автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Оперативная оценка структурно-механического состояния металла теплоэнергетического оборудования и трубопроводов после длительной эксплуатации

На правах рукописи

Бекпаганбетов Аскар Узакбергенович

ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ ПОСЛЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.02.01 - «Материаловедение (машиностроение)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре технологии металлов

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Матюнин Вячеслав Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший

научный сотрудник Гладштейн Владимир Исаакович;

доктор технических наук, старший

научный сотрудник

Степанов Георгий Александрович

Ведущая организация:

Центральный ремонтно-механический завод АО «Мосэнерго»

г., в

Защита состоится июня 2005 г., в и-> , в ауд. Б-407 на заседании диссертационного совета Д 212.157.11 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу:

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан

Ш

2005 г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Длительная эксплуатация оборудования и трубопроводов ТЭС под воздействием конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов приводит к изменению микроструктуры металла, появлению дефектов, ухудшению механических характеристик, снижению надежности и безопасности работы энергоблоков. Неконтролируемое развитие этих процессов может привести к существенному накоплению поврежденности металла, недопустимому изменению механических характеристик, увеличению степени охрупчивания, а в конечном итоге - к аварийным отказам. К настоящему времени свыше 80 % энергоустановок уже исчерпали свой проектный ресурс и остро стоит вопрос о возможности его продления. В связи с этим проблема обеспечения надежной и безаварийной работы стареющего теплотехнического оборудования является приоритетной. Для решения этой проблемы необходима реализация комплекса мероприятий, среди которых одно из важных мест занимает система организации и проведения оперативной диагностики структурно-механического состояния металла, позволяющая достаточно надежно оценить не только фактическое состояние, но и сделать прогноз на ближайшую перспективу.

Однако, существующие методы контроля не дают полной гарантии безаварийной работы проверенных узлов оборудования и участков трубопроводов. Это связано с большим объемом работ и трудностями по осуществлению 100%-го неразрушающего контроля, позволяющего не пропустить потенциально опасные зоны или обоснованно определить места контрольных вырезок для более глубокого исследования структуры и свойств деградировавшего металла. Это же относится и к контролю качества восстановления физически изношенного оборудования и трубопроводов, например, восстановительной термической обработкой трубопроводов или нанесением покрытий на изношенные лопатки турбин.

Диссертационная работа выполнялась в рамках НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники».

Цель работы. Разработать и обосновать экспресс-методику оперативной оценки структурно-механического состояния металла теплоэнергетического оборудования в процессе длительной эксплуатации с применением неразрушающих физических, механических и металлографических методов контроля, позволяющих осуществить прогноз и повысить надежность агрегата в целом.

Основные задачи исследования.

1. Выполнить анализ существующих методов по обследованию и контролю металла оборудования и трубопроводов ТЭС с целью продления срока службы.

2. Развить и уточнить методики неразрушающего безобразцового контроля концентраторов напряжений, механических свойств и микроструктуры металла непосредственно в деталях и конструкциях.

3. Установить, обосновать наиболее информативные количественные показатели структурно-механического состояния металла, выявляемые неразрушающими методами контроля.

4. Разработать методику оперативной оценки структурно-механического состояния металла оборудования и трубопроводов, сочетающую физические методы контроля для выявления дефектных зон, безобразцовые методы контроля для количественного определения механических свойств и микроструктуры в этих зонах.

5. Применить на практике разработанную методику на оборудовании и трубопроводах ТЭС с разной наработкой, включая исчерпавших свой ресурс. Сделать прогноз об изменении структурно-механического состояния металла в процессе длительной эксплуатации конкретных узлов и деталей.

Методы исследования. В работе использованы физические методы контроля дефектов и концентраторов напряжений, механические методы испытаний материалов растяжением, вдавливанием, ударным изгибом, металлографические методы исследования микроструктуры металла, методы информационно-измерительной техники, методы статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна диссертационной работы.

- Установлен общий характер изменений магнитных параметров и механических напряжений в зависимости от степени пластической деформации при деформировании металла растяжением и вдавливанием;

- дано материаловедческое обоснование связи характера изменения магнитных и механических характеристик металла под воздействием нагрузки;

- установлена зависимость отношения предела текучести к временному сопротивлению от параметра упрочнения при вдавливании индентора, который предлагается в качестве диагностического параметра, оценивающего степень деградации металла в процессе длительной эксплуатации.

На защиту выносятся:

1. Комплекс наиболее информативных количественных и качественных параметров состояния металла, выявляемых неразрушающими и безобразцовыми методами контроля: физическим, механическим, металлографическим.

2. Усовершенствованная методика безобразцового определения предела текучести и его отношения к временному сопротивлению по характеристикам твердости металла, определяемым непосредственно в изделиях с помощью переносных приборов.

3. Установленный общий характер изменения механических напряжений и градиента магнитного поля в зависимости от деформации при вдавливании индентора.

4. Комплексная методика оперативной оценки структурно-механического состояния металла с проведением 100%-го контроля физическим методом и выявлением дефектных зон с последующим контролем в этих зонах микроструктуры и механических свойств безобразцовыми методами.

5. Результаты оперативной оценки структурно-механического состояния трубопроводов, лопаток и ротора турбины с разной степенью наработки и повреждаемости.

Практическая значимость работы. Разработанная методика позволяет оперативно выявить потенциально опасные зоны в оборудовании и трубопроводах с количественной оценкой уровня механических свойств и степени охрупчивания металла с помощью переносных технических средств контроля. Методика может быть использована не только в энергетике, но и в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Методика прошла практическое опробование на ТЭЦ МЭИ, Конаковской ГРЭС, Актюбинской ТЭЦ, электростанции Актюбинского завода ферросплавов.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации представлены на:

- VIII, IX, X, XI международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов. Москва, МЭИ (ТУ), 2002,2003,2004,2005 г.г.

- Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Методы и технические средства оперативной оценки структурно -механического состояния металла элементов конструкций и машин». Москва, 2002г.

- VI международном симпозиуме «Современные проблемы прочности» имени В.А. Лихачева. Старая Русса, 2003 г.

По теме диссертации опубликовано 3 статьи в научно-технических журналах, 2 доклада и 3 тезиса докладов на Всероссийских научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и списка литературы. Работа изложена на 181 стр., содержит 39 рис. и 22 таблиц. Список литературы содержит 117 наименований.

Краткое содержание диссертации

Во введении дана общая характеристика работы и обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе выполнен анализ применяющихся методик по оценке остаточного ресурса длительно работающего теплотехнического оборудования и используемых с этой целью методов и переносных технических средств для контроля дефектов, механических свойств и микроструктуры металла.

Оценка состояния объекта осуществляется по параметрам технического состояния, обеспечивающим его надежную и безопасную эксплуатацию

согласно нормативно-технической и конструкторской документации. Параметры технического состояния выбираются в зависимости от вида предельного состояния и условий работы, характерных для обследуемого объекта. В качестве параметров предельного состояния могут служить характеристики металла (механические свойства, микроструктура, повреждаемость), коэффициенты запаса прочности (по пределам текучести, прочности, ползучести, трещиностойкости, числу циклов), технологические показатели (температура, вибрация и др.).

Обследование для оценки и продления ресурса включает, как правило, проведение физических, металлографических и механических методов неразрушающего и разрушающего контроля. Основные используемые методы - это УЗД, МПД, ЦД, МАЭ (метод акустической эмиссии), ММПМ (метод магнитной памяти металла), твердометрия, толщинометрия, металлографический анализ, механические испытания. Большинство из перечисленных методов требуют значительных временных и материальных затрат на подготовку поверхности, изготовление образцов, проведение испытаний, что не позволяет достичь 100%-го контроля металла оборудования и трубопроводов, особенно в труднодоступных местах.

В тоже время практика использования неразрушающих методов контроля показывает, что в ряде случаев необходим 100%-й контроль оборудования и трубопроводов, например, при значительном превышении проектного ресурса, наличии сильной поврежденности металла за счет увеличения скорости процессов старения (деградации), после ремонта и восстановления (восстановительная термическая обработка, наплавка, зачистка трещин и др.).

Основной вывод сделанный в этой главе состоит в том, что для достоверной оценки остаточного ресурса необходимо комплексное использование методов и переносных технических средств, позволяющих выявлять дефекты, концентраторы напряжений, микроструктуру, механические свойства металла непосредственно в конструкции, т.е. оценить ее фактическое структурно-механическое состояние. Это , объясняется тем, что в большинстве случаев моделируемые испытания не полностью воспроизводят фактическое состояние металла длительно работающего оборудования под воздействием многочисленных эксплуатационных и конструктивно-технологических факторов. Одним из путей, необходимым для решения этой сложной задачи, является разработка системного подхода, обеспечивающего нужную последовательность использования физических методов контроля с методами металлографии и твердометрии.

Во второй главе на основе анализа существующего опыта использования физических методов контроля и проведенных автором работ по обследованию оборудования и трубопроводов для исследования был выбран метод магнитной памяти металла (ММП). Этот метод, автором которого является Дубов А.А., основан на измерении собственных физических полей детали или конструкции и относится к, так называемым,

«пассивным» методам неразрушающего контроля, не требующим активного воздействия физических полей на металл. Следует отметить, что с этой точки зрения таким же методом неразрушающего контроля является и метод акустической эмиссии (МАЭ), который начал использоваться в экспериментальном материаловедении гораздо раньше, чем ММП. Однако, по мнению некоторых специалистов, использующих ММП в производственных условиях, этот метод по сравнению с МАЭ позволяет получать дополнительную информацию о наличии локальных зон с поврежденностью металла на ранней стадии ее развития. Кроме того ММП позволяет проводить 100%-й контроль металла изделий без специальной подготовки поверхности и обладает высокой производительностью. Для реализации ММП выпускаются аттестованные портативные компьютеризированные приборы, сравнительно невысокой стоимости и действует ряд нормативных документов, регламентирующих применение этого метода. Вместе с тем в технической литературе имеются и противоречивые сведения об эффективности этого метода. В связи с этим в настоящей диссертационной работе была поставлена задача убедиться на практике в возможностях ММП путем исследований и экспериментов, выполненных на образцах в лабораторных условиях и на оборудовании и трубопроводах в производственных условиях.

С этой целью были проведены испытания металла растяжением и вдавливанием индентора с использованием ММП. Для испытания на растяжение использовались образцы из сталей 30 и 12Х1МФ, которые в исходном состоянии не имели искусственного намагничивания. Образцы устанавливали в захваты универсальной испытательной машины «Instron — 1115» и подвергали постепенному ступенчатому растяжению со скоростью деформирования 2 мм / мин. На каждой ступени растяжения, начиная от напряжения, немного меньшего предела упругости, измеряли нормальную составляющую напряженности магнитного поля путем сканирования датчиком магнитометра вдоль образца. Наибольший интерес представляло изменение собственного магнитного поля в области перехода упругой деформации в упругопластическую (на уровне пределов упругости и текучести). На рис. 1 а представлено изменение напряжённости магнитного поля и напряжений в образце в зависимости от значений упругопластической деформации е при растяжении образца из стали 30.

Аналогичные эксперименты были проведены и при вдавливании сферического индентора в поверхность металла. При вдавливании индентора имеет место сложное напряженно-деформированное состояние в отличие от растяжения в области равномерной деформации. Вдавливание индентора осуществлялось ступенчато с разгрузкой на каждой ступени нагружения. После разгрузки измерялся диаметр отпечатка, а затем регистрировалась напряженность магнитного поля Но в области отпечатка. Для этого использовался специализированный трехкомпонентный феррозондовый датчик и регистрирующий прибор ИКН - 1М. Регистрировались три составляющие магнитного поля, а затем по специальной программе

выполнялся расчет объемного магнитного поля Но- По значениям диаметра отпечатка и нагрузки вдавливания рассчитывались значения средней контактной пластической деформации V)!т по способу М.П.Марковца и среднего контактного напряжения НМ по способу Е.Мейера. На рис. 1 б представлено изменение напряженности магнитного поля Но и контактных напряжений НМ в зависимости от значений средней контактной пластической деформации

Проведенные эксперименты демонстрируют наличие связи между механическими и магнитными параметрами, проявляющейся при различных видах нагружения металла. В основе связи магнитных параметров со структурно-механическим состоянием металла лежит материаловедческое обоснование, заключающееся в общих закономерностях развития дислокационных процессов и магнитных эффектов под действием рабочих нагрузок.

■У, МПа

Нт А/м

400

200

£ \ > 1

>

1

\ < \ а

•

1

а)

НМ, МПа

200

100

е,%

1000

500

1 #4/ 1 1 ^^

V ^Г I / ( о 1 ( -•гдИ^-"-- V .....

ТТ ' Г* 1 4 1

1 1 1 ""Но"" 1 ■ 1

1 1 1 * 1 1 1

Щ.Ш

б)

200

100

Рис.1. Зависимость механических напряжений и магнитных параметров от степени пластической деформации при растяжении (а) и вдавливании (б) для стали 30.

В третьей главе приводятся результаты исследований по совершенствованию диагностических параметров, определяемых методом твердости при вдавливании индентора. Чаще всего вдавливанием индентора, как одним из неразрушающих методов испытаний материалов, определяют их твердость, а по твердости оценивают временное сопротивление и предел текучести. Для определения твердости металла непосредственно в изделиях применяют переносные или портативные приборы. Однако, значения твердости, определенные переносными приборами прямыми или косвенными методами, дают в основном качественную характеристику структурно-механического состояния металла. Существующие корреляционные связи значений твердости, определенных стандартными методами при вдавливании

индентора под строго регламентированной нагрузкой, с показателями прочности металла носят частный характер и применимы для конкретных классов и марок стали в зависимости от состава, микроструктуры, способов обработки, напряженно-деформированного состояния, остаточных напряжений, степени повреждаемости и других конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов. Более общими являются те корреляционные связи, которые получены на основе сопоставления диаграмм растяжения и вдавливания с учетом значений пластической деформации при обоих видах деформирования и критических точек диаграмм, характеризующих реакцию металла на нагружение. На этом принципе основаны безобразцовые методы определения механических свойств материалов по параметрам вдавливания индентора, предложенных проф. М.П. Марковцом и его учениками. Однако, при массовых испытаниях металла непосредственно на оборудовании и трубопроводах, использование существующих методик безобразцового определения механических свойств вызывает трудности, связанные с подготовкой поверхности металла, освещенностью, обеспечением необходимой точности измерений геометрических параметров отпечатка. Особенно это характерно для методики безобразцового определения предела текучести, которая требует своего совершенствования. В связи с этим в настоящей работе была поставлена задача найти и обосновать такие соотношения и зависимости, которые позволяли бы разработать методику определения механических свойств вдавливанием индентора, легко реализуемую на практике переносными приборами при массовых испытаниях в цеховых условиях.

С этой целью были получены и исследованы диаграммы вдавливания сферического индентора для сталей, широко используемых в тепловой энергетике и машиностроении. Диаграммы строились в координатах: «.Р —сЬ>, «Р — А», «Р — а» (Р - нагрузка вдавливания, с1 - диаметр восстановленного отпечатка, А - глубина восстановленного отпечатка, а - упругопластическое сближение). Диаграммы были получены при ступенчатом

нагружении индентора с разгрузкой и измерением <1 и А на каждой ступени нагружения. Для получения диаграмм использовался переносной

прибор МЭИ - Т7, а диаграмм «Р — А» - переносной прибор МЭИ - Т12. Диаграммы с ветвями нагружения и разгрузки регистрировались в

автоматизированном режиме на приборе МЭИ - ТА при непрерывном процессе нагружения до заданной нагрузки и непрерывном процессе полной разгрузки. На рис. 1 представлены диаграммы -

для двух марок стали при вдавливании сферического индентора диаметром В = 2,5 мм. В качестве основных информационных параметров были выбраны следующие: из диаграмм «Р — сЬ - параметр упрочнения п и константа материала А = а 1У~2 (а - коэффициент, входящий в зависимость Е.Мейера: Р = а с1"). Из диаграмм «Р — А» - параметры упрочнения <7 = Р / А Л и д!= РI ЪКЕ (Л - радиус индентора, Е - модуль нормальной упругости).

Из диаграмм, «Р — а» - параметр Оу^к (Оу„ и к -упругая и пластическая составляющие общего упругопластического сближения а).

Для исследованных в работе сталей из анализа диаграмм вдавливания и растяжения были получены расчетно-экспериментальным путем следующие зависимости, имеющие важное практическое значение:

- зависимость отношения предела текучести стт к временному сопротивлению от параметра упрочнения

- зависимость твердости на пределе текучести от параметра

упрочнения д:

Анализ диаграммы вдавливания «Р-сЪ с определением параметра упрочнения путем статистической обработки всего массива

экспериментальных точек и на отдельных ступенях нагружения показал достаточную стабильность значения этого параметра при изменении относительного диаметра отпечатка сИИ от 0,1 до 0,6 для испытанных сталей. Это позволило обоснованно выбрать необходимое соотношение двух последовательных нагрузок вдавливания с измерением

соответствующих диаметров отпечатков е1\ и с1г для ускоренного определения параметра упрочнения п переносным прибором МЭИ-Т7. Этот прибор позволяет ступенчато вдавливать индентор в одну и ту же точку под любой нагрузкой в пределах от 0 до 200 Н с интервалом 10 Н и измерять диаметры отпечатков встроенным микроскопом, не снимая прибор с изделия. Как показали испытания, проведенные на оборудовании и трубопроводах, наиболее оптимальным является сферический индентор с Б = 2,5 мм, позволяющий обеспечить не только нужную степень нагружения Р/О2 , но и достаточные размеры отпечатка для измерения с требуемой точностью. Если нагрузка соответствует степени нагружения регламентируемой

ГОСТ 9012-59 для определения твердости по Бринеллю НВ, то по двум вдавливаниям индентора можно определить не только параметры но и

НВ, а также максимальное значение твердости по Бринеллю (твердости на пределе прочности) по формуле:

В свою очередь между временным сопротивлением а„ и НВ„ существует тесная корреляционная связь следующего вида:

где к « 0,33 для сталей, применяемых в теплоэнергетике.

Существование тесной корреляционной связи а„ с НВа для широкого круга сталей объясняется примерным совпадением значений остаточного равномерного удлинения при растяжении и остаточной контактной деформации при вдавливании на уровнях соответственно, что

следует из диаграмм растяжения в координатах и диаграмм

вдавливания в координатах

Определив по формуле (4), можно рассчитать по формуле (1) при известном значении Таким образом, первая упрощенная методика определения механических свойств вдавливанием индентора с помощью переносного прибора МЭИ - Т7 сводится к двум вдавливаниям сферического индентора. Все зависимости (1; 3 - 4), необходимые для расчета механических характеристик были представлены в

табличном виде или запрограммированы в памяти персонального компьютера. Для этого достаточно ввести в компьютер всего два переменных первичных параметра:

Параметр упрочнения д в зависимости (2) исходит из прямолинейной связи нагрузки с глубиной восстановленного отпечатка в определенном интервале нагрузок. Эта связь положена в основу теории пластической твердости, предложенной М.С. Дроздом и развитой его учениками. Эксперименты, выполненные в настоящей диссертационной работе на

различных сталях, применяемых в машиностроении и теплоэнергетике, показали, что диаграммы «Р - h» достаточно точно аппроксимируются уравнением прямой линии Р = кк (к - коэффициент, зависящий от материала и радиуса индентора R). Отклонение от прямой линии наблюдается при достаточно высоком значении относительной глубины отпечатка h/R, которое тем выше, чем больше предельная равномерная деформация испытуемого материала. Диаграммы в координатах «Р — hR» не зависят от R и для одного материала ложатся на одну прямую линию (по крайней мере при а параметр упрочнения - является

константой материала и имеет размерность напряжения. Параметр q/ =qlE является безразмерным параметром упрочнения, который может использоваться в расчетах при установлении связи напряжений и деформаций при вдавливании.

Вторая предлагаемая упрощенная методика определения механических свойств металла с помощью переносного прибора МЭИ - Т12 сводится к однократному вдавливанию сферического индентора под нагрузкой последующей разгрузке и измерению двух переменных По этим

параметрам рассчитываются значения q и НВ7 (ф-ла (2)). Кроме того, по этим параметрам можно рассчитать твердость по Бринеллю НВХ. При равенстве модуля упругости испытуемого материала Е и модуля упругости материала индентора твердость по Бринеллю равна:

Если Е Ф .Еи, то необходимо определить значение Е воспользовавшись существующими формулами, например, формулой М.М.Матлина:

где ц, //„ - коэффициенты Пуассона испытуемого материала и материала индентора.

Тогда, зная Е и вводя поправку у, можно получить:

где у = Ея / (Е + Ец) - поправка, учитывающая соотношение упругих деформаций материала и индентора. При получаем и

справедлива формула (5).

Как показали эксперименты при одинаковой нагрузке вдавливания Р2 отклонение значений твердости НВопределенных по глубине отпечатка, от значений твердости НВ, определенных по диаметру отпечатка (ГОСТ 9012 -59), составляло не более 2 %. Однако, методика определения НБ1 позволяет автоматизировать процесс испытания и расчета значений твердости.

Таким образом, согласно второй методике, основанной на измерении глубины отпечатка, могут быть определены следующие характеристики твердости: твердость на пределе текучести НВТ и твердость по Бринеллю НВ и НВ^ Между твердостью НВТ и пределом текучести ст для испытанных сталей установлена тесная корреляционная связь следующего вида:

Учитывая, что НВХ практичеки совпадает с НВ, временное сопротивление аа в этом случае можно определить по таблице ГОСТ 12761-77, разработанного в МЭИ(ТУ).

Обе предложенные методики дают достаточно близкие результаты. Максимальное отклонение значений механических характеристик, определенных растяжением, от значений тех же механических характеристик, определенных по предложенным методикам, не превышает 10 %. Выбор методики для практического использования зависит от наличия переносного прибора, определяющего характеристики твердости по диаметру или глубине отпечатка.

Основные преимущества предложенных методик заключаются в их простоте, более высокой производительности, возможности использования в цеховых условиях при массовых испытаниях металла непосредственно на оборудовании и трубопроводах.

Второе направление в развитии методов твердости для диагностики структурно-механического состояния металла заключалось в исследовании коэффициентов гомогенности и вариации, характеризующих рассеяние механических свойств в зависимости от срока эксплуатации. В этом плане перспективным является метод ЬМ - твердости, предложенный А.А. Лебедевым. В основе метода лежит массовое измерение значений твердости стандартными методами с определением параметра рассеяния, который зависит от структурного состояния металла и степени его деградации в процессе длительной эксплуатации.

В диссертационной работе был применен этот метод при массовом определении характеристик твердости переносным аттестованным прибором МЭИ - Т7 на трубопроводах и деталях тепломеханического оборудования. Для оценки параметра рассеяния механических свойств использовался коэффициент гомогенности О:

где с/ц - коэффициент зависящий от числа измерений ./V, ^ Н\ - значение

логарифма твердости при г-м измерении; 1§Н- среднее значение логарифма твердости по результатам N измерений.

В результате испытаний было подтверждено, что коэффициенты гомогенности твердости по Бринеллю бив и твердости на пределе текучести и <-?я5т изменяются более интенсивно, чем соответствующие характеристики твердости в зависимости от срока эксплуатации. Вместе с тем было установлено, что отношение твердости на пределе текучести НВТ к твердости по Бринеллю НВ т.е. НВу/НВ реагирует на повреждаемость в большей степени, чем в отдельности, а коэффициент гомогенности этого

отношения изменяется еще более интенсивно, чем

Учитывая связь ат с НВТ, ии,с НВ, а также связь о,/ав с и (ф-ла (1)), предложено в методе LM - твердости использовать параметр п. Следует отметить, что отношения и параметр упрочнения

характеризуют степень охрупчивания металла. Чем ближе эти отношения приближаются к 1, а параметр и к 2, тем больше вероятность перехода металла из вязкого состояния в хрупкое. Поэтому более обосновано использовать параметры при определении коэффициентов

гомогенности в процессе массовых испытаний.

На рис 3 приведены результаты испытаний и зависимости характеристик твердости и коэффициентов гомогенности от срока эксплуатации металла лопаток газовой турбины.

В четвертой главе разработана и опробована в цеховых условиях методика оперативной оценки структурно-механического состояния металла оборудования и трубопроводов, основанная на использовании предлагаемых диагностических параметров и переносных технических средств.

В существующей практике обследования структурно-механического состояния металла, например трубопроводов, неразрушающему контролю подлежат отдельные точки, расположенные в основном в зонах гибов, тройников, сварных соединений. Однако, исходные дефекты металла металлургического или технологического происхождения, распределены случайно в объеме детали, конструкции, трубопровода и могут находиться не только в указанных зонах, но и на прямолинейных участках и развиваться под воздействием эксплуатационных факторов. Поэтому, если метод неразрушающего контроля обладает высокой производительностью и позволяет выполнить 100 %-й контроль, то это необходимо делать.

Предлагаемая методика состоит из 4-х основных этапов.

На 1-ом этапе выполняется 100 %-й неразрушающий контроль металла изделия физическим методом, например ММП с помощью аттестованного переносного прибора. Могут быть использованы и другие методы: например МАЭ, термовидения. Выявляются зоны или точки, в которых наблюдаются аномальные изменения (всплески) сигналов физических параметров (например, градиента магнитного поля в случае использования ММП).

На 2-м этапе в выявленных аномальных зонах или точках производится подготовка поверхности для неразрушающего металлографического контроля и последующего безобразцового контроля механических свойств по характеристикам твердости. Контроль микроструктуры металла и механических свойств выполняется с помощью аттестованного переносного прибора МЭИ - Т7, снабженного встроенным микроскопом, позволяющим не только измерять диаметры отпечатков, но и исследовать и фотографировать микроструктуру металла непосредственно на изделии. В случае необходимости более детального исследования микроструктуры в лабораторных условиях снимаются реплики с контролируемых точек.

На 3-м этапе выполняется обработка и анализ результатов неразрушающего контроля, полученных физическим, металлографическим и безобразцовым методами. Сравниваются значения физического параметра, анализируется микроструктура, рассчитываются значения параметра упрочнения твердости на пределе текучести твердости на пределе прочности НВЛ, твердости по Бринеллю НВ, предела текучести иТ, временного сопротивления отношения коэффициента

гомогенности G. Затем выявляются зоны и точки, в которых произошли недопустимые изменения в микроструктуре и механических свойствах металла, появились дефекты в виде массового скопления пор и образовавшихся трещинок. При отрицательных результатах неразрушающего

контроля всеми методами рекомендуется произвести контрольную вырезку или взятие пробы для более детального исследования всего комплекса механических свойств и микроструктуры на образцах в лабораторных условиях.

На 4-м этапе выдаются рекомендации по технологии восстановления микроструктуры и механических свойств деградировавшего металла, устранению дефектов, замене деталей оборудования или опасных участков трубопроводов. На этом же этапе возможен прогноз по дальнейшему изменению механических свойств, коэффициента гомогенности путем сопоставления с результатами ранее проведенных обследований по предлагаемой методике.

Предлагаемая методика была использована при обследовании металла длительно работавшего оборудования и трубопроводов ТЭЦ МЭИ, Актюбинской ТЭЦ, Конаковской ГРЭС, электростанции Актюбинского завода ферросплавов. В результате обследования были выявлены зоны и точки на трубопроводах и лопатках турбин с аномальными изменениями в микроструктуре и механических свойствах, а в некоторых случаях и с наличием трещин. Следует отметить, что в процессе деградации металла в зависимости от напряженно-деформированного состояния и характера воздействия эксплуатационных факторов в опасных зонах или точках может иметь место не только недопустимое повышение твердости, предела текучести, временного сопротивления вследствие старения и охрупчивания металла, но и снижение этих показателей механических свойств вследствие накопления повреждений, пористости и разрыхления металла в процессе длительной эксплуатации. Опасные зоны и точки были выявлены не только на гибах, сварных соединениях, но и на прямолинейных участках трубопроводов. Для лопаток турбины ОТ13Б3 были получены зависимости предлагаемых диагностических информационных параметров от времени наработки, позволяющие сделать прогноз об их изменении в процессе длительной эксплуатации. Методика была использована и при оценке качества восстановления деградировавшего металла трубопроводов и лопаток турбин путем наплавки, нанесения покрытий, восстановительной термической обработки.

В диссертации приведены результаты обследования металла оборудования и трубопроводов с указанием конкретных значений диагностических параметров, механических характеристик, которые представлены в виде таблиц, графиков, фотографий микроструктуры.

Следует отметить, что предлагаемая методика является важной составной частью всего комплекса мероприятий по обследованию длительно работающих оборудования и трубопроводов с целью оценки остаточного ресурса и возможности его продления. В этот комплекс мероприятий входят анализ технической документации на обследуемый объект, визуальный контроль, дефектоскопия, измерение толщины стенок трубопроводов, определение химсостава металла, уточненный расчет на прочность по фактическим механическим свойствам, геометрическим параметрам и

дефектам элементов оборудования и трубопроводов. Тем не менее, предлагаемая методика, в дополнение к существующим, содержит перечень новых конкретных диагностических параметров, действий и операций с применением рекомендуемых методов и переносных технических средств, что направлено в конечном итоге на повышение качества контроля структурно-механического состояния металла оборудования и трубопроводов и предотвращение аварийных ситуаций.

Основные выводы по диссертационной работе

1. Проведены исследования микроструктуры, механических свойств, повреждаемости металла теплоэнергетического оборудования после различных сроков эксплуатации с применением разрушающих и неразрушающих методов. Выполнен анализ существующих подходов с их преимуществами и недостатками к оперативной оценке структурно-механического состояния металла стареющего оборудования с целью уточнения остаточного ресурса.

2. Установлены общие закономерности изменения градиента магнитного поля и напряжений при вдавливании индентора в зависимости от степени пластической деформации. Дано материаловедческое обоснование связи характера изменения магнитных и механических характеристик металла под воздействием нагрузки.

3. Усовершенствована методика безобразцового неразрушающего определения предела текучести и временного сопротивления металла по характеристикам твердости непосредственно в изделиях с помощью переносных приборов. Установлена зависимость отношения предела текучести к временному сопротивлению от параметра упрочнения при вдавливании индентора, позволяющая упростить и ускорить процесс безобразцового контроля механических свойств металла в цеховых условиях.

4. Предложено использовать отношение твердости на пределе текучести к твердости на пределе прочности и параметр упрочнения при вдавливании индентора для расчета коэффициента гомогенности, характеризующего рассеяние механических свойств при деградации структурно-механического состояния металла в процессе длительной эксплуатации.

5. Разработана методика оперативной оценки структурно-механического состояния металла оборудования и трубопроводов, заключающаяся в 100%-ом неразрушающем контроле физическими методами с выявлением дефектных зон и последующем безобразцовом контроле механических свойств и микроструктуры металла в выявленных зонах с помощью переносных приборов. Разработанная методика может служить дополнением к существующим методикам комплексного обследования металла оборудования и трубопроводов.

6. Установлено, что предлагаемая методика может быть использована для оперативной оценки качества восстановления металла изношенных деталей с применением восстановительной термической обработки, наплавки, нанесения покрытий и других технологий.

7. Выполнено практическое опробование предложенной методики на теплотехническом оборудовании и трубопроводах с разной наработкой. В некоторых случаях выявлены в металле опасные зоны и даны рекомендации по замене, восстановлению и возможности дальнейшей эксплуатации обследованных узлов и деталей (ТЭЦ МЭИ, Конаковская ГРЭС, Актюбинская ТЭЦ, электростанция Актюбинского завода ферросплавов).

Публикации автора по теме диссертации

1. Матюнин В.М., Волков П.В., Бекпаганбетов А.У. Реакция металла на деформирование и разрушение при различных видах нагружения // Сборник докладов Всероссийский НТК «Методы и технические средства оперативной оценки структурно-механического состояния металла элементов конструкций и машин». -М.: МЭИ, 2002. С. 139-142.

2. Бекпаганбетов А.У. Влияние эксплуатационных условий на механические свойства лопаток турбин // Тезисы докл. VIII международной НТК студентов и аспирантов. -М.: МЭИ, 2002. Т.З. С. 262-263.

3. Матюнин В.М., Волков П.В., Бекпаганбетов А.У. Характеристики твердости на пределе упругости и пределе прочности, определенные по диаграммам непрерывного вдавливания сферического индентора // Научные труды VI международного симпозиума «Современные проблемы прочности» им. В.А. Лихачева. - Великий Новгород: НГУ, 2003. Т.1. С. 213-220.

4. Бекпаганбетов А.У. Исследование изменения структуры и механических свойств металла элементов газотурбинной установки // Тезисы докл. X международной НТК студентов и аспирантов. - М.: МЭИ, 2004. Т.З. С.185-186.

5. Бекпаганбетов А.У., Матюнин В.М., Немытов Д.С. Определение твердости при переходе от упругой к упругопластической деформации // Заводская лаборатория. 2004. № 6. С. 42-46.

6. Бекпаганбетов А.У., Борисов В.Г., Кочетов А.А., Матюнин В.М. Исследование структурно-механического состояния металла лопаток газовой турбины при различных сроках эксплуатации // Ремонт, восстановление и модернизация. 2004. № ю. С. 213-220.

7. Дубов А.А., Матюнин В.М., Бекпаганбетов А.У. Магнитно-механический метод выявления повреждений металла лопаток турбин на ранней стадии. // Технология металлов. 2005. № 4. С.41-44.

8. Бекпаганбетов А.У. Применение метода твердости в диагностике структурно-механического состояния металла конструкций и машин // Тезисы докл. XI международной НТК студентов и аспирантов. — М.: МЭИ, 2005. Т.З. С. 228-229.

Подписано в печать об - о£Зак. Лев тир. Ш пл. -// Л 6 Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

i з нюл M 6'4t

i.VsíTti» ;

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРОБЛЕМА ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА СТАРЕЮЩЕГО ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

1.1. Анализ существующих методов оперативного контроля структуры и механических свойств металла действующего промышленного оборудования.

1.2. Основные диагностические параметры, оценивающие степень деградации металла.

1.3. Существующие подходы к оценке остаточного ресурса оборудования.

1.4. Цель и задачи диссертации.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ МАГНИТНЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛА.,.

2.1. Изменение магнитного поля рассеяния и его градиента при растяжении металла.

2.2. Изменение магнитного поля рассеяния и его градиента при вдавливании индентора в металл.

2.3. Материаловедческое обоснование связи магнитных и механических характеристик металла при его нагружении.

2.4. Методика и переносные приборы для реализации метода магнитной памяти металла.

Выводы к главе 2.

Глава 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ ВДАВЛИВАНИЕМ ИНДЕНТОРА.

3.1. Диагностические параметры и характеристики твердости, определяемые по диаметру отпечатка при вдавливании индентора.

3.2. Диагностические параметры и характеристики твердости, определяемые по глубине отпечатка при вдавливании индентора.

3.3. Использование и совершенствование метода L-M твердости.

3.4. Переносные приборы для реализации предложенных диагностических параметров, определяемых вдавливанием индентора.

Выводы к главе 3.

Глава 4. ПРЕДЛАГАЕМАЯ МЕТОДИКА ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ.

4.1. Содержание методики и основные этапы ее реализации с помощью переносных технических средств.

4.2. Опробирование методики на длительно работающем оборудовании и трубопроводах ТЭС.

4.3. Применение методики для оценки качества восстановительной обработки деградировавшего металла и лопаток турбин.

4.4. Некоторые практические рекомендации.

Выводы к главе 4.

Длительная эксплуатация оборудования и трубопроводов ТЭС под воздействием конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов приводит к изменению микроструктуры металла, появлению дефектов, ухудшению механических характеристик, снижению надежности и безопасности работы энергоблоков. Неконтролируемое развитие этих процессов может привести к существенному накоплению поврежденности металла, недопустимому изменению механических характеристик, увеличению ст^деыи02фупаивандя, а в конечном итоге - к аварийным отказам (рис.1). К настоящему времени свыше 80% энергоустановок уже исчерпали свой проектный ресурс и остро стоит вопрос о возможности его продления. В связи с этим проблема обеспечения надежной и безаварийной работы стареющего теплотехнического оборудования является приоритетной [60, 63, 110]. Для решения этой проблемы необходима реализация комплекса мероприятий, среди которых одно из важных мест занимает система организации и проведения оперативной диагностики структурно-механического состояния металла, позволяющая достаточно надежно оценить не только фактическое состояние, но и сделать прогноз на ближайшую перспективу [18]. I

Совокупное воздействие значительных силовых нагрузок, температурных деформаций и износа приводит к непрерывному падению механических характеристик металла теплосилового оборудования [15]. Силовые и тепловые воздействия по признаку их изменения во времени можно подразделить на стационарные (постоянные во времени), медленно меняющиеся и быстро меняющиеся.

Постоянные воздействия вызывают напряжения в деталях при установившейся работе оборудования. В сочетании с высокими температурами в этих условиях появляется ползучесть и накапливается повреждение материала во времени, что ограничивает время работы детали из-за исчерпания запаса длительной прочности [5, 56, 114].

Д) е)

Рис. 1. Примеры аварийных отказов оборудования Актюбинском ТЭЦ: а) разрыв экранной трубы с наработкой 20лет; б) разрыв экранной трубы с наработкой свыше 25лет; в) разрыв штуцера коллектора пароперегревателя с наработкой свыше ЗОлет; г) коррозионная язва трубы спирали ПВД с наработкой свыше 20лет; д) разрыв трубы горячего пакета пароперегревателя с наработкой свыше 15лет; е) отдулина на экранной трубе с наработкой свыше ЗОлет.

Медленно меняющиеся воздействия, характерные для переходных режимов - пуска, нагружения, разгрузки и останова, связаны с малоцикловой усталостью. При каждом изменении режима работы в материале накапливаются повреждения, которые приводят к разрушению деталей вследствие малоцикловой усталости [117].

Быстроменяющиеся воздействия вызывают колебания отдельных элементов оборудования. При определённой интенсивности воздействия возможны повреждения (разрушение) деталей вследствие многоцикловой усталости [2].

Присутствующие в потоке выхлопного газа жидкие или твёрдые частицы, при столкновении с поверхностью металла, вызывают его поверхностное повреждение - эрозию. Присутствующие в газе коррозионно-активные элементы могут вызывать коррозию различного вида: общую, язвенную, коррозионно-эрозионный износ [9, 87].

Под действием всех вышеперечисленных факторов в металле может произойти зарождение и развитие трещин, поэтому время эксплуатации должно оцениваться с учётом трещиностойкости [50].

Таким образом, металл теплосилового оборудования должен

I Ца? удовлетворять определённым требования\Г^прочности, ползучести, малоцикловой и термической усталости, пластичности, ударной вязкости и коррозионной стойкости [55-57].

Решение этой задачи невозможно без эффективного контроля физических и механических свойств металла на стадиях изготовления и эксплуатации. Так как на стадии изготовления контроль и отбраковка проводится заводом-изготовителем, то актуальным является контроль состояния металла теплосилового оборудования в процессе работы [11,21, 55-57, 102].

Однако, существующие методы контроля не дают полной гарантии безаварийной работы проверенных узлов оборудования и участков трубопроводов. Это связано с большим объемом работ и трудностями по осуществлению 100%-го неразрушающего контроля, позволяющего не пропустить потенциально опасные зоны или обоснованно определить места контрольных вырезок для более глубокого исследования структуры и свойств деградировавшего металла. Это же относится и к контролю качества восстановления физически изношенного оборудования и трубопроводов, например, восстановительной термической обработкой трубопроводов или нанесением покрытий на изношенные лопатки турбин [39].

В промышленности с каждым годом всё острее встаёт необходимость определения структурно-механического состояния металла действующего оборудования, выработавшего свой расчётный срок службы, и возможности его дальнейшей эксплуатации. Проведение контрольных испытаний и замеров в период эксплуатации затруднено, в связи с необходимостью непосредственного доступа к самой детали, что возможно только при проведении ремонтов и остановов оборудования, подлежащего проверке [6, 14, 21].

Контроль физических свойств металла после длительной эксплуатации, должен предусматривать большие объёмы контроля (вплоть до 100%), что фактически недостижимо при использовании традиционно использующихся акустических, магнитных и других методов, так как связано с необходимостью I предварительной подготовки поверхности (зачистки), высокой стоимостью расходных материалов и низкими скоростями контроля. Кроме того, длительная эксплуатация приводит к развитой внутренней поврежденности металла, невыявляемой вышеупомянутыми методами, так как они ориентированы только на поиск сформировавшихся дефектов[62].

Поэтому необходимо при контроле физическими методами обратить особое внимание на поиск потенциально опасных участков с критическими скоплениями дислокаций - участков предразрушения металла. Для решения данной проблемы возможно привлечение разработанных в последнее время так называемых «пассивных» методов контроля, когда в обследуемый объект не вводятся никакие физические(акустические, магнитные, электромагнитные и т.д.) поля, а измерения производятся путем измерения параметров имеющегося

Механические свойства металла детали, такие как пределы прочности, пластичности, ползучести, усталости, ударная вязкость, и т.д., характеризуют предельное состояние материала, и их непосредственное измерение заканчивается разрушением испытываемого образца. После проведения такого испытания необходимо производить замену проверенной детали. В реальных условиях эксплуатации, когда необходимоjrao борот, по возможности продлить срок эксплуатации детали, применение таких методов измерения механических свойств, нецелесообразно. Приемлемыми можно было бы считать методы, основанные на испытании натурных изделий в воспроизводимых реальных эксплуатационных условиях, но применение их на производстве сопряжено с затратами на создание и поддержание в рабочем состоянии экспериментальных установок, что также нерационально.

Поэтому наиболее востребованными являются неразрушающие методы измерения механических свойств, поскольку позволяют при получении положительного результата продолжить эксплуатацию проверенной детали. В этой связи, методы, основанные на измерении твёрдости, являются сравнительно простыми, доступными, и вместе с тем перспективными, содержащими ещё много нераскрытых возможностей. Главное их достоинство заключается в возможности ускоренной оценки некоторых механических характеристик металла готовых деталей, не выводя их из строя и не вырезая из них образцов. Поэтому эти методы получили название безобразцовых

Широкому применению безобразцовых методов препятствует недостаточное теоретическое и экспериментальное обоснование взаимосвязи характеристик твёрдости с показателями прочности и пластичности, вследствие чего имеется большое количество методик и эмпирических формул, имеющих ограниченное применение. собственного физического поля объекта [46,47].

10, 72, 77].

Большинство методов безобразцовой оценки механических свойств материала основано на испытаниях, в результате которых измеряют твёрдость. Твёрдость как свойство материалов, способы и средства измерения твёрдости, связь твёрдости с другими физико-механическими свойствами интенсивно исследовались с давних пор с целью обоснованного использования твёрдости для оценки других механических свойств. Но полученные при этом экспериментальные зависимости, не всегда обеспечивают требуемую точность при определении основных механических характеристик [44].

При теоретическом исследовании связи напряжений при растяжении и вдавливании использовались решения задач о вдавливании шара, конуса и клина в идеально-пластическое тело без учёта упрочнения и трения. Результаты таких исследований требуют уточнения, предусматривающего учёт этих факторов. Для реальных упрочняющихся материалов, многие существующие зависимости показателей прочности от характеристик твёрдости имеют ограниченное применение. Этим также объясняется то многообразие эмпирических формул для подсчёта, например, предела текучести или временного сопротивления по твёрдости [71].

Таким образом необходимо экспериментально установить связь I показателей твёрдости и механических свойств для каждого конкретного применения и разработать на основе полученных данных методику экспресс-оценки показателей механических свойств с использованием метода твёрдости.

Основной задачей данной диссертации явились разработка и обоснование экспресс-методики оперативной оценки структурно-механического состояния металла теплоэнергетического оборудования в процессе длительной эксплуатации с применением неразрушающих физических, механических и металлографических методов контроля, позволяющих осуществить прогноз и повысить надежность агрегата в целом.

- 165-Выводы к главе 4

1. На основе проведенных исследований и результатов испытаний предлагается следующая методика оперативной оценки структурно-механического состояния металла оборудования и трубопроводов, включающая следующие этапы:

- 100%-ный неразрушающий контроль металла изделия физическим методом, например ММП с помощью аттестованного переносного прибора. Выявление зон или точек с аномальными изменениями физического параметра(например Кт для ММП).

- безобразцовый контроль механических свойств и микроструктуры с помощью переносных приборов в выявленных аномальных зонах.

- обработка и анализ результатов неразрушающего контроля, полученных физическим, металлографическим и безобразцовым методами. Определение твердости, предела текучести, временного сопротивления и коэффициентов гомогенности.

- принятие решения о возможности дальнейшей эксплуатации обследованного металла. ,

2. Методика опробована на лопатках турбин, трубопроводах, роторах с различной степенью наработки.

3. Методика использована для оценки качества восстановительной обработки металла лопаток после ремонта различными методами.

5. Даны практические рекомендации по использованию предложенной методики в цеховых условиях (по подготовке поверхности металла для контроля характеристик твердости и микроструктуры, по обработке результатов контроля методом LM-твердости, по использованию ММП и др.).

-166 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных расчетно-эксперименгальных исследований, выполненных экспериментов в лабораторных и цеховых условиях, анализа и обобщения существующих достижений в обследовании тепломеханического оборудования после длительной эксплуатации разработана комплексная методика оперативной оценки структурно-механического состояния металла, выявления потенциально опасных зон, определения механических свойств с использованием неразрушающих физических, механических, металлографических методов контроля и переносных технических средств.

Следует отметить, что предлагаемая методика является важной составной частью всего комплекса мероприятий по обследованию длительно работающих оборудования и трубопроводов с целью оценки остаточного ресурса и возможности его продления. В этот комплекс мероприятий входят анализ технической документации на обследуемый объект, визуальный контроль, дефектоскопия, измерение толщины стенок трубопроводов, i определение химсостава металла, уточненный расчет на прочность по фактическим механическим свойствам, геометрическим параметрам и дефектам элементов оборудования и трубопроводов. Предлагаемая методика, в дополнение к существующим, содержит перечень новых конкретных диагностических параметров, действий и операций с применением рекомендуемых методов и переносных технических средств, что направлено в конечном итоге на повышение качества контроля структурно-механического состояния металла оборудования и трубопроводов и предотвращение аварийных ситуаций.

По результатам диссертационной работы можно сделать следующие выводы:

1. Проведены исследования микроструктуры, механических свойств, повреждаемости металла теплоэнергетического оборудования после различных сроков эксплуатации с применением разрушающих и неразрушающих методов. Выполнен анализ существующих подходов с их преимуществами и недостатками к оперативной оценке структурно-механического состояния металла стареющего оборудования с целью уточнения остаточного ресурса.

2. Установлены общие закономерности изменения градиента магнитного поля и напряжений при вдавливании индентора в зависимости от степени пластической деформации. Дано материаловедческое обоснование связи характера изменения магнитных и механических характеристик металла под воздействием нагрузки.

3. Усовершенствована методика безобразцового неразрушающего определения предела текучести и временного сопротивления металла по характеристикам твердости непосредственно в изделиях с помощью переносных приборов. Установлена зависимость отношения предела текучести к временному сопротивлению от параметра упрочнения при вдавливании индентора, позволяющая упростить и ускорить процесс безобразцового контроля механических свойств металла в цеховых условиях.

4. Предложено использовать отношение твердости на пределе текучести к твердости на пределе прочности и параметр упрочнения при вдавливании индентора для расчета коэффициента гомогенности, характеризующего рассеяние механических свойств при деградации структурно-механического состояния металла в процессе длительной эксплуатации.

5. Разработана методика комплексной оперативной оценки структурно-механического состояния металла оборудования и трубопроводов, заключающаяся в 100%-ом неразрушающем контроле физическими методами с выявлением дефектных зон и последующем безобразцовом контроле механических свойств и микроструктуры металла в выявленных зонах с помощью переносных приборов. Разработанная методика может служить дополнением к существующим методикам комплексного обследования металла оборудования и трубопроводов.

6. Установлено, что предлагаемая методика может быть использована для оперативной оценки качества восстановления металла изношенных деталей с применением восстановительной термической обработки, наплавки, нанесения покрытий и других технологий.

7. Выполнено практическое опробование предложенной методики на теплотехническом оборудовании и трубопроводах с разной наработкой. В некоторых случаях выявлены в металле опасные зоны и даны рекомендации по замене, восстановлению и возможности дальнейшей эксплуатации обследованных узлов и деталей (ТЭЦ МЭИ, Конаковская ГРЭС, Актюбинская ТЭЦ, электростанция Актюбинского завода ферросплавов). I I

7 Л

О 9

1. Акользин П. А. Некоторые проблемы коррозии металла теплоэнергетических установок. - М.: Энергия, 1973. -64 с.

2. Балаховская М.Б., Надцына Л.В., Давлятова Л.Н. Исследование повреждений элементов оборудования, работающих при умеренных температурах // Эксплуатационная надежность металла оборудования тепловых электростанций. Сборник научных трудов. М.: ВТИ. 1987.

3. Балашов Ю.В., Бологов Г.А., Слободчикова Н.И. Оценка ресурса гибов паропроводов горячего промежуточного перегрева • энергоблоков 300МВт // Ресурс эксплуатации металла оборудования действующих энергоблоков. Сборник научных трудов. -М.:ВТИ. 1984. С.53-56.

4. Бекпаганбетов А.У. Исследование изменения структуры и механических свойств металла элементов газотурбинной установки // Тезисы докл. X международной НТК студентов и аспирантов. М.: МЭИ, 2004. т.З. С. 185-186.

5. Бекпаганбетов А.У. Влияние эксплуатационных условий на механические свойства лопаток турбин // Тезисы докл. VIII международной НТК студентов и аспирантов. М.: МЭИ, 2002. т.З. С. 262-263.1. С.40-44.1. С. 17-21.

6. Бекпаганбетов А.У., Матюнин В.М., Немытов Д.С. Определение твердости при переходе от упругой к упругопластической деформации // Заводская лаборатория. 2004. № 6. С. 42-46.

7. Бекпаганбетов А.У., Борисов В.Г., Кочетов А.А., Матюнин В.М. Исследование структурно-механического состояния металла лопаток газовой турбины при различных сроках эксплуатации // Ремонт, восстановление и модернизация. 2004. № 10. С. 213-220.

8. Бекпаганбетов А.У. Применение метода твердости в диагностике структурно-механического состояния металла конструкций и машин. //Тезисы докл. XI международной НТК студентов и аспирантов. М.: МЭИ, 2005. т.З. С. 228-229.

9. Бологов Г.А., Рущиц Т.Ю. Оценка остаточного ресурса металла коллекторов пароперегревателей. // Эксплуатационная надежность металла оборудования тепловых электростанций. Сборник научных трудов. — М.:ВТИ, 1987. С. 17-21.

10. Боровиков А.С. Капиллярные методы дефектоскопии-М.: Машиностроение, 1968 33 с.

11. Бровкин Б. А., Балашов A.M. Ремонт вспомогательного оборудования турбин. М.:Энергоиздат, 1982. - 96 с.

12. Булычев С.И., Алехин В.П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. -М.: Машиностроение, 1990. — 224 с.

13. Временное положение о проведении восстановительной термической обработки паропроводов, отработавших расчетный срок службы. М.: Союзтехэнерго, 1978. - 16 с.

14. Гетман А.Ф. Ресурс эксплуатации сосудов и трубопроводов атомных электростанций. М.: Энергоатомиздат, 2000. — 428 с.

15. Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. М.: Недра, 1996.-591 с.

16. ГОСТ 18442-80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования.

17. ГОСТ 21105-87. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод.

18. ГОСТ 24507-80. Контроль неразрушающий. Поковки из чёрных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии.

19. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

20. ГОСТ 17410-78. Контроль неразрушающий. Трубы металлические бесшовные цилиндрические. Методы ультразвуковой дефектоскопии.- 17227. ГОСТ 23273-78. Металлы и сплавы. Измерение твёрдости методом упругого отскока бойка (по Шору).

21. ГОСТ 22761-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия.

22. ГОСТ 22762-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости на пределе текучести вдавливанием шара.

23. ГОСТ 25.506-85. Расчёты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.

24. ГОСТ 25.504-82. Расчёты и испытания на прочность. Методы расчёта характеристик сопротивления усталости.

25. ГОСТ 18661-73. Сталь. Измерение твёрдости методом ударного отпечатка.

26. ГОСТ 1778-70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.

27. ГОСТ 5640-68. Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты

28. ГОСТ 10243-62. Сталь. Мето^ контроля МАКРОСТРУКТУРЫ. ^

29. ГОСТ 8233-56. Сталь. Эталоны микроструктуры.

30. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.

31. Гребенник B.C. Надежность обнаружения и определения размеров скрытых дефектов в длительно эксплуатируемом металле энергооборудования. // Ресурс эксплуатации металла оборудованиядействующих энергоблоков. Сборник научных трудов. — М.: ВТИ, 1984. С.74-80.

32. Гудков А.А., Славский Ю.И. Методы измерения твердости металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1982. - 167 с.

33. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. - 543 с.

34. Гумбель Э. Статистика экстремальных значений. М.: Мир, 1965.450 с.

35. Дейер Ф.Г., Ковалева А.Е. Причины появления трещин в сварных соединениях паропроводов РОУ 100/10 Душанбинской ТЭЦ. Информационный листок №Т-8/72 М.: СЦНТИ, 1972. - 4с.

36. Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. М.: Машиностроение, 1971.-199 с.

37. Дрозд М.С., Матлин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упругопластиче'ской контактной деформации. -М.: Машиностроение, 1986. -220с.

38. Дубов А.А. Диагностика турбинного оборудования с использованием магнитной памяти металла. — М.: Энергодиагностика, 1999. 113 с.I

39. Дубов А.А., Дубов Ал.А., Колокольников С.М. Метод магнитной памяти(ММП) металла и приборы контроля: Учебное пособие. М.: Изд-во Тиссо, 2003. -320 с.

40. Дубов А.А., Матюнин В.М., Бекпаганбетов А.У. Магнитно-механический метод выявления повреждений металла лопаток турбин на ранней стадии. // Технология металлов. 2005. № 4. С.41-44.

41. Жаропрочные сплавы для газовых турбин.Симс Ч.Т., Феликс П.К., Уиттл Д.П. и др. Пер.с английского Боголюбовой Л .Я. и др. Под ред.Шалина Р.Е. М.: Металлургия, 1981.-480 с.

42. Злепко В.Ф., Швецова Т.А. Критерии эксплуатационной надежности длительно работавшего металла энергооборудования. // Ресурс эксплуатации металла оборудования действующих энергоблоков. Сборник научных трудов. -М.: ВТИ, 1984. С.3-5.

43. Злепко В.Ф., Балашов Ю.В. Оценка остаточного ресурса службы длительно работавшего оборудования энергоустановок интегральным методом. // Ресурс эксплуатации металла оборудования действующих энергоблоков. Сборник научных трудов. М.: ВТИ, 1984. С.6-17.

44. Ибатуллин Б.Л. Специальные материалы теплоэнергетических установок. — Казань: Таткнигиздат, 1997. с.

45. Инструкция по визуальному и измерительному контролю. РД 34.10.130-96. Санкт-Петербург: Изд-во Деан, 2001. - 120 с .

46. Инструкция по контролю за металлом котлов, турбин и трубопроводов. И 34-70-013-84. М.: Союзтехэнерго, 1984.-40 с.

47. Инструкция по наблюдению за ползучестью и структурнымиизменениями металла паропроводов и пароперегревателей. — М.: Госэнергоиздат, 1955. 24 с.

48. Инструкция по наблюдению и контролю за металлом котлов, турбин и трубопроводов. И 34-70-010-82. -М.: Союзтехэнерго, 1982. — 43 с.

49. Инструкция по контролю за тепловыми перемещениями паропроводов электростанций. М.: СЦНТИ, 1972. - 20 с.

50. Инструкция по дефектоскопии гибов трубопроводов из перлитной стали (И №23 СД-80). М.: Союзтехэнерго, 1987. -38 с.

51. Информационное сообщение №Т-17/70. О возможности дальнейшей эксплуатации металла котлов и паропроводов из сталей 12МХ и15ХМ на электростанциях высокого давления после эксплуатации в течение 100 тыс.ч. -М.: ВТИ, 1970. 24 с.

52. Ишлинский А.Ю. Осесимметрическая задача пластичности и проба Бринелля. // ППМ. 1944. Т.8. Вып.З. С.201-224.

53. Конторов Б.М. Удлинение срока службы изнашивающихся деталей энергетического оборудования. // Опыт организации и проведения ремонта котельного оборудования. Сборник статей. — М.: Энергия. 1967. С.88-10 с.

54. Конторов Б.М., Конторова Д.Б. Износостойкая электронаплавка деталей энергетического и иного оборудования. Под ред. к.т.н. Ароновича М.С. М.: Энергия, 1970. - 72 с.

55. Коржова Л.В., Клепикова Т.М., Симонова Г.Г. Оценка структуры и свойств котельных сталей физическими методами. // Эксплуатационная надежность металла оборудования тепловых электростанций. Сборник научных трудов. -М.: ВТИ, 1987. С.83-89.I

56. Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды, сосуды. Сварные соединения. Контроль качества. Ультразвуковой контроль. Основные положения. ОП 501 ЦЦ-97 РФ. М.: НПП Норма, 1997. - 132 с.

57. Крутасова Е.И. Изменение характеристик и контроль качества металла, отработавшего расчетный срок. Конспект лекций. — М.: ВИПКэнерго, 1988.-40 с.

58. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. -М.: Машиностроение, 1979. 192 с.

59. Марковец М.П., Матюнин В.М. Влияние наклепа и термической обработки сталей на равномерную деформацию при растяжении и коэффициент упрочнения при вдавливании. // МиТОМ. — 1986. №8. С.30-31.

60. Марковец М.П., Матюнин В.М., Семин A.M. Связь междуIнапряжениями при растяжении и вдавливании в пластической области. // МТТ- 1985. №4. С. 185-187.

61. Марковец М.П., Новиков В.П., Кутринская И.В. Распределение плотности дислокаций по поверхности лунки при малых пластических деформациях. // Труды МЭИ. 1975. Вып. 225. С. 102-105.

62. Матюнин В.М. Деформационные характеристики и константы материалов при испытаниях ступенчатым и непрерывным вдавливанием индентора. // Заводская лаборатория 1992. №11. С.56-58.

63. Матюнин В.М. Методы и средства безобразцовой экспресс-оценки механических свойств конструкционных материалов: Учебное пособие покурсу «Диагностика структурно-механического состояния металла» / Под ред. Борисова В.Г.- М.: МЭИ, 2001. 94 с.

64. Матюнин В.М. Методы твердости в диагностике материалов. Состояние, проблемы и перспективы. // Заводская лаборатория— 2004. №6. С.37-41.

65. Меламед М.М., Швецова Т.А., Харчевников В.А. Влияние структурных факторов на долговечность эксплуатации металла паропроводов // Ресурс эксплуатации металла оборудования действующих энергоблоков.I

66. Сборник научных трудов. -М.: ВТИ, 1<984. С.20-25.

67. Методика оценки напряженно-деформированного состояния барабанов паровых котлов с использованием магнитной памяти металла. — М.: Энергодиагностика, 1999. 22 с.

68. Методика оценки состояния лопаток и роторов компрессорных установок с использованием магнитной памяти металла. — М.: Энергодиагностика, 1998 14 с.

69. Методика поверочного прочностного расчета гибов необогреваемых труб. М.: Управление Мосэнерго, 1982 — 16 с.

70. Методические указания по испытаниям котлов по выявлению причин наружных коррозионных повреждений низкотемпературных поверхностей нагрева (воздухоподогреватели и экономайзеры). — М.: Соэзтехэнерго, 1989-48 с.

71. Методические указания по металлографическому анализу при оценке качества и исследований причин повреждений сварных соединений паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф тепловых электростанций. МУ 34-70-161-87.- М.: ВТИ, 1987- 18 с.

72. Методические указания по магнитному контролю металла труб поверхностей нагрева котлов теплоэлектростанции. РД 34.17.451-98. — М.: ВТИ, 1998- 12 с.

73. Методические указания по магнитопорошковой дефектоскопии коррозионно-поврежденных рабочих( лопаток паровых турбин в зоне фазового перехода. МУ 34-70-167-87. -М.: ВТИ, 1987 10 с.

74. Методические указания о порядке проведения работ при оценке индивидуального ресурса паровых турбин и продлении срока их эксплуатации сверх паркового ресурса. РД 34.17.440-96. — М.: ВТИ, 1996 94 с.

75. Методические указания по определению длительной прочности теплоустойчивых сталей методом горячей длительной твердости. МУ 34-70082-84. М.: Союзтехэнерго, 1985 - 8 с.

76. Методические указания по техническому диагностированию трубопроводов с использованием метода магнитной памяти металла. М.: Энергодиагностика, 1996-32 с.

77. Нормы расчёта на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды. РД 10-249-98. М.: НПО ЦКТИ, 1999 - 228 с.

78. ОСТ 34-70-690-84". Металл паросилового оборудования электростанций. Методы металлографического анализа в условиях эксплуатации. М.: Информэнерго, 1985 - 42 с.

79. Поведение перлитных сталей в процессе эксплуатации паропроводов (Обзор). М.: Информэнерго, 1974 - 24 с.

80. Положение о порядке« установления сроков дальнейшей эксплуатации элементов котлов, турбин и паропроводов, работающих при температуре 450 град и выше. П 34-00-003-84. М.: Союзтехэнерго, 1984 -28 с.

81. Положение об оценке ресурса, порядке контроля и замены гибов необогреваемых труб котлов с рабочим давлением 10 и 14 МПа. П 34-70-00585. М.: Союзтехэнерго, 1985 - 48 с.

82. Промышленные тепловые электростанции / Под ред.Соколова Е.Я. М.: Энергия, 1967.- с.

83. Рекомендации по контролю микроструктуры металла методом оттисков. М.: СЦНТИ, 1969 - 14 с.

84. Справочник металлиста в 5s томах. Под ред. проф. Владиславлева B.C. -М.: Машгиз, 1960. т.З. -560 с.

85. Типовая инструкция по осмотру питательных трубопроводов паровых котлов при техническом обслуживании. ТИ 34-70-067-87. М.: Союзтехэнерго, 1987 - 8 с.

86. Черток Б.Е. Лабораторные работы по технологии металлов и конструкционным материалам. -М.: Машиностроение, 1969- 192 с.

87. Шалин Р.Е., Булыгин И.П., Голубовский Е.Р. Жаропрочность сплавов для газотурбинных двигателей. М.: Металлургия, 1981 - 120 с.

88. Шкалы микроструктур металла котельных труб из сталей 12Х1МФ и 15Х1МФ, пересмотренные и" согласованные на совещании в Главтрубостали 7-8 августа 1968 г. Прил. к МРТУ 14-4-21-67. М.: СЦНТИ, 1972-40 с.

89. Школьникова Б.Э., Шешенев М.Ф. Новые способы оценки ресурса труб поверхностей нагрева котлов мощных энергоблоков // Ресурс эксплуатации металла оборудования «действующих энергоблоков. Сборник научных трудов. -М.: ВТИ, 1984. С.46-51.

90. Щапова В.В. Скорость роста усталостных трещин в ремонтных заварках барабанов из стали 22К // Эксплуатационная надежность металла оборудования тепловых электростанций. Сборник научных трудов. М.: ВТИ, 1987. С.44-46.