О выявлении трещиноподобных дефектов сварки существующими методами контроля качества
https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-89-95
Аннотация
Введение. Обобщены материалы исследований, посвященных обеспечению работоспособности сварных конструкций опасных технических устройств — элементов нефтегазодобывающего оборудования. Систематизированы и представлены в виде схемы факторы, определяющие эксплуатационную прочность сварных соединений и конструкций. Описаны причины снижения их эксплуатационных свойств. Определена роль в обеспечении жизненного цикла конструкции объемных и трещиноподобных дефектов сварки, не обнаруженных при контроле качества на стадии изготовления и при определении остаточного ресурса в процессе эксплуатации. Предложены меры по улучшению практики выявления трещиноподобных дефектов при визуально-измерительном и ультразвуковом методах контроля качества сварных соединений.
Материалы и методы. В соответствии со СНиП 2.05.06–85 конструкции магистральных нефтегазопроводов, вертикальных цилиндрических резервуаров и другого нефтегазодобывающего оборудования (НГДО) изготавливают из спокойных и полуспокойных низкоуглеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением до 686,5 МПа. Независимо от класса и уровня прочности стали должны хорошо свариваться всеми способами, предписанными нормативно-техническими документами (НТД). При этом независимо от состояния поставки эквивалент углерода Сэкв не должен превышать 0,46 %. Методы исследований — расчетно-экспериментальные. Для вычисления напряженно-деформированного состояния сварных соединений применялись методы:
- конечных элементов (МКЭ),
- механики разрушений с использованием коэффициента интенсивности напряжений Kt..
При оценке геометрических размеров трещиноподобных дефектов сварки задействованы методы математической статистики. Дефекты сварки выявлялись стандартными методами контроля качества, предписанными НТД и ГОСТами.
Результаты исследования. Рассмотрены сварные конструкции, работающие в режиме усталости. Проанализированы некоторые характерные для сварных соединений факторы. Показано, как они влияют на формирование прочностных эксплуатационных свойств. Установлена роль опасных трещиноподобных дефектов, которые с высокой вероятностью могут образовываться в сварных соединениях при изготовлении конструкций и при эксплуатации. Часто причиной является снижение показателей механических свойств из-за старения и потери пластичности вследствие случайных механических воздействий. Отмечено, что невозможно выявлять эти дефекты существующими методами контроля качества, как в процессе контроля при производстве, так и при диагностировании в процессе эксплуатации. Это снижает точность прогнозирования эксплуатационного ресурса работы сварной конструкции.
Обсуждение и заключение. Предложено внести в НТД требования:
- к качеству сварных соединений опасных технических устройств НГДО,
- по выявлению острых трещиноподобных дефектов с радиусом кривизны в пределах 0,1–0,25 мм.
Однако достоверность выявления таких дефектов применяемыми методами контроля остается низкой из-за человеческого фактора. Для повышения достоверности выявления острых трещиноподобных дефектов определены направления совершенствования ультразвукового контроля качества сварных соединений.
Об авторах
В. А. ПередельскийРоссия
Передельский Виктор Андреевич, аспирант кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства»
344003, г. Ростов-на- Дону, пл. Гагарина, 1
В. Я. Харченко
Россия
Харченко Виктор Яковлевич, преподаватель кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства», кандидат технических наук, доцент
344003, г. Ростов-на- Дону, пл. Гагарина, 1
А. Л. Черногоров
Россия
Черногоров Анатолий Лаврович, преподаватель кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства», кандидат технических наук, доцент
344003, г. Ростов-на- Дону, пл. Гагарина, 1
С. В. Тихонов
Россия
Список литературы
1. Лукьянов, В. Ф. Нормативная база технического регулирования в сварочном производстве : учеб. пособ. / В. Ф. Лукьянов, А. Н. Жабин, А. И. Прилуцкий. — Ростов-на-Дону : Изд-во ДГТУ, 2008. — 302 с.
2. Hesse, A.-C. On the effect of weld defects on the fatigue strength of beam welded butt joints / A-C. Hesse, T. Nitshcke-Pagel, K. Dilger // Procedia Structural Integrity. — 2018. — Vol. 13. — P. 2053–2058.
3. Металлические конструкции. В 3 т. / В. В. Горев, Б. Ю. Уваров, В. В. Филиппов [и др.] ; под ред. В. В. Горева. — 3-е изд., стер. — Москва : Высшая школа, 2004. — Т. 1. — 551 с.
4. Трещиностойкость металла труб нефтепроводов / А. Г. Гумеров, К. М. Ямалеев, Г. В. Журавлев, Ф. И. Бадиков. — Москва : Недра-Бизнесцентр, 2001. — 231 с.
5. Gosavi, P.D. Microstructure and mechanical properties correlation of weld joints of a high strength naval grade steel / P. D. Gosavi, K. K. Sarkar, S. K. Khunte [et al.] // Procedia Structural Integrity. — 2019. — Vol. 14. — P. 304–313.
6. Shen, W. Stress concentration effect of thin plate joints considering welding defects / W. Shen, Y. Qiu, L. Xu, L. Song // Ocean Engineering. — 2019. — Vol. 184. — P. 273–288.
7. Papatheocharis, T. Fatigue resistance of welded steel tubular X-joints / T. Papatheocharis, G. C. Sarvanis, P. C. Perdikaris [et al.] // Marine Structures. — 2020. — Vol. 74. — Art. 102809.
8. Лукьянов В. Ф. Оценка усталостной прочности сварных соединений с угловыми швами на основе анализа локального напряженного состояния / В. Ф. Лукьянов, А. А. Пархоменко, Д. В. Рогозин // Сварка и диагностика. — 2010. — № 6. — С. 16–19.
9. Куркин, А. С. Методика расчета ресурса сварных конструкций с наличием дефектов / А. С. Куркин, Э. Л. Макаров // Сварка и диагностика. — 2012. — № 5. — С. 41–44.
10. Hu, Y. A novel semi-analytical method for notch stress and fatigue strength analysis of tube-flange welded joints / Y. Hu, R. Yan, W. Shen [et al.] // International Journal of Fatigue. — 2020. — Vol. 141. — Art. 105860.
11. Полетаев, В. Ю. Влияние надреза на склонность сварных соединений к межзеренному разрушению / В. Ю. Полетаев, Д. В. Рогозин // Вестник Донского государственного технического университета. — 2015. — Т. 15, № 3 (82). — С. 28–34.
12. Primož Štefane. Effect of crack length on fracture toughness of welded joints with pronounced strength heterogeneity / Primož Štefane, Sameera Naib, Stijn Hertelé [et al.] // Procedia Structural Integrity. — 2018. — Vol. 13. — P. 1895–1900.
13. О погрешности измерения геометрических параметров сварного соединения с использованием шаблонов / А. Е. Шубочкин, М. А. Прилуцкий, Г. В. Зусман, Б. М. Кантер // Сварка и диагностика. — 2019. — № 6. — С. 41–45.
14. Сварка. Резка. Контроль. Справочник в 2 т. / Под общ. ред. Н. П. Алешина, Г. Г. Чернышева. — Москва : Машиностроение. — 2004. — 480 с.
15. Albuquerque, V. Thermal aging effects on the microstructure of Nb-bearing nickel-based superalloy weld overlays using ultrasound techniques / V. Albuquerque, C. Silva, E.P. Moura [et al.] // Materials & Design. — 2012. — Vol. 36. — P. 337–347.
Рецензия
Для цитирования:
Передельский В.А., Харченко В.Я., Черногоров А.Л., Тихонов С.В. О выявлении трещиноподобных дефектов сварки существующими методами контроля качества. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2021;21(1):89-95. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-89-95
For citation:
Peredelsky V.A., Harchenko V.Y., Chernogorov A.I., Tihinov S.V. On detection of crack-like welding defects by existing quality control methods. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2021;21(1):89-95. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-1-89-95