическо- го равновесия. Для реализации процесса перехода упругих деформаций в пластические необходим энергетический «толчок» от внешнего источни- ка. Таким источником может быть нагрев (термо- обработка), взрыв (ОВз), вибрационная, электро- импульсная обработки и пр. Однако для снятия ОН в кольцевых швах труб применяют местную термическую обработку как наиболее эффектив- ную из перечисленных. Температуру отпуска для углеродистых и низколегированных сталей обыч- но назначают 680…720 °С с временем выдержки 60…120 мин в зависимости от толщины стенки трубы. Этот режим применяется как в отечествен- ной промышленности [5], так и за рубежом (бри- танский стандарт В 3351–1961, стандарт США USA I B 37.1.0). Однако термообработка сопряжена с высокими трудовыми и энергетическими затратами. Извест- но, что длительность термообработки кольцевых швов труб в полевых условиях в 3…4 раза пре- вышает время сварки [6]. Кроме того, эффектив- ность термообработки существенно снижается с увеличением толщины стенок труб, так как при Т а б л и ц а 2 . Кольцевые ОН в сварных швах труб, МПа Типоразмеры труб (2R×h), мм sи, МПа sк, МПа Ds, МПа 115×4 150 -30 180 160×5 200 -50 250 115×8 200 -20 220 150×8 250 0 250 530×7 300 50 250 530×9 300 50 250 168×14 250 0 250 Примечание. Все приведенные значения напряжений отно- сятся к наружной поверхности труб. Рис. 1. Зависимость величины снижения ОН от их исходного значения 535/2014 этом возрастает градиент температуры по тол- щине стенки. И, наконец, в связи с применением труб из сталей повышенной прочности (например, контролируемой прокатки) повышается опасность их разупрочнения в результате перегрева. Известно, что ОВз по эффективности не усту- пает термообработке [7]. В то же время очевидно, что эти два способа имеют совершенно разные механизмы воздействия на сварное соединение, принципы которых (без учета разнообразных фак- торов, влияющих на эффективность, но не меняю- щих сути процессов) представляется целесообраз- ным рассмотреть. Термообработка. При равномерном нагреве термические деформации однородны по всему объему металла и сами по себе не могут привести к снижению ОН. Эффект термообработки дости- гается от использования свойства стали менять с изменением температуры предел текучести и мо- дуль упругости. На рис. 2, а приведены зависимо- сти модуля упругости, а на рис. 2, б — предела текучести углеродистой стали от температуры [8]. При нагреве сварного соединения от темпера- туры Т0 до температуры Т1 (рис. 3) модуль упруго- сти и предел текучести уменьшатся. Упругие де- формации ε1, соответствующие пределу текучести стали при температуре Т1, отражены на рис. 3 от- резком ОВ. Остальная деформация, которая была упругой при температуре Т0, перейдет в пластиче- скую (отрезок ВА). После остывания сварного соединения до тем- пературы Т0 модуль упругости увеличится до пер- воначального значения, а упругие деформации останутся такими же, как при температуре Т1. Тог- да напряжения после термообработки будут равны σ1 = ε1Е0. Как видим, после общей термообработки ОН не зависят от величины их исходного значения. Надо заметить, что в процессе выдержки при тем- пературе термообработки происходит дополни- тельное снижение ОН за счет их релаксации по Рис. 2. Зависимость модуля упругости (а) и предела текуче- сти (б) углеродистой стали от температуры Рис. 3. Идеальная упругопластическая σ–ε диаграмма стали при разной температуре Рис. 4. Схема процесса ОВз: а — размещение заряда; б — приложение нагрузки; в — деформации стенки трубы после ОВз 54 5/2014 диффузионному механизму. При местной термо- обработке принцип снижения ОН будет таким же, однако будут образовываться дополнительные не- значительные по величине ОН в результате нерав- номерного термодеформационного цикла. Обработка взрывом. В результате сложно- го термодеформационного процесса при сварке кольцевой шов и некоторая зона прилегающего к нему основного металла имеют меньший радиус, чем остальное тело трубы [9]. Механизм сниже- ния ОН при ОВз кольцевых швов труб наружны- ми зарядами заключается в создании пластиче- ских деформаций, уменьшающих радиус трубы на участке, непосредственно прилегающем к зоне пластических деформаций укорочения от сварки. В этом случае ОН перераспределяются по более широкому участку трубы, что приводит к суще- ственному снижению или полному снятию пико- вых растягивающих напряжений в шве (рис. 4). При достаточно интенсивном взрывном нагру- жении можно создать такие деформации стенки трубы, что ее радиус под зарядом будет меньше радиуса кольцевого шва. В этом случае в шве об- разуются ОН сжатия. В отличие от термообработ- ки проведение ОВз не влияет на структуру метал- ла шва (ни в положительную, ни в отрицательную сторону). Многочисленные исследования и опыт применения ОВз показывают, что создаваемые динамические нагрузки не приводят к развитию имеющихся в сварном соединении и основном ме- талле дефектов в виде непроваров, пор, подрезов, инородных включений и т. п. Проведенный анализ показывает, что расши- рение технологических возможностей ОВз может быть осуществлено путем прогнозирования и ре- гулирования ее результатов. 1. Брызгалин А. Г. Расчет параметров обработки взрывом для снижения остаточных напряжений в кольцевых швах тру- бопроводов // Автомат. сварка. – 2013. – № 8. – С . 32–37. 2. Исследование влияния деформационной обработки на остаточные напряжения в кольцевых сварных швах / А. С. Зубченко, М. М. Колосков, А. В. Амельянчик и др. // Там же. – 2003. – № 1. – С. 3 – 10. 3. Касаткин Б. С., Прохоренко В. М., Чертов И. М. Напря- жения и деформации при сварке. – Киев: Вища шк., 1987. – 246 с. 4. Лобанов Л. М., Павловский В. И., Лысак В. В. Примене- ние предварительного упругого деформирования для ре- гулирования напряженно-деформированного состояния при сварке тонколистовых конструкций из алюминиевых сплавов // Сварка цветных металлов. – Киев: Наук. дум- ка, 1989. – С. 52–56. 5. СНиП III-42–80. Правила производства и приемки работ. Магистральные газопроводы. – М.: Стройиздат, 1981. -–62 с. 6. Перунов Б. В., Кушнаренко В. М. Профилактика коррозии – гарантия эффективности. – Челябинск: Южно-Ураль- ское книж. изд-во, 1983. – 63 с. 7. Добрушин Л. Д., Эффендиев Э. Э., Брызгалин А. Г. Ис- следование сравнительной эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых швах труб из стали контролируемой прокатки обработкой взрывом // Приме- нение энергии взрыва в сварочной технике. – Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1985. – С. 90–94. 8. Работнов Ю. Н. Сопротивление материалов. – М.: Физ- матгиз, 1963. – 456 с. 9. Махненко В. И. Напряженное состояние в районах коль- цевых стыков труб при обработке взрывом // Расчетные методы исследования кинетики сварочных напряжений и деформаций. – Киев: Наук. думка, 1976. – С. 291–296. Поступила в редакцию 27.01.2014 ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «ПАТОН» www.patonpublishinghouse.com ДЕТЕРМИНИРОВАННыЙ ХАОС В НЕЛИНЕЙНыХ ЦЕПЯХ С ЭЛЕКТРИчЕСКОЙ ДУГОЙ. В Н. Сидорец, И. В. Пентегов. — Киев: Международная ассоциация «Сварка», 2013. — 272 с. Твердый переплет, 165х235 мм. Монография посвящена изложению результатов исследования фундаментальных свойств электрической дуги как нелинейного элемента электрических цепей. Описаны выявленные закономерности и механизмы возникновения детерминированного хаоса в этих цепях и сценарии его развития. Особое внимание уделено оригинальным математическим методам исследования нелинейных динамических систем. Все полученные результаты проиллюстрированны. Монография рассчитана на широкий круг специалистов в областях те- оретической электротехники и нелинейных динамических систем. Она может быть полезна ученым, аспирантам и студентам.

Оценка эффективности снижения остаточных напряжений в кольцевых соединениях труб послесварочной обработкой взрывом

Institution

Ähnliche Einträge