автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка метода оценки критического коэффициента интенсивности напряжений сварного соединения из тонколистовой стали

РАХИМКУЛОВ РИНАТ РИШАТОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ КРИТИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ИЗ ТОНКОЛИСТОВОЙ СТАЛИ

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» . (машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 ФЕ6 2011

Уфа-2011

4854363

Работа выполнена на кафедре «Технологические машины и оборудование» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустемович

доктор технических наук, профессор Абдеев Ринат Газизьянович кандидат технических наук Трутнев Роман Николаевич

Ведущая организация Государственное унитарное предприятие

«БашНИИнефтемаш»

Защита состоится «25» февраля 2011 года в 15-00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «25» января 2011 года. Ученый секретарь совета . ■■{У Лягов A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

По статистике наиболее распространенной причиной выхода из строя оборудования нефтеперерабатывающей промышленности, относящегося к объектам повышенной опасности, в частности вертикальных стальных резервуаров, является хрупкое разрушение, возникающее от трещин малоцикловой усталости вблизи дефектов сварных швов, вызывающих повышенную концентрацию напряжений. Невозможность во многих случаях своевременной замены конструкций и оборудования с дефектами приводит к тому, что продолжается их эксплуатация, зачастую за пределами проектного ресурса, причем на этом этапе несущие элементы имеют пониженные прочностные и эксплуатационные характеристики. Повышение вероятности возникновения хрупкого разрушения для оборудования за пределами проектного ресурса повышает роль технической диагностики, а также делает актуальной разработку современных методов прогнозирования остаточного ресурса.

Характеристики трещиностойкости низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, находящих широкое применение в нефтегазовой промышленности, позволяют рассчитать величину напряжения, которое будет вызывать нестабильное разрушение при наличии в теле дефекта определённого размера и формы при наиболее жёстком напряжённом состоянии, что в конечном итоге позволяет проанализировать остаточный ресурс.

В ГОСТ 25.506-85, посвященном характеристикам трещиностойкости, в качестве основных рекомендуются испытания по определению критических значений коэффициентов интенсивности напряжений в условиях плоской деформации К]С и Кс. Требование выполнения условий плоской деформации ограничивает возможности применения указанной характеристики трещиностойкости. К примеру, толщина стенки вертикальных резервуаров составляет обычно от 6 до 20 мм. Установить достоверные характеристики трещиностойкости К|С в таком случае практически невозможно, поскольку размеры образцов, необходимые для их корректного определения, превышают толщину труб.

1 I

\ I

' I

Одним из наиболее перспективных способов определения величин вязкости разрушения К|С является её определение на коротких образцах с шевронным надрезом, который обладает рядом преимуществ по сравнению со стандартным методом, главными из которых является отсутствие процедуры подращивания усталостной трещины и малые размеры применяемых образцов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Разработка метода определения величины вязкости разрушения К[С для тонколистового сварного соединения из низкоуглеродистой стали обыкновенного качества с использованием коротких образцах с шевронным надрезом с целью упрощения оценки остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров, подверженных действиям циклических нагрузок.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Определение вязкости разрушения К1с по стандартной методике (ГОСТ 25.506-85) с применением компактного прямоугольного образца приемлемых для дальнейшей обработки размеров, а также на коротких образцах с шевронным надрезом, изготовленных из материала компактного прямоугольного образца.

2. Проведение сравнительного анализа и выявление корреляционной зависимости между значениями К^ полученными в ходе экспериментов.

3. Оценка распределения величины К1с в металле шва и околошовной зоны тонколистового сварного соединения с использованием коротких образцов с шевронным надрезом.

4. Определение остаточного ресурса вертикального стального резервуара с трещиноподобным дефектом сварного шва в условиях малоциклового нагру-жения в рамках линейной механики разрушения.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Установлено, что величина вязкости разрушения К|У, получаемая на коротких образцах с шевронным надрезом для сварного соединения стали СтЗсп на 15-25% выше, чем определяемая по стандартному методу и изменяется в зависимости от ориентации шевронного надреза относительно направления про-

ката. Наиболее высокая опасность хрупкого разрушения наблюдается для зоны сварного шва в направлении перпендикулярном прокату.

2.Впервые получена корреляционная зависимость линейного вида, связывающая значения вязкости разрушения К|С, полученные по стандартной методике, с вязкостью разрушения Ktv на образцах с шевронным надрезом для тонколистового сварного соединения из углеродистой стали обыкновенного качества СтЗсп, позволяющая ускорить оценку остаточного ресурса технологического оборудования опасных производственных объектов нефтехимической промышленности.

На защиту выносится совокупность установленных в результате экспериментальных и аналитических исследований значений вязкости разрушения К1с тонколистового сварного оборудования нефтехимической промышленности при помощи коротких образцов с шевронным надрезом.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Методика определения величины вязкости разрушения тонколистовой стали на образцах с шевронным надрезом используется в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплине «Разрушение конструкционных материалов в условиях переработки нефти и газа» при подготовке магистров по направлению 150400 - «Технологические машины и оборудование» на кафедре «Технологические машины и оборудование» УГНТУ.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на 3-й Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (г. Тамбов, 2007); 58-60-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2007-2009); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (г.Салават, 2010).

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано шесть работ, в том числе две статьи опубликованы в издании, включенном в перечень ВАК РФ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 143 наименований, содержит 160 страниц машинописного текста, включая 65 рисунков и 14 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование актуальности диссертационной работы, определены цель и основные задачи исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе даётся общее представление о коэффициенте интенсивности напряжения Kj как основополагающего критерия разрушения, исходя из концепции Гриффитса-Орована.

Выдающиеся достижения в области механики твердого деформируемого тела, в частности, изучения характеристик трещиностойкости различных материалов, принадлежат таким ученым как Гриффите А, Орован Е., Ирвин Дж., Броек Д., Партон В., Браун У., Баркер Л., Коллинз Дж., Райе Дж., Панасюк В.В., Морозов Е.М., Махутов H.A., Гумеров А.Г., Маркочев В.М., Черепанов Г.П., Романив О.Н., Партон В.З., Гумеров P.C., Абдуллин P.C., Кудрявцев В.А., Зай-нуллин P.C., Халимов А.Г., Бакиев A.B., Серенсен C.B., Абдеев Р.Г., Бакши O.A. и другим.

Проведен критический анализ общепринятого метода определения вязкости разрушения в условиях плоской деформации К|С. Рассматриваются способы оценки данного параметра по различным критериям разрушения: деформационным (критическое значение раскрытия трещины 5С) и энергетическим (критические значения J-интеграла), а также производится сопоставление критериев разрушения. Приводится описание вычислительных, оптических и экспериментальных методов определения коэффициента интенсивности напряжения К|. Дается обзор альтернативных методов определения вязкости разрушения К]с,

основанных на усталостных испытаниях, изучения фрактографических характеристик излома, исследовании связи вязкости разрушения и механических характеристик прочности, хладостойкости и твёрдости.

По результатам критического анализа существующих методов оценки вязкости разрушения К|С сделан вывод, что существующие общепринятые методы испытания материалов на трещиностойкость, основанные на концепциях критического коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины К|С, критического раскрытия трещины 5С, критического значения ,1-интеграла в момент старта трещины, не всегда удобны, а иногда и не приемлемы для материалов с низкой и средней прочностью, а альтернативные методы либо не удобны для практического применения, либо опробирование данных методов проводилось для узкого круга материалов.

По результатам проведенного анализа сделан вывод о необходимости использования метода, который бы упрощал оценку вязкости разрушения К|С и одновременно обеспечивал точную оценку данного параметра трещиностойко-сти для конструкционных материалов, используемых в отечественной промышленности.

В качестве наиболее перспективного рассматривается применение метода по определению критического коэффициента напряжений К1С на компактных образцах с шевронным надрезом. Применение образцов со встречными узкими надрезами, пересекающими друг друга под острым углом и образующими шеврон с острой вершиной позволяет повысить степень объёмности напряжённого состояния, уменьшить пластическую деформацию в вершине трещины в процессе её развития. Приводится краткое описание истории развития метода, а также информация по его экспериментальному апробированию.

Во второй главе проведены исследования корреляционной зависимости между вязкостью разрушения К|с по ГОСТ 25.506-85, а также на коротких образцах с шевронным надрезом.

Анализ материалов, из которых изготовлено технологическое оборудование одного из заводов нефтеперерабатывающей промышленности показал, что

основную долю конструкционных материалов, применяемых на предприятиях переработки углеводородного сырья, составляют углеродистые стали (более 50%). В связи с этим в работе обоснован выбор материала образцов для испытаний на трещиностойкость из стали СтЗсп по ГОСТ 535-88.

Построение корреляционной зависимости между величиной вязкости разрушения по стандартному методу и вязкостью разрушения, полученной на образцах с шевронньм надрезом производилось в два этапа. В начале параметр К1с определялся по общепринятому методу (ГОСТ 25.506-85), требующему подращивания усталостной трещины. Образцы изготавливались так, чтобы их форма и геометрия позволила в дальнейшем изготовить заготовки под образцы с шевронным надрезом, ориентированные различным образом. После определения К1с разрушенные во время испытаний образцы подвергались фрезерованию с целью получения заготовок под образцы с шевронным надрезом, после чего производилось изготовление и испытание данных образцов.

Из предложенных в ГОСТ 25.506-85 образцов для определения характеристик трещиностойкости был выбран прямоугольный компактный образец с краевой трещиной для испытаний на внецентренное растяжение. Схематическое изображение образца приведено на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема испытываемых плоских образцов Циклические и статические испытания проводились на разрывных маши-

нах ИР 5113-100 с электромеханическим приводом и БНЕЫСК с гидравлическим приводом. Частота иагружения составляла 1 или 6 Гц, в зависимости от типа испытательной установки.

Образцы с нанесённой усталостной трещиной подвергались разрушению с регистрацией диаграммы разрушения и максимальной нагрузки Рс в ходе испытания.

По диаграммам разрушения снималась нагрузка соответствующая 5%-ной секущей (либо применялся метод скачка), затем по формулам, описанным в ГОСТ 25.506-85, определялся критический коэффициент интенсивности напряжений Так как при проведении эксперимента выполнялось условие корректности расчётов, то полученные значения были приняты за величину вязкости разрушения К1С.

Результаты испытаний по стандартной методике приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты испытаний по определению вязкости разрушения К|С

Номер образца 1 2 3 4 5 6 7 8

Нагрузка Рч, кН 31 29 31,5 31 36,5 32,8 33 32,5

Вязкость разрушения К,с, МПам1и 57,5 48,5 51,6 51 60 58 54,1 52,7

На втором этапе были проведены испытания по определению вязкости разрушения на образцах с шевронным надрезом.

Для построения корреляционной зависимости между значениями вязкости разрушения К[с, полученными стандартным методом и значениями вязкости разрушения на коротких образцах с шевронным надрезом последние изготавливались из разрушенных половинок ранее испытанных плоских компактных образцов на внецентренное растяжение. С целью рационального использования имевшегося материала, цилиндрические заготовки под образцы вырезались перпендикулярно и поперёк проката (рисунок 2). Вырезка заготовок производилась на некотором удалении от зон пластической деформации, образовавшихся при разрушении плоских образцов, с целью исключения влияния данных

областей на конечный результат.

Сопоставив размеры плоского компактного образца с наиболее применяемым в промышленности стальным прокатом для изготовления оборудования, а также возможностей по изготовлению шевронного надреза, было принято решение изготавливать цилиндрические образцы диаметром 18 мм. Схема данных образцов приведена на рисунке 3.

плоский образец

Г-ч ь--^

Рисунок 2 - Схема вырезки цилиндрических заготовок под образец с шевронным надрезом

Рисунок 3 - Схема испытываемых коротких образцов с шевронным надрезом Образец закреплялся в специальных захватах, и производилось его разрушение с регистрацией диаграммы статического деформирования. Расчёт величины вязкости разрушения вёлся по максимальной нагрузке, поэтому смещение берегов трещины не фиксировалось.

На рисунке 4 показаны поверхности разрушения образцов с шевронным надрезом. Разрушение образцов, вырезанных поперёк проката (рисунок 4, а), происходило вязко, трещина развивалась стабильно, без скачков. О вязком механизме разрушения говорит и поверхность шевронного надреза - она матовая с продольными волнами. Разрушение образцов, вырезанных перпендикулярно

прокату, происходило вязко либо квазихрупко (рисунок 4, б). Поверхность шевронного надреза либо полностью матовая с продольными волнами, либо с вкраплениями следов хрупкого скола. Различие в механизмах разрушения объясняется анизотропией свойств металла относительно направления проката.

Графики корреляции между величинами вязкости разрушения К!с, полученными по стандартной методике и на образцах с шевронным надрезом К^, вырезанных поперёк и в толщину проката, представлены на рисунке 5.

а - стабильное вязкое разрушение; б - квазихрупкое разрушение Рисунок 4 - Типичная поверхность разрушения образцов с шевронным

надрезом

70 40

60 65 70 75 60 70 80 90

Кь, МПа -мУг МПам%

а б

70

65

г 60

1 55

¡¿н 50

¡2 45

40

а - ориентация образцов с шевронным надрезом перпендикулярно прокату; б - ориентация образцов с шевронньм надрезом поперёк проката Рисунок 5 - Корреляция значений вязкости разрушения К1с для стандартных образцов и вязкости разрушения К^ образцов с шевронным надрезом

Обобщенная линейная корреляционная зависимость характеристик тре-

щиностойкости описывается уравнением:

К1с = 0,132 Кк, + 42,52. (1)

Разброс значений величины вязкости разрушения К1у, полученных на образцах с шевронным надрезом, обусловлен двумя факторами: анизотропией материала и трудностью контроля расположения шевронного надреза в пространстве при одинаковом направлении вырезки заготовок под образцы. Также на результат оказывает влияние точность изготовления образцов, а также расположение условной линии приложения нагрузки.

Таким образом, на основе экспериментального исследования получена корреляционная зависимость линейного вида, связывающая значения вязкости разрушения по стандартной методике и на образцах с шевронным надрезом.

Третья глава посвящена описанию применения образцов с шевронным надрезом для изучения распределения вязкости разрушения по периметру сварного шва и околошовной зоны.

Сварные швы и зоны термического влияния сварки являются наиболее вероятными местами разрушения оборудования за счет существования в этих районах необнаруженных технологических дефектов, причем наиболее вероятный период проявления скрытого дефекта - первые два-три года работы конструкции. Отмечено, что дефекты сварных соединений резко снижают долговечность конструкций при действии циклических нагрузок, снижают пластичность и повышают хрупкость сварных соединений при ударных нагрузках и, особенно, при низких температурах.

Преимущества методики измерения трещиностойкости К|с, являющейся характеристикой именно хрупкого разрушения, на образцах с шевронным надрезом на внецентренное растяжение позволяют установить значение данного параметра для реального сварного соединения более локально, избежав при этом значительных трат как самого металла, так и средств на изготовление образцов.

Для изучения распределения величины вязкости разрушения К|С по периметру сварного шва и околошовной зоны было изготовлено сварное соединение

с требуемыми для всестороннего изучения трещиностойкости при помощи образцов с шевронным надрезом геометрическими размерами. Ввиду достаточно большой толщины свариваемых листов, сварка выполнялась полуавтоматическим способом с Х-образной разделкой кромок. Сварка выполнялась электродом марки Св-08 толщиной 2 мм; тип флюса - АН-348-А.

С целью изучения возможного влияния дефектов на результат испытаний по определению вязкости разрушения К|С на образцах с шевронным надрезом, было проведено сканирование зоны сварного шва и околощовной зоны при помощи ультразвукового дефектоскопа на наличие дефектов с целью установления качества сварного соединения акустическим методом контроля.

В результате ультразвукового сканирования исследуемого сварного соединения была получена карта дефектов. В одном случае был зафиксирован непровар в корне шва, в остальных - поры, расположенные практически на одной глубине по объёму сварного шва.

Для определения величины трещиностойкости К!с металла исследуемого сварного соединения были вырезаны заготовки под изготовление образцов с шевронным надрезом в продольном, поперечном и перпендикулярном направлении проката. Схема вырезки образцов приведена на рисунке 6.

ВП - вырезка образцов вдоль проката; ГОТ - вырезка образцов поперек проката; Т - вырезка образцов перпендикулярно прокату. Рисунок 6 - Схема вырезки испытываемых образцов

Общее количество образцов - 39 штук, из них: образцов, вырезанных вдоль проката (ВП) - 12; образцов, вырезанных поперёк проката (ГШ) - 13; образцов, вырезанных перпендикулярно прокату (Т) - 14. Дефектные зоны сварного шва - области под номерами 2, 3, 4, 6 и 9.

Значения вязкости разрушения, полученные в ходе эксперимента, отражены в таблицах 2-4. Распределения вязкости разрушения К1С в зависимости от ориентации трещины относительно проката приведены на рисунке 7. Обозначению «дефект» соответствуют значения вязкости разрушения К]С, полученные на образцах, вырезанных из зон с дефектами, обнаруженными при сканировании ультразвуковым дефектоскопом.

Таблица 2 - Распределение вязкости разрушения К[С сварного соединения поперёк проката, МПа м"2

№ зоны/ /Область 4 5 6 11

ошз 68 51 60 64

сш 55 52 50 53

ошз 65 52 58 62

Таблица 3 - Распределение вязкости разрушения К|с сварного соединения вдоль проката, МПа м]/2

№ зоны/ /Область 2 7 8 10

ОШЗ 57 49 55 60

сш 50 51 52 56

ОШЗ 58 52 58 58

Таблица 4 - Распределение вязкости разрушения К1с сварного соединения перпендикулярно прокату, МПа-м'й

№ зоны / Область 1 3 9 12 13

ОШЗ 50 56 54 58 57,5

сш 47 45 49 51 53,4

ошз 54 56 53 58 56

Зона отбора проб б г'ОШЗ сварного

соединения

140-45 "45-50 в 50-55 "55-60 «=60-65 ¡'65-70

а

дефект'

Ки, МПа- 60 М'А 30

Зона отбора проб ^

■ 40-45 »45-50

* ® соединения

¡ 50-55 »55-60

б

К1с, МПа-

м'Л

60 55

I

40

1

3

Зона отбора проб

а 40-45

® 45-50

ОШЗ

'' СШ Зона сварного ОШЗ соединения

13

50-55 « 55-60

в

а - поперёк проката; б - вдоль проката; в - перпендикулярно прокату Рисунок 7 - Распределение вязкости разрушения К1с сварного соединения из

стали СтЗсп

Типичные поверхности разрушения образцов с шевронным надрезом в зависимости от ориентации относительно проката (Ь — направление вдоль проката, Т - направление поперек проката, 8 - направление перпендикулярно прокату) приведены на рисунках. 8-11.

По результатам испытаний наибольшей трещивостойкостью обладает металл сварного шва околошовной зоны в поперечном направлении проката. Разрушение металла здесь происходит вязко, развитие трещины происходит стабильно без хрупких скачков. Немногим меньше вязкость разрушения металла сварного шва в продольном направлении проката, однако, здесь разрушение происходит квазихрупко со скачками, обусловленными достижением в вершине трещины условий плоской деформации. Наименьшей трещиностойкостью обладает металл сварного шва и околошовной зоны с ориентацией шевронного надреза в перпендикулярном направлении проката, или в так называемом г-направлении (рисунок 10). Несмотря на значительное количество участков кристаллического излома, на поверхности имеются участки разрушения срезом, образовавшиеся при слиянии отдельных разрывов по плоскостям сульфидных включений. На перхности разрушения наблюдаются макро- и микроступеньки и террасы, ориентированные параллельно плоскости проката, что характерно для слоистых трещин, возникающих, при сварке.

а б

а - околошовная зона; б - сварной шов 1 - стабильный вязкий рост трещины; 2 - скачок; 3 - долом Рисунок 8 - Типичная поверхность разрушения образцов в продольном направлении проката

Рисунок 9 - Типичная поверхность разрушения образцов из околошовной зоны и сварного шва в поперечном направлении проката

1 - стабильный вязкий рост трещины: 2 - скачок Рисунок 10 - Типичная поверхность квазихрупкого разрушения образцов из сварного шва и околошовной зоны в перпендикулярном направлении проката

а б

а - околошовная зона; б - сварной шов 1 - стабильный вязкий рост трещины; 2 - скачок Рисунок 11 - Типичная поверхность квазихрупкого разрушения образцов в перпендикулярном направлении проката

Произведенный расчет вязкой составляющей в изломе образцов показал, что минимальное значение данного параметра в изломе, а, следовательно, наименьшее сопротивление стали хрупкому разрушению, наблюдается для образцов, вырезанных в перпендикулярном направлении проката из сварного шва, причем количество вязкой составляющей значительно колеблется по периметру

сварного шва (рисунок 12). О неоднородности структуры сварного шва можно судить по разбросу доли вязкой составляющей. Наибольший разброс наблюдается для зоны сварного шва в направлении перпендикулярном прокату, ввиду того что процесс кристаллизации сварного шва, выполненного полуавтоматической сваркой под слоем флюса, происходит прерывисто, с образованием кристаллизационных слоев с различными свойствами, а также околошовной зоны вв продольном направлении проката, что объясняется полной или частичной перекристаллизацией металла сварного соединения в данной зоне.

Т(СШ) Т(ОШЗ) ВП(СШ) ВП(ОШЗ)

Ориентация относительно направления проката

Т(СШ) - образцы из сварного шва перпендикулярно прокату; Т(ОШЗ) - образцы из околошовной зоны перпендикулярно прокату; ВП(СШ) - образцы из сварного

шва вдоль проката; ВП(ОШЗ) - образцы из околошовной зоны вдоль проката Рисунок 12 -Максимальная и минимальная доля вязкой составляющей в изломе

образцов

При испытании образцов в данном направлении на поверхности разрушения был обнаружен острый плоскостный дефект, который располагался в корне шва, что подтвердило верность выводов, полученных по результатам ультразвукового сканирования. Однако на величину трещиностойкости данный дефект практически не повлиял, ввиду разнонаправленности инициировавшейся трещины и дефекта.

Отмечены особенности испытаний на вязкость разрушения при помощи образцов с шевронным надрезом. Приведены рекомендации относительно ис-

пользования захватов при испытании, а также рекомендована конструкция мест закрепления захватов на образце типа «ласточкин хвост».

С помощью полученных ранее значений величины вязкости разрушения К|С, как значений наибольшего коэффициента интенсивности напряжений, при котором происходит полное разрушение образца, для различных зон сварного соединения были построены диаграммы циклического разрушения. На рисунке 13 показана диаграмма циклического разрушения сварного шва и околошовной зоны, для образцов, вырезанных в поперечном направлении проката.

55 65 АК, МПам'Л

50 55 АК, МПам'Л

а - околошовная зона; б - сварной шов Рисунок 13 - Диаграмма циклического разрушения

Анализ зависимости <11/<1п =^ДК) показал, что скорость роста трещины мало изменяется в пределах конкретного сварного соединения, вне зависимости от расположения начальной трещины относительно направления проката и зоны сварного соединения. Анизотропия сопротивления росту трещины наиболее характерна для многослойных сварных швов. Так как сварка производилась в один проход, эффект анизотропии выражен в меньшей степени. Однако нужно отметить, что скорость роста трещины все же выше для металла зоны сварного шва, но различие незначительно. Это говорит о том, что различие в свойствах металла околошовной зоны и металла шва невелико.

Проведённый расчёт статической прочности сварного соединения с тре-щиноподобным дефектом в корне шва показал, что условие хрупкого разрушения выполняется для дефекта размером более 5 мм при номинальных напряжениях сгн ниже предела текучести. При этом в качестве критерия хрупкого раз-

рушения использовалась величина вязкости разрушения К]с, определённая в месте расположения дефекта сварного шва.

80 ---------------------------------------------------------

70 1---------------------------------------------------------------------------------------------

0 .100 200 300 400

—= 1 мм-#-а = 2 мм-чя" а = В мм= 4 мм Он, МПа

а = 5 мм "й" а = 6 мм т а = 7 мм - - а = 8 мм г

Рисунок 14 - Номограмма статической прочности сварного шва в зависимости от размера трещиноподобного дефекта

В четвертой главе описана методика определения ресурса безопасной эксплуатации вертикальных стальных резервуаров на основе анализа режима нагружения, принципа линейного накопления повреждений и концентрации напряжений в сварных соединениях с использованием значений вязкости разрушения, определенных на образцах с шевронным надрезом.

Возникновение трещин в сварных швах как результат некачественной сварки и режима эксплуатации является основной причиной аварий резервуаров. В цилиндрической оболочке, нагруженной внутренним давлением, максимальные главные напряжения реализуются вдоль направляющей и образующей корпуса сосуда, т.е. оказываются параллельными и перпендикулярными линии горизонта. Это даёт основание в качестве расчётной ситуации определения ресурса рассматривать поведение конструкции при наличии вертикальной или го-; ризонтальной трещины переменной длины, расположенной в наиболее нагруженной зоне конструкции.

В качестве объекта исследования был принят вертикальный стальной резервуар, оборудованный штуцерами для приема и откачки нефтепродукта.

На основании результатов численного моделирования на примере вертикального стального резервуара (рисунок 15) можно говорить о том, что напря-

жения в обечайке распределяются неравномерно, образуя локальные зоны повышенного напряжения.

а - 30 модель резервуара; б - конечно-элементная модель резервуара Рисунок 15 — Расчетная модель резервуара

Наибольшее напряжение в резервуаре приходится на соединение цилиндрической части с днищем, а также область врезки штуцеров (рисунок 16). Поэтому вырезка образцов для определения трещиностойкости с целью оценки остаточного ресурса должна производиться в данных зонах с учетом направления проката стального листа, из которого изготовлен данный резервуар, для чего проводятся металлографические исследования.

Рисунок 16 - Эпюра интенсивности напряжений при максимальном взливе нефтепродукта

В результате анализа особенностей цикличности и закономерностей эксплуатационной и местной нагруженное™ принята возможность оценки механизмов накопления повреждений по линейному принципу.

В случае, когда объект испытывает нагружение N циклов с рабочим давлением Р и перепадом давлений ДР суммарное повреждение за один год определяется по формуле:

N

Пгод * I

N

где N - число циклов нагружения за один год;

N* - число циклов, которое может выдержать до разрушения объект с дефектом, включающее оба этапа усталостного разрушения - этап зарождения и этап роста трещины.

Ресурс безопасной эксплуатации определяется по формуле:

R = 1 - Пгод. (3)

Расчетная оценка остаточного ресурса оборудования с трещиноподобны-ми дефектами сварных швов выполнялась на основе подходов механики разрушения, с использованием экспериментально полученных величин вязкости разрушения Kit сварного соединения на цилиндрических образцах с шевронным надрезом.

По результатам расчётов остаточного ресурса была построена номограмма, демонстрирующая влияние размера дефекта сварного соединения в зависимости от величины вязкости разрушения К!с на количество циклов, которое может выдержать резервуар до разрушения (рисунок 17).

7000 ;

u а

г я 2000 fH"'

SO.:

J 1000

о

30 40 50 60 70

Вязкость разрушения Юс, мш-мк

- а=1 мм ™&--а=2 мм а=3 мм -*«-а=4мм ' ■ а=5 мм

Рисунок 17 - Номограмма зависимости количества циклов до разрушения N0 от размера дефекта в корне шва

Увеличение размера дефекта сварного соединения приводит к резкому снижению количества циклов нагружения до разрушения и, следовательно, к увеличению уровня накопленных повреждений. С увеличением размера дефек-

та сварного соединения количество циклов нагружения до разрушения практически одинаково для различных значений вязкости разрушения, ввиду резкого увеличения концентрации напряжений, создаваемых дефектом.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан метод определения величины вязкости разрушения К1С тонколистового сварного соединения из низкоуглеродистой стали обыкновенного качества с использованием коротких образцах с шевронным надрезом, позволяющий ускорить оценку остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров, подверженных действиям циклических нагрузок.

2. Значения вязкости разрушения Кь, полученные на образцах, вырезанных в перпендикулярном направлении проката заметно ниже, нежели вязкость разрушения, полученная на образцах, вырезанных в продольном и поперечном направлении проката, следовательно, вероятность хрупкого разрушения в направлении перпендикулярном прокату выше, чем в продольном и поперечном.

3. По результатам экспериментальных исследований была построена линейная корреляционная зависимость между значениями вязкости разрушения К]С, полученными стандартным методом и значениями вязкости разрушения К^, полученными на коротких образцах с шевронным надрезом, изготовленных из разрушенных половинок ранее испытанных плоских компактных образцов на внецентренное растяжение. Линейная корреляционная зависимость характеристик трещиностойкости описывается уравнением К]С = 0,132 Кь + 42,52.

4. По результатам экспериментального определения вязкости разрушения К]у сварного соединения с Х-образной разделкой кромок, выполненного полуавтоматической сваркой под слоем флюса, построен график распределения вязкости разрушения по периметру сварного соединения. Показано, что наибольшей трещиностойкостью обладает металл околошовной зоны в поперечном направлении проката. Наиболее высокая опасность хрупкого разрушения наблюдается для зоны сварного шва в направлении перпендикулярном прокату.

5. Произведена оценка остаточного ресурса стального вертикального резервуара с дефектом сварного соединения, работающего в условиях переменных нагрузок, по усовершенствованной методике расчета с использованием результатов испытаний образцов с шевронным надрезом

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Rakhimkulov R.R., Evsutina O.V. Some Aspects of Fracture Mechanics and Methods to Prevent Metal Structure Failure // Материалы 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Сб. - Уфа, изд-во УГНТУ, 2008 - с. 280.

2. Наумкин Е.А., Кузеев И.Р., Панкратьев С.А., Рахимкулов P.P. Разрушение трубопроводных систем на нагнетательной линии компрессоров и насосов// Мировое сообщество: проблемы и пути решения: проблемы и пути решения: сб. науч. ст. - Уфа, изд-во УГНТУ, 2007 - с. 77-81.

3. Рахимкулов P.P. Использование коротких образцов с шевронным надрезом для определения вязкости разрушения в условиях плоской деформации // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. ст. - Уфа, изд-во УГНТУ, 2009-с. 19-28.

4. Рахимкулов P.P. Шевронный надрез как средство уменьшения размера образцов для испытания на вязкость разрушения// Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. ст. - Уфа, изд-во УГНТУ, 2010 - с. 52-55.

5. Рахимкулов P.P. Анализ метода определения вязкости разрушения на образцах с шевронной прорезкой // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. - 2010. - №2. - с. 24-27.

6. Рахимкулов P.P. Сопоставление значений величины вязкости разрушения Kic, полученной на образцах с шевронной прорезкой и по стандартной методике для стали СтЗсп // Электронный журнал «Нефтегазовое дело», 2010 www.ogbus.m/authors/Rakhimkulov/Rakhimkulov 1 .pdf. - 10 с.

Подписано в печать 21.01.11. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Times». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 90. Заказ 209. Типография ИП «Сафина Л.Ф.» Адрес типографии: 453110, Республика Башкортостан, г. Стерлитамак, ул.Техническая, 14

Введение

1 Разрушение конструкционных материалов

1.1 Теория Гриффитса

1.2 Механика разрушения

1.3 Поправка Ирвина на пластичность

1.4 Критерии разрушения

1.4.1 Деформационный критерий разрушения. КРТ-критерий

1.4.2 Энергетический критерий разрушения. интеграл

1.5 Обзор альтернативных методов определения вязкости разрушения К)с

1.6 Вязкость разрушения на коротких образцах с шевронным надрезом 30 Выводы по главе

2 Экспериментальное определение трещиностойкости К1С

2.1 Определение вязкости разрушения К!с по стандартной методике

2.2 Определение вязкости разрушения на образцах с шевронным надрезом

Выводы по главе

3 Исследование трещиностойкости металла сварного соединения

3.1 Описание объекта исследования

3.2 Дефекты сварных соединений и причины их возникновения 71 3.2.1 Ультразвуковая диагностика металла сварного шва

3.3 Экспериментальное определение вязкости разрушения К1С сварного соединения на образцах с шевронным надрезом

3.4 Оценка сопротивления развитию трещины в сварном соединении по величине вязкости разрушения К1с

3.5 Анализ прочности сварного соединения с трещиноподобным дефектом

Выводы по главе

4 Определение ресурса безопасной эксплуатации нефтехимического оборудования 1I

4.1 Определение ресурса безопасной эксплуатации вертикального стального резервуара

4.1.1 Объект исследования

4.1.2 Анализ нагружения объекта исследования

4.1.3 Анализ механизмов накопления повреждений в объекте исследования

4.1.4 Определение предельных напряжений

4.1.5 Определение числа циклов до разрушения при циклическом нагружении объекта с дефектом

4.2 Пример определения ресурса безопасной эксплуатации вертикального стального резервуара 139 Выводы по главе 4 141 Основные результаты и выводы 142 Список использованных источников 144 Приложения

По статистике наиболее распространенной причиной выхода из строя оборудования нефтеперерабатывающей промышленности, относящегося к объектам повышенной опасности, в частности вертикальных стальных резервуаров, является хрупкое разрушение, возникающее от трещин малоцикловой усталости вблизи дефектов сварных швов, вызывающих повышенную концентрацию напряжений. Невозможность во многих случаях своевременной замены конструкций и оборудования с дефектами приводит к тому, что продолжается их эксплуатация, зачастую за пределами проектного ресурса, причем на этом этапе несущие элементы имеют пониженные прочностные и эксплуатационные характеристики. Повышение вероятности возникновения хрупкого разрушения для оборудования за пределами проектного ресурса повышает роль технической диагностики, а также делает актуальной разработку современных методов прогнозирования- остаточного ресурса.

Характеристики трещиностойкости низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, находящих широкое применение в нефтегазовой промышленности, позволяют рассчитать величину напряжения, которое будет вызывать нестабильное разрушение при наличии. в> теле дефекта определённого размера-и формы при наиболее жёстком-, напряжённом состоянии, что в конечном итоге позволяет проанализировать остаточный ресурс.

В ГОСТ 25.506-85, посвященном* характеристикам трещиностойкости, в качестве основных рекомендуются испытания по определению критических значений коэффициентов интенсивности напряжений в условиях плоской деформации К1с и Кс. Требование выполнения условий плоской деформации ограничивает возможности применения указанной характеристики трещиностойкости. К примеру, толщина стенки вертикальных резервуаров составляет обычно от 6 до 20 мм. Установить достоверные характеристики трещиностойкости К]С в таком случае практически невозможно, поскольку размеры образцов, необходимые для их корректного определения, превышают толщину труб.

Одним из наиболее перспективных способов определения величин вязкости разрушения К1С является её определение на коротких образцах с шевронным надрезом, который обладает рядом преимуществ по сравнению со стандартным методом, главными из которых является отсутствие процедуры подращивания усталостной трещины и малые размеры применяемых образцов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Разработка метода определения величины вязкости разрушения К1е для тонколистового сварного соединения из низкоуглеродистой стали обыкновенного качества с использованием коротких образцах с шевронным надрезом с целью упрощения оценки остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров, подверженных действиям циклических нагрузок.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Определение вязкости разрушения К1с по стандартной методике (ГОСТ 25.506-85) с применением компактного прямоугольного образца приемлемых для дальнейшей" обработки размеров, а также на коротких образцах с шевронным надрезом, изготовленных из материала компактного прямоугольного образца.

2. Проведение сравнительного анализа и выявление- корреляционной зависимости между значениями!^, полученными*в ходе экспериментов.

3: Оценка распределения' величины КГс в металле шва и околошовной зоны тонколистового сварного соединения с использованием коротких образцов с шевронным надрезом.

4. Определение остаточного ресурса вертикального стального резервуара с трещиноподобным дефектом сварного шва в условиях малоциклового нагружения в рамках линейной механики разрушения.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Установлено, что величина вязкости разрушения К^, получаемая на коротких образцах с шевронным надрезом для сварного соединения стали СтЗсп на 15-25% выше, чем определяемая по стандартному методу и изменяется в зависимости от ориентации шевронного надреза относительно направления проката. Наиболее высокая опасность хрупкого разрушения наблюдается для зоны сварного шва в направлении перпендикулярном прокату.

2.Впервые получена корреляционная зависимость линейного вида, связывающая значения вязкости разрушения К1с, полученные по стандартной методике, с вязкостью разрушения К^ на образцах с шевронным надрезом для тонколистового сварного соединения из углеродистой стали обыкновенного качества СтЗсп, позволяющая ускорить оценку остаточного ресурса технологического оборудования опасных производственных объектов нефтехимической промышленности.

На защиту выносится совокупность установленных в результате экспериментальных и аналитических исследований значений вязкости разрушения К,с тонколистового сварного оборудования нефтехимической промышленности при помощи коротких образцов с шевронным надрезом.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Методика определения величины вязкости разрушения тонколистовой стали на образцах с шевронным надрезом используется в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплине «Разрушение конструкционных материалов в условиях переработки нефти и газа» при подготовке магистров по направлению 150400 - «Технологические машины и оборудование» на кафедре «Технологические машины и оборудование» УГНТУ.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы доложены и. обсуждены: на 3-й Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (г. Тамбов, 2007); 58-60-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2007-2009); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (г.Салават, 2010).

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано шесть работ, в том числе две статьи опубликованы в издании, включенном в перечень ВАК РФ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика определения величины вязкости разрушения Ьчс тонколистового сварного соединения из низкоуглеродистой стали обыкновенного качества с использованием коротких образцах с шевронным; надрезом. Методика позволяет упростить оценку остаточного« ресурса вертикальных стальных резервуаров; подверженных! действиям? циклических нагрузок.

2. Значения, вязкости; разрушения К1У, полученные* на» образцах,, вырезанных перпендикулярно прокату заметно ниже, нежели вязкость разрушения, полученная/ на образцах, вырезанных вдоль и поперёк проката, следовательно, вероятность хрупкого разрушения в направлении перпендикулярном прокату выше, чем в продольном и поперечном.

3. Но результатам экспериментальных исследований- была построена линейная корреляционная зависимость между значениями вязкости разрушения К1с, полученными стандартным методом и значениями вязкости разрушения К1у, полученными на коротких образцах с шевронным надрезом, изготовленных из разрушенных половинок ранее испытанных плоских компактных образцов на внецентренное растяжение. Линейная корреляционная зависимость характеристик трещиностойкости описывается уравнением К^ — 0,132 К1у + 42,52.

4. По результатам экспериментального определения вязкости разрушения К[У сварного соединения с Х-образной разделкой кромок, выполненного полуавтоматической сваркой под слоем флюса, построен график распределения вязкости разрушения по периметру сварного соединения. Показано, что наибольшей трещиностойкостью обладает металл околошовной зоны в поперечном направлении проката. Наиболее высокая опасность хрупкого разрушения наблюдается для зоны сварного шва в направлении перпендикулярном прокату.

5. Произведена оценка остаточного ресурса стального вертикального резервуара с дефектом сварного соединения, работающего в условиях переменных нагрузок, по усовершенствованной методике расчета с использованием результатов испытаний образцов с шевронным надрезом.

1. Байков В.П., Соковнин Ю.П.' Анализ причин хрупкого разрз^щения конструкций и общие практические рекомендации по его предотвращению -Алма-Ата: 1982, 71 с.

2. Баранов С.М., Каратушин С. И., Воробьева Г.А. Вязкость разрз^шения стали 40Х разных плавок // Проблемы прочности. 1974. - № 4. - С. 74-~7г"7.

3. Борисенко В.А. Твердость и прочность тугоплавких материалов при высоких температурах. Киев: Наукова думка, 1984. - 342 с.

4. Браун У., Сроули Дж. Испытания высокопрочных металхгЕэгческих материалов на вязкость разрушения при плоской деформации. М.: Мкгр, 1972. -246 с.

5. Броек Д. Механика разрушения. М.: Мир, 1986, - 315 с.

6. Винокуров В.А. и др. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности / Под ред. Патона Б.Е. М.: Машиностроение, 1996.-576 с.

7. Винокуров В.А., Куркин С.А., Николаев Г.А, Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности. — М.: Высшая: школа, 1976.-272 с.

8. Винокуров B.JI., Дымши^ A.B., Пирусский' М.В., Овсянников В.М. Экспериментально-расчетный метод определения Kic на образцах уменьшенных размеров // Заводская лаборатория. — 1988. — №9. — С. 80-82.

9. Волков В.А., Носов В.Т., Митькин Б.М. Методика определения критического коэффициента интенсивности напряжений' Kic на образцам малой толщины // Заводская лаборатория. 1985. — №7. — С. 863-864.

10. Гиренко B.C., Бернацкий A.B., Рабкина М.Д., Коржова. Н.П. Слоистое, слоисто-хрупкое и слоисто-вязкое разрушение сварных соединений // Проблемы прочности. — 1987. — №3. — С. 70-76.

11. Гладштейн Л.И., Горицкий В.М. О роли жесткости напря^ээЕсенного состояния некоторых эффектах при стандартных испытаниях на династический изгиб // Проблемы разрушения металлов. — М.: МДНТП, 1980. — С. 89-9Т".и t

12. Горицкий В. М. Диагностика металлов. М.: Металлургиздат, 2004,402 с.

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

14. Григорьева A.B. Долговечность и трещиностойкость корпусов цементных печей: дис. канд. техн. наук: 05.04.09 / Григорьева Аэлита Васильевна. — Брянск, 1991. — 183 с.

15. Гуляев А.П. Особенности разрушения стали контролируемой прокатки // МиТОМ: 1982. - № 5. - С. 24-26.

16. Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Гумеров Р.С, Векштейн M.F. Аварийно-восстановительный ремонт магистральных нефтепроводов / Под ред. Гумерова А.Г. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1998. - 271 с: ил.

17. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С, Ямалеев K.M., Росляков A.B. Старение труб нефтепроводов. — М.: Недра, 1995. 218 с: ил.

18. Гумеров А.Г., Ямалеев K.M., Гумеров P.C., Азметов- Х.А. Дефектность труб нефтепроводов и методы их ремонта. — Ml: Недра-Бизнесцентр, 1998. 252 с.

19. Гумеров А.Г., Ямалеев» K.M., Журавлев Г.В., Бадиков Ф.И. Трещиностойкость металла труб нефтепроводов. — М.: Недра-Бизнесцентр, 2001.-231 с.

20. Гуревич С. Е., Марьяновская Т. С. Использование критерия сопротивления распространению трещины для оценки циклической прочности металлов // Проблемы прочности. 1970. —№ 7. - 8-12.

21. Данилин В.И., Дрозд М.С., Славский Ю.И. Применение безобразцового метода контроля механических свойств сталей в условияхметаллургического производства // Заводская лаборатория. 1972. - №2. - С. 217-221.

22. Дроздовский Б.А., Морозов Е.М. Методы оценки вязкости разрушения // Завод, лаб. 1976. - № 8. - С. 995-1003.

23. Дроздовский Б.А., Полищук Т.В., Волков В.П. Шевронный надрез как средство уменьшения толщины образца при определении величины Kic / Заводская лаборатория. 1987. №10. С. 74-76.

24. Евтихин В.Ф. Новое проектирование, строительство и эксплуатация резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980.-56 с.

25. Жилкин В.А., Тырин В.П., Шеффер J1.A. Определение коэффициентов интенсивности напряжений в непрозрачных материалах с использованием метода каустик // Заводская лаборатория. — 1989. №2. - С. 8387.

26. Зайнуллин P.C. Ресурс элементов трубопроводных систем. Уфа: МНТЦ «БЭСТС», 2005. - 836 с.

27. Зайнуллин P.C., Морозов Е.М., Александров A.A. Критерии безопасного разрушения элементов трубопроводных систем с трещинами. М.:. Наука, 2005,-317 с.

28. Иванова B.C., Кудряшов В.Г., Дерягин, Г.А., Штовба Ю.К. Сравнение вязкости разрушения К)с алюминиевых (АК4-1Т1, В95Т1, Д16Т) и титановых (ВТ8, ВТ9) сплавов при статическом и циклическом нагружениях // Проблемы прочности. 1972. - № 5. - С. 29-34.

29. Иванова B.C., Метод определения вязкости разрушения К1с по данным испытания образцов на усталость // Проблемы прочности. — 1970. — № 3. — С. 17-19.

30. Иванцов О.М. Надежность и ненадежность трубопроводов // Строительство трубопроводов. 1991. - № 11. - С. 4-9.

31. Исследование напряжений и прочности корпуса реактора / Под ред. И. И. Пригоровского, С. В. Серенсена, Я. Немеца-М.: Атомиздат. 1968. 280 с.f <1

32. Карзов Г. П., Леонов В. П., Тимофеев Б. Т. Сварные сосуды высокого > давления: Прочность и долговечность. JL: Машиностроение, 1982. - 287 с.

33. Ковчик С.Е., Морозов Е.М. / В кн.: Механика разрушения и прочность материалов: Справочное пособие в четырех томах. Т. 3. Киев: Наукова думка, 1988,-435 с.

34. Когаев Т.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и контрукций на прочность и долговечность: Справочник. — М.: Машиностроение, 1985. 224 с.

35. Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. М.: Наука, 1989. - 224 с.

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

37. Кочин Ф.И., Пилюшенко B.JL, Шекин И.В. Методика оценки трещиностойкости1 сталей- по результатам стандартных испытаний на растяжение и ударный изгиб // Проблемы прочности. 1989. - № 3. — С. 28-32.

38. Кошелев В.М, Покровский В.В. Методика и некоторые результаты, исследования трещиностойкости сталей 15Х2МФА и 15Х2НМФА в интервале температур 293 . 77 К // Проблемыпрочности. 1981. -№ 10. - С. 13-1-7.

39. Красовский А.Я., Федосов* А.И., Вайншток В.А. и др. Исследование сопротивления развитию трещины с учетом масштабного эффекта для. оценки хрупкой прочности корпусной стали // Проблемы прочности. — 1979. — № 4. — С. 3-9.

40. Кудряшов В.Г. Методика оценки истинности определяемого параметра вязкости разрушения К1с // Заводская лаборатория 1975. -№11.— . С. 1388-1390

41. Кудряшов В.Г., Смоленцев В.И. О вязкости разрушения К)с. высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов при низких температурах // Проблемы прочности. — 1970. — № 8. — С. 63-66.

42. Кутепов С. М:, Плешакова Т. С., Рачков В. И. Об анизотропии вязкости разрушения листового проката титановых сплавов // Заводская лаборатория. 1987. - №6. - С. 79-81.i

43. Лебедев A.A., Чаусов Н.Г. К оценке трещиностойкости пластичных материалов // Проблемы прочности. 1982. — № 2. — С. 11-13.

44. Леонов М.Я., Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами // Прикл. механика. — 1959. Т. 5, № 4. — С. 391-401.

45. Ломакин Е.В., Зобнин А.И., Березин A.B. Определение характеристик вязкости разрушения графитовых материалов при плоской деформации // Проблемы прочности. 1975. - № 4. - С. 89-92.

46. Мазур И.И., Иванцов О.М., Молдаванов О.И. Конструктивная надежность и экологическая безопасность трубопроводов. М.: Недра, 1990. - 264 с.

47. Макаров. Э.Л. Холодные трещины при сварке легируемых сталей. — М.: Машиностроение, 1981. — 247 с.

48. Малышев Б.Д., Алексеев В.К., Блинов А.Н. и др. Сварка-и резка в промышленном строительстве. В 2 т. Т.2. / Под ред. Б.Д. Малышева. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1989. - 400 с.

49. Маркочев B.Mi, Морозов Е.М. Метод разгрузки в экспериментальной механике разрушения // Физ.-хим. механика материалов. — 1978. — Т. 4, № 1. — С. 12-22.

50. Маркочев В.М., Морозов Е.М. О критериях достоверности экспериментального определения вязкости разрушения // Физ.-хим. механика материалов. -1976. № 2. - С. 21-23.

51. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд. Доп. и испр. / A.C. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В Каширский и др. Под общей ред. A.C. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. — 784 с.

52. Марочник сталей и сплавов. Под ред. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.

53. Маслов Л.И., Ботвииа Л.Р. Фрактографические особенности и вязкость разрушения стали при циклическом нагружении // Проблемы прочности. 1971. -№ 9. - С. 37-41.

54. Материалы в машиностроении. Конструкционная сталь: справочник.т.2. Под ред. И.В. Кудрявцева, Е.П. Могилевского. М.: Машиностроение, 1967. - 496 с.

55. Матросов Ю.И., Филимонов В.Н., Бородкина М.М., Григорьева Т.М. Влияние контролируемой прокатки на механические свойства, структуру и характер разрушения стали 09Г2С // Металлы. Сер. АН СССР. 1980. - № 5. -С. 99-104.

56. Махненко В.И., Починок В.Е. Расчеты на прочность сварных соединений с конструктивными особенностями трещинообразного типа // Надежность и долговечность машин и сооружений. 1982. - № 1. — С. 10-18.

57. Махутов И. А., Фролов К. В., Пригоровский И. И. и др. Экспериментальные исследования деформаций и напряжений в водо-водяных энергетических реакторах. М.: Наука, 1990. - 296 с.

58. Махутов H.A. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению. М.: Машиностроение, 19741 - 200 с.

59. Махутов H.A., Москвичев В:В., Козлов A.F., Синяговская, М.С. Механические свойства и5 методы опенки трещиностойкости металлов в направлении^толщины листа // Заводская лаборатория 1987. - № 1. - С. 64-72.

60. Методические указания. Расчеты и* испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы, испытаний на трещиностойкость при ползучести. — М.: ВНИИНМАШ, 1980. — 45 с.

61. Морозов Е.М. Метод расчета на прочность при наличии трещин // Проблемы прочности. — 1971. № 1. — С. 35-40.

62. Москвичев В.В., Махутов H.A., Черняев А.П. и др. Трещиностойкость конструкционных материалов технических систем. -Новосибирск: Наука, 2002. 334 с.

63. МР 170-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний материалов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) сварных соединений при статическом нагружении. М.: ВНИИНМАШ, 1985. - 52 с.

64. MP 71-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний материалов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) на стадии остановки трещины. М.: ВНИИНМАШ, 1982.

65. Мураками Ю. (ред.). Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений, Том 1. М.: Мир, 1990, - 448 с.

66. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Т. 3. Ултразвуковой контроль / Ермолов И.Н., Ланге И.В. Под общей ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2004. - 864 с.

67. Николаев Г.А„ Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкции: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1976. — 272 с.

68. Николаев Г.А. и др. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций. М.': Высшая школа, 1971. — 760 с.

69. Николаев Г.А. и др. Сварка в машиностроении: Справочник. В 4 т. Т. 3 М.: Машиностроение, 1979. — 567 с.

70. Новиков Н.В., Лихацкий С.И., Майстренко А.Л. Определение момента . страгивания трещины акустическим методом при испытании образцов с надрезом на внецентренное растяжение // Проблемы прочности. 1973. — № 9: — С. 21-25.

71. Нотт Дж.Ф. Основы механики разрушения. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1978. - 256 с.

72. Одинг И.А. Теория дислокаций в металлах и ее применение. М.: Изд-во АН СССР, 1959. -486 с

73. Олейник Н. В., НгоВанКует. Определение вязкости разрушения материалов по их механическим свойствам // Проблемы прочности. — 1976. — № 1.-С. 72-77.

74. Опанасюк В.Л. Определение критического коэффициента интенсивности напряжений по зависимому от толщины образцов допуску на нелинейность диаграммы усилие — смещение / Заводская лаборатория. 1987. -№10.-С. 73-75.

75. Орыняк И.В., Тороп В.М. Взаимосвязь критических температур хрупкости с механическими свойствами и трещиностойкостью сталей // Проблемы прочности. — 1989. № 3. - С. 35-40.

76. Остемин A.A., Саидов Г.И. Определение трещиностойкости и механических свойств металла труб большого диаметра при статическом» и динамическом нагружении // Проблемы прочности 2004. - № 4. - С. 80-93.

77. Остсемин A.A. Метод определения трещиностойкости тонколистовых трубных сталей // Проблемы прочности. 1987. - № 1. — С. 1620.

78. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. -Киев: Наук, думка, 1968, 246 с.

79. Партон В.З. Механика разрушения. От теории к практике. М.: Наука, 1990. - 239 с.

80. Писаренко Г.С., Науменко В.П., Волков Г.С. Влияние стесненности' деформаций на вязкость разрушения пластичных сталей // Проблемы прочности. 1977. - № 11. - С. 45-52.

81. Писаренко Г.С., Науменко4В.П., Волков Г.С. Метод оценки вязкости разрушения пластичных материалов в» условиях плоской деформации // Проблемы прочности. — 1977. — № 12. — С. 3-7.

82. Писаренко Г.С., Науменко В.П., Волков Г.С. Определение трещиностойкости материалов на основе энергетического контурного интеграла. — Киев: Наук, думка, 1978. — 124 с.

83. Проходцева JI.B., Дроздовский Б.А. О критериях применимости экспериментального определения вязкости разрушения Kjc // Заводская лаборатория.- 1975. -№ 11.-С. 1380-1384.

84. Разумовский И.А. Определение коэффициентов интенсивности напряжений Кь Кц5 Кш поляризационно-оптическими методами в однородных и кусочно-однородных деталях и образцах с трещинами // Заводская лаборатория. 1988.-№Ю.-С. 58-64.

85. Раковский В.А., Науменко В.П., Прохоров В.И., Голубенко A.B. Метод оценки трещиностойкости металлических материалов на малых образцах // Проблемы прочности. -1993. №6. - С. 30-38

86. РД 50-345-82. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний материалов. Определение характеристик трещиностойкости при циклическом нагружении. — М.: Изд-во стандартов, 1983. — 96 с.

87. РД 50-433-82. Методические указания. Расчеты и* испытания на прочность. Методы механических испытаний материалов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости при динамическом нагружении). М.: Изд-во стандартов, 1983. — 52 с.

88. Режим доступа: http://delta-grup.ru/bibliot/3/l 86.htm

89. Режим доступа: www.stroytenders.ru/docs/l/29/l 10/document.pdf

90. Романив О.Н., Никифорчин Г.Н. Использование метода J-интеграла для оценки трещиностойкости конструкционных материалов, // Физ.-хим. механика материалов. 1978. — № У. — С. 80-95.

91. Ромвари П., Тоот JL, Надь Д. Анализ закономерностей распространения усталостных трещин в металлах // Проблемы прочности. — 1980. -№ 12.-С. 18-28.

92. Серенсен C.B., Шнейдерович P.M., Гусенков А.П. и др. Прочность при малоцикловом нагружении. Основы методов расчета и испытаний. — М.: Наука, 1975.-286 с.

93. Скотников И.А., Кудряшов В.Г. К определению К1с на образцах с острым шевронным надрезом // Заводская лаборатория. — 1988. №5. —С. 63-66.

94. Смирнов-Алиев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. — М. — Л.: Машиностроение, 1977. 462 с.

95. Смоленцев В.И. Метод определения J-интеграла и его составляющих // Заводская лаборатория. -1979. № 1. - С.-73-76.

96. Соколов Б.Б. Цифровая обработка муаровых картин при; исследованиях полей деформации // Машиноведение. 1980. - № 6. - С. 70-72.

97. ЮОСопенко С.И. Сравнительная оценка трещиностойкости ПММА на компактных и шевронных образцах // Проблемы прочности. -1989. №6. - С. 27-30.

98. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко A.B. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении. Киев: Наукова думка, 1987. — 256 с.

99. Халимов A.A. Научные основы обеспечения безопасности эксплуатации оборудования из жаропрочных хромистых сталей: дис. док. техн: наук: 05.26.03 / Халимов Айрат Андалисович. Уфа, 2010. — 368 с.

100. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1989.'- 576 с.

101. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. Mi: Наука, 1974. -640 с. . '

102. Черепанов Г.П. О распространении трещин* в сплошной; среде // Прикл. математика и механика. -1967. Т. 31, № 3; - Ci 476-488;

103. Шарнина Г.С. Обеспечение безопасности и долговечности длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводов: дис. канд. техн. наук:: 05.26.03 / Шарнина I ульнара Салаватовна. Уфа, 2003. - 153 с.

104. Шерстобитова Р.Т. Повышение безопасности РВС, длительно эксплуатируемых в условиях низких температур: дис: канд. техн. наук: 05.26ЮЗ / Шерстобитова-Рита Табриковна: Уфа, 2008. - 128 с.

105. Шнейдерович P.M., Лёвин, O.A. Измерение полей пластических деформаций методом муара. — Mi: Машиностроение, 1972. 152 с.

106. Яблонский Я.С. О рассеянии вязкости разрушения при плоской деформации в ковано-катаных плитах из АК4-1Т1 // Заводская лаборатория. — 1976.-№Ю.-С. 1499-1501.

107. Barker L.M. A simplified method for measuring plain strain fracture toughness // Engineering Fracture Mechanics. 1977. - Vol. 9, № 2. — pp 361-369.

108. Barker L.M. and Guest R.V. Compliance calibration of the short rod fracture toughness specimen // Technical Report, TR 78-20 Terra Tek, Inc., Salt Lake City, UT. 1978.

109. Barker L.M. Data analysis methods for short rod and short bar fracture toughness tests of metallic materials // Technical Report, TR80-12 Terra Tek. Systems, Salt Lake City, UT. 1980.

110. Barker L.M. Residual stress effects on fracture toughness measurements. -Advances in Fracture Research (ICF5) // Francois, D., ed. 1981. - Vol. 5. - p. 2563.

111. Barker L.M; Short rod and short bar fracture toughness specimen geometries and test methods for metallic materials // Fracture Mechanics ASTM STP . 743.-1981.-pp. 456-475.

112. Barker L.M. Theory for determining Kic from small, non-LEFM' specimens, supported by experiments- on. aluminum // International Journal of Fracture. 1979. - Vol. 15, № 6. - pp. 515-536.

113. Bayer R. G. Understanding the Fundamentals of Wear // Machine Design. 1952. - Vol. 44, № 31. - pp. 73-76.

114. Begley J.A., Landes J.D.! The J-integral as a fracture criterion // Fracture analysis. ASTM STP. 1972. - № 514. - pp. 1-20.

115. Brown K.R. The use of the chevron-notched short-bar specimen for planestrain toughness determination in Aluminium alloys", ASTM STP 885, 1983.

116. Bubsey R.T., Munz D., Pierce W. S. and Shannon J.L.Jr. Compliance calibration of the short rod chevron-notch specimen for fracture toughness testing of brittle materials // International Journal of Fracture. — 1982. —Vol. 18. — pp. 125-133.

117. Chiang S.S., Marshall D.B., and Evans A.G. The response of solids to elastic/plastic indentation // J. Appl. Phys. 1982. - Vol. 53, №1. - pp. 298-311.

118. Clarke G.A. et al. Single specimen tests for Jc determination // Mechanics of crack growth. ASTM STP. 1976. - № 590. - pp. 27-42.

119. Clarke O.A. et al. A procedure for the determination of ductile fracture toughness values using J-integral techniques // J. Test, and Eval. — 1979. — Vol'. 7, № l.-pp. 49-56.

120. Dal Re V., Zucchelli A. Fracture toughness KIvM measurement of non-brittle metallic materials by "chevron notch" specimens // Department of Engineering Mechanics, (DIEM) University of Bologna. Режим доступа: www.gruppofrattura-.it

121. Draee S.G., Eyre B.L. A critical assessment of elastic-plastic fracture mechanics // J. Nucl. Mater. 1979. - Vol. 80, № 1. - pp. 1-12.

122. Dugdale D.S. Yielding of sheets containing slits // J. Mech. and Phis, of solids. 1960. - Vol. 8, № 2. - pp. 100-104.

123. Eschweiler J., Marci G., Munz D. G., "Fracture toughness of an Aluminium alloy from short-bar and compact specimens", ASTM STP 885, 1983.

124. Hamstad M.S. A correlation between acoustic emission and the fracture toughness of 2124-T851 aluminium*// Engineering-Fracture Mechanics. 1977. — Vol. 9, № 3. - pp. 663-674.

125. Hanson James H., Ingraffea Anthony R. Compression Loading Applied to Round Double Beam Fracture Specimens. I: Application to Materials with Large Characteristic Lengths // J. of Testing and Eval. 1995. - Vol. 30, №6. - pp. 8-15

126. Irwin G. R. Analysis of Stresses and Strains Near the End of a Crack Traversing a plate // Journal of Applied Mechanics. Transactions ASME. 1957. —- p. 361.

127. Landes J.D., Begley J.A. Test results from J-integral studies: an attempt to establish of a Jlc testing procedure // Fracture analysis. ASTM STP. 1974. - №> 560. -pp. 170-176.

128. Miyoshi Т., Miyata H. Study on Jc fracture criterion. Evaluation of fracture toughness by J-integral and COD methods // J. Fac. Eng., Univ. Tokyo. 1975. — Vol. 33,№2.-pp. 186-190.

129. Mokka R., Kotilainen H., and Forstan J. Hardness variations of the plastic zone area in bent COD specimens // Scand. J. Metall. 1974. -Vol. 3, №1. - pp. 3840.

130. Munz D., Bubsey R.T. and Srawley, J.E. Compliance and stress intensity coefficients for short bar specimens with chevron notches // International Journal of Fracture. 1980. -Vol. 16. - pp. 359-374.

131. Pook L.P. An approach to a quality control Klc testpiece // International Journal of Fracture Mechanics. 1972. - Vol. 8, №1. - pp. 103-104.

132. Rhan M.A. et al. The use of acoustic emission during tearing instability of elastic-plastic crack growth // Techn. Reports Tohoku Univ. 1980. - Vol. 45, № 2. -pp. 239-272.

133. Rice J.R. A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and cracks // J. Appl. Mech. 1968. - № 35, ser/ E. -pp. 287-298.

134. Standard test method for measurement of fracture toughness: ASTM E 1820-01'. Режим доступа: www.astm.com

135. Standard test method for plain-strain (chevron-notch) fracture toughness of metallic materials: ASTM E 1304-97. Режим доступа: www.astnr.com

136. Standard test method for plain-strain,fracture toughness: ASTM.E 399-90. Режим доступа: www.astm.com

137. Wells A.A. Brittle fracture strength of welded steel plates // British Welding Journ. 1961. - Vol. 8, № 5. - pp. 259-274.

138. Wells A.A. Critical tip opening displacement as fracture criterion // Proc. Crack Propagation Symp., Cranfield. 1961. - Vol. 1. - pp. 210-221.

139. Технологическая карта ультразвукового контроля Лист 1 Листов3прямым идпикратни ицшжеппым лучом Тип сварного соединения (св. шва) СЗО по ГОСТ 5264-80 1 & ) Диаметр, толщина Лист 30

140. При визуальном осмотре сварногошва наружных дефектов не обнару- жено

141. Проверена работоспособность 5/90+1дефектоскопа, произведена настройка частота УЗ, развертка, чувтсвитель- ность прибора)

142. Настроена чувствительность дефектоскопа 0,4/100 5/90±1по стандартному образцу с известными параметрами 010. Контрольная

143. Поверхность контроля протерта ветошью, Ветошьнанесена контактная смазка. Масло минеральное

144. Примечание: При выполнении контролясоблюдены требования инструкции по технике безопасности.

145. Произведено определение следующиххарактеристик: - амплитуда эхо-сигнола; - наибольшая глубина залегания дефекта; - условная протяженность дефекта;