DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 06.02.2008

Материалы

загрузка...

Прогнозирование остаточного ресурса длительно эксплуатирующихся сварных соединений паропроводов в условиях ползучести по структурному фактору

Калугин Роман Николаевич, 06.02.2008

 

Рис. 8. Тоже, что и на рис. 7, но для сварных соединений сталей 15Х1М1Ф.

В зоне ЗТВрп поры ползучести зарождаются и развиваются на более ранних стадиях исчерпания ресурса (наработки) и отличаются более высокой плотностью по сравнению с процессами накопления пор в других зонах. Поэтому, за основной критерий работоспособности сварных соединений принята микроповреждаемость в разупрочненной прослойке зоны термического влияния ЗТВрп, поскольку по этой прослойке отмечается наибольшая предрасположенность к появлению пор ползучести вплоть до образования трещин, что подтверждается статистикой эксплуатационных повреждений реальных сварных соединений (до 95% случаев отказов).

На основе анализа полученных результатов испытаний установлено поэтапное развитие поврежденности порами ползучести в ЗТВрп в зависимости от исчерпания ресурса по критериям размера, морфологии и плотности пор.

Кинетика развития микроповреждаемости в ЗТВрп сварных соединений стали 12Х1МФ состоит в следующем:

- до <0,5((/(р исчерпания ресурса поры отсутствуют, микроповреждаемость при увеличении ((500 … 1000) не выявляется;

- появление единичных пор по границам зерен плотностью до 100 мм-2 размером 1-2 мкм наблюдаются на стадии исчерпания ресурса (0,5(0,6)((/(р;

- увеличение размеров единичных пор от 2-3 мкм вплоть до 4-5 мкм по границам зерен регистрируются в период (0,6(0,82)((/(р. При этом наблюдаемая плотность пор достигается при исчерпании ресурса:

( (0,6(0,7)((/(р с плотностью пор до 250 п/мм2;

( (0,7(0,76)((/(р с плотностью пор до 1000 п/мм2;

( (0,76(0,82)((/(р с плотностью пор более 1000 п/мм2;

- высокая плотность единичных пор более 1000 мм-2 в сочетании с укрупненными единичными порами размером до 4-5 мкм приводит к слиянию и образованию цепочек пор по границам зерен, появлению отдельных микротрещин длиной до 5-15 мкм по границам зерен в интервале (0,82(0,92)((/(р исчерпания ресурса. Различаются две области этого периода: до появления микротрещин – временная область (0,82(0,87)((/(р и наличие отдельных микротрещин - временная область (0,87(0,92)((/(р;

- трещины в сочетании с цепочками пор и слившимися порами по границам зерен при исчерпании ресурса от 0,92((/(р приводят к разрушению. Просматривается два интервала времени: до 0,95((/(р с увеличением размера макротрещин длиной до 1-5 мм и в период (0,95(1,0)((/(р до разрушения. По берегам макротрещин наблюдается высокая плотность пор как по границам, так и по телу зерен.

Кинетика развития микроповреждаемости в ЗТВрп сварных соединений стали

- до <0,6((/(р исчерпания ресурса поры отсутствуют, микроповрежденность не выявляется при увеличении ((500 … 1000) с помощью оптического микроскопа;

- в интервале (0,6(0,68)((/(р отмечаются единичные поры размером 1-2 мкм по границам зерен, с плотностью пор до 100 п/мм2;

- в период (0,68(0,85)((/(р фиксируются единичные поры размером 2-3 мкм вплоть до 4-5 мкм по границам зерен. Плотность пор увеличивается в зависимости от исчерпания ресурса:

( для (0,68(0,75)((/(р плотность пор составляет до 250 п/мм2;

( для (0,75(0,8)((/(р плотность пор развивается до 1000 п/мм2;

( для (0,8(0,85)((/(р плотностью пор превышает 1000 п/мм2;

- в интервале (0,85(0,93)((/(р микроповреждаемость характеризуется появлением цепочек пор, слившихся и/или скоплений пор по границам зерен; отдельные микротрещины длиной до 5-15 мкм по границам зерен зарождаются и развиваются при (0,89(0,93)((/(р;

- для >0,93((/(р возникают макротрещины в сочетании с цепочками пор и слившимися порами по границам зерен. До 0,97((/(р микротрещины составляют длину 500-1000 мкм; более 0,98((/(р длина макротрещин возрастает до 5 мм вплоть до сквозных. Высокая плотность пор наблюдается по берегам макротрещин по всему объему металла ЗТВрп.

На основе сопоставления полученных зависимостей исчерпания ресурса вследствие процессов микроповреждаемости выявлено: интенсивность развития микроповрежденности металла ЗТВрп сварных соединений стали 15Х1М1Ф выше (и опаснее для реальных соединений паропроводов при эксплуатации) по сравнению со сталью 12Х1МФ (рис. 9).

Взаимосвязь между кинетикой развития микроповрежденности с исчерпанием ресурса сварных соединений сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф в условиях ползучести классифицирована пятью стадиями с четкими структурными критериями поврежденности, определяемых с помощью оптической металлографии (табл. 1

(, п/мм2

Рис. 9. Сравнение кинетик микроповреждаемости ЗТВрп сварных соединений

Глава 5. Оценка срока службы сварных соединений по структурному фактору.

В пятой главе дана оценка эффективности использования метода реплик для металлографического анализа структуры; представлена методика оценки остаточного ресурса эксплуатирующихся сварных соединений по структурному фактору и показан опыт её производственного использования автором. Преимущественное развитие повреждений сварных соединений с наружной поверхности для длительно эксплуатирующихся паропроводов позволяет достаточно уверенно обследовать их с помощью метода металлографического анализа с реплик (МАР).

Метод МАР отличается хорошей технологичностью (практически любое сварное соединение может быть подвергнуто такому контролю), возможностью применения практически на любой ТЭС, высокой достоверностью при фиксации структурной картины металла. Это было подтверждено при использовании метода МАР на образцах в данной работе путем сравнения портретов структуры с реплик и на шлифах.

Кроме того, применение металлографического анализа с использованием метода реплик для исследования сварных соединений теплоустойчивых хромомолибденованадиевых сталей регламентировано в отраслевых инструкциях СО 153-34.17.470-2003, СО 153-34.17.455-2003 и РД 10-577-03.

Из анализа эффективности использования метода реплик (МАР) для сварных соединений следует, что данный метод может рассматриваться как основной при оценке сварных соединений по фактическому состоянию металла (микроповрежденности) и установлению остаточного ресурса.

Методика экспрессной оценки остаточного ресурса эксплуатирующихся сварных соединений по структурному фактору разработана на основе результатов комплексных исследований (гл. 3 и 4). Настоящая

Таблица 1

Классификация микроповрежденности во взаимосвязи с исчерпанием ресурса для металла ЗТВрп сварных соединений стали 12Х1МФ при ползучести.

V.2п Макротрещины длиной 1 – 5 мм и более (0,95(1)((/(р

Примечание: Классификация микроповреждаемости развивающейся в металле шва (при разупрочненном шве ((мш<1) и слабо разупрочненной ЗТВрп ((рп<10%)), оценивается аналогично как и для металла ЗТВрп.

Таблица 2

Классификация микроповрежденности во взаимосвязи с исчерпанием ресурса для металла ЗТВрп сварных соединений стали 15Х1М1Ф при ползучести.

V.2п Макротрещины длиной 1 – 5 мм и более (0,97(1)((/(р

Примечание: Классификация микроповреждаемости развивающейся в металле шва (при разупрочненном шве ((мш<1) и слабо разупрочненной ЗТВрп ((рп<10%)), оценивается аналогично как и для металла ЗТВрп.

методика устанавливает основные требования и последовательность проведения операций при определении остаточного ресурса стыковых, тройниковых и штуцерных сварных соединений равно- и разнотолщинных трубных элементов Ду?100 коллекторов котлов и паропроводов из теплоустойчивых хромомолибденованадиевых сталей. Методика применяется в процессе обследования сварных соединений при эксплуатационном контроле.