У сучасній хімічній промисловості все ширше примі-ються циліндричні судини високого тиску. Залишкові зварювальні напруги в кільцевих швах таких судин досягають значних величин і становлять велику небезпеку для конструкції, тому питання зниження таких напружень при через виготовлених судин слід приділити особливу увагу. Існує кілька шляхів вирішення завдання, одним з яких є опрес-совка судин внутрішнім тиском. Вона відрізняється технологиче-ської простотою і має ряд істотних переваг перед дру-шими способами. Однак зниження залишкових напружень таким п / тим передбачає пластичне деформування всієї конструкції в цілому або окремих її елементів, що в певних умовах може негативно позначитися на працездатності конструкції в процесі експлуатації.
У цій статті встановлено і експериментально підтверджені-ни розрахункові залежності для визначення величин тиску опрес-совки і межі текучості матеріалу швів, дотримання яких забезпечує повне (в середньому по товщині стінки) зняття остаточ-них напруг в кільцевих швах, не вводячи основний метал кон- струкції в пластичний стан, т. е. практично зводить до мі-нимума небажані наслідки опресування.
Як відомо [1], середнє значення наведеної напруги в стінці циліндричної частини посудини при навантаженні його тиску дл третьому опресування в пружною стадії деформування по теорії Губера - Мізеса - Генки одно
гДе Ропр - внутрішній тиск опресування; R, г - зовнішній і внутрішній радіуси судини.
Для повного зняття залишкових напруг необхідно, щоб в навантаженому стані середнє за товщиною стінки значення на-напруги в шві було тієї ж величини.
У разі, якщо матеріал шва ідеально пружно-пластичного, то
напруги в шві не перевищують сттш. Підставляючи ОТШ в вираз
(1) і дозволяючи вираз (1) щодо р0пр> отримуємо
де р - коефіцієнт товстостінну, який визначається відношенням В / г.
Для того щоб основний метал працював в пружною стадії де-формування, напруга на внутрішній стінці судини (як най-більш навантаженої) не повинно перевищувати стт0. Отже, максимальна величина тиску опресування складе
При порівнянні формул (2) і (3) видно, що для повного зняття залишкових напруг в кільцевому шві, виготовленому з ідеально пружно-пластичного матеріалу, необхідно, щоб дотримуватися не-рівність
Однак, коли матеріал шва деформационно зміцнюючих, величина Опр)) невідома. Відповідна такої напруги відносна деформація матеріалу шва Єдрш може бути визна-делена наступною залежністю:
епрш = 2 (1 | р,) (/? г) ^ ^ (®<ш Ёгш)2 4- (Єгш Ё2Ш)2 ->- (Вгщ Є2Ш) 2,
де р, п - коефіцієнт поперечної деформації для пластичної стадії деформування матеріалу шва, дорівнює 0,5; Є (Ш, єгщ, є2Ш - відносні кільцева, радіальна і осьова деформації матері-ала шва.
Оскільки при опрессовке напруги в шві по всій товщині стінки незначно перевищують Сттш, то при розрахунках можна ис-користувати середні величини деформації по товщині стінки. Відхи-вати напружень від середніх величин, максимальні на внутрен-неї і зовнішній поверхнях шва, практично не впливають на ре-зультати розрахунку.
Вхідне в вираз (4) е (ш включає в себе кілька складу-ляющих. Як відомо, після зварювання в металі шва виникають залишкові деформації розтягування. Відповідні їм залишкові напруги призводять до виникнення залишкових деформує-цій стиснення в прилеглих до шва зонах. в процесі навантаження судини внутрішнім тиском при досягненні в металі шва пре-справи плинності наявність стислих зон поруч зі швом призводить до прискореного-ренному їх деформування. Тому загальну кільцеву дефор-мацію шва під навантаженням можна розглядати що складається з тр ех со-складових. дії внутрішнього тиску (відповідає коль-цевой деформації основного металу); залишкових напружень в шві; переважного деформування шва, внаслідок наявності поруч розташованих зон стиснення.
Відносна радіальна деформація в шві складається зі складових від дії залишкових напружень в шві і состав-
ляющая, яка визначається виразом - ^ -, де і -збільшення
радіуса обичайки по шву.
Після виготовлення посудини залишкові напруги в кільцевих швах близькі до АТШ, тому матеріал шва при навантаженні судин внутрішнім тиском деформується пластично. Отже, осьові відносні деформації в шві можуть бути визначені за-Вісім
Мал. і. Номограма залежності межі плинності основного матеріалу від середньої величини деформації в шві:
1 - Р = 1,1; В - 3 = 1,2; 3 - 0 = 1,3; 4 - 0 = 1,4; Я - # 9632; Р = 1,5.
змінюючи величини <гт0, сттш и р в практически целесообразных и допустимых пределах и принимая Е = 2,1 • 105 МПа, а X = 0,5, построим номограммы зависимости ато от Єощіш (рис. 1), с помощью которых легко рассчитать давление опрессовки, обеспечивающее полное снятие остаточных сварочных напряжений в кольцевых швах.
Методику визначення тиску опресування простежимо на чис-ленном прикладі. Нехай для судини високого тиску задані межа плинності основного металу стто = 520 МПа, межа плинності матеріалу кільцевих швів Від, = 364 МПа і коефіцієнт товсто - стенності судини р = 1,24. Визначимо величину тиску опрессов-ки. Зауважимо, що розрахунок буде справедливий тільки в тому випадку, якщо
0тш ^ ® Даному випадку ця вимога задовольняється.
Визначимо величину відносини _Ї2_) вона дорівнює 1,43.
Помноживши 1,43 на АТШ = 300 МПа і від, = 400 МПа (найближчі до 364 МПа більше і менше значення сттш), отримуємо Стто = = 428,6 МПа і про $ = 571,4 МПа.
На номограмі значення а $ = 428,6 МПа відкладемо на лінії, відповідної Отт - 300 МПа і р = 1,24 (точка А), а 0то = = 571,4 МПа - ОТШ = 400 МПа і | 3 = 1,24 (точка В). Абсциса точки перетину відрізка АВ з ординатою стто = 520 МПа визначить шукану величину Еспр ^ ш.
За діаграмою розтягування матеріалу шва а = / (е) знайдемо вели-чину напруги a ^ npV, відповідну е ^ ш. тоді тиск
Нагадаємо, що номограми побудовані для постійного значення відносної ширини шва% = 0,5. Зі зміною% буде незна-ве змінюватися і величина Так, при зростанні X до
0,8 або зменшенні його до 0,2 величина еопр ш змінюється в межах sfc6%.
Методика розрахунку тисків опресування була перевірена під час лабораторних випробувань циліндричних порожнистих зразків з низько - і середньолегованих стали з кільцевими швами, звареними в V - образну оброблення електродами типу Е42А-Ф марки У ВОНИ 13/45 (рис. 2, п. 1) і електродами типу Е70-Ф марок АНП-1 та АНП-2 (рис. 2, п. 2). Механічні характеристики основного металу і металу швів наведені в табл. 1.
ного металу ст ™ <;
З порівняння меж плинності матеріалів випливає, що умова повного зняття залишкових напруг при пружною роботі основ-
виконується тільки для швів. зварених
електродами типу Е42А-Ф марки УОНИ 13/45.
Опрессовке з метою зняття залишкових напруг було під-вергнута десять швів (сім - м'яких і три - равнопрочних). На рис. 3, а показано розподіл кільцевих залишкових напруг
Таблиця і. Механічні властивості зварних з'єднань
в зоні равнопрочних і м'яких швів після зварювання, а на рис. 3, б - епюри кільцевих напружень в равнопрочних і м'яких швах після опресування. Як видно (рис. 3), опресовування не змінила кільцевих напружень в равнопрочних і істотно знизила напруги в м'яких швах. В одному з м'яких швів кільцеві залишкові напря-вання після опресування виявилися вищими, в іншому - рівні, а в ос-тальних нижче 0. Це пояснюється тим, що в першому випадку фактіче-ське тиск опресування з технічних причин виявилося нижче. у другому - одно, а в третьому - вище розрахункового.
Мал. 3. Розподіл кільцевих залишкових напружень в зоні равнопроч-них (1) і м'яких (2) швів після зварювання і опресовування.
Осьові залишкові напруги після зварювання в м'яких і одно-міцних швах досягали 160 МПа і помітних змін після опрес-совки не мали.
У двох швах кільцеві залишкові напруги в зоні наплав-леного металу виявилися негативними, що має місце при зварюванні середньолегованих сталей електродами близького складу.
Для визначення правильності вибору розрахункової величини тиску опресування судин з м'якими кільцевими швами порівняй-валися розрахункові та експериментальні значення наведених осту-точних напруг в м'яких швах після опресування зразків (табл. 2). Максимальні відхилення напруг не перевищили 7,5%.
Таким чином, наведена методика дозволяє визначити тиск опресування судини з м'якими кільцевими швами, якщо через Вестн межі плинності матеріалу шва і основного металу і ко-коефіцієнт товстостінної циліндричної частини посудини. розрахунок
справедливий, якщо дотримується співвідношення сттш ^ ^ то.
При опрессовке судин розрахунковим тиском в кільцевих швах забезпечується повне зняття залишкових напруг середніх по товщині стінки.
У зв'язку з перспективами будівництва великотоннажних хі-чеських виробництв в районах з холодним кліматом, а також виходячи з особливостей технологічного циклу виготовлення РСВД, оціню-ка вязкостних властивостей і опору крихкому руйнуванню еле-ментів ...
Для визначення напружено-деформованого стану мно-гослойной стінки зварного судини, викликаного як внутрішнім давши-ленням, так і впливом зосереджених, імпульсних, вітрових j сейсмічних, короткочасних великої інтенсивності і динамічних-чеських сил працюючих машин, необхідно враховувати ...
Одним з основних вимог, що пред'являються до зварювальних ма-ріалів при виготовленні корпусів посудин високого тиску, було забезпечення равнопрочності металу швів і основного металу. Зі збільшенням міцності сталей, використовуваних в якості основного ...