Методика определения расслоения металлов
Обновлено: 19.05.2024
Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Балакин Александр Николаевич, Афанасьев Сергей Сергеевич, Кузнецов Дмитрий Анатольевич
Данная работа посвящена исследованию выявления такого металлургического дефекта , как « ликвация », а также влияние его на качество сварных соединений. Рассмотрено влияние « ликвации » на установление дефектов при ультразвуковом контроле.
Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Балакин Александр Николаевич, Афанасьев Сергей Сергеевич, Кузнецов Дмитрий Анатольевич
Текст научной работы на тему «Особенности неразрушающего контроля сварных соединений труб с дефектами основного металла типа ликвационных зон»
Таким образом вторую стадию процесса можно представить протекающей в два этапа - активация поверхностей продуктами электрического взрыва проводника и последующее образование химических связей между свариваемой поверхностью и металлической прослойкой.
На третьей стадии(объёмное взаимодействие) происходитокончательное формирование металлической прослойки и образование сварного соединения, а также релаксация напряжений в результате рекристаллизации.
Развитие третьей стадии процесса приводит в общем случае к устранению несовершенств, образованию объёмной зоны взаимодействия соединяемых материалов и как следствие релаксации внутренних напряжений. В результате этого соединение может выдерживать достаточно высокие динамические и термоциклические нагрузки. Список использованной литературы:
2. Конюшков, Г.В., Физические и химические основы формирования соединений металлов с неметаллическими материалами / Г.В. Конюшков, Р.А. Мусин, Х. Херольд, О.Ю. Жевалев, А.Н. Балакин // Сварка и диагностика. - 2007. - №1, №2. - С. 6-8, С. 16-17.
3. Лебедев, С.В. Взрыв металла под действием электрического тока [Текст]/ С.В. Лебедев // Журнал экспериментальной и теоретической физики.-1957.-Т.32.-№2.-С.199-204.
© Балакин А.Н., Афанасьев С.С., Кузнецов Д.А., 2015
Балакин Александр Николаевич, к.т.н., доцент Афанасьев Сергей Сергеевич, магистр гр. м-МНСТ21 Кузнецов Дмитрий Анатольевич, магистр гр. м-МНСТ21 Россия, г. Саратов, СГТУ имени Гагарина Ю.А.
ОСОБЕННОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ С ДЕФЕКТАМИ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА ТИПА ЛИКВАЦИОННЫХ ЗОН
Данная работа посвящена исследованию выявления такого металлургического дефекта, как «ликвация», а также влияние его на качество сварных соединений. Рассмотрено влияние «ликвации» на установление дефектов при ультразвуковом контроле.
Ключевые слова Ликвация; ликвационная зона; неразрушающий контрольуль; утрозвуковая толщинометрия; металлургический дефект.
В соответствии с требованиями действующей нормативной документации в газовой сфере по сварке, торцы свариваемых труб, металл труб в местах предполагаемых прямых врезок или установки заплат и т.п. должны в частности проверяться ультразвуковым методом неразрушающего контроля на предмет наличия расслоений металла.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_
Ликвация - это дефект отливки в виде местных скоплений химических элементов или соединений в теле отливки, возникших в результате избирательной кристаллизации при затвердевании [4].
Нередко, особенно на электросварных трубах с толщиной стенки более 15 мм, при проведении этого контроля обнаруживаются дефекты, располагающиеся обычно в средней части стенок труб, имеющие признаки расслоения, а именно ультразвуковая толщинометрия показывает скачкообразное утонение стенки трубы примерно до половины ее толщины (рисунок 1).
00046 00000 00128
Рисунок 1 - Показания толщиномера
В тоже время при резке труб по этим дефектам характерных при наличии расслоений хлопков не происходит и на срезе при визуальном контроле дефектов также не обнаруживается.
На газотранспортном предприятии проведена работа по определению типа, степени опасности этих дефектов, а также разработана методика неразрушающего контроля, позволяющая отличать их от настоящего расслоения. Что касается типа, то ближе всего к дефектам с подобными признаками подходит литьевой металлургический дефект называемый «ликвацией», представляющий собой область металла с измененным относительно общего объема химическим составом и располагающийся, как правило, по оси литьевой заготовки. При прокате этот дефект раскатывается вместе с заготовкой оставаясь в середине проката, но приобретая при этом плоскостной характер, что реально и наблюдается.
Работая с этими «ликвационными» дефектами на предмет их выявляемости различными методами неразрушающего контроля было выяснено, что отличить «ликвацию» от настоящего расслоения можно довольно легко с помощью ультразвукового контроля тела трубы прямым датчиком классическим эхо- или теневым методом, используя дефектоскоп или толщиномер с временной разверткой отраженного сигнала (рисунок 2). В отличие от расслоения, которое для ультразвука является практически 100% зеркалом, «ликвация» отражает ультразвук лишь частично. Поэтому при просвечивании эхо-методом трубы с «ликвационным» дефектом, кроме отраженного от него сигнала будет присутствовать еще и донное отражение, причем донный сигнал по амплитуде будет больше чем сигнал, отраженный от «ликвации» (рисунок 3). В случае же полного расслоения металла донного сигнала как такового просто не будет (рисунок 4).
Рисунок 2 - Бездефектная труба
Рисунок 3 - Труба с «ликвационным» дефектом
Рисунок 4 - Труба с расслоением
При теневом просвечивании отличие будет только в том, что при реальном расслоении металла трубы сигнал на противоположной от пьезоизлучателя стороне стенки трубы наблюдаться не будет вообще.
В литературе оговаривается, что ликвация в прокате, хоть и является в принципе при определенных условиях источником зарождения расслоения, но в тоже время сама по себе не является критическим дефектом.
Для проверки этого утверждения было принято решение провести механические испытания образцов с «ликвационными» зонами. Образцы брались из отбракованных по таким дефектам труб 1420х18,7 мм и 1420х17.5 мм и вырезались из областей труб с наиболее выраженными характерными для «ликваций» параметрами.
Для полноты картины образцы вырезались ориентированные как вдоль, так и перпендикулярно оси труб. Половина образцов разрезалась и сваривалась заново электродуговой сваркой, причем сварочный ток специально завышался для более сильного термического воздействия на основной металл с целью провокации развития «ликвации» в расслоение. Затем эти образцы были испытаны на статическое растяжение и загиб по ГОСТ 6996-56 на разрывной машине.
В результате этих испытаний было установлено:
1. на качество сварки «ликвационный» дефект никак не повлиял;
2. при термическом воздействии перехода «ликвации» в расслоение не происходило;
3. испытание на загиб все образцы прошли удовлетворительно;
4. при испытаниях на статическое растяжение образцов со сварным швом все они разрушились по основному металлу;
5. временное сопротивление разрыву всех образцов полностью согласовывалось с указанным в сертификате и не отличалось от временного сопротивления разрыву образцов взятых из чистых участков этих же труб.
Таким образом, исходя из проделанной работы и учитывая, что согласно СНиП 3-05-06-85*, в теле труб даже допускаются расслоения размером до 80 мм, можно сделать вывод, что чисто «ликвационный» дефект можно считать допустимым независимо от его размера.
Теперь об особенности контроля сварных стыков труб с ликвационными зонами. Хотя «ликвацию» и можно считать допустимым дефектом, тем не менее для ультразвуковой дефектоскопии она представляет реальное препятствие, т.к. падающий ультразвуковой луч по крайней мере частично от нее отражается и до
корня шва по сравнению с чистым металлом он доходит уже ослабленный, что соответственно приводит к уменьшению амплитуды отраженного от реального дефекта сигнала, а это в свою очередь приводит к недобраковке.
Ситуация осложняется тем, что невозможно вычислить какая часть ультразвуковой волны будет рассеиваться ликвацией, а значит и корректирующие поправки, аналогичные поправке на шероховатость, невозможно определить.
Поэтому чисто практическая рекомендация - при обнаружении на свариваемых кромках «ликвационных» дефектов лучше отдать предпочтение радиационному методу неразрушающего контроля. Список использованной литературы:
1. Отт К. Ф. Стресс-коррозия на газопроводах /К. Ф. Отт// ООО «Газпром». Югорск, 2002 - 182 с.
2. Сергеева Т. К. Состояние проблемы стресс-коррозии в странах СНГ и за рубежом / Т. К. Сергеева, Е. П. Турковская, Н. П. Михайлов и др. / Газ.Пром-ть. Сер. Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности. ОИ - М.: ИРЦ Газпром, 1997. - 88с.
3. Строительные нормы и правила (СНиП) 3.05.06-85*. Электротехнические устройства. Правила производства и приемки работ. М.: Стройиздат, 1986.
4. ГОСТ 19200-80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов». - М.: Издательство стандартов, 1992. - 12 с.
Гатиятуллин Тимур Радикович, Сухова Алина Рашитовна
студенты 4 курса
Института управления и безопасности предпринимательства ФГБОУ ВПО Башкирский государственный университет Г. Уфа, Российская Федерация Г. Уфа, Российская Федерация
ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Данная статья призвана обратить внимание на возможность взлома автомобилей с использованием современных информационных технологий.
Информационная безопасность, автомобили, защита информации, взлом, хакинг.
С ростом населения растет и количество автомобилей. Для одних машина является роскошью, для других - средством передвижения, но в независимости от целей покупки, перед каждым владельцем возникает вопрос безопасности автомобиля. Некоторым хватает сигнализации с завода («поставил и забыл»), которая открывает двери и багажник, и этого достаточно. Но в случае угона данная система неэффективна, автовладелец никак не узнает своевременно о краже своего авто. Для защиты своего автомобиля эксперты советуют применять комплексный подход по обеспечению безопасности машины, который состоит из разных элементов: страхование, использование механических средств защиты, например, дополнительных замков, специальной техники, в частности, спутниковых противоугонных систем и сигнализации, которые позволяют владельцу транспортного средства и сэкономить деньги, и сохранить свое спокойствие[1].
Данные способы защиты при комплексном применении достаточно эффективны, не сложны в установке, в большинстве случаев надежно обеспечивают безопасность автомобиля и несколько лет назад
Методика определения расслоения металлов
ГОСТ Р 56815-2015
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Метод определения удельной работы расслоения в условиях отрыва
Polymer composites. Method for determination specific work of exfoliation in tearing off conditions
Дата введения 2017-01-01
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" совместно с открытым акционерным обществом "НПО Стеклопластик" и Объединением юридических лиц "Союз производителей композитов" на основе аутентичного перевода на русский язык указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен ТК 497
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 ноября 2015 г. N 2072-ст
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей;
** В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделе "Предисловие" и отмеченные знаком "*" выделены курсивом, остальные по тексту приводятся обычным шрифтом. - Примечания изготовителя базы данных.
Оригинальный текст невключенных структурных элементов стандарта ACTM приведен в дополнительном приложении ДА. Соответствующая информация приведена во введении. Отдельные структурные элементы изменены в целях соблюдения норм русского языка и технического стиля изложения, а также в соответствии с требованиями ГОСТ Р 1.5.
Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного стандарта ACTM приведено в дополнительном приложении ДВ.
Информация о разделах (подразделах, пунктах), не вошедших в настоящий стандарт, и причина их исключения приведены в дополнительном приложение ДВ.
В настоящем стандарте исключены ссылки на ACTM: Д2651, E6, E122, E177, E456, E691.
Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов стандартам АСТМ, использованным в качестве ссылочных в примененном стандарте АСТМ, приведены в дополнительном приложении ДБ.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта АСТМ в целях соблюдения принятой терминологии
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт распространяется на слоистые однонаправленные композитные материалы c полимерной матрицей, армированной непрерывными волокнами.
1.2 Стандарт устанавливает метод испытания на расслоение образца в виде двухконсольной балки (ДКБ) по границе раздела между слоями с определением характеристики удельной работы расслоения в условиях отрыва (мода I) . Удельная работа расслоения представляет собой предел отношения изменения упругой энергии, накопленной в образце при его нагружении, к бесконечно малому приращению площади межслойной трещины.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76)* Штангенциркули. Технические условия
ГОСТ 6507-90* Микрометры. Технические условия
ГОСТ 8074-82* Микроскопы инструментальные. Типы, основные параметры и размеры. Технические требования
ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования
ГОСТ 32794-2014 Композиты полимерные. Термины и определения
ГОСТ Р 56679-2015 Композиты полимерные. Метод определения пустот
ГОСТ Р 56682-2015 Композиты полимерные. Методы определения
ГОСТ Р 56760-2015 Композиты полимерные. Идентификация волокон, наполнителей и материалов внутреннего слоя "сэндвич"-конструкций из полимерных композитов в компьютерных базах данных
ГОСТ Р 56762-2015 Композиты полимерные. Метод определения влагопоглощения и равновесного состояния
ГОСТ Р 56806-2015 Композиты полимерные. Идентификация полимерных композитов в электронных базах данных
ГОСТ Р 56807-2015 Композиты полимерные. Внесение результатов испытаний механических свойств полимерных композитов в электронные базы данных. Общие требования
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 24888*, ГОСТ 32794*, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 партия материала: Материал, изготовленный на одном оборудовании по одному и тому же технологическому процессу из одного и того же сырья.
3.2 диаграмма деформирования: Графическая зависимость между напряжением (нагрузкой) и деформацией (перемещением).
3.3 ДКБ образец: Образец для испытания в виде двухконсольной балки.
3.4 мода I: Режим разрушения, при котором поверхности отслоения отделяются друг от друга за счет действия нормальных напряжений (отрыв) и нет относительного сдвига поверхностей трещины.
3.5 критическая работа расслоения (межслоевая вязкость разрушения) (по моде I), Дж/м: Предел отношения изменения упругой энергии, накопленной в образце в виде ДКБ, в условиях нагружения отрывом, к бесконечно малому приращению площади межслойной трещины.
3.6 энергия в вершине трещины U, Дж: Потенциальная энергия, накопленная в вершине трещины в результате деформирования.
3.7 раскрытие трещины , мм: Расстояние между внутренними поверхностями отслоения образца в данный момент времени в ходе испытания.
3.8 длина трещины расслоения , мм: Расстояние от оси приложения нагрузки до вершины трещины (см. рисунок 1).
3.9 податливость образца С, мм/Н: Отношение раскрытия трещины к нагрузке.
3.10 максимальная нагрузка , Н: Максимальная нагрузка, зафиксированная в ходе испытания.
3.11 модуль Юнга Е, ГПа: Модуль упругости материала образца при растяжении в направлении укладки армирующего наполнителя.
3.12 поправка к длине трещины , м: Коррекция по длине трещины для исключения влияния поворота балок.
3.13 ВИЗ: Точка на диаграмме "нагрузка - раскрытие", соответствующая визуально зафиксированному моменту страгивания трещины (см. рисунок 2).
3.14 НЛ: Точка на диаграмме "нагрузка - раскрытие", соответствующая визуально зафиксированному моменту страгивания трещины (см. рисунок 2).
4 Сущность метода
4.1 Метод заключается в испытании в условиях нагружения отрывом (мода I) ДКБ образца (образца с предварительно выполненным на его конце расслоением, расположенным по центру толщины). Усилия раскрытия прилагаются к ДКБ образцу через петли (рисунок 1 а), блоки нагружения (рисунок 1 b), которые приклеиваются к противоположным поверхностям на одном конце образца, или вилки (рисунок 1 c и рисунок 1 d). При испытании фиксируют прикладываемое усилие и длину трещины.
4.2 Критическую работу расслоения (вязкость межслойного разрушения) , Дж/м, вычисляют по формуле
где U - энергия в вершине трещины, Дж;
b - ширина образца, мм;
а - длина трещины расслоения, мм.
4.3 При испытании ДКБ образца на расслоение расчетное значение вязкости разрушения сначала монотонно возрастает, а затем стабилизируется при последующем росте расслоения (рисунок 2).
b - ширина образца; h - толщина образца; - начальная длина расслоения; L - длина образца; 1 - петля; 2 - вставка; 3 - блок нагружения
Рисунок 1 - Образцы
Рисунок 2 - Зависимость вязкости разрушения от длины трещины
5 Оборудование
5.1 Испытательная машина по ГОСТ 28840*, обеспечивающая линейное перемещение с заданной постоянной скоростью активного захвата (траверсы) в диапазоне от 0,5 до 5 мм/мин и измерение нагрузки с погрешностью не более ±1% от измеряемой величины.
5.2 Испытательная машина должна быть оснащена зажимными приспособлениями для крепления петель, нагружающих блоков или вилок. Ширина петель, нагружающих блоков должна быть не меньше ширины образца.
Ширина внутренней части вилки должна быть больше ширины образца не менее чем на 1 мм, толщина боковой стенки - не менее 12 мм. Рекомендуется использовать шпильку диаметром (1,600±0,005) мм из материала с модулем упругости не менее 200 ГПа. Диаметр отверстия под шпильку должен быть 1,610 мм.
Допускается использовать другие приспособления для крепления образца, например вилки или захваты, которые не изменяют начальную изгибную жесткость консолей и не создают при нагружении дополнительных изгибающих моментов.
5.3 Рекомендуется использовать датчики раскрытия (если это возможно). В качестве датчиков раскрытия могут использоваться механические, оптические экстензометры или другие приборы, обеспечивающие измерение деформации с максимальной погрешностью не более 1% измеряемого значения. Установка датчика раскрытия на образец не должна создавать дополнительных нагрузок на образец.
5.4 Запись данных нагрузки и раскрытия трещины проводится с частотой не менее 5 Гц.
5.5 Средства измерения ширины и толщины образца должны обеспечивать измерение с погрешностью не более ±1% измеряемого значения. Для измерений толщины рекомендуется использовать микрометр по ГОСТ 6507* с погрешностью не более ±0,01 мм, для ширины - штангенциркуль по ГОСТ 166* с погрешностью не более ±0,025 мм. Средства измерения длины трещины (начальной и в ходе испытания) должны обеспечивать измерение с погрешностью не более ±0,5 мм.
Рекомендуется использовать микроскоп по ГОСТ 8074*, позволяющий определять длину расслоения с погрешностью не более ±0,5 мм.
Тепловой метод диагностики расслоений в биметаллах Текст научной статьи по специальности «Физика»
Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Пудовкин А. П., Чернышов В. Н., Колмаков А. В., Плужников Ю. В.
Рассмотрены вопросы влияния расслоений в биметаллах на распределение температурного поля. Предложен метод неразрушающего контроля расслоений в биметаллах .
Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Пудовкин А. П., Чернышов В. Н., Колмаков А. В., Плужников Ю. В.
Метод бесконтактного неразрушающего контроля толщин слоев двухслойных изделий и анализ теплофизических процессов в биметаллах
Особенности получения и разрушения биметалла из инструментальных и высокопрочных сталей, полученного комбинированием методов сварки взрывом и горячей пакетной прокатки
Heat Method of Bimetal Separation Diagnostics
Problems of bimetal separation influence on temperature field distribution are considered. Method of non-destructive control over bimetal separation is offered.
Текст научной работы на тему «Тепловой метод диагностики расслоений в биметаллах»
ТЕПЛОВОЙ МЕТОД ДИАГНОСТИКИ РАССЛОЕНИЙ В БИМЕТАЛЛАХ
А.П. Пудовкин1, В.Н. Чернышов2, А.В. Колмаков3, Ю.В. Плужников3
Кафедры: «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем» (1),
«Криминалистика и информатизация правовой деятельности» (2), ТГТУ;
ОАО «Завод подшипников скольжения», г. Тамбов (3)
Представлена членом редколлегии профессором С.В. Мищенко
Ключевые слова и фразы: биметалл; расслоения; теплопроводность изделий; теплофизические процессы.
Аннотация: Рассмотрены вопросы влияния расслоений в биметаллах на распределение температурного поля. Предложен метод неразрушающего контроля расслоений в биметаллах.
Повышение качества продукции, увеличение ее надежности и долговечности -важная народнохозяйственная задача, успешное решение которой зависит от надлежащего контроля на всех этапах производства, начиная от заготовок и полуфабрикатов и кончая готовым изделием. Борьба за повышение качества продукции предполагает своевременное выявление и предупреждение появления дефектов в материале.
Для изделий из антифрикционного биметалла одним из основных показателей качества является прочность сцепления слоев, которая зависит от сплошности соединения компонентов биметалла при пластической деформации методом холодной прокатки. Выявление несплошностей (расслоения) в процессе прокатки является актуальной задачей. В дефектоскопии для контроля металлов и изделий чаще всего применяют визуально-оптические, капиллярные, магнитные, токовихревые, ультразвуковые и радиационные методы. В последнее время все большее применение находит и теплометрический метод неразрушаюшего контроля качества.
Холодная сварка металлов при их совместной прокатке обуславливается явлением схватывания металлов. Поверхность металлических тел имеет макро- и микронеровности и покрыта различными пленками (окислы, жировые и масляные пленки, пленки адсорбированых газов). В процессе холодной сварки поверхностные микронеровности сглаживаются, а твердые пленки растрескиваются. Адсор-бированые молекулы паров и газов, а также остатки загрязнений остаются при этом зажатыми между осколками твердых поверхностных пленок. В промежутки между растрескивающимися пленками выходят внутренние незагрязненные металлические поверхности, которые под давлением вступают в непосредственный контакт и свариваются (рис. 1) [1].
В работе рассматривается возможность использования теплометрического метода контроля несплошности соединения компонентов биметалла в процессе соединения подката из чистого алюминия с антифрикционным сплавом АО 10-1 [2].
Рис. 1 Образование сварного соединения при прокатке биметалла алюминий-сплав АО10-1
Тепло от одной соприкасающейся поверхности к другой в общем случае может передаваться следующими путями:
1) теплопроводностью через места непосредственного контакта;
2) теплопроводностью через среду, заполняющую пространство между выступами шероховатости контактирующих поверхностей;
3) конвективным переносом тепла средой, заполняющей это пространство;
4) лучистым теплообменом между поверхностями.
Ограниченные размеры зазоров в зоне контакта препятствуют возникновению конвективных токов. В обычных условиях соприкосновения при умеренном температурном скачке поток тепла, передающийся излучением, составляет небольшую долю от общего потока. В условиях реального контакта шероховатых поверхностей теплопередача в зазоре обуславливается только теплопроводностью среды, т.е. тепло от одной соприкасающейся поверхности к другой передается теплопроводностью через места непосредственного контакта и через прослойку среды.
Задача о температурном поле при нагреве сосредоточенным источником тепла постоянной плотности д0 двухслойного материала в предположении, что контакт между отдельными слоями является идеальным, т.е. на границе раздела выполняется равенство температур и тепловых потоков, рассмотренная в работе [3], формулируется следующим образом:
1 д7 д2Т „1 дТ2 д 2Т2
------1 = —21; * > 0, И > х > 0;----— =-2—; * > 0, го > г > И. (1)
ах дг дх а2 дг дх
Краевые условия задачи имеют вид:
г = 0, т1 = т2 = 0. (4)
Соотношение (3) описывает идеальный тепловой контакт между слоями (равенство температур и тепловых потоков на границе контактирования).
Эксплуатация технических устройств (сосудов и аппаратов) с дефектами типа расслоение Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»
Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Шакирова Ю. И., Валеев С. И., Булкин В. А.
Описаны основные причины и области образования дефектов типа расслоении , способы их выявления. Рассмотрена специфика безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов с дефектами типа расслоения .
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Шакирова Ю. И., Валеев С. И., Булкин В. А.
Возможная эксплуатации емкостного оборудования с технологическими дефектами на нефтегазохимическом производстве
Оценка ресурса безопасной эксплуатации г азосепараторов с дефектами угловых сварных швов приварки штуцеров
The main reasons and the fields of education of defects of type lamination , ways of their identification are described. Specifics of safe operation of vessels and devices with defects such as lamination is considered.
Текст научной работы на тему «Эксплуатация технических устройств (сосудов и аппаратов) с дефектами типа расслоение»
Ю. И. Шакирова, С. И. Валеев, В. А. Булкин
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ (СОСУДОВ И АППАРАТОВ)
С ДЕФЕКТАМИ ТИПА РАССЛОЕНИЕ
Ключевые слова: дефект, расслоение, эксплуатация.
Описаны основные причины и области образования дефектов типа расслоении, способы их выявления. Рассмотрена специфика безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов с дефектами типа расслоения.
Keywords: defect, lamination, operation.
The main reasons and the fields of education of defects of type lamination, ways of their identification are described. Specifics of safe operation of vessels and devices with defects such as lamination is considered.
Аналитические исследования показывают, что эксплуатация сосудов, отработавших нормативный срок службы,- потенциальна опасна [1]. Ведь в данном случае возможна разгерметизация данного оборудования, что приводит к истечению горючих веществ, как правило, сопровождающейся пожарами и взрывами [2].
Срок службы большого количества оборудования во многих отраслях промышленности достиг проектного, приближается к нему или его превосходит. В связи с невозможностью и нецелесообразностью замены всего парка такого оборудования на новое возникают задачи обоснования продления срока его службы и
обеспечения безопасной период времени [3, 12]. Крупногабаритные
эксплуатации на этот
конструкции, особенности сварные, а также литые изделия могут изначально содержать дефекты различной протяженности. Кроме того, трещиноподобные дефекты (расслоение) [10] и трещины могут
образовываться и развиваться в процессе эксплуатации.
Как уже отмечалось ранее каждый сотый сосуд и аппарат на период обследования имеет расслоение основного металла или сварного соединения [4]. Работоспособность таких аппаратов в значительной степени будет определяться скоростью развития расслоения, что говорит о важности его учета для выполнения прочностных расчетов и обеспечения безопасности эксплуатации оборудования [3].
В общем случае [7, 8], расслоение-это внутреннее нарушения сплошности металла стенки аппарата, ориентированной по направлению волокна, которое возникает при обработке слитка давлением, имевшего усадочные раковины или рыхлоты, а также при прокатке неметаллических включений и газовых пузырей. Подобный дефект обычно располагается в середине листа параллельно поверхности.
Встречаются расслоения в околошовной зоне - это расслоение, примыкающее к сварному шву. Дополнительная опасность такого расслоения связана с возможностью наличия в сварном шве
трещины, образовавшейся под воздействием расслоения при наложении сварного шва.
Расслоение может появиться как на стадии эксплуатации [5, 9], так и изначально
присутствовать в металле сосуда, не замечанном при входном контроле [7].
Среди неразрушающих методов контроля наиболее приемлемым для выявления расслоения является ультразвуковой метод [5, 6, 7], несмотря на его относительную трудоемкость. Например, метод цветной дефектоскопии не позволяет выявить расслоение в связи с тем, что дефект не выходит на поверхность; метод
рентгеногаммаграфирования - малоинформативен, поскольку дефект располагается параллельно внутренней и наружной поверхностям стенки; методы вихретокового и магнитного контроля не дают полной информации, так как дефект располагается не в подповерхностном слое, а в толщине стенки. Однако на ранней стадии возникновения расслоения могут возникать сложности в интерпретации результатов и при ультразвуковом контроле.
В качестве примера рассмотрим техническое диагностирование автоцистерны для хранения, расходования и транспортировки сжиженного газа изготовленной в 1988 г., при контроле которой было выявлено расслоение основного металла автоцистерны (царга примыкающая к левому днищу) (рис. 1).
Рис. 1 - Автоцистерны для хранения,
расходования и транспортировки сжиженного газа
Основные параметры аппарата: диаметр 1600 мм, толщина обечайки 12 мм, толщина днища 14 мм, изготовлена из стали 16ГС по ГОСТ 5520-79.
Рабочее давление 18.0 кгс/см2, рабочая температура (-40^+50)° С, среда-бутан, пропан. При внутреннем осмотре сосуда была выявлена незначительная общая коррозия основного металла сосуда. Ультразвуковой толщинометрией (измерения проводились снаружи сосуда) было выявлено расслоение основного металла левой царги, причем зон расслоения было несколько. В центральной части царги минимальная толщина составляет 3.7^6.5 мм, в левой части на расстояние 100^150 мм от сварного шва приварки левого днища к царге толщина составляет 5.5 мм, в правой части на расстоянии 150 мм от сварного шва 3.0 мм.
Согласно [11, 12] дефект расслоение является недопустимым дефектом и эксплуатация сосудов и аппаратов с таким дефектом не возможна. Однако, как показывает опыт проведения экспертизы промышленной безопасности сосудов с расслоениями запрещение эксплуатации не всегда является обоснованной. Эксплуатация сосудов с расслоениями без проведения ремонтных работ возможна с последующей разработкой мероприятий, позволяющих повысить уровень безопасности, например эксплуатация на сниженные параметры с ежегодным проведением неразрушающего контроля условия развития зоны расслоения.
При принятии решения об условиях эксплуатации необходимо учитывать и направленность расслоения. Так например при отсутствии выхода расслоения на поверхность и при расслоении параллельно поверхности металла возможно расчетным путем по максимальной толщине сплошного металла в зоне расслоения более обоснованное принятие решения по остаточному ресурсу и условиям эксплуатации сосудов и аппаратов.
В случае экономической или технической нецелесообразности ремонта выдается заключение об исключении сосуда из эксплуатации, как было сделано в данном случае.
1. Чучкалов, М. В. Многофакторное моделирование из-носовых процессов и аналитическая оценка риска отказов сосудов / М.В. Чучкалов, Р.Г. Шарафиев// Безопасность труда в промышленности.- 2007.-№1 - С.60-64.
4. Харламов, И.Е. Анализ параметров хрупкого разрушения для определения остаточного ресурса днища с дефектом типа расслоения/ И.Е. Харламов, С.И. Валеев, С.И. Поникаров, В.А. Булкин // «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием»: материалы Международной научной конференции: сб. тр. Т. 2/- Иваново, 2007. С. 95-98.
5. Коновалов, Н.Н. Нормирование дефектов и достоверности неразрушающего контроля сварных соединений / Н. Н. Коновалов. - М.: ФГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2004. - 242 с.
6. Химченко, Н.В. Неразрушающий контроль в химическом и нефтяном машиностроении / Н.В. Химченко, В.А. Бобров. - М.: Машиностроение, 1978. - 264 с.
7. Алешин, Н.П. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий / Н.П. Алешин, В.Г. Щербинский - М.: Высшая школа, 1991. - 271 с.
8. Гриб, В.В. Диагностика технического состояния оборудования нефтегазохимических производств. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1998. - 180 с.
9. Шрейдер, А. В. Влияние водорода на нефтяное и химическое оборудование / А. В. Шрейдер, И. С Шпарбер, Ю. И. Арчаков - М.: Машиностроение, 1976. - 144 с.
10. Булатова, А.З. Оценка опасности расслоений в металле конструкций на основе диаграммы трещиностойко-сти / А.З. Булатова, М. Н. Захаров, Е. М. Морозов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2010. -№ 3 - С.41-46.
11. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов работающих под давлением: ПБ 03-576-03: утв. Госгортехнадзором России 11.06.03 : ввод в действие с 19.06.03. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. - 192 с.
12. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов : РД 03-421-01: утв. Госгортехнадзором России 06.09.01. - М. : Госгортехнадзор, 2002. - 130 с.
Читайте также: