автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Повышение и оценка остаточнойработоспособности сварных элементов нефтехимического оборудования со смещением кромок

Лч. На правах рукописи

о

Коваленко Владимир Викторович

Повышение и оценка остаточной работоспособности сварных элементов нефтехимического оборудования со смещением кромок

05.04.09 - "Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 1997

>

Работа выполнена на кафедре "Технология нефтяного аппаратостроения" Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор P.C. Зайнуллин

Официальные оппоненты: академик РАПК, доктор технических наук,

Ведущее предприятие: - Международный институт безопасности сложных технических систем, г. Москва.

Защита состоится 4 июля 1997г., в 12-00 ч на заседании диссертационного совета Д 063.09.03 в Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) по адресу: 450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке УГНТУ. Автореферат разослан " 4 " июня 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

профессор А.Д. Никифоров член-корреспондент ИА РБ, канд. техн. наук P.C. Абдуллин

доктор технических наук, профессор

Актуальность работы

Смещение кромок - распространенный дефект, возникающий в результате накапливания погрешностей в процессе обработки заготовок на заготовительных и сборочно-сварочных операциях производства нефтехимического оборудования (сосуды, аппараты и трубопроводы). Смещение кромок приводит к дополнительной концентрации напряжений из-за возникновения изгибающего момента и снижения угла перехода от металла шва к основному металлу. В литературе имеется достаточно большое количество теоретических и экспериментальных работ по оценке работоспособности сварных соединений со смещением кромок (МГТУ им. Баумана, ЧГТУ, УГНТУ, ГАНГ им. Губкина, НИИХИММАШ и др.). Однако большинство из опубликованных работ посвящено оценке концентрации напряжений от действия краевых сил и моментов. Между тем, резкий переход от металла шва к основному металлу способствует возникновению еще большей концентрации в сравнении с действием изгибающих моментов.

Отличительная особенность подходов, развиваемых в настоящей работе заключается в том, что радиус закругления в месте перехода от металла шва к основному металлу принимается бесконечно малым, стремящимся к нулю (р-»0). Это обосновывается следующими причинами. Во-первых, радиус закругления р не поддается контролю и з соответствующих нормативных документах не регламентируется. Во-вторых, такой подход дает определенный запас прочности и долговечности при наличии смещения кромок, и в-третьих, в сварных соединениях, особенно при наличии смещения кромок, не исключается возможность появления участков с весьма малым радиусом закругления р (р—>0). Заметим, что полученные результаты распространяются и на сварные соединения с заданным значением р.

Анализ литературных данных показывает, что большинство исследований выполнено на модельных образцах при одноосном статическом растяжении.

В целом работа направлена на решение актуальной и важной проблемы обеспечения безопасности нефтехимического оборудования с обнаруженными при диагностике недопустимыми дефектами типа "смещение кромок". Предлагаемые подходы подтверждены натурными испытаниями цилиндрических сосудов.

Для выполнения исследований характеристик работоспособности использованы достаточно надежные современные методы: муаровых полос; тензометрирования; механики трещин и разрушения.

Цель работы

Цель работы заключается в разработке методов повышения и оценки остаточной работоспособности сварных элементов нефтехимического оборудования с обнаруженными при диагностировании дефектами типа "смещение кромок".

Задачи исследований

1. Анализ современного состояния методов повышения и оценки остаточной работоспособности нефтехимического оборудования с дефектами типа "смещение кромок".

2. Изучение особенностей напряженного состояния в угловых переходах сварных элементов, обусловленных смещением кромок.

3. Разработка методов расчетной оценки характеристик работоспособности сварных элементов нефтехимического оборудования со смещением кромок с использованием показателей трещиностойкости металла.

4. Натурные испытания сварных сосудов в условиях близких к эксплуатационным с целью обоснования возможности расширения диапазона допускаемых смещений кромок.

5. Разработка научно обоснованных методов повышения и оценки остаточной работоспособности сварных элементов нефтехимического оборудования с обнаруженными при диагностировании дефектами типа "смещение кромок".

Научная новизна

1. Предложен и обоснован расширенный диапазон допускаемых смещений кромок в сварных элементах нефтехимического оборудования.

2. Получены аналитические зависимости для оценки характеристик работоспособности сварных элементов нефтехимического оборудования с учетом особенностей напряженного состояния в сингулярных точках угловых переходов, обусловленных смещением кромок.

3. Установлена аналитическая зависимость для оценки параметров внешней геометрии сварных швов со смещением кромок с учетом их протяженности, при которых обеспечивается безопасность нефтехимического оборудования в назначенный срок эксплуатации.

Практическая ценность

1. Разработанные методы оценки остаточной работоспособности сварных элементов позволяют расчетным путем устанавливать возможность продления срока службы нефтехимического оборудования.

2. Предложенный метод повышения работоспособности сварных элементов нефтехимического оборудования позволяет без существенных затрат на проведение ремонта обеспечивать условия безопасности эксплуатации нефтехимического оборудования в заданный срок последующей работы.

3. Рекомендации по повышению и оценке остаточной работоспособности сварных элементов со смещением кромок согласованы с головным институтом по диагностике ВНИИнефтемаш (г.Москва) и переданы для использования в машиностроительные и нефтехимические предприятия РБ.

Апробация работы

Результаты работы докладывались в 1996-1997 гг. на научно-технических конференциях по проблемам диагностики различного оборудования и машиноведения, проводимых в Уфимском государственном нефтяном техническом университете и Академии наук Республики Башкортостан.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в одной брошюре и 10 научно-технических статьях.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы из 103 наименований, содержит 110 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 5 таблиц и приложение.

Общее содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи работы.

Первая глава посвящена оценке роли смещения кромок в формировании работоспособности сварных соединений, предложен расширенный диапазон допускаемых смещений кромок в нефтехимическом оборудовании.

В соответствии с ОСТ 26.291-94 -допускаемые' значения смещения кромок [с] зависят от толщины стенок обечаек Б, местоположения швов и способа сварки (рис.1). Величина [с] выражается в процентном отношении от толщины стенки Б. В определенных интервалах изменения Б величины [с] принимают различные значения в соответствии с ломаной кривой. Причем, угол наклона прямых [с] = ДБ) на разных участках заметно отличается. Например, для кольцевых швов (сплошная кривая 1 на рис.1,в), в интервале изменения Б от 0 до 20 мм, угол наклона прямых [с] = ДБ) меньше, чем при Б = 20...35 мм. На участке Б = 35...50 мм величина [с] не зависит от Б, а при Б =50 мм отмечается разрыв второго рода (скачок значения [с]) (см. рис.1,в). На наш взгляд, зависимости [с] = ДБ) должны быть монотонно возрастающими функциями (без разрывов различного вида). Основанием для этого могут служить соображения следующего характера.

Анализ литературных и полученных в работе данных по влиянию геометрических параметров на трещиностойкость показывает, что критический коэффициент интенсивности напряжений Кс (характеристика тре-

Le] мм 16

12

2 8 о

0

1 0 20 40 60 80 100 120 140 ICO 180 200мм S

CJ

CJ

и ai

I И

Oí

ез мм 3 «

С tt 6

4

2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200мм

Прод ольнь е

/

1

/

г 3

Рис. 1. Допускаемое смещение кромок (а) в кольцевых (в) и в продольных (г) сварных стыках: 1 - ASME; 2 - [с] = 0,4S0-7; 3 - ОСТ 26.291-94

щиностойкости) монотонно снижается по мере увеличения толщины образцов Б (или обечайки).

Основываясь на положениях механики разрушения и проведенных в работе испытаниях, показано, что при одинаковых номинальных напряжениях Он = стн, и относительных смещениях кромок Д, но разных толщинах Б и Б, двух обечаек соблюдается условие

К^/К^ ^с/с* , (1)

где К! и Ки, с и с, - значения КИН и смещения кромок для двух моделей с

одинаковыми стн и А, но с разными толщинами Б.

С увеличением отношения с/с» значение КИН, а следовательно, степень локальной напряженности монотонно возрастает. Это приводит к соответствующему монотонному снижению прочности обечаек, поскольку величина К1 находится в пропорциональной зависимости от номинального напряжения.

Установлено, что коэффициент концентрации напряжений в зоне сварного шва также изменяется по монотонной функции при изменении толщины стенок Б. Все это свидетельствует о том, что зависимости допускаемых смещений кромок [с] от толщины стенок обечаек Б должны быть монотонными функциями, отвечающими степенному закону типа

[с] = А^, где Аид- константы.

При оценке констант Аид придерживались рекомендаций ОСТ 26.291-94, в частности, максимальное значение [с] для кольцевых швов принималось равным 10 мм. При с > 10 мм может быть затруднена последующая сборка внутренних устройств аппарата, а также теряется его товарный вид. Между тем, расчеты показывают, что при таком смещении кромок аппарат может быть работоспособным как при статическом, так и циклическом нагружениях.

Для оценки допустимых смещений кромок предлагаются следующие формулы:

для кольцевых швов

для продольных швов

[с] = 0,4S°>7 < 10 мм; [с] = 0,4S0'7 < 3 мм.

(2) (3)

Максимальное смещение кромок при электрошлаковой сварке кольцевых швов ограничивается величиной 5 мм по технологическим соображениям.

Зависимости (2) и (3) отражены на рис. 1, где для сравнения даны допускаемые смещения кромок по стандарту ASME.

Рекомендованные выше значения допускаемых смещений кромок относятся к обечайкам из углеродистых, низколегированных и хромоникеле-вых нержавеющих сталей. Они не распространяются на биметаллические обечайки и кольцевые детали.

В случае, когда значения смещения кромок оказались больше рассчитанных по формулам (2) и (3), необходимо выполнить проверочные расчеты на прочность и долговечность. При удовлетворительных результатах расчета можно допускать значения смещения кромок, превышающие расчетные, отвечающие формулам (2) и (3).

Приведенные результаты нашли отражение в разработанном СТП 0387-97-1 [5].

Во второй главе разрабатываются методы оценки характеристик работоспособности на основании данных проведенного анализа локальной напряженности металла в окрестности вершины острого угла, обусловленного смещением кромок [1, 2].

В общем случае при нагружении конструктивных элементов суммарные напряжения (стсум) складываются из общих или мембранных (аМеМ), местных или краевых (акр) и локальных (а.™*) напряжений: асум = стИем + акр "t" СУлок. Например, для цилиндрического сосуда с продольным швом со смещением кромок мембранные и краевые окружные напряжения равны: Стмсм = PR/S; Сткр = ЗД Стмем. Локализованные напряжения зависят от геометрических параметров шва со смещением кромок (рис.1), в частности,

угла ß, радиуса закругления в вершине углового перехода р, ширины шва Ь, относительного смещения кромок А и др.

На основании подходов механики трещин и разрушения можно показать, что угловой переход (см. рис.1,а) в сварном соединении со смещением кромок вызывает упругие поля напряжений Стц с особенностью yi:

сту ~rYl, где yi - параметр, зависящий только от угла ß*. Для трещин yi = -0,5 и ß = 0.

Проведенный анализ позволяет отметить следующие особенности распределения напряжений в окрестности углового перехода, обусловленного смещением кромок: параметр yi не зависит от нагрузки и определяется лишь углом ß; при х->0 напряжения стремятся к бесконечности; для заданного дефекта поля напряжений определяются одним параметром Ki, что позволяет выбрать величину Ki в качестве критерия при оценке прочности. С ростом нагрузки величина КИН возрастает и при достижении некоторой критической наступает предельное состояние в вершине дефекта, в дальнейшем возможно нестабильное распространение разрушения. Таким образом, общая расчетная схема, принятая в механике разрушения сохраняется и в данном случае: Ki = Кс,. Однако, заметим, что такой подход имеет следующий недостаток. Значение этого параметра Кс, и его размерность зависит от угла раскрытия ß.

Для избежания этой трудности представляется целесообразным приводить рассматриваемую модель с острым углом к некоторой модели с эквивалентной трещиной (рис.2). Эквивалентность понимается в том смысле, что прочность модели с заданным дефектом будет такая же, как и для мо-

"Бакиев A.B., Зайнуллин P.C., Гумеров K.M. Напряженное состояние в окрестности острых концентраторов напряжений конструктивных элеме-нов газонефтехимического оборудования. //Нефть и газ.-Баку, 1988.- №8.-С. 85-88.

Б 1 -

Эй

Ьо 1 _

Б,, У

\

острый угол Р а)

р=90°

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ТРЕЩИНА

8

с ^---^

Ь0 _1

8=5н

В)

р^р,

кр

Рис. 2. К определению модели с эквивалентной трещиной для сварных соединений со смещением кромок

Ьо = с(-2у1)т, тя 1,0

дели с найденной эквивалентной трещиной. При этом необходимо соблюдать следующие условия. Сечение-нетто у двух эквивалентных моделях должны быть одинаковыми. Материалы моделей должны иметь одинаковые свойства. Таким образом, две эквивалентные модели будут лишь отличаться глубиной (длиной) дефекта. В данном случае смещение кромок с и глубина эквивалентной трещины U находятся в простой зависимости: /о = c(-2yi)m, где m - константа (m » 1,0).

Оценку напряжений и прочности модели с эквивалентной трещиной производят известными методами механики разрушения. Таким образом, при известном значении Кс (или К|С) с использованием условия прочности Ki = Кс возможно определение прочности сосуда с поверхностной трещиной и смещением кромок. Подходы механики разрушения дают правильную оценку прочности изделий из сталей высокой и средней прочности, в особенности, при больших толщинах. В противном случае, разрушающие напряжения в нетто-сечении приближаются к временному сопротивлению. В таких случаях предельное состояние целесообразнее определять методами теории пластичности.

Таким образом, выполнен анализ напряженно-деформированного состояния сварных соединений со смещением кромок для случая, когда радиус закругления в вершине перехода от металла шва к основному металлу весьма мал (р—>0). Получены формулы, описывающие поля напряжений и деформаций в окрестности острого углового перехода, обусловленного смещением кромок.

Установлено, что увеличение угла перехода р способствует значительному снижению степени напряженности металла, хотя непосредственно в вершине перехода (сингулярная точка) теоретические напряжения бесконечно большие (су ->=о).

Многочисленные опыты показывают, что сварные соединения со смещением кромок разрушаются по основному металлу, когда угол р составляет около 155° при напряжениях, близких к предельным для основно-

го металла (для вязких сталей). Кроме этого, доказано, что в диапазоне изменения параметра b/S от 0 до 2Д (при этом угол (3 изменяется от 90° до 155°) прочность сварных соединений изменяется примерно пропорционально увеличению параметра b/S. Дальнейшее повышение параметра b/S способствует лишь снижению концентрации напряжений.

На основании этих закономерностей получена следующая формула для определения несущей способности сварных соединений со смещением кромок:

металла; (фкр - сро) - прирост разрушающего напряжения при изменении тья от 0 до 2Д; ср0 = сгв0 / ств - относительное разрушающее напряжение соединения при шь? = 0; фкр = овкр / ав - то же при гг^ = 2Д; сгв и ствк - соответствующие им абсолютные разрушающие напряжения. Значения ств и авкропределяются экспериментально или по изложенной ранее методике расчета по эквивалентной модели (см. рис.2).

Если известны характеристики трещиностойкости, то они определяются по формуле

где У1 - поправочная функция для модели с двухсторонней трещиной (см. рис.2,а).

Аналогично находятся ст„™:

вкр

(6)

где У2 - поправочная функция для модели с краевой трещиной (см.рис.2,в).

где У2 - поправочная функция для модели с краевой трещиной (см.рис.2,в). Используя метод оценки Ю по предельной нагрузке ** образцов из хрупких материалов найдены значения поправочной функции У1,2 для модели, представленной на рис.2,6.

При отсутствии данных по Кс значения а^0^ могут быть найдены на основе данных по параметру трещиностойкости ** а^:

^во =атр.оствА-ЛоЛ (?)

где ато 0-значение ато при т^ = Г|0 =---?-. Аналогично на* З + сС-гу^

ходится Овкр^- При ты > 2Д значения относительной прочности ф равны параметру трещиностойкости аТр

Фсв = атр = 1 - 4ц(1 -ц)(1~ ) ■ (Ю

Здесь г| определяется с учетом текущего значения р и 71, а сх(р5/' = при т( = 0,5. На рис. 3 построены зависимости относительной прочности сварных соединений со смещением кромок от отношения ть.

Если параметр трещиностойкости а^ равен единице, что свидетельствует о нечувствительности стали к концентратору, то при т^ = 2Д прочность соединения становится равной временному сопротивлению. При этом коэффициент прочности сварного соединения ф^ равен единице. Как видно, при тьз = 2А прочность сварного соединения и прочность основного металла становятся практически равными. Следует отметить, что равнопрочность сварного соединения и основного металла обеспечивается при атр = 1,0 не только при одноосном, но и двухосном напряженном состоянии, характерном для нефтехимического оборудования. Эти закономерности относятся для сварных элементов из низкоуглеродистых,

** P.C. Зайнуллин. Обеспечение работоспособности оборудования в условиях механохимической повреждаемости.-М.: МИБ СТС, 1997. -427 с.

Рис. 3. Зависимость коэффициента прочности (фсв) сварных соединений со смещением кромок из сталей с различными характеристиками трещиностойкости от параметра mbs:

1 - а,Р = 1,0 (СтЗ; 20; 16ГС; 12Х18Н10Т) - стали нечувствительные к концентраторам [P.C. Зайнуллин, A.B. Бакиев];

2 - аФ = 0,85 - "Л'

- стали чувствительные к концентраторам

3 - а,Р = 0,53 - 30ХГСА

низколегированных и хромоникелевых нержавеющих сталей. В случае, когда параметр трещиностойкости атр меньше единицы, то равнопроч-ности сварного соединения и основного металла получить не удается (кривые 2 и 3 на рис.3).

Полученные закономерности относятся к сварным стыкам сравнительно большой протяженности /(/ > D). В литературе отсутствуют расчетные зависимости для оценки прочности оборудования с учетом протяженности сварных стыков со смещением кромок.

На основании анализа литературных ** данных и полученных в работе результатов предложена следующая зависимость для оценки несущей способности сварных цилиндрических сосудов с продольным швом со смещением кромок с протяженностью /:

фсв (/)= фсв Kh (9)

где К, - поправки на длину дефекта (К/ > 1,0). Чем меньше протяженность дефекта, тем выше прочность сосуда.

Долговечность при малоцикловом нагружении оценивали по критерию распространения эквивалентной смещению кромок трещине с использованием кинетического уравнения H.A. Махутова.

В третьей главе проведены исследования по оценке характеристик работоспособности сварных сосудов в условиях, близких к эксплуатационным с целью обоснования возможности расширения диапазона допускаемых смещений кромок [1, 3,4].

С целью оценки влияния смещения кромок на прочность сварных соединений аппаратов проведены гидравлические испытания их макетов до разрушения из стали 16ГС [3]. Опытные сосуды изготовлялись по обычной технологии изготовления цилиндрических аппаратов из углеродистых и низколегированных сталей, принятой в аппаратостроении. Для обеспечения заданного смещения кромок одну из свариваемых обечаек вальцевали на меньший диаметр. Толщина обечаек составляла 14 мм, а диаметр

Д = 630 мм. Длина цилиндрической части была равной четырем диаметрам сосуда (/ = 4Д). Кольцевые сварные швы со смещением кромок сваривали ручной электродуговой сваркой электродами УОНИ-13/55. К цилиндрической обечайке приваривали два эллиптических днища. Смещение кромок составляло 30% от толщины стенки сосуда. Кроме того, было изготовлено два сосуда с кольцевым швом со стопроцентным смещением кромок. Эти сосуды были изготовлены специально, чтобы убедиться, что даже при максимально возможном смещении кромок равнопрочность сосуда не будет нарушена. Заметим, что при таком смещении кромок коэффициент концентрации только изгибных напряжений составляет (по теории оболочек) около четырех (а„ = 4,0). Другими словами, при таком смещении кромок осевые напряжения значительно больше окружных напряжений. Тогда как для сосудов без смещения кромок окружные напряжения в два раза меньше осевых напряжений.

Сосуды испытывались на специально разработанной установке, позволяющей создавать статические и малоцикловые нагружения внутренним давлением жидкости [4].

Все опытные сосуды разрушались примерно при одном и том же давлении (см. таблицу). При этом окружные разрушающие напряжения равны порядка 495 МПа, что близко к временному сопротивлению стали 16ГС.

Таким образом, при статическом нагружении даже 100%-ное смещение кромок кольцевых швов не снижает прочности цилиндрических сосудов.

Результаты испытаний сосудов внутренним давлением до разрушения

Тип сосуда в соответствии с рис.4 Разрушающее давление Ртах, МПа Примечание

I 21,8 Разрушение по сварному шву, соединяющему заглушки с обечайкой

II 21,2 Разрушение по основному металлу

III 21,5 Разрушение по сварному шву, соединяющему заглушку с обечайкой

Малоцикловые испытания проведены на плоских образцах с поперечным сварным швом, выполненным электродами У ОНИ-13/55. В качестве материала образцов использовали листовой прокат из стали 17Г1С толщиной 12 мм. Было изготовлено 3 серии образцов: 1 - основной металл; 2 - сварной шов без смещения кромок; 3 - сварной шов со смещением кромок (Д » 0,3).

Образцы испытывали при мягком отнулевом цикле нагружения (коэффициент ассиметрии Я = 0). Испытания проведены в ИМАШ РАН при участии к.т.н. Г.В. Москвитина и Р.Г. Едиханова.

На рис.4 приведены кривые малоцикловой усталости соединений в координатах: сттах -1% 1\\ построенные по результатам испытаний 5 образцов на каждый уровень сттах.

Кривые долговечности имеют перелом. Причем, для сварных соединений этот перелом смещается в сторону меньших долговечностей (количествах циклов нагружения 14). Наличие сварного шва снижает долговечность образцов. Наличие смещения кромок еще в большей степени снижает долговечность сварных соединений.

Следует отметить, что зависимости сттах - N для образцов со смещением кромок на втором участке практическим параллельны. Установлено,

что при обеспечении в сварных соединениях тьэ > т^ их долговечность

составляет более 50000 циклов.

При десятикратном запасе прочности по долговечности п!м(пы = 10) допускаемое число циклов нагружения составляет 5000 циклов. Если допустить, что сосуд испытывает 1 цикл нагружения в сутки, то срок службы составит около 13,5 лет. В большинстве случаев сосуды и трубопроводы испытывают при эксплуатации гораздо меньшее число циклов нагружения.

Таким образом, установлено, что при обеспечении в сварных соединениях со смещением кромок угла перехода от металла шва к основному

Рис. 4. Результаты малоцикловых испытаний

металлу р > ркр » 155° удается достигать достаточно высокой работоспособности в условиях малоциклового нагружения.

В четвертой главе даны рекомендации по повышению и оценке остаточной работоспособности сварных элементов с обнаруженными при обследовании технического состояния нефтехимического оборудования дефектами типа "смещение кромок" [1,2, 5, 8].

Анализ литературных данных и полученных в данной работе позволил получить следующее уравнение, связывающее геометрические и механические параметры, при которых смещение кромок не снижает прочности сварных соединений:

где с = 2 и 4 - соответственно для двухстороннего и одностороннего шва;

Кш / ом _ш ом в=ав/ав ; ав и а в - пределы прочности металла шва и основного металла. Для обеспечения определенного запаса прочности значение К/ в формуле (10) следует принимать: К/ = 1,0.

В случае, когда швы не удовлетворяют условию (10), то следует дополнительно наложить сварочный валик. Количество дополнительных слоев устанавливается на основании формулы (10).

Применение более прочных электродов способствует уменьшению

пС Однако, следует помнить, что повышение прочности металла электродов в некоторых случаях может не обеспечивать технологическую прочность.

В случае смещения кромок кольцевого стыка значение следует принимать, как и для продольного стыка. Это обосновано тем, что такой подход дает определенный запас прочности, кроме того, осевые напряжения, в некоторых случаях, могут превысить значение 0,5 а0(ст0 = РЯ/Б, где Р - внутреннее давление; К и Б - радиус и толщина стенки цилиндра), например, в результате действия изгибных и температурных напряжений.

Рекомендации этого раздела апробированы на сварных соединениях из углеродистых (10, 20, 20К, 22К, СтЗ), низколегированных (16ГС, 17ГС, 17Г1С, 09Г2С) и хромоникелевых сталей типа 12Х18Н10Т.

При обеспечении равнопрочности сварного соединения, а также при статическом нагружении и (3 > 155° цилиндрические сосуды могут эксплуатироваться при малоцикловом нагружении при II > 0 с максимальным напряжением цикла аГОах, равным 0,67аТ (что соответствует рабочему напряжению, найденному по пределу текучести стт, с коэффициентом запаса прочности пт = 1,5).

На базе полученных результатов исследований разработана методика оценки остаточной работоспособности сварных элементов со смещением кромок, в тех случаях когда не удовлетворяются условия (2) и (3) [5].

Основные выводы

1. На основе изучения закономерностей напряженного состояния работоспособности при статическом и малоцикловом нагружениях разработаны методы повышения и оценки остаточной работоспособности нефтехимического оборудования с обнаруженными при диагностировании дефектами типа "смещение кромок".

2. Предложен и обоснован расширенный диапазон допускаемых смещений кромок в сварных элементах нефтехимического оборудования, позволяющий в некоторых случаях снижать себестоимость изготовления и ремонтных работ.

3. Получены аналитические зависимости для расчета несущей способности сварных элементов нефтехимического оборудования с использованием подхода механики трещин и разрушения.

4. Предложены и подтверждены натурными испытаниями методы повышения работоспособности сварных элементов нефтехимического обору-

дования, основанные на сглаживании угловых переходов, обусловливаемых смещением кромок.

5. Разработанный метод оценки остаточной работоспособности сварных элементов нефтехимического оборудования согласован с ВНИИ-нефтемаш (г. Москва) и позволяет расчетным путем устанавливать возможность дальнейшей безопасной эксплуатации сосудов, аппаратов и трубопроводов с обнаруженными при диагностировании дефектами типа "смещение кромок".

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Зайнуллин P.C., Коваленко В.В. Повышение остаточного ресурса сварных сосудов со смещением кромок. //Проблемы технической диагностики и определение остаточного ресурса оборудования: Материалы научно-технической конференции. -Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996.- С. 12-27.

2. Зайнуллин P.C., Мокроусов С.Н., Коваленко В.В. и др. Оценка ресурса труб действующих и демонтированных трубопроводов. //Проблемы технической диагностики и определение остаточного ресурса оборудования,- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996,- С.60-68.

3. Надршин A.C., Набиев P.P., Коваленко В.В. Натурные испыташи сосудов с геометрической неоднородностью сварных элементов //Проблемы технической диагностики и определение остаточного ресурса оборудования.-Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996.- С. 69-71.

4. Коваленко В.В., Набиев P.P., Вахитов А.Г. Установка для мало цикловых испытаний. //Проблемы технической диагностики и определенш остаточного ресурса оборудования,- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996.- С. 72-74.

5. Зайнуллин P.C., Медведев Ю.С., Королев Н.М., Коваленко В.В Определение допускаемых смещений кромок в стыковых сварных соедине ниях оборудования объектов котлонадзора. Стандарт предприяти: (СТП0387-97-1). - МНТЦ "БЭСТС", 1997,- С. И.

6. Коваленко B.B. Расширение диапазона допускаемых смещении юмок в сварных сосудах. - Уфа: АН РБ, Баштехинформ, 1997,- № 53.

7. Зайнуллин P.C., Черных Ю.А., Коваленко В.В. Расширение диапа-на критических деформаций при гибке обечаек. Заводская лаборатория иагностика материалов), 1997.-№4.-С. 32-33.

8. Коваленко В.В. Повышение работоспособности оборудования с 5наруженными при дигностике недопустимыми смещениями кромок. Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий, ¡атериалы научно-технической конференции,-АН РБ, 1997,- С. 90.

9. Зайнуллин P.C., Коваленко В.В. Напряженное состояние и проч-эсть сварных соединений со смещением кромок. //Проблемы машинове-;ния, конструкционных материалов и технологий: Материалы научно-:хнической конференции. - АН РБ, 1997. - С.95-103.

10. Зайнуллин P.C., Коваленко В.В. Натурные испытания сосудов со лещением кромок. //Проблемы машиноведения, конструкционных матс-налоп и технологий: Материалы научно-технической конференция АН Б, 1997.-С. 104-109.

11. Зайнуллин P.C., Коваленко В.В., Бакиев Т.А. Определение допус-аемых смещений кромок в стыковых сварных соединениях нефтяных ап-аратов.-МНТЦ "БЭСТС", 1997. - 47 с.