Способ определения остаточных напряжений в изделии

 

Изобретение относится к способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения напряженного состояния в изделиях большой толщины (более 12-15 мм), в частности в оборудовании и трубопроводах АЭС, в том числе и со сварными швами. Цель - повышение достоверности определения остаточных напряжений в изделиях, преимущественно трубопроводах и оборудовании АЭС. Для определения остаточных напряжений в изделии вырезают прямоугольное отверстие, Изобретение относится к способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения возникающего в результате технологических операций напряженного состояния в изделиях большой толщины (более 12-15 мм) в разных отраслях народного хозяйства, в частности в оборудовании и трубопроводах АЭС, в том числе со сварными швами. Цель изобретения - повышение достоверности определения остаточных напряграни которого параллельны направлениям главных напряжений 7х, «у, (h., размещают на поверхности изделия у плоскости реза и на плоскости реза в направлениях главных напряжений тензодатчики, измеряют их сигналы, удаляют темплет с тензодатчиками, разгружают его разрезкой на фибры, снова измеряют сигналы тензодатчиков и по изменению сигналов определяют остаточные напряжения. При определении остаточных напряжений в биметаллических изделиях тензодатчики размещают на поверхности реза столбцами, причем оси тензодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыдущего столбца на 1 /п шага размещения тензодатчиков в первом столбце, где п - возможное количество стрлбцов на плоскости реза. При определении остаточных напряжений в сварном изделии прямоугольное отверстие вырезают в средней его части, причем большую грань прямоугольного отверстия располагают параллельно оси сварного шва. 2 з. п ф-лы, 8 ил. жений в изделиях, преимущественно трубопроводах и оборудовании АЭС. На фиг. 1 дана схема вырезки отверстия при определении остаточных напряжений в изделии, определенных предлагаемым способом в соответствии с п. 1 формулы изобретения по вертикальной оси. проходящей через точку А (Ох); на фиг. 2 - эпюра распределения тангенциальных напряжений о f(zj; на фиг. 3 - эпюра распределения радиальных напряжений fy f(z); на фиг. 4 О 00 ю v| О 4Ь.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я)„„1682764 А1 (я)э G 01 В 7/18

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 3 |У@,-,я, -,,-

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4746370/28 (22) 06.10.89 (46) 07.10.91, Бюл. М 37 (71) Научно-производственное объединение "Энергия" (72) Ю.А. Янченко, И.В, Буряк, Г.Ю. Макушин и Е.А, Румянцев (53) 531.781.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1270541, кл. G 01 В 5/30, 1983. жений в изделиях, преимущественно трубопроводах и оборудовании АЭС.

На фиг. 1 дана схема вырезки отверстия при определении остаточных напряжений в изделии, определенных предлагаемым способом в соответствии с и. 1 формулы изобретения по вертикальной оси, проходящей через точку А {a ); на фиг. 2 — эпюра распределения тангенциальных напряжений о - f(z); на фиг. 3 — эпюра распределения радиальных напряжений оу - f(z); на фиг. 4 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ИЗДЕЛИИ (57) Изобретение относится к способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения напряженного состояния в иэделиях большой толщины (более 12-15 мм), в частности в оборудовании и трубопроводах АЭС, в том числе и со сварными швами. Цель — повышение достоверности определения остаточных напряжений в изделиях, преимущественно трубопроводах и оборудовании АЭС. Для определения остаточных напряжений в изделии вырезают прямоугольное отверстие, Изобретение относится к.способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения возникающего в результате технологических операций напряженного состояния в изделиях большой толщины (более 12-15 мм) в разных отраслях народного хозяйства, в частности в оборудовании и трубопроводах

A3C, s том числе со сварными швами.

Цель изобретения — повышение достоверности определения остаточных напряграни которого параллельны направлениям главных напряжений 0,, оу, а,, размещают на поверхности изделия у плоскости реза и на плоскости реза в направлениях главных напряжений тензодатчики, измеряют их сигналы, удаляют темплет с тензодатчиками, разгружают его раэреэкой на фибры, снова измеряют сигналы тензодатчиков и по изменению сигналов определяют остаточные напряжения. При определении остаточных напряжений в биметаллических изделиях тензодатчики размещают на поверхности реза столбцами, причем оси тенэодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыдущего столбца на 1/и шага размещения тензодатчиков в первом столбце, где

n — возможное количество столбцов на плоскости реза. При определении остаточных напряжений в сварном изделии прямоугольное отверстие вырезают в средней его части, причем большую грань прямоугольного отверстия располагают параллельно оси сварного шва. 2 з. п. ф-лы, 8 ил.!

682764 и 5 — то же, что на фиг. 2 и 3, для известного способа;,,на фиг. 6 — схема вырезки отверстия; на фиг. 7 — эпюра продольных остаточных напряжений по толщине о„= f(z) в сварном соединении биметаллического изделия, определенная предлагаемым способом в соответствии с пп. 2 и 3 формулы изобретения, в вертикальной плоскости, отстоящей от оси шва на расстоянии 15 мм; на фиг. 8 — та же зпюра, что на фиг, 7, но определенная по известному способу.

Обозначения, принятые на фиг. 1: 1— пятно нагрева, 2 — отверстие, 3 — темплет.

Изобретение поясняется на определении остаточных напряжений в крупногабаритных образцах (в натуральную величину толщины стенки 168 см), представляк}щих собой часть коллектора парогенератора (и.

1 формулы), и в крупногабаритных кольцевых сварных соединениях натурных образцов трубопроводов (пп. 2 и 3 формулы), Пример. 1, Часть коллектора парогенератора представляет собой фрагмент цилиндра с наружным диаметром 1170 мм и размерами в плане 600х600 мм, материал — сталь 10ГН2МФА, Остаточные напряжения во фрагменте наводились путем его локального нагрева газовой горелкой, что имитирует локальное воздействие технологических операций на коллектор парогенератора при штатной технологии. После подготовки исследуемой поверхности в изделии путем вырезки прямоугольного отверстия, грани которого параллельны направлениям главных напряжений, определили остаточные напряжения следующим образом.

С учетом того, что при осесимметричном локальном нагреве направления главных напряжений известны (это радиальное и тангенциальное направления), грани отверстия располагаем в этих же направлениях. Размеры отверстия в плане составляли

40х30 мм. Далее размещали тензодатчики у плоскости реза и на поверхности реза в направлениях главных напряжений и измеряли их сигналы при помощи измерителя статических деформаций ИСД вЂ” 3. При этом использовались малобазные (величина базы измерения 1 мм) тензодатчики типа ФКПА—

1. Затем высверловкой удаляли часть материала изделия в виде темплета толщиной

8 мм и разгружали поверхность с тензодатчиками путем разрезки его на фибры, Далее измеряли сигналы тензодатчиков и по изменеwe сигналов определяли радиальные и тангенциальные ком,юненты деформаций, а затем с к пользованием зависимостей теории упругости, и остаточные напряжения.

Пример 2. Образцы трубопровода

Ду 800 представляют собой трубы иэ аустенитно-перлитного биметалла с наружным диаметром 876 мм, толщиной стенки 38 мм

5 (перлитный металл — сталь 22К толщиной 31 мм снаружи трубы, аустенитный металл— сталь ЭИ-898 толщиной 7 мм внутри трубы).

Корневые слои Ч-образной разделки под сварку в перлитном металле выполнялись

10 аргонодуговой сваркой проволокой СвООГ2С. Ззполнение разделки в перлитном металле проводилось электродами УОНИ

13/45, а в аустенитном металле — электродами ЗИ0-8. Определялись остаточные сва15 рочные напряжения. В средней части сварного изделия вырезали прямоугольное отверстие, причем большую грань прямогольного отверстия располагали параллельно оси сварного шва на расстоянии 15

20 мм от нее, Далее тензодатчики размещали на поверхности реза в три столбца с шагом

6 мм в каждом столбце. Оси тензодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыду25 щего столбца на 1/3 шага размещения т нзодатчиков в первом столбце, т. е. на 2 мм.

Размеры отверстия в этом случае составляли 130х30 мм. Далее определение остаточных напряжений проводили, как в

30 примере 1.

Для сравнения проводилось определение остаточных напряжений по известному способу (соответственно фиг. 4, 5, 8). Анализ эпюр остаточных напряжений в изде35 лии, определенных предлагаемым способом в объеме признаков по и. 1 формулы изобретения, показывает, что величина тангенциальных напряжений на верхней и нижней поверхностях изделия, пересека40 емых осью, проходящей через т, А, составляет соответственно 21,8 и 8,2 кгс/мм, а

2 радиальных — соответственно 19,6 и 4,1 кгс/мм . Обе зпюры имеют плавный характер, 45 В то же время эпюры тангенциальных напряжений, определенные в идентичных условиях в соответствии с известным способом, дают соответственно значения 26,3 и

4,2 кгс/мм, 17,1 и 8,0 кгс/мм . Эпюры име50 ют "ломаный" характер, что приструктурно— фазовой однородности металла изделия (это имеет место в рассмотренном примере) не имеет физического обоснования и, следовательно, может. быть отнесено лишь к недостаточной достоверности известного способа. Это объясняется накоплением погрешности при перепайке электрических контактов тензодатчикав (причем электрическое сопротивление самих тензодатчиков может быть сравнимо по величине с сопро1682764

10

20

50 г5 тивлением контактов). Меньшее количество экспериментальных точек обусловлено необходимостью подрезки металла на каждом этапе на значительную величину (8-10 мм).

Анализ эпюры распределения продольных остаточных напряжений по толщине изделия в сварном соединении биметалла (фиг. 7), определенной предлагаемым способом в объеме признаков по пп. 2 и 3 формулы изобретения, свидетельствует о наличии на эпюре достаточного количества экспериментальных точек и о ее плавном характере и позволя.ет определить экстремальные значения остаточных напряжений в зоне их больших градиентов, т. е. в переходной зоне перлит — аустенит. Последнее обстоятельство имеет особое значение потому, что позволяет достоверно контролировать эффективность термической обработки ответственных сварных соединений трубопроводов и оборудования АЭС для снижения вероятности разрушения в самой сложно деформированной области, а именно в переходной зоне перли-.-аусхенит. В то же время, как показывает фиг. 8, эпюра распределения напряжений, определенная в соответствии с известным способом, имеет "ломаный" характер в перлитной части биметаллического сварного соединения, что не может быть обосновано физически и не отражает истинной картины сложного распределения остаточных напряжений в области перлит — аустенит.

Таким образом, подготовка исследуемой поверхности в изделии путем вырезки прямоугольного отверстия, грани которого параллельны направлениям главных напряжений, позволяет до разгрузки поверхности разместить тензодатчики сразу по всей толщине изделия в направлениях главных напряжений, что затем после разгрузки дает воэможность определить действительное, а не перераспределенное в процессе последовательного удаления части материала вместе с тензодатчиками после остаточных напряжений, Размещение тензодатчиков на плоскости реза в направлении главных напряжений и на поверхности у плоскости реза позволяет определить значения напряжений по всей толщине иэделия, включая поверхность, что обеспечивает полноту информации о напряженном состоянии и повышает достоверность определения остаточных напряжений.

Удаление части материала изделия в виде темплета с размещенными на нем тенэодатчиками позволяет так провести разгрузку поверхности, что не требуется осуществление перепайки выводов тензодатчиков, и тем самым повысить достоверность определения остаточных напряжений. Проведение разгрузки поверхности путем разрезки темплета на фибры позволяет практически исключить повреждение тензодатчиков и минимизировать нагрев темплета с тензодатчиками. Все это позволяет повысить достоверность определения остаточных напряжений.

Ввиду того, что в биметаллических изделиях имеют место высокие градиенты остаточных напряжений, для повышения достоверности их определения необходимо увеличить количество экспериментальных точек по толщине. Размещение тензодатчиков согласно предлагаемому способу на поверхности реза столбцами таким образом, что оси тензодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыдущего столбца на 1/и шага размещения тензодатчиков в первом столбце, где п — возможное количество столбцов на плоскости реза, позволяет получить эпюру остаточных напряжений с большим количеством экспериментальных точек и, следовательно, повысить достоверность.

В случае определения остаточных напряжений в сварных изделиях вырезка прАмоугольного отверстия в средней части сварного изделия позволяет исключить концевые эффекты неравномерности распределения остаточных напряжений и тем самым повысить достоверность их определения, Расположение большей грани прямоугольного отверстия параллельно оси сварного шва позволяет увеличйть количество тензодатчиков в плоскости действия максимальных остаточных напряжений, получить большее число экспериментальных точек и повысить тем самым достоверность определения остаточных напряжений.

Формула изобретения

1. Способ определения остаточных напряжений в изделии, заключающийся в том, что подготавливают исследуемую поверхность, размещают на ней тензодатчики, измеряют их сигналы, разгружают поверхность с тензодатчиками, удаляют часть материала изделия вместе с тензодатчиками, измеряют сигналы тензодатчиков и по изменению сигналов определяют остаточные напряжения, отличающийся тем, что, с целью повь шения достоверности определения остаточных напряжений в иэделиях, преимущественно трубопроводах и оборудовании

АЭС, для подготовки исследуемой поверхности в изделии вырезают прямоугольное отверстие, грани которого параллельны направлениям главных напряжений, тензодатчики размещают на поверхности

1682764 изделия у плоскости реза и на плоскости реза в направлениях главных напряжений, удаляют часть материала изделия в виде темплета, и разгрузку поверхности с тенэодатчиками проводят после удаления темплета с тензодатчиками путем разрезки его на фибры.

2. Способ поп. 1, отличаю щи йс я тем, что, с целью повышения достоверности определения остаточных напряжений в биметаллических изделиях, тензодатчики размещают на поверхности реза столбцами, причем оси тензодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыдущего столбца на 1/и шага размещения тензодатчиков в первом столбце, где n — возможное количество стол5 бцов на плоскости реза.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышейия достоверности определения остаточных напряжений в сварных изделиях, прямоугольное отвер10 стие вырезают в средней части сварного изделия, причем большую грань прямоугольного отверстия располагают параллельно оси сварного шва. !682T64

Z H

2,мн

ОО

1682764

Ю

*i кес/пп i

4», есррр

Составитель Е. Щелина

Редактор Г. Наджарян Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Король

Заказ 3401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101