ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Одной из задач, требующих обязательного решения на стадии изготовления штампосварных отводов, является обеспечение в конструкциях после процесса сварки минимального уровня остаточных сварочных напряжений. Последнее реализуют в процессе термической обработки или опрессовки оболочек внутренним давлением. Использование термической обработки для отводов большого диаметра сопряжено с большими энергетическими затратами. Наиболее эффективным и менее дорогим способом снижения остаточных напряжений является опрессовка, обеспечивающая релаксацию напряжений за счет пластических деформаций, протекающих в зоне сварных соединений при упругой работе основного металла конструкций. Последнее возможно лишь при наличии в зоне сварных стыков участков с пониженными механическими свойствами, в качестве которых могут выступать сварные швы, если при их изготовлении использованы менее прочные, но более пластичные присадочные материалы, либо зоны разупрочнения. Такие участки являются слабым звеном и требуют упрочнения, что может быть обеспечено в процессе опрессовки оболочковых конструкций.

Существующие методики по определению диапазона допустимых давлений опрессовки разработаны для цилиндрических конструкций, что значительно затрудняет их использование для оболочковых конструкций других геометрических форм и не гарантирует достоверность выбора оптимальных давлений опрессовки.

Из анализа напряженно-деформированного состояния сварных тороидальных оболочек, нагруженных внутренним, избыточным давлением, предложена методика определения диапазона допустимых значений давления опрессовки, обеспечивающих снятие сварочных остаточных напряжений. Методика разработана применительно к реальной технологии сварки штампосварных отводов, используемой на предприятиях, занимающихся изготовлением данного вида продукции. К особенностям сварки рассматриваемых конструкций из различных сталей следует отнести появление механической неоднородности в области сварных стыков, выполняемых вv-образную разделку кромок.

Менее прочныйv-образный сварной шов (рис. 1), выступающий в данном случае в качестве мягкой прослойки, является наиболее слабым звеном оболочковой конструкции и лимитирует ее несущую способность в целом.

Рис.1. Общий вид стыкового соединения сv-образным мягким швом

В процессе теоретического анализа был рассмотрен наиболее характерный случай расположения сварных соединений по срединной плоскости тороидальной оболочки соответственно по внешнему и внутреннему радиусу тора (швы 1 и 2, рис. 2).

Рис. 2. Общий вид штампосварного отвода

Для рассматриваемых отводов диапазон допустимых давлений опрессовки можно представить в следующем виде:

, (1)

где - значение давления опрессовки, при котором сварные соединения переходят в состояние пластического деформирования;

- величина давления опрессовки, определяющая область упругой работы основного металла тороидальной оболочки.

Верхняя граница данного диапазона не зависит от расположения сварного соединения, ослабленного мягкой прослойкой, и может быть определена из допущения реализации упругого деформирования основного металла оболочковой конструкции ( , где - деформация, соответствующая пределу текучести основного металла ) на основе взаимосвязи напряжений и деформаций в условиях двухосного нагружения стенки оболочки.

, (2)

гдеm- коэффициент поперечной деформации;

n=s₂/s₁- параметр двухосности нагружения стенки оболочковой конструкции;

s₂,s₁- главные напряжения в стенке оболочки;

r₁,r₂- минимальный и максимальный радиус в рассматриваемой точке тороидальной оболочки.

Для отводов, относящихся к классу тороидальных оболочек (рис. 2), значение параметра двухосности нагружения стенки конструкцииnможет быть определено по следующей зависимости:

, (3)

где , и - геометрические параметры, показанные на рис. 2.

Из (3) следует, что для данных типов оболочковых конструкций характерна неоднородность значений параметраnпо объему оболочки, вследствие чего месторасположение сварных соединений предопределяет условия их нагруженности при эксплуатации конструкций.

Нижнюю границу диапазона допустимых давлений опрессовки можно определить исходя из обобщения теоретического решения о напряженном состоянии тороидальных оболочек, ослабленных мягкими прослойками:

, при , (4)

при ,

где - степень механической неоднородности сварного соединения;

- коэффициент, определяющийся месторасположением сварных соединений, ослабленных мягкой прослойкой.

Для продольных швов (перпендикулярныеs₁) находится по формуле:

. (5)

Дляv-образных прослоек - коэффициент контактного упрочнения мягкой прослойки, определяющийся ее конструктивно-геометрическими параметрами и месторасположением прослоек:

, (6)

гдеj- угол наклона границ мягких прослоек;

k=h/t- относительная толщина мягкой прослойки (рис. 1);

- предельная относительная толщина мягкой прослойки, определяющая диапазон действия контактного упрочнения мягкого металла.

Предлагаемая методика определения диапазона давлений опрессовки оболочковых конструкций была проверена путем сопоставления подсчитанных значений давления опрессовки с экспериментальными данными, полученными для случаяn=0,5.

Предлагаемая методика может быть использована при выборе режимов опрессовки сварных тороидальных отводов на стадии их приемосдаточных испытаний с целью снятия остаточных сварочных напряжений и обеспечения требуемого уровня эксплуатационной надежности оборудования.