Оценка полей остаточных сварочных напряжений кольцевых стыков трубопроводов
Остаточные сварочные напряжения как процесс, который увеличивает накопленную в конструкции потенциальную энергию, что усиливает негативные последствия разрушения. Методика определения значения температурных полей для режима автоматической сварки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.11.2018 |
| Размер файла | 97,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
В проведенных экспериментальных исследованиях распределения кольцевых и осевых остаточных напряжений стыков труб, используемых при строительстве магистральных трубопроводов показано, что на внутренней поверхности труб, в зоне корневого шва, наблюдается высокий уровень растягивающих остаточных напряжений достигающих для некоторых типоразмеров труб предела текучести основного металла [1]. Известно, что остаточные сварочные напряжения (ОСН) увеличивают накопленную в конструкции потенциальную энергию, что усиливает негативные последствия разрушения [2]. В особенности для конструкций работающих при низких климатических температурах ОСН могут способствовать развитию хрупкого разрушения.
В настоящей работе проведена расчетная и экспериментальная оценка ОСН кольцевых стыков труб использованных при строительстве магистрального газопровода, изготовленного из стали марки 13Г1СУ. Рассмотрены два варианта сварки стенки трубы диаметром 720 мм, с толщиной 8 мм: полностью весь стык - ручной дуговой сваркой (РДС) за 3 прохода и корневой шов - РДС последующие 2 прохода автоматической сваркой под флюсом.
При расчете температурных полей в виду тонкостенности оболочки принято допущение, что напряжения, образовавшиеся от двух первых проходов, практически полностью релаксируют, а напряженно-деформированное состояние кольцевого стыка будет определяться охлаждением металла «суперпрохода», образованного облицовочным швом.
Температурные поля рассчитывались по формулам приведенным в [3] для режима автоматической сварки:
Где:
сварочный остаточный температурный
для режима ручной сварки:
где - критерий влияния теплоотдачи; ; - функция Бесселя второго рода нулевого порядка.
По заданным формулам были найдены наибольшая ширина изотермы 600°С и рассчитано распределение температур соответствующее найденному сечению [2].
По полученному температурному полю строится кривая полных температурных деформаций (в окружном направлении). Далее подбирается величина деформации н1 [2] необходимая для выполнения условия взаимоуравновешенности упругих деформаций. При этом н1 примем линейно убывающей от центра шва. При подборе н1 учитывается что упругие деформации не могут превосходить величину предела текучести () (до температуры 500°С считается постоянной, в интервале от 500°С до 600°С линейно убывающей), при температуре свыше 600°С упругие деформации равны нулю. Найденные эпюры упругих деформаций используются при разделении полных деформаций на упругие и пластические и определяется ширина зоны пластической деформации 2bnp. Для определения остаточных напряжений , найденные пластические деформации принимались за полные деформации при остывании, и по ним строились упругие деформации, без требования выполнения условия взаимоуравновешенности.
Воздействие ОСН влечет прогиб трубы в зоне сварного соединения. Который, в свою очередь, вызывает перераспределение остаточных напряжений.
Для упрощения расчетов прогиба цилиндрической оболочки под нагрузкой, распределенной по длине цилиндра, заменялась величиной, усредненной прямолинейной по ширине зоны пластической деформации 2bnp [4], и вычислялась равномерная нагрузка . Затем вычислялись прогибы цилиндрической оболочки под равномерной нагрузкой p распределенной по длине 2bnp цилиндра [4]. Для точек А на участке 2bnp
Для точек В
Где
По прогибам вычислялись дополнительные напряжения от изгиба уизг и окружного сокращения уокр сокр [5].
Окружные и осевые напряжения от изгиба
Окружные и осевые напряжения от окружного сокращения
Окружные и осевые ОСН определим как
Расчеты проводились для автоматического и ручного режима сварки, при следующих значениях параметров: R=360 мм, д=8 мм, б=5,8•10-3 Дж/(см2•сек• °С), л=0,42 Дж/(см•сек• °С), сг= 4,9 Дж/(см3• °С), КТЛР=14•10-6 1/°С, эффективная тепловая мощность дуги для автоматического режима сварки 62130 Дж/сек, при скорости сварки V=24 м/час, эффективная тепловая мощность дуги для ручного режима сварки 12180 Дж/сек, при скорости сварки V=5,5 м/час, Е=204 ГПа, м=0,3, уТ=440 МПа.
Рис. 1. Расчетные нагрузки q
Рис. 2. Расчетные и экспериментальные окружные сварочные напряжения
Рис. 3. Расчетные и экспериментальные осевые сварочные напряжения
Результаты расчетов ОСН для внутренней поверхности трубы сравнивались с экспериментальными значениями напряжений приповерхностного слоя, определенных рентгеновским методом (рис. 2, 3). Результаты измерений показали, что уровень остаточных напряжений кольцевого стыка сваренного РДС несколько ниже, чем расчетные. В случае автоматической сварки экспериментальные значения напряжений достаточно хорошо согласуются с расчетом.
Выводы:
1. Принятая схема расчета ОСН кольцевых стыков достаточно хорошо согласуется с экспериментальными значениями напряжений при автоматической сварке.
2. Уровень ОСН кольцевых стыков труб диаметром 720 мм полученных автоматической сваркой под флюсом выше, чем при ручной дуговой сварке.
3. Уровень окружных напряжений несколько уменьшаются при приближении к центру шва.
Литература
1. А.П Аммосов., Н.И Голиков. Диагностика сварных соединений действующих магистральных трубопроводов надземной прокладки, эксплуатируемых в условиях Севера // Контроль. Диагностика, 1999 г., № 9 -С.13-17.
2. Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х т./ Редкол.: Г.А. Николаев и др. - М.: Машиностроение, 1979. -Т. 3/ Под ред. В.А. Винокурова. 1979. -567 с.
3. Н.Н. Рыкалин Расчеты тепловых процессов при сварке. - М.: Машгиз, 1961. -298 с.
4. В.А. Винокуров Сварочные деформации и напряжения. - М.: Машиностроение, 1968. -236 с.
5. С.П. Тимошенко, С. Войновский-Кригер. Пластины и оболочки. - М.: Наука, 1966. -636 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Физическая сущность процесса сварки и ее классы: термический, термомеханический и механический. Остаточные сварочные напряжения и деформация. Описание используемого оборудования, инструментов и приспособлений сварки стола. Виды применяемых материалов.
реферат [277,7 K], добавлен 21.02.2015Выбор материалов для выполнения сварочных работ и режима сварки. Технологическая карта на выполнение сборки концевых стыков труб диаметром 150 мм, изготовленных из стали марки 12Г2СБ при помощи ручной дуговой сварки. Контроль качества сварочных работ.
курсовая работа [573,5 K], добавлен 14.11.2014Характеристика металла для конструкции балки, оценка его свариваемости. Характеристика дуговой сварки: ручной и автоматической, в среде защитных газов. Технологический процесс сборки-сварки. Расчёт ее режимов. Выбор сварочных материалов и оборудования.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 19.01.2015Устройство, виды и принцип действия различных сварочных трансформаторов. Устройство однофазных сварочных трансформаторов для ручной сварки. Трансформаторы для автоматизированной сварки под флюсом. Сварочные генераторы переменного тока повышенной частоты.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 25.02.2010Изучение процесса получения неразъемного соединения конструкции прокладки форсунки с помощью точечной контактной сварки. Обоснование выбора материала изделия. Оценка свариваемости материала. Расчет температурных полей от движущихся источников тепла.
курсовая работа [325,6 K], добавлен 25.04.2015Описание конструкции секции палубы. Определение типа сварочного производства изделия. Оценка свариваемости материала. Свойства и химический состав стали. Общие требования к производству сварочных работ. Технология автоматической сварки под слоем флюса.
контрольная работа [39,8 K], добавлен 21.01.2015Высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений. Необходимость сварки деталей разных толщин. Процесс электрошлаковой сварки. Скорость плавления присадочного металла. Выполнение прямолинейных, криволинейных и кольцевых сварных швов.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 15.02.2013Описание конструкции изделия и оценка его технологичности. Требования к сварочным материалам. Разработка в прокате заготовительных операций. Обоснование выбора сварочного оборудования. Способы предупреждения деформации и уменьшения остаточных напряжений.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 25.04.2015Выбор и обоснование выбора материала сварной конструкции. Определение типа производства. Последовательность выполнения сборочно-сварочных операций с выбором способа сборки, сварки, оборудования для сборки и сварки, режимов сварки, сварочных материалов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 16.05.2017Технология сварки трубопроводов диаметром 89-530 мм, толщиной стенки 5-6 мм. Выбор сварочных материалов и оборудования. Подготовка металла под сварку. Технология сварки. Напряжения и деформации при сварке. Технический контроль. Требования безопасности.
контрольная работа [20,5 K], добавлен 27.02.2009Физические основы процесса получения неразъемного соединения конструкции "Резервуар вертикальный цилиндрический стальной для хранения нефти и нефтепродуктов", а также оценка его свариваемости. Расчет температурных полей от движущихся источников тепла.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 16.12.2012Технологичность сварной конструкции. Оценка свариваемости металла. Расчёт параметров контура контактной машины. Технология сборки и сварки. Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними. Методы контроля качества. Планировка рабочего места.
курсовая работа [8,1 M], добавлен 24.11.2013Изготовление сварных конструкций. Проектирование технологии и организации сборочно-сварочных работ. Основной материал для изготовления корпуса, оценка его свариваемости. Выбор способа сварки и сварочных материалов. Определение параметров режима сварки.
курсовая работа [447,5 K], добавлен 26.01.2013Создание метода определения параметров линейной механики разрушения на основе измерения деформационного отклика с помощью электронной спектр-интерферометрии. Параметры механики разрушений для трещин, распространяющихся в поле остаточных напряжений.
контрольная работа [811,2 K], добавлен 03.09.2014Механизация и автоматизация самих сварочных процессов. Подготовка конструкции к сварке. Выбор сварочных материалов и сварочного оборудования. Определение режимов сварки и расхода сварочных материалов. Дефекты сварных швов и методы контроля качества.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 07.08.2015Выбор материала конструкции, сварочных материалов, оборудования и инструментов. Организация рабочего места. Изучение технологической схемы изготовления конструкции. Деформации и напряжения при сварке. Контроль качества сварных соединений конструкции.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 21.01.2015Описания проектируемой конструкции, способа сварки, сварочных материалов и оборудования. Обзор выбора типа электрода в зависимости от марки свариваемой стали, толщины листа, пространственного положения, условий сварки и эксплуатации сварной конструкции.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 17.12.2011Характеристики и обоснование выбора марки стали сварной конструкции. Организация рабочего места, выбор источника питания, электродов и режима сварки. Определение расхода проката и сварочных материалов. Методы контроля качества и устранения дефектов.
курсовая работа [159,1 K], добавлен 15.01.2016Характеристика сварной конструкции. Особенности сварки стали 16Г2АФ. Выбор сварочных материалов, основного и вспомогательного сварочного оборудования. Технологический процесс сварки: последовательность сборки, сварка, подогрев металла, контроль качества.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.07.2015Современное строительство магистральных трубопроводов. Применение эффективных способов ведения монтажных работ. Назначение и типовые схемы трубосварочных баз. Расположение ТСБ на трассе. Автоматическая односторонняя и двухсторонняя сварка под флюсом.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 09.06.2014
