автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Оценка долговечности аппаратов, подверженных малоцикловой усталости, по скорости ультразвука

На правах рукописи

РГБ ОД

'). ') С '

(г I ■ 1

НАУМКИН ЕВГЕНИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ АППАРАТОВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ МАЛОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ, ПО СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА (ПА ПРИМЕРЕ СТАЛИ 09Г2С)

Специальность 05.04.09 - "Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2000

Работа выполнена на кафедре "Машины и аппарата химических производств" Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный руководитель: Научный консультант: Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук

профессор Кузеев И.Р.

кандидат физико-математических наук

Ахмадеев Н.А.

доктор технических наук

Халимов А.Г.

кандидат технических наук Султанов М.Х. ГУЛ "Салаватнефтсмаш"

Защита состоится 21 апреля 2000 г. в 10 на заседании диссертационного совета Д 063.09.04 в Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) по адресу: 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке УГНТУ Автореферат разослан "20" марта 2000 г.

Ученый секретарь . диссертационного совета, доктор технических наук —У И.Г. Ибрагимов

Л ПРГЛ <Г)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

В настоящее время в стране эксплуатируется более половины парка нефтехимического оборудования со сроком службы более 20 лет. Техническое состояние нефтехимического оборудования, находящегося столь длительное время в эксплуатации, ухудшается вследствии протекания процессов коррозии, старения и усталости металла. Вместе с тем для этого оборудования увеличивается вероятность его катастрофического разрушения. В связи с этим встает вопрос о возможности дальнейшей безопасной эксплуатации данного оборудования.

Для решения этой задачи требуется проведение комплекса работ по технической диагностике и оценке долговечности нефтехимического оборудования на основе современных методов расчета, учитывая последние достижения в области материаловедения и механики разрушения.

Предприятия нефтехимической промышленности накопили значительный опыт диагностики эксплуатируемого оборудования с использованием различных методов контроля: визуальный осмотр, радиография, ультразвуковая дефектоскопия и толщинометрия, расчетные методы ц др. Эти методы позволяют лишь обнаруживать опасные объемные дефекты: трещины, поры, непровары. Но ни один из них, ни их совокупность не дают оценку долговечности конструкции, а дают оценку технического состояния оборудования.

Оценить долговечность оборудования достаточно сложно, поскольку разрушение при усталости происходит внезапно без каких-либо заметных внешних признаков приближения. Повреждаемость 5 процессе циклического нагружения, по данным микроскопических исследований, обусловлена структурным состоянием и уровнем микронапряжений, эволюция которых приводит к медленному скрытому подрастанию усталостных микротрещин, объединению их в магистральную разрушающую макротрещину.

Поэтому сегодня стоит проблема определения уровня накопленных повреждений неразрушающими методами контроля, решение которой может быть осуществлено при использовании акустического метода измерения скорости ультразвука.

Основные направления исследований выполнены в соответствии с Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан (АНРБ) «Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологии» по направлению 6.2 «Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе» на 1997-2000 годы, утвержденной постановлением Кабинета Министров РБ № 204 от 26.06.96, а также по Федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы (ФЦП «Интеграция») по государственному контракту №28 «Создание совместного учебно-научного центра «Механика многофазных систем в технологиях добычи, транспорта, переработки нефти и газа». ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Разработать метод оценки уровня накопленных повреждений аппаратов, подверженных малоцикловой усталости, неразрушающим контролем.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Формирование заданных уровней накопленных повреждений в образцах из стали 09Г2С со сварным швом путем их циклического нагружения по схеме чистого симметричного изгиба.

2. Изучение влияния амплитудного напряжения на усталостную прочность ч зонах сварного шва, термического слияния и основного металла стали 09Г2С.

3. Исследование влияния степени накопления усталостных, повреждений в области сварного шва стали 09Г2С на изменение скорости распространения ультразвуковых продольных волн.

4. Исследование изменения механических свойств до и после накопления усталостных повреждений в области сварного шва стали 09Г2С.

5. Изучение влияния малоцикловой усталости на изменение фрактальной размерности поверхности излома и структурного состояния в области сварного шва стали 09Г2С.

6. Разработка метода оценки долговечности аппаратов, подверженных малоцикповой усталости, по скорости распространения ультразвуковых продольных волн.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Установлено, что скорость распространения продольных ультразвуковых волн в сварном соединении стали 09Г2С после циклического нагружения снижается как в основном металле, так и в сварном шве, причем, характер снижения скорости для всех уровней накопления повреждений одинаков, а наибольшее снижение наблюдается в зоне термического влияния.

2. Получена зависимость фрактальной размерности поверхности разрушения в зоне термического влияния стали 09Г2С от уровня накопленных повреждений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ В ООО "Диатехсервис" используются разработанные:

1. Метод оценки долговечности аппаратов, подверженных мапоцикловой усталости, по скорости ультразвука, используемый при проведении технического освидетельствования и оценке технического состояния нефтезаводского оборудования

2. Рекомендации для проведения ультразвуковых методов контроля, учитывающие изменение скорости распространения ультразвуковых волл при упругопластическом деформировании металла, позволяющие более точно определить толщин у .металла, местонахождение и геометрические размеры дефектов.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на И-й Всероссийской научно- технической конференции «Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность» (Уфа, 1996), 1-м Международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных систем» (Москва ГАНГ им. И.М. Губкина, 1997), научно-практической конференции «Проблемы защиты окружающей среды на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии» (Уфа, 1997), научно-технической конференции «Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий» (Уфа, 1997), 48-й научно- технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 1997), 49-й научно- технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 1998), Международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (Уфа, 1998), У-й Международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-У-99) (Уфа, 1999), 15-й Российской научно-технической конференции «Нсразрушагащий контроль и диагностика» (Москва, 1999), 50-й научно- технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 1999).

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано одиннадцать работ.

ОБЪЕМ II СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 104 наименований, содержит 116 с. машинописного текста. 22 рис.. 3 табл. и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение раскрывает актуальность выбранной темы диссертационной работы, в нем сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на зашигу, а также отражена научная новизна выполненных исследований л их практическая ценность.

В первой главе рассмотрены и проанализированы работы, посвященные вопросам оценки долговечности оборудования, эксплуатирующегося в условиях малоцикловой усталости. Проанализированы случаи разрушения оболочковых конструкций. Рассмотрены принципы акустических измерений физико-механических свойств материалов. Проанализированы методы фрактального анализа.

В заключение главы сделаны выводы о целесообразности и актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе проведен анализ базы данных по техническому обслуживанию НПЗ г. Уфы, который показал, что наиболее часто используемыми сталями являются СтЗсп, 16ГС н 09Г2С. Гистограмма по частоте использования сталей приведена на рисунке 1.

Марка стали

Рисунок 1 - Гистограмма по частоте использования сталей в аппаратах (НУНПЗ цеха 2-5)

В связи с тем, что значительное количество оборудования, испытывающего циклические нагрузки, изготовлено из стали 09Г2С в качестве материала для исследования была выбрана данная сталь.

Заготовки для образцов изготавливались из листового проката толщиной 11 мм путем вырезки двух полос шириной 150 мм и длиной 1000 мм. Листы для изготовления образцов отбирались и сваривались на АО "Нефтехимремстрой" г. Уфы. Причем, направление вырезки образцов, поперек проката, выбиралось из условий нагружения изделий и технологии получения материала. Сварной шов двух пластин без разделки кромок и зазором между пластинами 3 мм был получен автоматической сваркой под слоем флюса. После чего из заготовок со сварным швом изготавливались образцы двух типов.

Для получения образной первого типа сваренная заготовка разрезалась поперек шва на полосы шириной по 70 мм, после чего вытачивались плоские образцы согласно ГОСТ 25502-79, рабочая часть которых была толщиной 8 мм, шириной 17 мм. Далее на изготовленных образцах в рабочей зоне была нанесена сетка размером 6x5 мм.

Для выявления зон сварного шва, термического влияния и основного металла на каждом образце было произведено металлографическое травление.

Образцы подвергались циклическому нагружению в области малоцикловой усталости по схеме чистого симметричного изгиба при температуре воздуха t = 20°С на лабораторной установке. Частота нагружения образца составляла 25 циклов в минуту (0,417 Гц), что исключало возможность его саморазогрева, влияющего на результаты исследования. Установка позволяла испытывать образцы толщиной до 25 мм. создавая деформацию в пределах 0,1...4 %. Схема установки представлена на рис.2.

!-образец типа IV по ГОСТ 25.502-79; 2- пассивный захват; 3- активный захват; 4- опорные ролики; 5- направляющие; 6- коромысла; 7- рычаг; 8- шатун; 9-кривошип: 10- сдвоенный шарнир.

Рисунок 2 - Схема установки В каждой ячейке был произведен замер толщины образца микрометром с погрешностью 0.005 мм и скорости ультразвука ультразвуковым толщиномером 36 DL Plus фирмы :,Panametrics" на частоте колебаний f = 5 МГц с погрешностью 0.05 м/с как в исходном состоянии, так и после каждого выбранного уровня накопления усталостных повреждений.

Для получения образцов по второму типу сваренная заготовка разрезалась поперек шва на полосы шириной по 7 мм, после чего изготавливались образцы цилиндрической формы трех видов - с рабочей зоной из основного металла, центра сварного шва и зоны термического влияния. Для выявления зон сварного шва, термического влияния и основного металла на каждом образце было произведено металлографическое травление.

Экспериментальная установка, на которой проводились испытания цилиндрических образцов, обеспечивает консольное нагружение с частотой 10 циклов в минуту. Нагружение осуществляется с помощью грузов, которые вместе с образцами жестко крепятся к вращающемуся диску.

Регистрация количества циклов до разрушения производится через контакт, установленный внутри корпуса и фиксируется на дисплее прибора.

Испытания на усталостную прочность проводились согласно ГОСТ 25.502. Зависимости амплитудного напряжения от количества циклов до разрушения строили по средним значениям пяти одновременно испытанных образцов на четырех уровнях нагрузок.

Для определения фактических механических характеристик стали 09Г2С со сварным швом (стн, стт) и их изменений после циклического нагружения были проведены механические испытания растяжением. Испытания проводились на универсальном динамометре фирмы "Шейк".

Для оценки изменения структурного состояния материала до и после циклического нагружения были проведены металлографические исследования образцов. Исследования и фотосъемка микроструктуры проводились на металлографическом микроскопе "Неофот".

Во второй главе также описаны методики измерения скорости ультразвука и определения фрактальной размерности поверхности разрушения.

В третьей главе показано, что в исследуемой области долговечности разрушение в зоне термического влияния происходит быстрее, чем в основном металле (рис.3).

и

Количество циклов до разрушения, N

Рисунок 4 - Зависимости амплитудного напряжения от количества циклов до разрушения стали 09Г2С

В главе также отражены результаты измерений скорости распространения ультразвуковых продольных волн по каждой ячейке в двух плоскостях рабочей зоны образца при различных числах циклов нагружения. Из рис. 5, б, 7 видно, что скорость распространения продольных ультразвуковых волн в сварном шве стали 09Г2С ниже, чем в основном металле, а после циклического нагружения наблюдается снижение скорости во всех зонах рабочей части образца, причем, характер снижения для всех уровней накопления повреждений одинаков. -

Длина рабочей зоны, мм

Рисунок 5 - Изменение скорости распространения ультразвуковых продольных волн при различных числах циклов нагружения по длине рабочей зоны образца.

Рисунок 6 - Зависимость скорости распространения ультразвуковых продольных волн от уровня накопления усталостных повреждений, Ы/Ыр (плоскость)

1

1

" —-

> Основной металл

■ ЗТВ

0.3 0,4 0 5 0.6 0.7

Уровень накопления повреждений. М/Мр

л Сварной шоо

Рисунок 7 - Зависимость скорости распространения ультразвуковых продольных волн от уровня накопления усталостных повреждений, М/Хр (торцевая часть образца)

• зтв

■ Сварной шов

* Основном металл

0.3 0,4 0.5 0,в 0,7 0.8

Уровень накопления повреждений, М/г-.'р

0.2

э.з

Рисунок 8 - Зависимость разности скоростей (Сисх - С) от уровня накопления повреждений

На рис.8 представлены зависимости разности скорости (Сисх-С) распространения ультразвуковых продольных волн от уровня накопления усталостных повреждений, который оценивался как отношение фактического числа циклов N нагружения к числу циклов до разрушения Ир. Отсюда видно, что изменение скорости распространения ультразвуковых продольных волн по мере накопления уровня усталостных повреждений в зоне термического влияния происходит быстрее, чем в зоне сварного шва и основном металле.

Результаты фактических механических характеристик стали 09Г2С со сварным швом (стц, сгт) и их изменений после циклического нагружения представлены на рис. 9, откуда видно, что резкое снижение временного сопротивления для зоны термического влияния наблюдается при уровне накопления усталостных повреждений более 0,5, а условный предел текучести до уровня накопления усталостных повреждений равной 0,5 незначительно возрастает, а затем плавно снижается.

• Изменения предела прочности

" Изменения \еловного предела текучести

О 0.5 0.75 0.89 1

Уровень накопления псБр:кде:яи*. М/Мр

Рисунок 9. - Зависимость временного сопротивления и условного предела текучести от уровня накопления повреждений

а) б) в)

Исходная структура стали 09Г2С:

а) основной металл; б) зона термического влияния; в) сварной шов

а)

G)

в)

Деформированная структура стали 09Г2С: а) основной металл; б) зона термического влияния; в) сварной шов

Рисунок 10 - Микроструктура области сварного шва стали 09Г2С Для определения причин изменения скорости ультразвука до и после циклического нагружения были произведены микроструктурные исследования поверхности образцов, представленные на рис. 10. Однако отсюда видно, что существенных изменений микроструктуры для исходного состояния и после деформации во всех зонах сварного соединения при увеличении до 400 раз не наблюдается.

Далее были произведены исследования изломов.

Вначале была произведена фотосъемка поверхности излома круглых образцов под увеличением, по фотографиям которых подсчитана площадь зоны долома. Отсюда видно, что с увеличением амплитудного напряжения площадь зоны долома в зоне термического влияния увеличивается в большей степени, чем для основного металла.

Затем была определена фрактальная размерность, которая осуществлялась методом островов-среза. Изломы заливались сплавом Вуда и

каждый срезаемый слой поверхности излома фотографировался фотоаппаратом "Зенит" через микроскоп МБС - 9, используя вместо объектива специальную насадку.

Затем рассчитывались площади "островов" линейным методом. По полученным данным построены зависимости площади от глубины среза, тангенс угла наклона которых является фрактальной размерностью поверхности излома. График зависимости фрактальной размерности О от уровня накопленных повреждений Ы/Мр представлен на рис. 11.

Уровень накопление повреждений М/Г.'о

Рисунок 11 - Зависимость фрактхчьной размерности от уровня накопленных повреждений

Из литературных источников известно (Е. Федер "Фракталы"), что с увеличением фрактальной размерности возрастает пористость материала. На рис.12 представлена фотография микроструктуры образца после разрушения в области зоны излома, па которой отчетливо видны отдельные поры (А), скопления пор (Б), а также слияние микропор в трещину (В).

Рисунок 12 - микроструктуры образца после разрушения в области зоны излома

Поэтому выше приведенные факты можно объяснить наличием, как в основном металле, так и в области сварного шва микропор, которые прн накоплении усталостных повреждений увеличиваются, переходя перед разрушением в магистральную трещину. Причиной изменения скорости ультразвука является увеличение порообразования, причем скорость ультразвука в материале остается неизменной, а снижение происходит между порами, которые приводят к отражению, рассеянию и дифракции.

В четвертой главе приводится метод оценки долговечности аппаратов, подверженных малоцикловой усталости, по скорости ультразвука, которая представлена на рис. 13.

Данные полученные с исследуемого объекта Экспериментальные данные

1 Т ▼

Анализ технической документации

! ▼ 1 ▼

Расчет напряженного состояния С=Г(ГМЧр)

Г I ▼

Измерение скорости ультразвука (Сэт) эталонного образца(исходного) Скр

Измерение скорости ультрашука в исследуемом объекте (Снзм)

_I_

| Стм > Скр | Нет

1 <;-

I 1

I

т__ ,_

Запрещение эксплуатации I | Л N = \пред - Nр.чсч

Рисунок 13 - Метод оценки долговечности аппаратов.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что в исследуемой области напряжений разрушение в зоне термического влияния стали 09Г2С происходит быстрее, чем в зоне сварного шва и основном металле.

2. Скорость распространения продольных ультразвуковых волн в сварном соединении стали 09Г2С ниже, чем в основном металле; после циклического нагружения снижается как в основном металле, так и в сварном шве, причем, характер снижения скорости для всех уровней накопления повреждений одинаков; скорость распространения продольных ультразвуковых волн в различных направлениях проката различна.

3. Изменение скорости распространения ультразвуковых продольных волн по мере накопления уровня усталостных повреждений в зоне термического влияния стали 09Г2С происходит быстрее, чем в зоне сварного шва и основном металле.

4. По результатам механических испытаний видно, что резкое снижение временного сопротивления для зоны термического влияния стали 09Г2С наблюдается при уровне накопления усталостных повреждений более 0,5, а условный предел текучести до уровня накопления усталостных повреждений равной 0,5 незначительно возрастает, а. затем плавно снижается.

5. Существенных изменений микроструктуры .для исходного состояния и после деформации во всех зонах сварного соединения стали 09Г2С при увеличении в 400 раз не обнаружено.

6. Установлено, что с увеличением амплитудного напряжения плошадь зоны долома в зоне термического влияния стали 09Г2С увеличивается в большей степени, чем для основного металла.

7. Получена зависимость фрактальной размерности поверхности разрушения в зоне термического влияния стали -09Г2С от уровня накопленных повреждений.

8. Причиной изменения скорости ультразвука является увеличение порообразования, причем скорость ультразвука в материале остается неизменной, а снижение происходит между порами, которые приводят к отражению, рассеянию и дифракции.

9. Разработан метод оценки долговечности аппаратов, подверженных малоцикловой усталости, по скорости ультразвука.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.Ахмадеев H.A.. Филимонов Е.А., Калашников С.А., Наумкин Е.А. Установка для изучения влияния рабочей среды на поведение материала при малоцикловом нагружении // Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность». - Уфа: УГНТУ, 1996,- С. 34.

2. Наумкин Е.А. Влияние рабочих параметров на поведение сварного шва стали 09Г2С при малоцикловом нагружении// Материалы симпозиума «Наука и технология углеводородных дисперсных систем».- Москва: ГАНГ им. И.М. Губкина 1997,-С. 63.

3. Калашников С.А., Наумкин Е.А. Установка для коррозиошю-усталостных испытаний // В сб.: Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий. - Уфа: УГАТУ, 1997,- С.338.

4. Ахмадеев H.A., Филимонов Е.А., Калашников С.А., Наумкин Е.А. К вопросу изучения влияния рабочих условий на поведение материала при мапоцикловом нагружении// В сб.: Проблемы защиты окружающей среды на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии,- Уфа: ИПНХП АН РБ, 1997,-С.237.

5. Калашников С.А., Наумкин Е.А. Установка для изучения рабочих условий на поведение материала при малоцикловом нагружении// В сб.:

Материалы 48-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых,- Уфа: УГНТУ, 1997,- С.ЗЗ.

6. Ахмадеев H.A., Калашников С.А., Наумкин Е.А., Басыров P.P. Установка для проведения коррозионно-усталостных испытаний по жесткой схеме нагружения// В сб.: Материалы 49-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых,- Уфа: УГНТУ, 1998,- С.211.

7. Калашников С.А., Наумкин Е.А. Влияние давления и температуры на коррозионно-усталостные разрушения стали 09Г2С при малоцикловом нагружении// В сб.: Проблемы нефтегазового комплекса России. Переработка углеводородного сырья. Нефтехимия// Тезисы докладов Международной научно-технической конференции - Уфа: УГНТУ, 1998,-С. 114.

8. Прохоров A.B., Ахмадеев H.A., Наумкин Е.А. Влияние изменения в процессе эксплуатации структурного состояния области сварных швов стали 09Г2С на акустические характеристики// В сб.: Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-У-99)// Тезисы докладов V Международной научной конференции,- Уфа: УГНТУ, 1999.- С. 47- 48.

9. Наумкин Е.А., Ахмадеев H.A., Филимонов Е.А., Прохоров A.B. Влияние числа циклов нагружения в сварном шве стали 09Г2С на изменение скорости ультразвука и механические характеристики/'/ В сб.: Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-У-99)// Тезисы докладов V Международной научной конференции. - Уфа: УГНТУ, 1999,-С. 48.

10. Ахмадеев H.A., Филимонов Е.А., Прохоров A.B., Наумкин Е.А. Оценка степени повреждения сварных соединений теплообменного оборудоБання из 09Г2С по скорости ультразвука;'/ Материалы 15-й Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика»,- Москва. 1999. - С.118.

11. Ахмадеев H.A., Филимонов Е.А., Наумкин Е.А. Зависимость скорости ультразвука от числа циклов нагружения в сварном шве стали

09Г2С// В сб.: Материалы 50-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Уфа: УГНТУ, 1999,- С.211.

Соискатель Е.А. Наумкин

Лицензия ЛР № 020267 от 22.11.96. Подписано к печати . Формат бумаги 60x84 1/16.

Бумага писчая. Печать офсетная. Печ. листов 1.0 .Тираж 90 экз. Заказ 58 . ~

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета. 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что в исследуемой области напряжений разрушение в зоне термического влияния стали 09Г2С происходит быстрее, чем в зоне сварного шва и основном металле.

2. Скорость распространения продольных ультразвуковых волн в сварном соединении стали 09Г2С ниже, чем в основном металле; после циклического нагружения снижается как в основном металле, так и в сварном шве, причем, характер снижения скорости для всех уровней накопления повреждений одинаков; скорость распространения продольных ультразвуковых волн в различных направлениях проката различна.

3. Изменение скорости распространения ультразвуковых продольных волн по мере накопления уровня усталостных повреждений в зоне термического влияния стали 09Г2С происходит быстрее, чем в зоне сварного шва и основном металле.

4. По результатам механических испытаний видно, что резкое снижение временного сопротивления для зоны термического влияния стали 09Г2С наблюдается при уровне накопления усталостных повреждений более 0,5, а условный предел текучести до уровня накопления усталостных повреждений равной 0,5 незначительно возрастает, а затем плавно снижается.

104

5. Существенных изменений микроструктуры для исходного состояния и после деформации во всех зонах сварного соединения стали 09Г2С при увеличении в 400 раз не обнаружено.

6. Установлено, что с увеличением амплитудного напряжения площадь зоны долома в зоне термического влияния стали 09Г2С увеличивается в большей степени, чем для основного металла.

7. Получена зависимость фрактальной размерности поверхности разрушения в зоне термического влияния стали 09Г2С от уровня накопленных повреждений.

8. Причиной изменения скорости ультразвука является увеличение порообразования, причем скорость ультразвука в материале остается неизменной, а снижение происходит между порами, которые приводят к отражению, рассеянию и дифракции.

9. Разработан метод оценки долговечности аппаратов, подверженных малоцикловой усталости, по скорости ультразвука.

105

1. Карзов Г.П., Леонов В.П., Тимофеев Б.Т. Сварные сосуды высокого давления: Прочность и долговечность. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. - 287 с.

2. Кудрявцев И.В., Наумченков Н.Е. Усталость сварных конструкций. М.: Машиностроение, 1976. - С. 26-51.

3. Труфяков В. И. Усталость сварных соединений. Киев: НауковэДумка, 19 1973.- С. 4-17.

4. ГОСТ 23.207-78. Сопротивление усталости. Основные термины , определения и обозначения. М.: Государственный комитет СССР тандартагу11978. - С. 51.

5. Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. М.: Думк^ 191988. - С. 3-24.

6. ГОСТ 2860-65. Металлы. Методы испытания на усталость. М.: государственный комитет СССР по стандартам, 1965. - С. 42.

7. Махутов H.A. и др. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1983. - С. 14-18.

8. Кузеев И.Р. Совершенствование технологии и повышение долговечности реакционных аппаратов термодеструктивных процессов переработки углеводородного сырья. Дис. д-ра техн. наук.- Уфа, 1987,- 429 с.106

9. Хвсров М. М., Нигматуллин P.P.// ФТТ. 1990. Т. 32., № 8.- С. 22 2297.

10. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984.- 312 с.

11. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990. - 448 с.

12. Газиев Р. Р. Оценка долговечности биметаллических аппаратов на примере реактора установки замедленного коксования. Дис. канд. техн. наук. Уфа, 1992.- 191 с.

13. Гусев A.C. Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках.- М.: Машиностроение, 1989.- 248 с.

14. Miner М.А, Cumulative Damage in Fatigue.- j. Appl. Mech. 12 (1945), P. A.159 A164.

15. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение.- М.: Мир, 1984.- 624 с.

16. Никольс Р. Конструирование и технология изготовления сосудов давления.- М.: Машиностроение, 1975.- 464 с.

17. Corten Н. Т., Dolan Т. J.Cumulative Fatigue Damage.- Proceedings of International Conference of Fatigue of Metals. ASME and IME (1956), P. 235 246.

18. Marco S. M., Starkey W. L. A Concept of Fatigue Damage. ASME Transations, 76 (1954), P. 627-643.107

19. Riechart F. E., Nevmark N. M. An Hypothesis for the Determination of Cumulative Damage in Fatigue.- ASTM Proceedings, 48 (1946), P.767.

20. Marin J. Mechanical Behavior of Engineering Materials. -Englewood Cliffs, N. J. Prentice Holl, 1962.

21. Grover H. I. An Observation Consering the Cycle Ratio in Cumulative Damage. Fatigue in Aircrafts Structures, STR - 274, American Society for Testing and Materials. Philadelphia, 1960, P. 120-124.

22. Manson S. S., Freche J. C., Ensign C. R. Application of a Double Linear Damage Rule to Cumulative Fatigue. Fatigue Crack Propagation, STR-415, Philadelphia, 1966, P. 384-412.

23. Gatts R. R. Application of a Cumulative Damage Concept to Fatigue. ASME Transactions, 83, Series D, N4. 1961. P. 529.

24. Henry D. L. Theory of Fatigue Damage Accumulation in Steel. -Transactions, 77 (1956), P. 913.

25. Керштейн И.М., Клюшников В.Д., Ломакин E.B. Основы экспериментальной механики разрушения.- М.: Изд-во Моск. унта, 1989.- 140 с.

26. Дульнев Р.А., Жукова Г.А. Методы суммирования повреждений при малоцикловом нагружении.- М.: ЦИАМ, 1986. N227.- 70 с.

27. Сафарян М.К., Иванцов О.М. Проектирование и сооружение108стальных резервуаров.- М.: Гостоптехиздат, 1961.- 328 с.

28. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность.- М.: Машиностроение, 1981.- 272 с.

29. Гусенков А.П., Москвитин Г.В., Хорошилов В.Н. Малоцикловая прочность оболочечных конструкций.- М.: Наука, 1989.- 254 с.

30. Давиденков H.H., Сахаров П.С. Влияние наклепа на хрупкость стали // ЖТФ.- 1987.- N 7.- с. 675-690.

31. ГОСТ 1497-84 (CT СЭВ 471-77), ГОСТ 9651-84 (CT СЭВ 119478), ГОСТ 11150-84, ГОСТ 11704-84. Металлы. Методы испытания на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1985.- 63 с.

32. Руководящий документ "Рекомендации по разработке методик определения ресурса остаточной работоспособности действующего технологического оборудования химических, нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих производств".

33. ГОСТ 14249-89 (CT СЭВ 596-86, CT СЭВ 597-77, CT СЭВ 103978, CT СЭВ 1041-78). Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.- М.: Изд-во стандартов, 1987.- 65 с.

34. ГОСТ 25.859-83 (CT СЭВ 3684-82). Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета нг прочность при малоцикловых нагрузках.-М.: Изд-во стандартов, 1983.-30 с.

35. Гудков A.A. Трещиностойкость стали.- М.: Металлургия, 1989.376 с.

36. Методы и средства оценки трещиностойкости конструкционных материалов // Сб. науч. трудов.- Киев.: Наукова Думка, 1981.

37. Романив О.Н., Ткач А.Н. Микромеханическое моделирование вязкости разрушения металлов и сплавов. // Физ.-хим. механика материалов.- 1987, N5.- с. 5-22.

38. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Ярусевич B.JL, Ясний П.В. и др. Исследование влияния температуры на трещиностойкость стали и сварного соединения // Проблемы прочности.- 1988.- N2.-с.8-14.

39. Унификация методов испытания металлов на трещиностойкость // Сб. статей. М.: Изд-во стандартов, 1982. Вып.2.- 84 с.110

40. ГОСТ 25.506. 85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.- М.: Изд-во стандартов, 1985.- 62 с.

41. Черепанов Г.П. Прикладная математика и механика, 1967, Т. 31, Вып.З с. 376-488.

42. Rise J. R. "Journ. Appl. Mech.", 1968, V. 35, P.379-385.

43. Керштейн И.М., Клюшников В.Д., Ломакин E.B. Основы экспериментальной механики разрушения.- М.: Изд-во Моск. унта, 1989.- 140 с.

44. Махутов H.A. Расчетные характеристики сопротивления хрупкому разрушению и методы их определения (Обзор). // Зав. Лаб., 1976, N8.-с. 987-996.

45. Леонов М.Я., Панасюк В.В. -"Прикладная механика", 1959, Т.5, N4. С.391- 401.

46. Ebrahimi F., Ali J.A. Evaluation of published date on ductile initiation fracture toughness of low-alloy structural steels // J. Test and Eval- 1988.16 N1.-P. 113-123.

47. Георгиев M.H., Дьяконов B.H., Межова Н.Я. и др. К вопросу о наличии связи между ударной вязкостью и критическим значением коэффициента интенсивности напряжений // Зав. лаб.-1990.-N4.-с. 85-86.1.l

48. Гиренко B.C., Дядин В.П. Зависимости между ударной вязкостью и критериями механики разрушения 81С , К1С конструкционных сталей и их сварных соединений // Автомат, сварка,- 1985.-N9.- с. 13-20.

49. Головин С.А., Пушкар A.B. Микропластичность и усталость металлов.-М.: Металлургия, 1980.

50. Красовский А .Я. Хрупкость металлов при низких температурах. Киев.: Наукова Думка. 1980,- 340 с.

51. Драгунов Ю.Г. Разработка методов обеспечения сопротивления хрупкому разрушению корпусов ВВЭР С использованием корреляционной зависимости статической трещиностойкости и ударной вязкости. Автореф. дис. канд. техн. наук.- М., 1989.- 24 с.

52. Лебедев A.A., Марусий О.И., Чаусов Н.Г. и др. Кинетика разрушения листового пластичного материала да заключительной стадии деформирования // Пробл. прочности.- 1982.- N12- с. 18-25.

53. Лебедев A.A., Марусий О.И., Чаусов Н.Г. и др. Исследование кинетики разрушения пластичных материалов на заключительной стадии деформирования // Пробл. прочности.- 1983.- N2- с. 12-18.

54. Лебедев A.A., Чаусов Н.Г. Феноменологические основы оценки трещиностойкости материалов по параметрам спадающих участков диаграмм деформаций // Пробл. прочности.- 1982.- N1- с. 6-10.112

55. Чаусов Н.Г., Лебедев A.A., Драгунов Ю.Г., Гетманчук A.B., Комолов В.М. Оценка трещиностойкости корпусной стали 15Х2МФА в разных состояниях по данным испытания малогабаритных образцов // Пробл. прочности.- 1992.- N12- с. 310.

56. Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом нагружении. М.: Машиностроение, 1983. -240 с.

57. Испытания при малоцикловом нагружении // Научно-техническое сотрудничество стран членов СЭВ: Методические указания. - М.: МЦНТИ, 1986. - 88 с.

58. Махутов H.A., Зацаринный В.В., Базарас Ж.Л. и др. Статистические закономерности малоциклового разрушения.- М.: Наука, 1989.- 252 с.

59. Механика малоциклового разрушения / Под общ. ред. H.A. Махутова, А.Н. Романова.- М.: Наука, 1986.- 264 с.

60. Прочность при малоцикловом нагружении / Под общ. ред. H.A. Махутова.- М.: Наука, 1983.- 271 с.

61. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении / H.A. Махутов, А.З. Воробьев, М.М. Гаденин и др.- М.: Наука, 1983.271 с.

62. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчет деталей113машин и конструкций на прочность и долговечность. Справочник.- М.: Машиностроение, 1985.- 224 с.

63. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность.- М.: Машиностроение, 1975.- 488 с.

64. Валиев Р.З., Вергазов А.Н., Герцман В.Ю. Кристаллогеометрический анализ межкристаллитных границ в практике электронной микроскопии.- М.: Наука.- 1991.- 232.С.

65. Мэнсон С Температурные напряжения и малоцикловая усталость / Пер. с англ.- М.: Машиностроение, 1974.- 334.С.

66. Березин B.JL, Шутов В.Е. Прочность и устойчивость резервуаров.- М.: Недра, 1973.- 200 с.

67. Mason W. P. Physical Acoustics and the Properties of Solids, Princeton, N. J., 1958.

68. Love A. E. H. Theory of Elasticity, London and New York, 1934.

69. Kolsky H. Stress Waves in Solids, Oxford, 1953.

70. Prager W. Introduction to Mechanics of Continua, Boston, 1961.

71. Sommerfeld A. Mechanics of Deformable Bodies, New York, 1950.

72. MsSkimin H. J. Acoust. Soc. Am, 22, 413 (1950)

73. Granato A, de Klerk J, Truell R. Phys. Rev, 108, 895 (1957).

74. Hikata A, Click В. B, Elbaum C, Truell R. Acta Met, 10, 423 (1962).114

75. Truell R. Journ. Appl. Phys., 30, 1275 (1959).

76. Truell R. Journ. Appl. Phys., 32, 1601 (1961).

77. Stein F., Einspruch N., Truell R. Journ. Appl. Phys., 30, 820 (1959).

78. Stein F., Einspruch N., Truell R. Journ. Appl. Phys., 30, 1756 (1959).

79. Einspruch N., Truell R. Journ. Appl. Phys., 33, 3087 (1962).

80. Zener C. Elasticity and Anelasticity of Metals, Chicago, 1948, p. 14.

81. P. Труэлл, Ч. Эльбаум, Б. Чик. Ультразвуковые методы в физике твердого тела.- М.: Изд-во "Мир", 1972.

82. B.C. Иванова, A.C. Баланкин, И.Ж. Бунин, A.A. Оксогоев. Синергетика и фракталы в материаловедении.- М.: Наука, 1994.383 с.

83. Mandelbrot В.В., Passoj D.E., Pullax A. J.// Nature, 1984. Vol. 308. P. 721-722.

84. Pande C.S., Richards L.E., Louat N. et al.// Acta met. 1987. Vol. 35, №7. P. 1633-1637.

85. Meisel L.V.// J. Phys. D. 1991. Vol. 24, № 6. P. 942-952.

86. Hao Y., Wang Z.G., Tian J.F. // Mater. Sei. And Eng. A. 1993. Vol. 161, №2. P. 195-200.

87. Underwood E.E., Banerji K.//Mater. Sei. Eng. 1986. Vol. 80, № 1. P. 1-14.

88. Kleiser T, Bosek M. // Ztshr. Metallk. 1986. Bd. 77, № 9. S. 582115587.

89. Gobel LR.// Ibid. 1991. Bd. 82, N 11. S. 858-868.

90. Tanaka M., Lizuka H.// Ibid. № 6.S. 442-447.

91. Ishikawa K. // J. Mater. Sei. Lett. 1990. № 9. P. 400 402.

92. B.E. Панин, B.E. Егорушкин, П.В. Макаров и др. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов. -Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. -Т.1.- 298 с; Т 2.-317 с.

93. В.Г. Сорокин, A.B. Волосникова, С.А. Вяткин и др. Марочник сталей и сплавов. / Под общ. Ред. В.Г. Сорокина М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

94. ГОСТ 25502 79. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. М.: Изд-во стандартов, 1980. -32 е.: (Гос. стандарты СССР)

95. ГОСТ 24217 80. Машины для испытаний металлов на усталость. Типы. Основные параметры. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 32 е.: (Гос. стандарты СССР)

96. X. Вашуль. Практическая металлография. Методы изготовления образцов. Пер. с нем. -М.: Металлургия, 1988. 320 с.

97. ГОСТ 6507 90. Микрометры. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 32 е.: (Гос. стандарты СССР)

98. В.И. Воскресенский Лабораторный практикум