автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Разработка и исследование новых видов высокопрочных соединений, паянных гетерогенными припоями

На правах рукописи УДК 621.791.3

РГ5 ОД

ХУДОШИН Александр Андреевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ ВИДОВ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ПАЯННЫХ ГЕТЕРОГЕННЫМИ ПРИПОЯМИ

05.02.02. - машиноведение и детали машин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2000

Работа выполнена в ЗАО НПО «Техкранэнерго», г.Владимир и во Владимирском государственном университете

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Г.П.Иванов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

А.В.Тимохин

кандидат технических наук, доцент А.В.Уткин

Ведущее предприятие - Научно-исследовательский и конструкторский институт тракторов и двигателей, г. Владимир

Защита состоится «.^■у» июня 2000 г. в гт часов на заседании диссертационного совета Д.063.65.01 Владимирского государственного университета по адресу: г. Владимир, ул. Горького, 87, ауд. 211-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета.

Автореферат разослан _мая 2000 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Р.А.Тихомиров

ИШ ti ñ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В России в эксплуатации находится большое количество железнодорожных и автоцистерн, различного рода емкостей, баков, сосудов и трубопроводов, эксплуатируемых в нефтехимическом и др. производствах.

В процессе эксплуатации данного оборудования появляется ряд дефектов, которые ведут к полной или частичной остановке производственных технологических процессов. Утечки нефтепродуктов и химических материалов наносят огромный материальный и экологический вред, а зачастую приводят к взрывам, пожарам, гибели людей.В 1998т. по данным Госгортехнадзора России было подано под налив нефтепродуктами свыше 5 тыс. железнодорожных цистерн с открытой течью.

Наиболее распространенная технология ремонта емкостного оборудования основывается на применении метода сварки. Однако применение сварки сопряжено с необходимостью полного высвобождения емкостей от содержащихся в ней жидкостей, последующей очисткой и дегазацией.

Особенно существенны материальные потери при ремонте железнодорожных цистерн, которые для очистки и дегазации необходимо перегонять на дальние расстояния в специализированное депо.

В связи с этим большое значение приобретают вопросы восстановления работоспособности данного оборудования, которое бы производилось в экстремальных ситуациях, обеспечивало высокую надежность при низкой стоимости и позволяло бы устранять дефекты без высвобождения сосуда, его очистки и дегазации.

Решение этой проблемы возможно, если применить для восстановления оборудования вместо сварки безогневую пайку. Для обоснованной реализации метода пайки необходимо выявление рационального сочетания конструктивных и технологических мер, обеспечивающих прочность и надежность паяных соединений.

Механические характеристики известных припоев и методы пайки с их применением не всегда удовлетворяют требованиям эксплуатации оборудования.

В связи с отсутствием расчетов паяного соединения на длительную прочность, ползучесть и влияние динамичности приложения нагрузки необходимы соответствующие исследования и разработка новых методов расчета, учитывающего влияние стесненной деформации, рабочей температуры, времени и масштабного фактора, величины зазора в соединении.

Необходимы исследования по совершенствованию конструкции соединения паяных элементов и нагревательных приборов.

Решение этих вопросов является актуальной задачей, имеющей как теоретическую ценность, так и большой практический интерес.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение срока службы оборудования, снижение затрат на его ремонт за счет ликвидации дефектов методом пайки.

Для достижения поставленной цели задачами исследования являются:

- разработка эффективной технологии пайки, втом числе составов припоев, методов пайки, нагревательного оборудования;

- разработка методики и средств проведения экспериментальных исследований по изучению механических свойств припоев и паяных соединений в условиях статического и динамического приложения разрушающей нагрузки при разных температурах;

- установление влияния толщины паяного шва на статическую и динамическую прочность соединения, определение оптимального значения зазора по условиям ударной прочности;

- исследование влияния остаточных напряжений на прочность паяных соединений;

- проведение исследования динамической прочности соединений в условиях механического и гидравлического нагружений;

- разработка методов повышения динамической прочности паяных соединений за счет создания новых композиционных припоев и за счет изменения конструкции соединений;

- введение учета временного фактора в прочностной расчет паяного соединения, учитывающего ползучесть легкоплавких припоев; разработка инженерного метода расчета на длительную и динамическую прочность;

- разработка рекомендации по внедрению метода пайки в производственных условиях.

Методы исследования. В работе применялись экспериментальные и теоретические методы исследования. Исследования проводились на основе теории планирования эксперимента и методов математического моделирования. Обработка материалов исследования осуществлялась с использованием методов математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры «Литейные процессы и конструкционные материалы» и лабораториях организации ЗАО НПО «Техкранэнерго» с использованием общепринятых методик и стандартного оборудования. Для проведения отдельных исследований разработаны и изготовлены специальные устройства.

Научную новизну работы составляют:

- разработка методики измерения динамической прочности паяных соединений гидравлическим ударом;

- исследовние противоречивого влияния величины паяльного зазора на прочность паяного соединения, показавшее, что с увеличением зазора уменьшается статическая и растет динамическая прочность;

- установление существования зависимости оптимального зазора от коэффициентов теплового расширения основного металла и припоя;

- разработка расчета опасности несквозных дефектов методом конечных элементов;

- установление ранее неизвестного механизма влияния шероховатости на прочность паяного соединения;

- исследование ползучести легкоплавких припоев под нагрузкой при обычной и повышенной температурах;

- разработка на основе установленных зависимостей способа повышения надежности паяных соединений применением специально разработанных гетерогенных припоев.

Практическая ценность работы заключается:

- в создании новых видов высокопрочных паяных соединений (многослойных и с регулярным рельефом);

- разработке принципиально новых гетерогенных припоев, не содержащих дефицитных компонентов;

- разработке новых технологий пайки: в магнитном поле и пайки трением;

- в создании, нового нагревательного оборудования для безогневой пайки: низкотемпературного многостержневого паяльника с повышенным теплостоком и предохранительного устройства от перегрева при пайке трением;

- разработке инженерного метода прочностного расчета паяных соединений с учетом их долговечности, рабочей температуры и динамической нагрузки;

- выработке рекомендаций по внедрению метода безогневой пайки в производственных условиях.

Реализация результатов. Результаты работы внедрены на предприятиях: НПО «Техкранэнерго»,г. Владимир; государственном научно-техническом лазерном центре РФ «Радуга» (Владимирская область); ПОГАТ? г.Владимир; МП «Сириус», г.Владимир; АЗС-З,

г.Москва; ТОО БМБ, г.Москва; в учебный процесс на кафедрач теоретической механики и литейных процессов

и конструкционных материалов Владимирского государственного университета, а также на курсах повышения квалификации руководителей и главных специалистов предприятий Верхне-Волжского округа Госгортехнадзора РФ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Безопасность оборудования потенциально опасных производств» (г.Москва, МГАХМ, 1996), на 47-й научно-технической конференции МГАХМ (г.Москва, 1997), на научно-технических совещаниях Верхне-Волжского округа Госгортехнадзора РФ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ в центральной печати, в том числе в журналах: «Химическое и нефтяное машиностроение», «Строительные и дорожные машины», «Безопасность труда в промышленности», «Chemical and Petroleum Engineering» (США) и получены 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Общий объем-192 страницы машинописного текста, включая 50 рисунков и графиков, 34 таблицы. Список использованной литературы содержит 131 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту, дана краткая аннотация глав.

В первой главе выявлена необходимость и возможность проведения восстановительных работ и наиболее характерные дефекты оборудования , возникающие в процессе его эксплуатации.

Установлено, что метод сварки, применяемый для проведения ремонтных работ? имеет ряд недостатков: технологически сложен и требует полного вывода оборудования из технологического процесса эксплуатации на длительное время, в связи с чем не применим в экстремальных условиях.

Наиболее приемлем для восстановления нефтехимического оборудования метод безогневой пайки легкоплавкими припоями, так какой достаточно надежен, безопасен, технологически прост, применим в полевых условиях, не требует для ремонта дорогостоящего оборудо-

вания, длительного простоя цистерн, их освобождения от продукта и дегазации.

Работы в этом направлении проводили Доронин Г.П. [18], Дры-гин В.Д. [19], Иванов Г.П. [25], Кабанов В.В. [29], Картишов Н.Г. [31], Касаткин С.Б. [32], Кева Д. [33], Кмечич Д.С. [34], Колокольцев В.М. [35], Котлов Ю.Г. [36], Лекедеонский A.B. [40], Лашко С.В. [42], Лоцманов С.Н [45,46], Манко Г. [48], Никитинский A.M. [55], Окабаяши М. [57], Орлов A.B. [58], Петрунин И.Е. [46,63,64,66], Радзиевский В.Н. [71], Рихтер X. [76], Роберте П.М. [77], Самойленко В.Г. [81], Семенов В.Н. [84], Соловьев А.Д. [87,88,89,90], Фетисов Г.П. [97], Хряпин В.Е. [101], ЧижД.М. [121], Чистяков Ю.Д. [122].

Проведен анализ прочностных характеристик припоев и установлено, что припои на основе оловянно-свинцовой эвтектики, а также композиционные припои наиболее полно соответствуют требованиям технологий экспресс-восстановления. Однако механические характеристики припоев и паяных соединений с их применением не всегда удовлетворяют требованиям эксплуатации оборудования. Эти обстоятельства требуют поиска новых составов припоев. Необходимы исследования по совершенствованию методов соединения паяных элементов. нагревательных приборов в направлениях увеличения прочности паяных соединений, снижения времени прогрева зоны пайки и расплавления припоя, обеспечения полной взрывопожаробезопасности.

Необходим расчет влияния на прочность стесненной деформации и сложнокапряженного состояния, фактора времени и масштабного фактора, динамичности приложения нагрузки и влияния величины зазора в соединении.

Во второй главе на основании анализа недостатков существующих легкоплавких припоев разработаны рецептуры гетерогенных композиционных припоев Типа РИКЦ, которые обладают хорошими технологическими и эксплуатационными характеристиками и не имеют дорогих и дефицитных компонентов типа галлия, германия, индия.

Статические и динамические исследования композиционных припоев МАСМА-108, ПОСКиН-1, РИКЦ-1 показали, что у них по сравнению с другими известными припоями самый высокий уровень прочности(о;),(рис.1,а)?в том числе и динамической прочности (KCF), (рис. 1 ,б);наименьшие относительные удлинение и сужение.

Эти композиционные припои обладают как более высокой кратковременной твердостью (HRL), так и длительной твердостью (HRM), а припой РИКЦ-1 хорошо сохраняет эти положительные для эксплуатации восстановленного оборудования характеристики и при повы-

Ссылки даны на список литературы в диссертации

а,, МПа Т

50 г

I

40 -

30 Г

1

20Г

10 г

КСР,% 60

50

40

30

20

п

и

Тип припоя Тип припоя

а) б) Рис. 1. Сравнительные диаграммы статической (а) и динамической (б)

прочности припоев

НРИ.

100 90 30 70 50 50 40

5 ___ | ПОСК1 Н-1

р Л/ом"4 --

—^ ПОС91 1 ЛОС( \ 11

ПОС40

подкин-

60

40

20

/7 ,ММ

60 120 180 240 300 т, б)

НЯI

80 60 40 20

Прск <н-1

I. • ! |рикц-

^N1 И

с—!—

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1С

В)

Рис.2. Зависимости кратковременной (а),длительной (б) и горячей (в) твердости припоя от его толщины И, времени Ти температурь! I воздействия

шенны.ч до +120°С температурах (рис. 2). Разработанный гетерогенный (композиционный) припой РИКЦ-1 обладает достаточно высокими значениями твердости при комнатной температуре, а при высокой температуре сохраняет свою прочность и хорошо сопротивляется

ползучести вплоть до 100-120 °С, после чего происходит быстрое падение HRL вблизи температуры ликвидуса основной легкоплавкой его фазы. Это составляет по гомологической шкале 0,86 от температуры плавления и близко к наилучшему значению одного из японских припоев с порогом рекристаллизации 0,9 /°пл

Дальнейшее совершенствование композиционных припоев, например введением третьей фазы, позволит поднять и прочность до уровня прочности припоя ПОСКиН-1, сохранив при этом преимущество в теплопрочности. В качестве такой упрочняющей фазы могут служить интерметаллиды типа MgSn2, не только повышающие прочность, но и замедляющие старение паяных швов.

В третьей главе проведены исследования статической и динамической прочностей соединений паянных гомо- и гетерогенными легкоплавкими припоями. Установлено, что статическая прочность (ад) паянных различными припоями соединений с увеличением толщины слоя припоя (от 0,008 до 1, 00 мм) уменьшается (от 31 до 45 %), что обусловлено присутствием в шве внутренних дефектов (пузырьков воздуха, остатков флюса и др.количество которых с увеличением толщины шва. растет (рис. 3).

зазора для различных припоев

Динамическая прочность с увеличением толщины слоя припоя возрастает (рис.4), что объясняется противоположным влиянием величины зазора на прочность и пластичность припоя.

Для восстановления оборудования, работающего в условиях статических нагрузок при постоянных температурах, не превышающих +60 "С, целесообразно применять припои МАСМА-108, РИКЦ-1 и ПОС 61 с /7=0,06...0,1 мм, а для восстановления оборудования, рабо-

тающего при статических и динамических нагрузках, при повышенных температурах от 60 до 120 °С - композиционные припои РИКЦ-1 и МАСМА-108 с Л=0,4...0,8 мм.

Проведенные гидродинамические испытания показали, что эксплуатационные прочностные характеристики (КСР) паяных соединений на 10... 15% выше показателей, полученных при механических испытаниях.

Обнаруживаемые при диагностике оборудования несквозные дефекты, снижающие прочностные характеристики на 15;..57% в зависимости от глубины дефекта, целесообразно ликвидировать запаиванием с применением технологических накладок, что позволяет на 80...95% восстановить первоначальные прочностные характеристики оборудования.

Рис. 4. Зависимость динамической прочности паяного соединения от величины зазора для различных припоев

Определена эффективность легкоплавких припоев при ремонте оборудования, имеющего небольшие сквозные дефекты. Эксперименты показали, что припои типа ПОС 40, ПОС 61, ПОС 90 обеспечивают перекрытие отверстий диаметром до 4 мм; до 6 мм - припоем МАСМА-108; до 10 мм - припои РИКЦ-1 (рис.5).

I

Рис.5. Схемы взаимодействия разных припоев с дефектом

малых размеров

Аналогичные технологические характеристики у припоев и при ремонте потолочных и вертикальных дефектов. Максимальная толщина валика, удерживающегося на потолочном шве, до 5 мм у припоев ПОС 40, ПОС 61, ПОС 90; до 7 мм - у припоя МАСМА-108; до 8 мм - у припоя РИКЦ-1.

Статические исследования прочностных характеристик соединений, паянных внахлест, обеспечивающих восстановление сквозных дефектов больших размеров, показали (рис. 6), что предел прочности на срез наибольший (гв= 35...38 МПа) у соединений, паянных припоями РИКЦ-1 и РИКЦ-2.

Результаты испытаний на отрыв паяных соединений показали, что композиционный припой РИКЦ-1 обеспечивает наибольшую прочность (ав=44 МПа) соединения, паянного встык, но у него небольшое относительное удлинение 5=40%. В то время как у соединения, паянного припоем МАСМА-108, о-„=30,2 МПа, а 8=15%.

% МПа

40 - _

30 -

20

10

о О с

о <

5

Рис. 6. Диаграмма зависимости предела прочности на срез от типа припоя и величины зазора

Г4-

I I

Рис. 7. Схема несквозного дефекта

Дана теоретическая оценка влияния несквозного дефекта и его размеров (рис. 7) на работоспособность оборудования и выбор размеров накладки через критический коэффициент интенсивности напря-

жения Юс и критическое напряжение ос. Показана недостаточная надежность существующих методов расчета сосудов с несквозными дефектами, не учитывающих остроту концентратора.

к-1 ( ->(4- К}

где 0, X и К - коэффициенты, учитывающие соотношение размеров дефекта и сосуда.

Отмечены ограничения применимости формулы (2), устанавливающей зависимость прочности соединения сгв от его параметров и прочности и пластичности самого припоя с/' и 8.

^ = 3^3 | (1 + 5Г- (2)

Показано, что прочность паяного соединения можно представить в виде обощенного параметра.

схс = КХ ■ К2}]а, -а2-а3, (3)

где К1 и К2 - коэффициенты, учитывающие дефекты паяного шва и эффект стесненной деформации |

сг, з - прочность соединения и припоя с первой и второй паяными деталями и самого припоя.

Рассмотрим пример ликвидации дефекта припаиванием накладки, позволяющим снизить локальное напряжение.

_Р(Н + 2И) (Уу--г (4)

' 1(Н-Ю-

где а г - суммарное напряжение от растяжения и изгиба; Кн- коэффициент концентрации напряжений.

= (5)

0-Л =-

-—— <\а], (6)

КН-И + С) 1 ] К '

где (тф - фактическое напряжение после ремонта с напайкой накладки С - толщина прямоугольной накладки

2-' К]

При сквозном дефекте параметры накладки равны.

Для круглой накладки ее диаметр равен

С: > 0,49 [« / Я,,)" -4 •//; (4. / Д,)] р И; / ¡4 [о-,]). (9 )

Впервые установлено существование зависимости между оптимальной величиной паяльного зазора и остаточными напряжениями, возникающими вследствие различия между коэффициентами теплового расширения основного металла и припоя.

Л = 0,059 +1,4-Ла- Ю^ (10)

На основании исследований предложен инженерный метод расчета допускаемого напряжения, учитывающий материал соединяемых деталей, припой и условия работы соединения.

Допускамое напряжение для паяного соединения в зависимости от припоя (сг/'), материала соединяемых деталей (Км), зазора (Кл), запаса прочности (п), рабочей температуры, длительности нагрузки (К будет равно

г , о"" • Км ■ К,

По этой формуле рассчитывается прочность паяного соединения.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию новых способов взаимодействия паяемых элементов,повышающих прочность соединения.

Причиной недостаточной надежности стыковых паяных соединении является их хрупкость вследствие стесненности деформации, а также из-за неизбежной динамичности нагружения, на что ранее не обращалось должного • внимания. Малая толщина припоя, которая в 1 -2 тыс. раз меньше длины стандартного образца для механических испытаний, приводит даже при статическом нагружении к скоростям нарастания напряжения, сопоставимым со скоростями ударных испытаний.

Известно, что шероховатость соединяемых поверхностей способствует повышению прочности соединений. Обычно это связывают с увеличением фактической площади контакта, однако более детальные исследования приводят к выводу о существовании еще одного механизма. а именно - частичной замене хрупкого отрыва вязким срезом вдоль наклонных площадок поверхностей гребешков. Появляющаяся

возможность пластической деформации позволяет избежать перенапряжений как из-за больших скоростей, так и вследствие объемного напряженного состояния. Развитие этой идеи привело к созданию нового вида паяного соединения с регулярным рельефом (рис. 8), в котором шлицы одной соединяемой детали входят в пазы другой, а зазоры между ними заполняются припоем. Прочность такого соединения значительно выше (в 2...3 раза) прочности обычного стыкового.

а) б)

Рис.8. Схема паяного соединения с рельефом:

а-эскиз наладки; б-схема работы соединения

Разработан метод расчета динамической прочности рифленого соединения, в соответствии с которым общее усилие разрушения равно

Р = Р

* У - 1 гм

от

Ро,п = В-Ь-ав-,

Р .^-в-ь-г

а ■ 2

¿■эт а М = 0,7 [а].

М;

следовательно,

А

V ¿'эт" а

Н •

I Ьр*

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

Выбирая различные параметры профиля и учитывая прочность металла соединяемых деталей; можно получить оптимальное для данных условий соединение. Регулярный рельеф наносится на соединяемые детали при помощи портативного фрезерного устройства.

Для создания паяного шва со значительным зазором без возникновения трещин, пор, раковин и развитой дендритной структуры необходимо выполнение противоречивых требований: высокой подвижности расплава и в тоже время вязкости с минимальной усадкой. Разрешение противоречия найдено в использовании композиционного

припоя РИКЦ-1 с ферромагнитной составляющей в виде чешуек, которые не нарушают капиллярные каналы, сдерживают рост дендритов и повышают прочность припоя. Если соединяемые детали поместить в магнитное поле, то припой с частичками железа втягивается в зазор, обеспечивая получение плотного шва. Величина индукции должна быть в пределах 0,1 ...0,2 Тл, так как меньшая не обеспечивает эффективного втягивания, а большая - вызывает неоднородность распределения ферромагнитной фазы. Метод пайки в магнитном поле показал высокую эффективность, позволил припоем РИКЦ-1 перекрывать отверстия диаметром до 16 мм, что в 1,6 раза больше, чем при отсутствии магнитного поля, облегчил выполнение вертикальных и потолочных швов. Испытания показали, что прочность стыкового соединения повысилась на 26%, что особенно важно при необходимости перекрытия больших зазоров.

Увеличение паяльного зазора повышает динамическую, но уменьшает статическую прочность соединения. Теоретический анализ прочности паяного соединения подсказал еще один вариант разрешения противоречия, состоящий в том, что толстый слой припоя разделяется кольцевыми прокладками на несколько тонких слоев. Путь, а следовательно, и работа разрушения возрастают пропорционально числу слоев, а статическая прочность такого гетерогенного соединения приблизительно сохраняется как у тонкого слоя. Заявка на предполагаемое изобретение направлена в Роспатент.

В пятой главе проведен анализ способов нагрева массивных паяемых элементов, какими являются железнодорожные цистерны. Учитывая закономерности теплостока и его зависимости от мощности нагревателя, площади паяемой поверхности и площади стержня паяльника, температуры пайки и температуры плавления, времени пайки и обеспечения безопасности работы, разработан и испытан низкотемпературный многостержневой паяльник, обеспечивающий увеличение площади контакта паяльника, припоя и изделия, что дало возможность увеличить в 5...10 раз теплосток без повышения температуры нагревателя, снизить расход потребляемой энергии, время пайки и увеличить срок службы паяльника.

Предложен способ пайки трением. Разработано устройство, обеспечивающее безопасность работы и надежность пайки трением.

В шестой главе даны практические рекомендации по применению метода пайки при восстановлении оборудования нефтехимического производства. Указана технологическая последовательность выполняемых операций при пайке. Разработан инженерный метод расчета паяного соединения на длительную прочность. Приведены примеры использования полученных в работе результатов на конкретных предприятиях.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проведенные комплексные экспериментальные и теоретические, статические и динамические исследования легкоплавких гомогенных и гетерогенных припоев и созданных с их помощью соединений позволяют констатировать следующие результаты работы и сделать основные выводы:

1. Разработаны методика и средства проведения экспериментальных исследований по изучению механических свойств припоев и паяных соединений в условиях статического и динамического приложения разрушающей нагрузки при разных температурах.

2. Разработана высокоэффективная взрывопожаробезопасная технология пайки, позволяющая вести восстановительные работы в экстремальных ситуациях и полевых условиях.

3. Созданы новые виды композиционных припоев типа РИКЦ, отличающиеся легкоплавкостью и одновременно повышенной прочностью и сопротивлением ползучести при нагреве, но не содержащие дефицитных компонентов.

Исследованы статическая и динамическая прочность, проблема ползучести легкоплавких припоев типа ПОС, МАСМА, РИКЦ; изучены длительная прочность и горячая твердость припоев; впервые получены данные об ударной вязкости гетерогенных композиционных припоев.

4. Проведены теоретические и экспериментальные исследования статической и динамической прочности паяных соединений, выполненных мягкими (легкоплавкими) припоями с учетом специфики объемного напряженного состояния.

5. Впервые исследован механизм динамического разрушения стыковых паяных соединений и установлены рациональные параметры, обеспечивающие их достаточную надежность даже в условиях ударного нагружения.

6. Разработан инженерный метод расчета паяных соединений на комплексное воздействие повышенной температуры и динамической нагрузки. Составлены таблицы поправочных коэффициентов для расчета на длительную прочность с учетом фактора времени.

7. Разработан метод расчета на прочность сосудов, имеющих коррозионное повреждение. Составлены таблицы коэффициентов концентрации напряжений, позволяющие оценить опасность подобных дефектов.

8. Разработаны и исследованы новые виды стыковых паяных соединений (многослойное и с регулярным рельефом), увеличивающие их динамическую прочность в 3 раза. Предложен метод расчета динамической прочности рельефного соединения. Разработаны: а) способ

пайки с наложением магнитного поля на образуемый шов, что позволяет ликвидировать дефекты больших размеров и повысить прочность паяного соединения; б) способ пайки с нагревом трением, обеспечивающий надежное предохранение оборудования от перегрева.

9. Разработан и испытан низкотемпературный паяльник с высокой теплоотдачей, обеспечивающий пожаровзрывобезопасность проводимых восстановительных работ и сокращение длительности их проведения.

10. Результаты проведенных исследований и разработок внедрены в практику работы восстановительного цеха Владимирского НПО «Техкранэнерго»; обслуживающих предприятий, поднадзорных Верх-не-Волжскому округу Госгортехнадзора России.

11. Намечен и обоснован ряд направлений, имеющих большое практическое значение и представляющих научный интерес для дальнейших работ в области использования пайки.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Иванов Г.П., Худошин A.A., Кадушкин Ю.В. Динамическая прочность паяных швов в сосудах, работающих под давление^Химическое и нефтяное машиностроение.-1997. -№2.чСЛ 3-15.

2. Иванов Г.П., Худошин A.A., Кадушкин Ю.В. Оценка опасности несквозных дефектов в стенках сосудов, работающих под давлением/Химическое и нефтяное машиностроение.-1997. -№4.-С.29-30.

3. Худошин A.A., Иванов Г.П., Уткин A.A. Влияние коррозионного повреждения на надежность сосудов, находящихся под давлением^'Безопасность труда в промышленности.-1996.-№ 6.-С.23.

4. Худошин A.A., Иванов Г.П. О надежности расчетов при диагностике оборудования//Безопасность труда в промышленности,-1996.-JNo 8.-С43.

5. Худошин A.A., Иванов Г.П. Повышение безопасности нефтехимического оборудования, изготовленного или отремонтированного методом низкотемпературной пайки// Безопасность труда в промышленности. -1997.-JNfel 1.-С37.

6. Иванов Г.П.', Худошин A.A., Картонова Л.В. Применение макрогетерогенов при ремонте оборудования// Строительные и дорожные машины.-1996.-№12.-С27.

7. Иванов Г.П., Худошин A.A., Картонова Л.В. Регулярные ге-терогены повышают надежность деталей машин/Строительные и дорожные машины,-1998.-№ 6. -С34-35.

8. Иванов Г.П., Худошин A.A., Картонова JI.B. Повышение износостойкости стальных деталей созданием гетерогенной макрострук-туры^Строительные и дорожные машины.-1997.'№ 1, - С. 33.

9. Худошин А..А., Иванов Г.П. Исследование надежности паяных соединений// Безопасность применения оборудования потенциально опасных, производств:. Материалы Всероссийской науч.-техн. конф. -М.: МГАХМ, 1996. -С. 119.

Ю. Худошин A.A., Иванов Г.П., Уткин A.A. Влияние коррозионного повреждения на безопасность сосудов давления^ Безопасность применения оборудования потенциально опасных производств: Материалы Всероссийской науч.-техн. конф. - М.: МГАХМ, 1996. -С. 112.

11. Худошин A.A., Иванов Г.П. Надежность прочностных расчетов при диагностике оборудования^ Безопасность применения оборудования потенциально опасных производств: Материалы-Всероссийской науч.-техн. конф. - М.:МГАХМ, 1996. -С. 67.

12. Худошин A.A. Восстановление работоспособности емкостного оборудования: Тр. МГАХМ, - М., - 1997. ВыпЛ.-С. 133.

13. Худошин A.A., Иванов Г.П. Композиционный припой для низкотемпературной пайки. Пат. №2100164.

14. Худошин A.A., Иванов Г.П. Способ пайки в электромагнитном поле. Пат. №2115519.

15. Худошин A.A., Иванов Г.П. Способ пайки в магнитном поле: Информ. листок №20-98, Владимир, ЦНТИ, 1998.

16. Ivanov G.P., Khudoshin A.A., Kadushkin Y.V. Hazard from blind Defects in the Wails of Vessels operating under Pressure. Chemical and Petroleum Engineering, v.33, No 4, 1997.

17. Ivanov G.P., Khudoshin A.A., Kadushkin Y.V. Dynamic Strength of brazed Seems in Pressure Vessels. Chemical and Petroleum Engineering, v.33, No 2, 1997.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И ЕГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ. и

1.1 Выбор объекта исследования. Анализ работоспособности оборудования, необходимости и возможности его восстановления.

1.2. Дефекты, возникающие при эксплуатации оборудования

1.3. Возможные методы и средства восстановления оборудования.

1.4. Анализ прочностных характеристик припоев.

1.5. Анализ прочностных характеристик паянных соединений.

Выводы по главе 1. Постановка задачи исследования.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПРИПОЕВ.

2.1. Основные предпосылки и необходимые условия для создания новых припоев.

2.2. Исследование статических характеристик при- 63 поев.

2.3. Исследование ползучести припоев и их соответствующих характеристик.

2.4. Динамические исследования припоев на прочность 79 Выводы по главе 2.

Глава 3. СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАЯННЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

-33.1. Основные факторы, определяющие надежность паянного соединения.

3.2. Исследования статической и динамической прочности паянного соединения и выбор его оптимального зазора.

3.2.1. Статическая прочность паянных соединений встык в зависимости от типа припоя и величины зазора.

3.2.2. Динамическая прочность паянного соединения встык в зависимости от типа припоя и величины зазора.

3.2.3. Гидродинамические исследования паянных соединений.

3.3. Исследование эффективности ремонта несквозных дефектов.

3.3.1. Статическая прочность образцов с несквозными дефектами.

3.3.2. Теоретическая оценка опасности несквозных дефектов и экспериментальные исследования ее ликвидации с помощью технологических наладок. Ю

3.4. Эффективность ликвидации сквозных дефектов.

3.4.1. Эффективность припоев при ликвидации сквозных дефектов малых размеров.

3.4.2. Исследование эффективности ремонта оборудования, имеющего сквозные дефекты больших размеров при пайке встык.

3.4.3. Исследование прочности паянных соединений внахлест.

3.4.4. Исследование прочности паянных соединений встык на растяжение.

-43.4.5. Анализ влияния остаточных напряжений на прочность паянных соединений.

3.4.6. Выбор допускаемых напряжений в паянном соединении.

Выводы по главе 3.

Глава 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СОЕДИНЕНИЯ ПАЯЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ.

4.1. Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование прочности паянных соединений с профилированием элементов пайки.

4.2. Пайка в магнитном поле.

4.3. Возможности использования многослойного паянного соединения.

Выводы по главе 4.

Глава 5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПАЙКИ.

5.1. Разработка низкотемпературного нагревателя.

5.2. Исследование нагрева зоны пайки оборудования способом нагрева.

Выводы по главе 5.

Глава 6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ОБОРУДОВАНИЯ.

6.1. Объекты, восстанавливаемые при помощи пайки композиционными припоями РИКЦ, и технология восстановления.

6.2. Специальные низкотемпературные припои.

6.3. Инженерный метод расчета паянного соединения на длительную прочность.

-56.4. Примеры внедрения.

Проблема безопасности и восстановления работоспособности технологического оборудования приобрела большую актуальность, определяемую появлением Закона Российской Федерации по безопасности промышленных объектов, соответствующих приказов МЧС и Госгортехнад-зора России, научно-технических программ. Эта актуальность в значительной степени вызвана переходом страны к рыночной экономике, в результате которого резко сократилось обновление основного технологического оборудования.

По данным Министерства экономики и органов Госгортехнадзора большая часть аварий на производстве связана с отказами технологического оборудования. С каждым годом все больший процент технологического емкостного оборудования и сосудов, работающих под давлением, оказывается за чертой нормативного срока службы, усиливается его коррозионный и усталостный износ. Неблагополучно обстоят дела и с различными типами продуктопроводов. Так в России в течение года происходит до 20 тысяч разрывов магистральных трубопроводов, причем 80% из них -вследствие коррозионного износа (по данным Комитета по экологии Госдумы России). В настоящее время более 60% железнодорожных цистерн для перевозки химических и нефтехимических материалов находится в неудовлетворительном состоянии, более 30% имеют выработанный нормативный ресурс и должны заменяться на новые. Аналогичное положение и с резервуарным парком для стационарного хранения химических материалов.

В то же время большая часть сосудов (до 70%), аппаратов и трубопроводов обладают ремонтопригодностью и могут в значительной степени восстановить свой ресурс.

Наиболее распространенная сейчас технология ремонта емкостного оборудования основывается на применении метода сварки с помощью накладок. Применение сварки сопряжено с необходимостью полного освобождения емкостей от содержащихся в них жидкостей, последующей очисткой, а в случаях, когда жидкости являются взрывопожароопасными, необходимостью дегазации сосудов. Эти виды работ, особенно в полевых условиях, сложны технологически, дорогостоящи и требуют длительной остановки производства.

Особенно наглядны эти потери при ремонте железнодорожных цистерн, которые для очистки и дегазации необходимо перегонять на дальние расстояния в специализированное депо, так как выполнение этих работ возможно только в специализированных условиях, что и обусловило особенную актуальность возможности ремонта и восстановления сосудов и аппаратов без высвобождения их от горючих веществ, очистки и пропарки. Кроме того, необходима технология, позволяющая быстро устранять аварийные ситуации, резко снижая опасность последствий и ущерб от них. В 1998 году было подано под налив нефтепродуктами свыше 15 тысяч железнодорожный цистерн с неисправностями, в т.ч. свыше 5 тысяч с открытой течью.

Разрешенная для использования технология холодного ремонта с применением полимеризующих соединений в виде паст и замазок не обеспечивает необходимую прочность, теплостойкость, устойчивость к действию химически активных сред и может рассматриваться как временная мера в условиях экстремальной ситуации.

Из изложенного следует, что в настоящее время актуальна проблема восстановления работоспособности химических и нефтехимических сосудов и аппаратов, которое бы производилось в экстремальных ситуациях вне стационарных предприятий, обеспечивало высокую надежность при низкой стоимости и позволяло бы устранять дефекты без высвобождения сосуда, его очистки и дегазации.

Решение этой проблемы возможно, применив для восстановления оборудования вместо метода сварки известный способ соединения деталей - метод безогневой пайки.

Работы в этом направлении проводили Доронин Г.П. [18], Дрыгин В.Д. [19], Иванов Г.П. [25], Кабанов В.В. [29], Картишов Н.Г. [31], Касаткин С.Б. [32], Кева Д. [33], Кмечич Д.С. [34], Колокольцев В.М. [35], Котлов Ю.Г. [36], Лекедеонский А.В. [40], Лашко С.В. [42], Логманов С.Н. [45,46], Манко Г. [48], Никитинский A.M. [55], Окабаяши М. [57], Орлов А.В. [58], Петрунин И.Е. [46,63,64,66], Радзиевский В.Н. [71], Рихтер X. [76], Роберте П.М. [77], Самойленко В.Г. [81], Семенов В.Н. [84], Соловьев А.Д. [87,88,89,90], Фетисов Г.П. [97], Хряпин В.Е. [101], Чиж Д.М. [121], Чистяков Ю.Д. [122].

Разработаны различные технологии пайки применительно к конкретным условиям соединения тех или иных деталей, различные гомогенные, гетерогенные, композиционные легкоплавкие и тугоплавкие припои, методы зачистки паяемых поверхностей, различные флюсы и нагревательные приборы (паяльники). Предложены различные методы прочностных расчетов паянных соединений, разработаны основы теоретического обоснования их работы. Однако для восстановления работоспособности оборудования нефтехимического оборудования метод пайки не применялся.

Использование легкоплавких припоев, имеющих температуру пайки ниже, чем температура самовоспламенения содержимого продукта, позволяет выполнять восстановление в кратчайшие сроки без высвобождения емкости и ее дегазации. Применяемые при этом припои обладают высоким электрохимическим потенциалом и служат своего рода катодными протекторами, обеспечивая антикоррозионную защиту сосуда. Сами же припои имеют хорошую коррозионную стойкость и могут служить достаточно долго. Прочность таких паянных соединений при обычных и пониженных температурах достаточно велика, однако при повышении температуры она снижается. Известно, что с уменьшением толщины слоя припоя усиливается эффект стесненной деформации, что несколько повышает прочность соединения, но сильно снижает его пластичность. В случаях возникновения динамических нагрузок такая потеря пластичности может вызвать разрушение паянного соединения с катастрофическими последствиями.

Механические свойства обычных легкоплавких припоев невысоки: предел прочности колеблется от 35 до 45 МПа, а при повышении температуры прочность припое быстро снижается и к 60 °С, она не превосходит 20-^25 МПа. В виду низкой температуры плавления основных компонентов, порог рекристаллизации припоя лежит, обычно, ниже комнатной температуры, а поэтому в процессе эксплуатации паянных соединений даже при обычной температуре наблюдается заметная ползучесть.

Разработанные композиционные припои, позволяют резко повысить их жаропрочность и улучшить технологические свойства. Однако предложенные композиционные припои имеют существенные недостатки - технология их применения сложна, сложен сосав припоя, содержащий дорогостоящие и дефицитные компоненты, громоздка нагревательная аппаратура. Необходимо провести ряд исследований по изысканию композиций в состав которых, по возможности, не входили бы редкие и очень дорогие металлы, такие как индий, германий и другие.

В настоящее время недостаточно теоретических и экспериментальных исследований прочностных характеристик соединений, особенно работающих при динамических нагрузках.

В технологии безогневой пайки особое место занимает способ нагрева. Применение обычных, даже мощных, паяльников не эффективно в виду значительной массы паяемых объектов, а высокая температура нагревательных элементов делает их взрывопожароопасными и сводит на нет все основные преимущества безогневой пайки. Использование индукционного нагрева сопряжено с применением громоздкой и тяжелой аппаратуры, которая сделает невозможным восстановление в полевых условиях или экстремальных ситуациях, резко снизит возможности оперативного принятия мер и мобильность восстановительных бригад.

Нагрев струей горячего воздуха недопустим, поскольку воздух будет находиться в контакте с открытыми нагревательными элементами, имеющими высокую температуру и создающими взрывопожароопасную ситуацию.

Таким образом, для обоснованной реализации метода пайки при восстановлении нефтехимического оборудования необходимы экспериментальные и теоретические исследования с целью выявления рационального сочетания конструктивных и технологических мер, при помощи которых можно обеспечить прочность и надежность, не уступающих прочности и надежности сварных соединений.

Для достижения поставленной цели по разработке и исследованию новых припоев, видов паянных соединений, и методов их расчета выполнена данная работа.

Работа состоит из шести глав, введения , заключения и приложений.

В первой главе проведен анализ научно-технической и патентной литературы, учтен практический опыт эксплуатации оборудования нефтехимического производства, выявлена необходимость и возможность проведения диагностических и восстановительных работ оборудования, в частности, железнодорожных и автомобильных цистерн, емкостей и резервуаров, предназначенных для перевозки и хранения взрывоопасных, горючих и химических веществ таких как нефть, бензин, газ, кислоты и др. Установлено, что при эксплуатации данного оборудования в нем появляются дефекты, способствующие вытеканию продукта. Это приносит большой экономический и экологический ущерб. Определена номенклатура такого оборудования, виды и характер устраняемых дефектов.

Выявлены недостатки метода сварки, используемого в настоящее время для восстановления оборудования, его экономическая нецелесообразность и невозможность использования в полевых условиях.

Предложен для использования при восстановительных работах метод безогневой пайки. Определены легкоплавкие припои, флюсы, нагревательные и измерительные приборы, применяемые в настоящее время для ведения работ, связанных с пайкой, выявлены их недостатки, указаны направления их устранения.

Сделаны выводы и поставлены задачи исследования.

Во второй главе проведены исследования по изучению существующих припоев на свинцово-оловянистой основе, учтены их недостатки в условиях применения для восстановления оборудования нефтехимического производства и предложены рецептуры композиционных припоев типа РИКЦ-1, которые обладают хорошими технологическими и эксплуатационными характеристиками и не имеют в своем составе дорогих и дефицитных компонентов типа галлия, германия, индия.

Проведенные статические и динамические исследования композиционных припоев показали, что у них по сравнению с другими известными припоями более высокий уровень прочности (crg), в том числе и динамической прочности (KCF), и кратковременной горячей твердости (теплопрочности). Установлено, что композиционные припои обладают более высокой кратковременной и длительной твердостью, а припой РИКЦ-1 хорошо сохраняет эти положительные для эксплуатации восстановленного оборудования характеристики и при повышенных, до +120 °С, температурах.

В третьей главе проведены исследования статической и динамической прочности паянных гомо- и гетерогенными легкоплавкими припоями соединений. Установлено, что с увеличением толщины слоя припоя уменьшается их прочность, что обусловлено присутствием в шве внутренних дефектов, количество которых с увеличением толщины шва, растет. При небольших толщинах слоя припоя (до 0,4 мм) прочность соединения выше прочности припоя, что обусловлено влиянием на прочность объемно-напряженного состояния припоя.

В зависимости от условий эксплуатации оборудования и вида дефекта, его восстановление целесообразно вести разными припоями с разной толщиной пайки.

Показаны преимущества новых композиционных припоев типа РИКЦ-1 по сравнению с припоями типов ПОС и МАСМА.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию новых способов создания паяемых элементов оборудования. Для повышения прочности стыковых соединений предложена их рельефная обработка, что, как показали экспериментальные исследования и теоретическое обоснование, позволяет в 2.3 раза увеличить динамическую прочность соединения. Разработан метод расчета динамической прочности рифленого соединения.

Разработан способ пайки композиционным припоем типа РИКЦ-1 с наложением магнитного поля на образуемый шов, что позволяет ликвидировать дефекты в 1,6 раза большее по размерам, чем при отсутствии магнитного поля, и повысить до 26% прочность паянного соединения.

Предложен метод многослойного паянного соединения, пластическая деформация которого и соответствующая работа разрушения увеличивается пропорционально числу слоев припоя.

В пятой главе проведен анализ способов нагрева массивных паяемых элементов, какими являются железнодорожные цистерны. Учитывая закономерности теплостока и его зависимость от мощности нагревателя, площади паяемой поверхности и площади стержня паяльника, температуры пайки и температуры плавления припоя, времени пайки и обеспечения безопасности работы, разработан и испытан низкотемпературный многостержневой паяльник, обеспечивающий увеличение площади контакта паяльника, припоя и изделия, что дало возможность увеличить в 5. 10 раз теплосток без повышения температуры нагревателя, снизить расход потребляемой энергии, время пайки и увеличить срок службы паяльника.

Предложен способ пайки трением. Разработано устройство, обеспечивающее безопасность работы и надежность пайки трением.

В шестой главе даны практические рекомендации по применению метода пайки при восстановлении оборудования нефтехимического производства. Указана технологическая последовательность выполняемых операций при пайке. Разработан инженерный метод расчета паянного соединения на длительную прочность. Приведены примеры использования полученных в работе результатов на конкретных предприятиях.

На защиту автором выносятся следующие основные положения:

- разработанные новые композиционные припои, пайка трением, пайка в магнитном поле и многостержневой паяльник;

- способ оценки опасности несквозных дефектов, которые могут быть устранены низкотемпературной пайкой;

- результаты исследований влияния параметров паянного шва на статическую и динамическую прочность стыковых паянных соединений;

- методика, приспособления и результаты испытаний статической и динамической прочности паянных соединений;

- методика и результаты испытаний кратковременной и длительной горячей твердости припоев и паянных соединений;

- способы повышения динамической прочности паянных соединений созданием поверхности регулярного рельефа и многослойных накладок;

- инженерный метод расчета паянных соединений на динамическую и длительную прочность.

Практическая значимость работы. Разработанные технология, оборудование и материалы расширяют возможности ведения работ по созданию новой техники и восстановлению оборудования методом безогневой пайки без освобождения, дезактивации и дегазации сосудов и емкостей. Результаты работы применялись при восстановлении железнодорожных и автомобильных цистерн, сосудов и аппаратов низкого давления, трубопроводов и емкостей, эксплуатирующихся на территории Верхневолжского округа Госгортехнадзора России по соответствующему разрешению Верхневолжского округа.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На основании анализа научно-технической и патентной литературы, учитывая практический опыт эксплуатации оборудования нефтехимического производства, выявлена необходимость и возможность проведения диагностических и восстановительных работ оборудования, в частности, железнодорожных и автомобильных цистерн, емкостей и резервуаров, предназначенных для перевозки и хранения взрывоопасных, горючих и химических веществ, таких как нефть, бензин, газ, кислоты и др. При эксплуатации данного оборудования в нем появляются дефекты, способствующие вытеканию продукта, остановке технологического процесса, что приносит большой экономический и экологический ущерб. Определена номенклатура такого оборудования, виды и характер дефектов.

В целях повышения срока службы оборудования, снижения затрат на его эксплуатацию и ремонт, проведены исследования методов и средств быстрого, надежного, дешевого и безопасного восстановления оборудования без остановки производственного цикла, в т.ч. в экстремальных ситуациях.

Проведенные комплексные экспериментальные и теоретические, статические и динамические исследования легкоплавких гомогенных и гетерогенных припоев и созданных с их помощью соединений позволяют констатировать следующие результаты работы и сделать основные выводы:

1. Разработана методика и средства проведения экспериментальных исследований по изучению механических свойств припоев и паянных соединений в условиях статического и динамического приложения разрушающей нагрузки при разных температурах.

2. Разработана высокоэффективная взрывопожаробезопасная технология пайки, позволяющая вести восстановительные работы в экстремальных ситуациях и полевых условиях.

-1823. Созданы новые виды композиционных припоев типа РИКЦ, отличающиеся легкоплавкостью и одновременно повышенной прочностью и сопротивлением ползучести при нагреве, но не содержащие дефицитных компонентов.

Исследованы статическая и динамическая прочность, проблема ползучести легкоплавких припоев типа ПОС, МАСМА, РИКЦ; изучены длительная прочность и горячая твердость припоев; впервые получены данные об ударной вязкости композиционных припоев.

4. Проведены теоретические и экспериментальные исследования статической и динамической прочности паянных соединений, выполненных мягкими (легкоплавкими) припоями с учетом специфики объемного напряженного состояния.

5. Впервые исследован механизм динамического разрушения стыковых паянных соединений и установлены рациональные параметры, обеспечивающие их достаточную надежность даже в условиях ударного нагружения.

6. Разработан инженерный метод расчета паяннных соединений на комплексное воздействие повышенной температуры и динамической нагрузки. Составлены таблицы поправочных коэффициентов для расчета на длительную прочность с учетом фактора времени.

7. Разработан метод расчета на прочность сосудов, имеющих вмятины и коррозионное повреждение. Составлены таблицы коэффициентов концентрации напряжений, позволяющие оценить опасность подобных дефектов, включенные в экспериментальную методику НПО «Техкранэнерго».

8. Разработаны и исследованы новые виды стыковых паянных соединений (многослойное и с регулярным рельефом), увеличивающие их динамическую прочность в 3 раза. Предложен метод расчета динамической прочности рельефного соединения. Разработаны: а) способ пайки с наложением магнитного поля на образуемый шов, что позволяет ликвидиро

- 183 вать дефекты больших размеров и повысить прочность паянного соединения; б) способ пайки с нагревом трением, обеспечивающий надежное предохранение оборудования от перегрева.

9. Разработан и испытан низкотемпературный паяльник с высокой теплоотдачей, обеспечивающий пожаровзрывобезопасность проводимых восстановительных работ и сокращение длительности их проведения.

10. Результаты проведенных исследований и разработок внедрены в практику работы: восстановительного цеха Владимирского НО «Техкранэнерго»; обслуживающих предприятий, поднадзорных Верхневолжскому округу Госгортехнадзора России.

11. Намечен и обоснован ряд направлений, имеющих большое практическое значение и представляющих научный интерес для дальнейших работ в области использования пайки.

Результаты работ доложены на 3 Всероссийских научно-технических конференциях и ряде региональных семинаров. По результатам работ получены 2 патента, поданы 4 заявки на предполагаемые изобретения, опубликованы 19 статей в центральной печати, в т. ч. 2 в журналах США.

1. Аксельрод М.А. Основные типы деградации металла объектов котлонадзора. Безопасность труда в промышленности, 1995, №8,с.27-31.

2. Артамонов Б.А. Испытание сталей на ударные нагрузки. Реф. канд. дисс. 1960, 16 с.

3. Бастанов В.Г. 300 практических советов. М., Московский рабочий, 1993, 392 с.

4. Беренов Д.И. Расчет машин на прочность. Свердловск, Машгиз, 1953,256 с.

5. Бернштейн M.J1., Займовский В.А. Механические свойства металлов, М., Металлургия, 1979, 495 с.

6. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин, М., Машиностроение, 1993, 640 с.

7. Бочвар А.А. Металловедение. М. Металлургиздат, 1956, 474 с.

8. Брагинский А.П. Законодательные и экономические пути повышения техногенной безопасности оборудования. М., труды МГАХМ, 1996.

9. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., Наука, 1980,974 с.

10. Быков В.А. Пластичность и прочность конструкционной стали. М., Судпромгиз, 1959, 199 с.

11. Быков В.А., Разов И.А., Художникова Л.Ф. Циклическая прочность судокорпусных сталей. Л, Судостроение, 1968, 216 с.

12. Ван Чунцин Испытания паянных швов. РЖ т. 14, 6Б, 1995, с.348.

13. Веслополов Ю.И. Прочность сцепления баббита со стальным основанием подшипника при наплавке в поле ТВЧ. Сварочное производство, 1995, №1, с.32.

14. Восстановление взрывозащищенного и рудничного оборудования. РТМ 16. М., 1977, Энергия, с.689.-18515. Герасименко А.А. и др. Защита от коррозии, старения и биоповреждения машин, обрудования и сооружений. М., Машиностроение, 1987, 668 с.

15. Горицкий В.М., Вставский Г.В. Гидро- и пневмоиспытания в системе оценки технического состояния аппаратов и сосудов давления. М., МГАХМ, 1996, с.2.

16. Даффи А.Р., Мак Клур Дж. Расчет трубопроводов на сопротивление хрупкому разрушению. Разрушение. Мир, 1975, т.5, с. 146-209.

17. Доронин Г.П. Способ запаивания негерметичностей в металлических емкостях. А.с. № 1268331, В23К1.12, БИ41, 1986.

18. Дрыгин В.Д. и др. Способ пайки деталей с неравномерными широкими зазорами А.с. № 988478, В23К1/100, БИ40,1983.

19. Дятлова В.Н. Коррозионная стойкость металлов и сплавов. М., Машиностроение, 1964, 668 с.

20. Ерлыкин JI.A. Практческие советы радиолюбителю. М., Воениз-дат, 1974, 264 с.

21. Знаменский А.П. Справочник металлиста, т.1, JI.-M., Госмашме-тиздат, 1933,с. 397.

22. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов. М., Металлургия, 1979, 352 с.

23. Иванов Г.П. К теории разрушения надрезанных образцов. JI., Машгиз, 1957, 12 с.

24. Иванов Г.П. Научные основы выбора материала. Владимир, изд. ВПИ, 1991, 100 с.

25. Иванов Н.И. Сопротивление материалов. М., Гостехтеоретиздат, 1933,482 с.

26. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М., Машиностроение, 1988, 368 с.

27. Калин Б.А. и др. Аморфные ленточные припои для высокотемпературной пайки. Сварочное производство, 1996, с.6.

28. Картишов Н.Г. и др. Припой для низкотемпературной пайки и лужения, а.с. № 537775, В23К35/26, БИ45, 1976.

29. Касаткин С.Б., Миходуй Л.И., Позняков В.Д. Нанесение на поверхность шва слоя легкоплавкого металла новый способ повышения сопротивляемости высокопрочных сталей усталостным разрушениям. Сварочное производство, 1994, № 2, с. 16.

30. Кёва Д. Прецизионный паяльник. РЖ т. 14. 4Б, 1995, с.388.

31. Кмечич Д. и др. Прочность паянных соединений. РЖ т. 14, 2Б, 1995, с.294

32. Колокольцев В.М. Ультразвуковой паяльник. А.с. №1756049, B23K3/03, БИ 31, 1992.

33. Котлов Ю.Г. и др. Временная инструкция по безогневой ремонтной технологии герметизации сквозных дефектов. М., Миннефтехимпром, 1990,32 с. 37. Кудрявцев И.В. и др. Материалы в машиностроении, т.1, М., Машино-строение, 1967, 304 с.

34. Курдюнов В.П. Электропаяльник с разъемным корпусом. А.с. № 2023553.

35. Кухлинг X. Справочник по физике. М., Мир, 520 с.

36. Лакедемонский А.В., Хряпин В.Е. Справочник паяльщика. М., Машгиз,1959,.356 с.

37. Лаццари Л., Пари Г. Приближенный метод расчета вязкости разрушения высокопрочных материалов. М., Металлургия, 1973, с70-80.

38. Лашко С.В., Врублевский Е.И. Технология пайки изделий в машиностроении. М., Машиностроение, 1993, 464 с.

39. Лепин Г.Ф. Ползучесть металлов и критерии жаропрочности. М., Металлургия, 1975, 344 с.-18744. Лозинский М.Г. Строение и свойства металлов и сплавов при высоких температурах. М., Металлургиздат, 1963, 535 с.

40. Лоцманов С.Н., Петрунин И.Е. Пайка металлов. М, Машиностроение, 1966, 251 с.

41. Лоцманов С.Н., Петрунин И.Е., Фролова М.М. Способы пайки. М., Машиностроение, 1975, 306 с.

42. Мак Лин Д. Механические свойства металлов. М, Металлургия, 1965, 432 с.

43. Манко Г. Пайка и припои. М., Машиностроение, 1968, 322 с.

44. Мелконян Р.Г. Проблемы обеспечения экологической безопасности при развитии нефтегазового комплекса. М., труды МГАХМ, 1996, 2с.

45. Методические указания по проведению поверочных расчетов котлов и их элементов на прочность. АОЗТ ДИЭКС, М., 1996.

46. МозбергР.К. Материаловедение. М., Высшая школа, 1991, 448 с.

47. Моисеев Е.В.,Кочнов А.Д. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог., М., ВНИИЖТ ПМС СССР, 1983, 245 с.

48. Молодык Н.В. Зенкин А.С. Восстановление деталей машин, М., Машиностроение, 1989, 480 с.

49. Нейбер Г. Концентрация напряжений, М-Л., Гостехиздат, 1947,204 с.

50. Никитинский A.M. Пайка алюминия и его сплавов. М., Машиностроение, 1983, 179 с.

51. Нитцше К. Испытания металлов. М, Металлургия, 1967, 452 с.

52. Окабаяши М. Пайка стальных листовых деталей. РЖ т. 14 4Б, 1994, с.34.

53. Орлов А.В., Чертков Н.А. Прогрессивные паянные конструкции в энергоустановках. Энергохозяйство за рубежом, 1992, №1. с.35-38.

54. Паршин A.M., Тихонов А.Н. Коррозия металлов в ядерном энергомашиностроении. СПб, Политехника, 1994, 349 с.

55. Пахотин К.К., Седоков JI.M. Кручение как метод определения механических свойств мягкой прослойки. Труды ТПИ, Томск, 1970, с.94.

56. Пашков П.О. Растяжение и разрыв металлов. JT., Судпромгиз, 1952, ИЗ с.

57. Перельман В.И. Краткий справочник химика. Госхимиздат, 1961,675 с.

58. Петрунин И.Е. Краткий справочник паяльщика. М., Машиностроение. 1991,224 с.

59. Петрунин И.Е., Маркова И.Ю., Екатова А.С. Металловедение пайки. М., Металлургия, 1976, 264 с.

60. Петрунин.И.Е., Лоцманов С.Н., Николаев Г. А. Пайка металлов. М., Металлургия, 1973, 280с.

61. Петрунин И.Е. и др. Справочник по пайке. М., Машиностроение. 1984, 400 с.

62. Пиганов М.Н. и др. Устройство для лужения и пайки. А.с. 1764878.

63. Пилипчук Б.И. Современное состояние техники определения твердости. М. Стандартгиз, 1960, 106 с.

64. Писаренко Г.С. Лебедев А.А. Сопротивление материалов деформированию и разрушению при сложном напряженном состоянии. Киев, Наукова думка, 1969, 211с.

65. Проников А.С. Надежность машин. М., Машиностроение, 1978,592с.

66. Радзиевский В.Н., Ткаченко Г.П. Особенности вакуумирования широкого паяльного зазора с металлическим порошковым наполнителем. Сварочное производство, 1992, №1, с. 14-16.

67. Раскатов В.М. и др. Машиностроительные материалы. М., Машиностроение, 1980, 511 с.

68. РешетовД.Н. Детали машин. М., Машиностроение. 1989,486 с.

69. Решетов Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин. М., Высшая школа, 1974, 206 с.- 18975. Ривлин Ю.М., Коротков М.А., Чернобыльский В.Н. Металлы и их заменители. М., Металлургия, 1973,440 с.

70. Рихтер X, Кройцер В. Усталостная прочность паяных соединений. РЖ т. 14, ЗБ, 1994, с.407.

71. Роберте П.М. Новые исследования в области пайки. РЖ т. 14 ЗБ, 1993, с.352.

72. Рюмшин В.М. и др. Способ повышения прочности легкоплавких припоев А.с. 310764, В23К35/26, БИ24, 1971.

73. Рютман X. Ремонт легковых автомобилей. М., Патриот, 1992,320с.

74. Сальников В.К. и др. Электропаяльник с наконечником в виде пакета керамических пластин. А.с. № 1815048.

75. Самойленко В.Г. и др. Припой для низкотемпературной пайки. А.с. № 1500455, В23К35/26, БИ30,1989.

76. Седоков J1.M. Обобщение некоторых теорий прочности. Труды ТПИ, Томск, 1970, с.21.

77. Сейко С. Пайка, не приводящая к коррозии. РЖ т. 14 5Б, 1993,с.358.

78. Семенов В.Н. Повышение прочности паяного соединения. Сварочное производство, 1996, №1, с.15.

79. Система технического обслуживания и восстановления энергетического оборудования предприятий Минудобрения. М., ЦНИИТЭИ-легпром, 1987.

80. Славинский М.П. Физико-химические свойства элементов. М., Металлургиздат, 1952, 763 с.

81. Соловьев А.Д. и др. Припой для запайки трещин. А.с.№ 1248748, В23К35/26, БИ 29, 1986.

82. Соловьев А.Д. и др. Способ запаивания микротечей. А.с.№ 1355396, В23К1/12, БИ 44, 1987.

83. Соловьев А.Д. и др. Припой для низкотемпературной пайки, а.с. № 1479250, В23К35/26, БИ 18, 1989.

84. Соловьев А.Д. и др. Способ запаивания микротрещин. А.с. №1399036, В23К1/12, БИ 20, 1988.

85. Способы повышения качества пайки. РЖ т. 14, 6Б, 1992, с.467.

86. Старцев В.И., Ильичев В .Я., Пластичность и прочность металлов и сплавов при низких температурах. М., Металлургия, 1975, 96 с.

87. Степанов В.В. и др. Справочник сварщика. М., Машиностроение, 1975, 520 с.

88. Тихомиров А.А., Суслов А.Н. Сборник правил и нормативно-технических документов по котлонадзору. М., Машиностроение, 1993, 544с.

89. Ужик Г.В. Сопротивление отрыву и прочность металлов. M-JI, АН СССР, 1950, 255 с.

90. Умнов В.И., Анисимов Ю.К. Электропаяльник улучшенной конструкции. А.с. № 1775251, БИ 42,1992.

91. Фетисов Т.П. Сварка и пайка в авиационной промышленности. М., Машиностроение, 1983, 216 с.

92. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. М., Машиностроение, 1974, 840 с.

93. Фролов В.П., Тимошин И.А., Трамберг С.А. Повышение прочности паяных узлов и роль очистки. Радиопромышленность, 1992, №1, с. 28-32.

94. Хевиленд Р. Инженерная надежность и расчет на долговечность. М-Л., Энергия, 1966, 230 с.

95. Хряпин В.Е., Справочник паяльщика, М., Машиностроение, 1981, 348с.

96. Худошин А.А., Иванов Т.П., Кадушкин Ю.В. Динамическая прочность паяных швов в сосудах, работающих под давлением. Химическое и нефтяное машиностроение, 1997, №2, с. 13-15.

97. Худошин А.А., Иванов Г.П. О надежности расчетов при диагностике оборудования. Безопасность труда в промышленности, 1996, № 8, с. 43.

98. Худошин А.А., Иванов Г.П. Повышение безопасности нефтехимического оборудования, изготовленного или отремонтированного методом низкотемпературной пайки. Безопасность труда в промышленности, 1997, №11, с.37.

99. Худошин А.А., Иванов Г.П., Картонова J1.B. Применение макрогетерогенов при ремонте оборудования. Строительные и дорожные машины, 1996, №12, с.27.

100. Худошин А.А., Иванов Г.П., Картонова JI.B Регулярные гетеро-гены повышают надежность деталей машин. Строительные и дорожные машины. 1998, № 6, с. 34-35.

101. Худошин А.А., Иванов Г.П., Картонова JI.B. Повышение износостойкости стальных деталей созданием гетерогенной макроструктуры. Строительные и дорожные машины, 1997, с. 33.

102. Худошин А.А., Иванов Г.П. Исследование надежности паяных соединений. Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Безопасность применения оборудования потенциально опасных производств»,1. М., МГАХМ, 1996, с. 119.

103. Худошин А.А., Иванов Г.П. Надежность прочностных расчетов при диагностике оборудования. Материалы Всероссийской научнотехнической конференции «Безопасность применения оборудования потенциально опасных производств», М., МГАХМ, 1996, с. 67.

104. Худошин А.А. Восстановление работоспособности емкостного оборудования, Труды МГАХМ, М., 1997, выпуск 1, с. 133.

105. Худошин А.А., Иванов Г.П. Композиционный припой для низкотемпературной пайки, патент № 2100164.

106. Худошин А.А., Иванов Г.П. Способ пайки трением, заявка №96107085/02 от 10.04.96.

107. Худошин А.А., Иванов Г.П. Способ пайки в электромагнитном поле. Патент № 2115519.

108. Худошин А.А., Иванов Г.П., Кадушкин Ю.В. Электропаяльник для пайки мягкими припоями. Заявка № 96117277/02 от 23.08.1996.

109. Худошин А.А., Иванов Г.П. Способ пайки в магнитном поле. ЦНТИ, инф. № 20-98, Владимир, 1998.

110. Худошин А.А. Применение армированных припоев для ремонта сосудов, работающих под давлением. Сварочное производство. 1999, № 6 (77), с. 43-44.

111. Чалмерс Б., Физическое металловедение. Металлургиздат, М., 1963,455 с.

112. Чин Дж. Механические свойства паяных соединений при циклическом нагреве, РЖ т. 14, 10Б, 1993, с. 381.

113. Чистяков Ю.Д., Яковлев Г.А. Исследования циклической долговечности несогласованных соединений, паянных легкоплавкими припоями, РЖ т. 14, 6Б, 1993, с.416.

114. Чубун М.П. Программный регулятор температуры для высокочастотной пайки. Новая промышленная технология, 1993, №2, с.48-51.

115. Шапошников Н.А., Механические испытания металлов, M-JI,, Машгиз, 1954, 443 с.

116. Шаталов А.А., Состояние технической безопасности в химической промышленности. М., труды МГАХМ, 1996, с. 73.

117. Ямпольский A.M., Ильин В.А. Краткий справочник гальваника. JI., Машиностроение, 1981, 269 с.

118. Ahmed М.М., Langdon T.G. Exceptional Ductility in the superplastic Pb-Sn eutectic. Metallurgical Transactions, vol. А8/ No 11, 1977, p. 1832.

119. Coulson К. E. W., Worthingham R.G. Standard damage-assessment approach is overly conservative. Oil and Gas Journal, 1990, vol. 88, No 15, p.54-59.

120. Khudoshin A.A., Ivanov G.P., Kadushkin Y.V. Hazard from blind Defects in the Walls of Vessels operating under Pressure. Chemical and Petroleum Engineering, v.33, No 4, 1997.

121. Khudoshin A.A., Ivanov G.P., Kadushkin Y.V. Dynamic Strength of brazed Seems in Pressure Vessels. Chemical and Petroleum Engineering, v.33, No 2, 1997.

122. Niese G. Technische Enzyclopaedie. Leipzig, 1987, 941 s.

123. Алексеев Г.Н., Бутов В.И. "Оборудование для светолучевой сварки и пайки тонкостенных конструкций". Сварочное производство, №9, 1999г., стр.33-35.

124. Артеменко И.А. "Механизм распространения трещин при многослойной наплавке" Сварочное производство, №8, 1999г. стр.5-7

125. Лялякин В.П. "Технология оборудования и оснастка для восстановления и упрочнения деталей" Сварочное производство, №1, 1998г. стр. 14-16

126. Тарасов А.Н. "Вакуумная пайка прецизионных деталей" Сварочное производство, №11, 1999г., стр.42-45.

127. Томас К.И., Федьков В.Т., Сапожков С.Б. "Физико-химическое взаимодействие капли расплавленного металла с твердой металлической поверхностью" Сварочное производство, №2, 2000г., стр. 3-5.

128. Чекунов И.П. "Кинетика формирования паяных соединений стальных узлов композиционными припоями" Сварочное производство, №2, 1998г., стр.21-24.1. УТВЕРЖДАЮзеских наук1. ПРОТОКОЛIиспытаний механических характерно низкотемпературных припоев

129. В декабре 1995г. в лаборатории Владимирского технического университета проводились испытания механических свойств паянных соединений, выполненных различными припоями. Результаты испытаний приведены в таблице 1.