Т. 329, № 11

Структурные аспекты циклической прочности сварного узла пароперегревателя

Актуальность исследования сварных узлов теплогенераторов связана с необходимостью увеличения надежности работы часто повреждаемых и наиболее ответственных узлов конструкций теплоэнергетического оборудования. Одним из факторов увеличения ресурса работоспособности является учет внутренних структурных напряжений, механизм формирования которых связан с развивающейся в процессе эксплуатации структурной неоднородностью и ресурсной структурной деградацией, приводящей к разрушению. Цель исследования: установление связей между накоплением структурной поврежденности, внутренними напряжениями и трещинообразованием под влиянием механических циклических нагрузок. Объект: сварной узел пароперегревателя, выполненный из низколегированной жаропрочной стали 12Х1МФ. Методы: физическое моделирование условий эксплуатации путем внешнего механического циклического деформирования, микроскопическое исследование морфологии поверхности, рентгенометрия деформированных образцов, оценка внутренних структурных напряжений, среднеквадратичных смещений атомов при деформировании и характеристической температуры. Результаты. Показана роль и влияние циклической нагрузки на разрушение, заключающиеся в волновом периодическом деформационном «упрочнении-разупрочнении» и в циклическом изменении внутренних структурных напряжений. Установлено, что в условиях переменного циклического нагружения характерным процессом является периодическая релаксация внутренних напряжений, соответствующая разрыву межатомных связей и образованию микроструктурно короткой трещины. По условиям релаксации, в соответствии с представлениями А. Гриффитса, установлено критическое напряжение раскрытия трещины. Значения среднеквадратичных смещений атомов и характеристическая температура при циклическом деформировании отражают структурные признаки пластичности, пористости и хрупкого состояния. Выводы. Предложена новая методология оценки предельных состояний околошовной зоны сварных соединений на основе использования установленных связей между внутренними напряжениями и накоплением структурной повреждаемости. Показано, что внутренние напряжения, колебательная амплитуда атомов U -2 и характеристическая температура могут служить диагностическим признаком структурных превращений: признаком хрупкого разрушения является глубокая (до нуля) релаксация внутренних напряжений I рода; структурный признак пластичности проявляется повышенной амплитудой атомных смещений U -2 ; а структурным признаком пористости является аномальное повышение колебательной амплитуды атомов U -2 и уменьшение характеристической температуры.

Ключевые слова:

сварные узы, сталь, пароперегреватели, внутренние напряжения, механические циклические нагрузки, структурная деградация, трещинообразование, циклическая прочность, среднеквадратичные смещения атомов, характеристическая температура, теплогенераторы, теплоэнергетическое оборудование, структурные напряжения, сварные соединения, электронный ресурс, труды учёных ТПУ,

Авторы:

Заворин Александр Сергеевич

Любимова Людмила Леонидовна

Ташлыков Александр Анатольевич

Буваков Константин Владимирович

Скачать PDF