Влияние нетрещиноподобных дефектов на механические свойства сварных соединений корпусов судов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Нгуен Зюи Линь

• Нгуен Зюи Линь
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Зюи Линь

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К РАЗМЕРАМ, ФОРМЕ И РАСПОЛОЖЕНИЮ ДЕФЕКТОВ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СУДОВ

1.1 Классификация дефектов сварных соединений и основные причины повреждения конструкций

1.2 Образование дефектов нетрещиноподобного типа в сварных корпусных конструкциях

1.3 Основные методы оценки дефектности сварного шва

1.4 Оценка воздействия ДНТ сварных соединений на прочностные свойства стальных корпусных конструкций

2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТОВ СВАРКИ НА ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СТАЛЬНЫХ СУДОВ

2.1 Выбор метода исследования и материала для изучения влияния нетрещиноподобных дефектов сварки на прочностные свойства стальных корпусов судов

2.2 Методика исследования влияния ДНТ на прочность стыкового сварного шва

2.2.1 Алгоритм исследования изменения прочности сварного соединения с ДНТ

2.2.2 Рентгенографические исследования образцов

2.2.3 Инструменты для расшифровки РГК снимков

2.2.4 Испытания на растяжение. Методика, применяемое оборудование и инструмент

2.3 Выводы по второй главе

3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕТРЕЩИНОПОДОБНЫХ ДЕФЕКТОВ СВАРКИ НА СВОЙСТВА КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СТАЛЬНЫХ СУДОВ

3.1 Общие положения

3.2 Численный анализ напряженно-деформированного состояния нагруженного сварного соединения с внутренним дефектом

3.3 Метод конечных элементов

3.3.1 Математическая модель сосредоточенных узловых нагрузок на конечные элементы сварного шва

3.3.2 Принцип проведения статического расчета

3.3.3 Расчет внутренних усилий

3.3.4 Напряженно-деформированное состояние

3.4 Выводы по третьей главе

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ НЕТРЕЩИНОПОДОБНЫХ ДЕФЕКТОВ СВАРКИ НА СВОЙСТВА КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СТАЛЬНЫХ СУДОВ

4.1 Результаты испытаний образцов (планок) на растяжение

4.2 Критерий разрушения для сварного стыкового соединения с ДНТ «пора»

4.3 Анализ механики разрушения МКЭ для образцов, испытанных на растяжение

4.4 Анализ ожидаемого экономического эффекта

5 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А - Результаты исследования химического состава проб по ГОСТ Р 52927-2015 для пробы №3

Приложение Б - Результаты исследования состава и структуры ДНТ в пробе №3 при помощи РГК

Приложение В - Описание приспособления «Портативное устройство оцифровки рентгеновских снимков дефектов сварных соединений» и копия свидетельство о регистрации программы для ЭВМ

Приложение Г - Результаты цифровой обработки, измерения параметров образцов (планок), полученных из пробы №3 до проведения механических испытаний

Приложение Д - Результаты цифровой обработки, измерения параметров образцов (планок) после проведения механических испытаний на растяжение

Приложение Е - Результаты механических испытаний образов (планок) с ДНТ «одиночная пора» в сварном стыковом шве

Приложение Ж - Акты внедрения и принятия к сведению результатов работы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ДТТ - дефекты трещиноподобного типа;

ДНТ - дефекты нетрещиноподобного типа;

РМРС - Российский морской регистр судоходства;

РГК - рентгенографический метод контроля;

ИКИ - индикатор качества изображения;

МКЭ - метод конечных элементов;

НДС - напряженно-деформированное состояние;

КЭМ - конечно-элементная модель;

КЭ - конечные элементы;

МСК - местная система координат;

ОСК - общая система координат;

НЭМ - нормативная энергоемкость металла.

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние нетрещиноподобных дефектов на механические свойства сварных соединений корпусов судов»

Актуальность исследования.

В соответствии Постановлением Правительства РФ №374 от 31 марта 2017 г. «Об утверждении государственной программы РФ - Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений на 2013-2030 гг.» [109] планируется увеличение объемов производства гражданских судов и объектов морской техники.

Увеличение объемов и интенсивности производства работ неизбежно приводит к ухудшению качества сварных соединений проявляющееся в возникновении технологических дефектов. В сварочном производстве доля исправлений сварных соединений на монтаже может составить 15.. .25 %, а в цеховых условиях 3.5 и более процентов [133]. В этом случае, затраты на ликвидацию последствий брака из-за эксплуатационных отказов и аварий сварных изделий иногда оказываются в несколько раз превышающими сумму производственных затрат на все технологические операции.

Как известно корпус судна состоит из рамного и холостого наборов и обшивки [101, 134]. Детали стального корпуса свариваются по технологии завода-строителя. В процессе дальнейшей эксплуатации стального сварного корпуса судна происходит накопление повреждений под действием различного рода нагрузок, включая циклические. Сварные швы корпуса, являясь концентратором напряжений будут накапливать повреждения в зависимости от действующих на них нагрузок и в результате эксплуатации. Наличие в швах дефектов сварки должно привести к еще большей концентрации напряжений, накоплению повреждений, что под действием циклических нагрузок в конечном итоге снизит усталостную прочность и конструкция потеряет свою несущую способность.

Согласно результатов исследований авторов [8, 16, 36, 73, 82, 94, 144, 153, 162, 35 и пр.] было установлено, что влияние дефектов сварки на эксплуа-

тационные и механические характеристики сварных швов различаются и зависят от вида дефекта, его расположения и других, и это влияние различно при статическом, динамическом и циклическом нагружениях. Понятно, что такие дефекты, как поры, скопления пор будут иметь меньший коэффициент концентрации напряжений, чем трещины, надрезы. Поэтому в этой научно-исследовательской работе все внутренние дефекты были разделены на дефекты тре-щиноподобного (ДТТ) и нетрещиноподобного типа (ДНТ). Трещины, также как и непровары, являясь ДТТ, при постройке и ремонте корпусов судов правилами классификационных обществ не допускаются. Это связано с тем, что они под действием циклических нагрузок способны к росту, что приводит в конечном итоге к усталостным разрушениям корпусов судов. ДНТ имеют меньшую концентрацию напряжений, поэтому при их выявлении руководствуются размерами, формой, расположением в сварочном шве и корпусе судна, а правилами классификационных обществ и, в частности Правилами Российского морского регистра судоходства (РМРС), нормируются по уровням качества. Анализ исследований [79, 76, 77] позволяет сделать вывод, что ДНТ сварочных швов (газовые и твердые неметаллические включения и др.) совершенно по-разному влияют на механические, технологические и эксплуатационные свойства корпуса судна и ее сварных соединений при различных видах нагружения. Анализ методов проектирования корпусов судов (расчетный и по правилам классификационных обществ) [116, 112, 118], а также принципов оценки усталостной прочности сварного корпуса судна [58] и результатов исследований полей деформаций, эксплуатируемых судовых корпусов [57] позволяет сделать вывод о том, что используемые РМРС нормы дефектности сварных швов корпуса судна для ДНТ, отражают только технологический уровень качества, а не эксплуатационный.

Количество, размер ДНТ в сварных швах жестко регламентируются РМРС [118] и при превышении допустимых норм дефекты должны удаляться по технологии завода, а сварные швы заново свариваться. Это приводит к уве-

личению сроков постройки судна, повышают трудоемкость и стоимость постройки и/или ремонта корпуса судна. Как правило, вероятность появления дефектов в труднодоступных для сварщиков местах намного выше, следовательно, и работы по ремонту сварных швов в результате наличия в них недопустимых дефектов в таких местах будут более трудоемкими и дорогими.

Назначение жестких требований по размерам и форме дефектов сварных швов стальных корпусов судов объясняется стремлением увеличить срок службы корпуса судна за счет снижения концентрации напряжений от дефектов, а также отсутствием в технической литературе единого мнения о влиянии дефектов сварки на эксплуатационные свойства корпуса судна. Рациональная оценка технического состояния судовых конструкций с дефектами сварных швов может быть произведена на основе данных о фактической прочности сварного соединения корпуса судна, содержащего подобные дефекты. Поэтому вопросы изучения влияния ДНТ на механические и иные свойства сварных швов корпусов судов являются актуальными.

Степень разработанности темы.

Вопросами изучения влияния дефектов сварки на механические, эксплуатационные и другие свойства стальных корпусных конструкций посвящены исследования Горбача В.Д., Бельчука Г.А., Андреева С.Б., Коваленко В.В., Го-ловченко В.С., Коновалова Н.Н., Михайлов В.С., Мацкевича В.Д., Шахматова М.В., Radaj D., Майстренко И.Ю., Gumey Т^. и др.

Большинство из представленных выше исследований не имеют обобщенной направленности по изучению взаимосвязи между ДНТ сварных швов деталей корпусов судов и изменением их прочностных свойств.

Актуальность темы исследования определяется необходимостью определить дефектность стыковых сварных соединений судовых конструкций с ДНТ и разработки методик оценки их влияния на механические свойства корпусной стали для уточнения нормативных требований РМРС.

Объект исследования - стыковые сварные соединения стальных корпусов судов с внутренними дефектами нетрещиноподобного типа.

Предмет исследования - механические свойства стыкового сварного соединения корпуса судна с внутренними дефектами сварки нетрещиноподоб-ного типа.

Целью диссертационной работы является оценка влияния нетрещино-подобных дефектов на механические свойства сварных соединений стальных корпусов судов.

Задачи исследования:

1. Провести анализ влияния ДНТ в стыковых сварных швах на прочностные свойства стальных корпусов судов;

2. Выполнить экспериментальные исследования влияния ДНТ в стыковых сварных швах на механические свойства судостроительной стали РС032;

3. Разработать и предложить критерий разрушения стыковых сварных соединений корпуса судна при наличии в нем дефектов нетрещиноподоб-ного типа;

4. Разработать алгоритм оценки допустимости эксплуатации стальных корпусов судов с ДНТ в стыковых сварных швах наружной обшивки корпуса судна.

Научная новизна работы заключается:

- в совершенствовании методик оценки технического состояния корпуса судна по результатам дефектации сварных швов на этапах постройки, ремонта и эксплуатации судов.

- в определении закономерностей влияния ДНТ стыкового сварного шва на свойства наружной обшивки стальных корпусов судов, изготовленных из стали категории РС032;

- в количественной оценке влияния площади ДНТ стыкового сварного шва на механические свойства сварных стыковых соединений корпуса судна.

Практическая значимость:

- совершенствование технологического процесса постройки и ремонта судов за счет пересмотра требований к допустимым нормам ДНТ в стыковых сварных швах стальных корпусов судов;

- определение границ размеров и форм допускаемых ДНТ, возникающих в стыковых сварных швах при изготовлении секций, блоков и судна без необходимости их исправления;

- разработка методики оценки уровня дефектности для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации стального корпуса судна при выявлении в стыковых сварных швах с ДНТ, размер которого превосходит существующие нормативные допуски.

Методология и методы исследования:

Использованные в работе методы широко применяются при оценке технического состояния изделий и базируются на основных понятиях металловедения и сопротивления материалов, теории упругости, общепринятой теории проведения и статистической обработки результатов механических испытаний. В работе использованы методики, регламентированные ГОСТ 1497-84, ГОСТ 6996-66, ГОСТ 22536.9-88, ГОСТ 22536.7-88, ГОСТ 22536.4-88, ГОСТ 22536.5-87, ГОСТ 30242-97.

Определение влияния ДНТ на механические свойства стыковых сварных соединений произведено применением к ним алгоритма решения задачи плоской пластины с круговым отверстием (задача Кирша) и построения конечно-элементной физико-математической модели сварного соединения с дефектом типа «одиночная пора».

Положения, выносимые на защиту:

1. Анализ влияния ДНТ сварки на механические свойства стыковых сварных швов наружной обшивки стальных корпусов судов.

2. Методика и алгоритм исследования и оценки влияния ДНТ на механические свойства стыковых швов наружной обшивки стальных корпусов судов.

3. Результаты исследования влияния ДНТ на механические свойства судостроительной стали.

4. Энергоемкость разрушения сварных стыковых соединений на основе оценки прочностных свойств сварных швов с наличием в них дефектов.

Степень достоверности вытекает из обоснованности использования аппарата математической статистики при обработке результатов механических испытаний; проведения испытаний в лабораториях, признанных РМРС, на поверенном оборудовании, что подтверждено соответствующими сертификатами в приложении.

Апробация научных результатов.

Основные результаты научно-исследовательской работы докладывались и обсуждались на 38, 39 международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: Вопросы технических наук» (Москва, 2015 г.); на 61-й международной научной конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета (Астрахань, 2017 г.); на 55-й международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: Вопросы технических наук» (Москва, 2017 г.); на IV международной научно-практической конференции «Технические науки: современный взгляд на изучение актуальных проблем» (Астрахань, 2019 г.); на международной научно-практической конференции «Перспективы развития технических наук» (Челябинск, 2019 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах и 1 свидетельство Российской Федерации на программу для ЭВМ №2020614958. При этом в 2 публикациях доля диссертанта составляет 100 % [87, 89], в 4 публикациях - 80% [85, 86, 88, 90], в 2 публикации - 50% [77] [91] и в 1 публикации - 30% [75].

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка использованных источников из 163 наименований и 6 приложений. Работа изложена на 163 страницах, содержит 4 таблицы и 53 рисунка.

1 АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К РАЗМЕРАМ, ФОРМЕ И РАСПОЛОЖЕНИЮ ДЕФЕКТОВ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СУДОВ

1.1 Классификация дефектов сварных соединений и основные причины повреждения конструкций

Дефекты в соединениях, полученных сваркой, влияют на непроницаемость и прочность судна и его корпуса, которые в свою же очередь определяют его надежность в условиях эксплуатации [6]. Это связано с тем, что под действием сварочных процессов происходит [2]:

- в зоне термического влияния в процессе сварки за счет расплавления металла шва и его дальнейшей кристаллизации с различной скоростью охлаждения могут происходить процессы разупрочнения металла, изменение его фазового состава и как следствие структуры;

- в результате высокотемпературного нагрева в процессе сварки изменяется напряженно-деформированное состояние, со стороны разделки возникают сжимающие напряжения, а с обратной стороны - растягивающие, и как следствие, это приводит к упругой и пластической деформации соединяемых сваркой элементов в зоне сварного соединения.

На возникновение подобного рода неоднородностей могут влиять также и режимы сварки, геометрические характеристики сварного шва, тип сварного соединения и др. Необходимо учитывать, что в процессе сварки велика вероятность возникновения дефектов сварки, что приводит к увеличению не только конструктивных, но и технологических концентраторов напряжений, что накладывает определенный характер на напряженно-деформированное состояние сварного соединения.

Классификация дефектов сварки может быть произведена по разным признакам: по размеру и форме, по причине, из-за которой они возникли, по степени их опасности или расположению в сварном соединении и т.д. Самой

распространенной классификацией сварочных дефектов является классификация по ГОСТ 30242-97 [24]. Этот стандарт делит дефекты сварки на 6 групп:

1. Трещины;

2. Поры, полости;

3. Твердые включения;

4. Непровары и несплавления;

5. Нарушения формы шва;

6. Прочие дефекты.

Указанные выше группы дефектов образуются в процессе сварки. Причины возникновения дефектов различны и зависят от многих факторов, как конструктивных, технологических, так и субъективных, зависящих от квалификации сварщиков [41, 42, 144, 156]. Все эти дефекты можно разделить на дефекты трещиноподобного типа (трещины, непровары, несплавления) и дефекты нетрещиноподобного типа (поры, полости, твердые металлические и неметаллические включения). При сварке велика вероятность нарушения формы шва, которая регламентируется соответствующим ГОСТ.

В условиях эксплуатации судна, а также механической, электрохимической и физической неоднородности сварных соединений, возникают явления, связанные с повышением чувствительности этих соединений к воздействию эксплуатационных сред, а также явления, связанные с изменением напряженно-деформированного состояния самого корпуса. Наличие дефектов сварки, в свою очередь, может привести к повреждению корпусных конструкций и такие дефекты по причине их возникновения разделяются на: технологические, конструкционные и эксплуатационные [89], отдельное и комплексное воздействие которых приводит к снижению надежности корпусов металлических судов.

Нарушение технологии сварки (технологическая причина) приводит к появлению повреждений сварного шва. В этом случае основные факторы, влияющие на механические свойства сварного шва: выбор сварочных материалов не соответствующих марочному составу, и/или не отвечающих требованиям

качества; нарушение параметров сварки и последующей термообработки; выполнение сварки швов или их ремонта с нарушениями от спецификации процесса сварки (сварочной процедуры).

При проектировании типоразмера сварных соединений (конструкционная причина), если возникают ошибки при определении типоразмера сварных соединений, конструктивного оформления, формы сварных швов и зон сопряжения соединяемых элементов, то это может привести к появлению зон с высокой концентрацией напряжения, что является одним из факторов возникновения повреждений в сварных конструкциях.

В процессе эксплуатации судна не редки случаи, когда фактические нагрузки на корпус стремятся к экстремальным и превышают расчетные, тогда эти причины выхода из строя корпусных конструкций можно отнести к эксплуатационным.

Согласно требованиям РМРС к сварным стальным корпусам судов[116, 118], разрушение сварного соединения в условиях эксплуатации конструкции связано с наличием в нем концентраторов напряжений конструктивного и технологического характеров. Их отрицательное влияние наиболее сильно проявляется при циклических нагрузках, когда даже самый небольшой концентратор может стать источником зарождения трещины. Однако и при статической нагрузке в случае комплексного сочетания ее с собственными напряжениями, воздействием агрессивной среды и температуры надежность сварного соединения может оказаться выше, чем выявленный уровень дефектности.

1.2 Образование дефектов нетрещиноподобного типа в сварных корпусных конструкциях

В судоремонте и судостроении в процессе обработки различных материалов, всегда образуются разного рода дефекты. Механизм образования и виды дефектов зависит от технологического процесса, который применяется при обработке материала и его особенностей. Сварочный процесс, также как и

остальные технологические процессы, исключением не являются, следовательно, его применение при обработке материалов в судоремонте и судостроении, приводит к образованию дефектов.

При использовании сварки в качестве технологии обработки стальных деталей для получения судовых корпусов можно выделить 3 участка в направлении движения теплового источника, где образовываются ДТТ и ДНТ: участка плавления, расплавленного металла и остывающего металла. Основными местами, где образуются ДНТ, являются вторая и третья зоны, а также на границы этих двух зон. К наиболее часто встречающимся ДНТ относят [32, 36, 118]:

- внутренние поры или группы пор - представляют собой газовые образования, не успевшие подняться на поверхность в расплавленном металле сварного соединения;

- шлаковые включения - это полости, в которых находятся неметаллические материалы, окислы или их комплексы;

- непровар является концентратором напряжений и уменьшает сечение шва. Образуется при недостаточной силе тока, неправильной разделки кромок, при наличии окалины и ржавчины на поверхности металла, или неправильного наклона электрода по отношению к свариваемому металлу.

Перечисленные выше ДНТ, образовываются в результате сварки плавлением и зависят от характера взаимодействия между твердым и жидким металлом. Эти дефекты также могут образовываться при взаимодействии металла сварочной ванны со шлаком и газами. Все процессы образования дефектов, в большей или меньшей степени, связаны с условиями подвода тепла от источника нагрева к металлу, с условиями нагрева, расплавления, фазовых переходов, дальнейшей кристаллизации и ее скоростью, условиями охлаждения остывающего металла и т.п. Учитывая то, что все эти процессы происходят одновременно в разных частях сварного соединения, то изучение

этого процесса достаточно сложно. Поэтому рассматриваются только те процессы, которые в значительной степени влияют на процесс возникновения в сварных соединениях дефектов [42].

В результате сварки плавлением, металл, находящийся в жидком состоянии, также подвергает растворению некоторого количества газов из окружающего воздуха, а также продуктов распада элементов, участвующих в сварке. Азот, водород и кислород, являясь газами, нарушают сплошность сварного шва, а следовательно снижают его механические и другие свойства. Азот и водород растворяются в металле шва, кислород присутствует в виде химических соединений. Интенсивность, с которой металлы взаимодействуют с газами, зависит от многих факторов, таких как температура, химическое сродство, давление, насколько велика контактная поверхность и т.д.

Некоторые условия способствуют взаимодействию металла и газов или даже усилят это самое взаимодействие. Так, например, электродуговым методам сварки способствуют высокая контактная поверхность между металлом и газом, а также большая температура и наличие магнитных или электрических полей [107].

Из-за большой поверхности остывания металла в шве, концентрация газов в металле шва бывает значительно выше, чем таковая в основном металле, превышая при этом их предел растворимости. Выделение газов происходит вследствие охлаждения, когда резко снижается растворимость газов. Десорбцией можно удалить лишние газы в сварочной ванне на поверхности, либо газ удаляется в случае, когда газовые пузырьки образуются в объеме металла. Если в результате газовой десорбции не произошло образование дефектов, то возникшие пузырьки газа возможно удалить пока металл находится в жидком состоянии, что в свою очередь только способствует дегазации металла в сварном шве. Но если газовые пузырьки начинают образовываться во время заключительной стадии кристаллизации металла, то это приводит к образованию таких дефектов как поры. В процессе затвердевания металла шва, риск

образования в нем пор значительно увеличивается при скачкообразном понижении растворимости отдельных химических элементов (Н2 и N2).

На процесс порообразования влияет множество факторов, таких как снижение растворимости элементов металла во время понижения температуры, возникновение нитридов и оксидов, взаимодействие кислорода и азота с легирующими компонентами, находящиеся в металле, образования таких газообразных продуктов как СО и СО2. Возникновению оксидов в металле самого шва также способствует повышение раскисляющих способностей элементов при понижении температуры [36].

В результате того, что шлак взаимодействует с металлом при высоких температурах, сам процесс взаимодействия одного с другим, хоть он и очень непродолжителен по времени (несколько секунд и несколько минут соответственно для дуговой и электрошлаковой сварки) имеет очень большое влияние. При этом, площадь контакта металла и шлака довольно высока. При сварке, шлак и металл взаимодействуют на основе обменных окислительно -восстановительных реакций, в результате чего, элементы переходят из шлака в металл и наоборот.

Процессы взаимодействия между твердым и жидким металлом играют очень важную роль. Например, дендриты металлов шва являются частью зерен основного металла. Об этом свидетельствует результаты множества металлографических исследований. Из-за различной растворимости, элементов в разных агрегатных состояниях в процессе кристаллизации почти всех сварных швов, появляется заметная химическая неоднородность не только в месте сплавления, но и в промежуточных зонах кристаллизационных участков, появляющихся ввиду прерывистого движения фронта кристаллизации.

Химическая неоднородность, а именно ее степень и характер сильно влияют на металл и его механические свойства. Также химическую неоднородность, которая возникает при сварке, устранить не представляется возмож-

ным, ввиду того что процесс диффузии, который выравнивает состав, не успевает полностью закончиться до окончательной кристаллизации металла сварного шва.

Также во время сварки, наряду с химической проявляется и физическая неоднородность. Возникает она из-за сосредоточения несовершенств металлических кристаллических решеток и возникновению в данных участках вторичных границ.

Также следует обратить внимание на то, что при сварке металлов плавлением, не вся энергия тратится на плавление металла. Также энергия тратится на нагрев прилегающих к сварному шву участков основного металла. Такие изменения могут повлиять на структуру металла, а также на его механические свойства. Данное влияние зависит от скорости и температуры нагрева металла, и от скорости охлаждения [36, 64]. Таким образом, во время процесса сварки плавлением неизбежно создаются условия для возникновения дефектов, что делает практически невозможным изготовить сварное соединение без дефектов.

Анализ разрушений конструкций, полученных при помощи сварки, показал, что чаще всего разрушение данных конструкций происходит по причине наличия дефектов либо в сварном шве, либо в основном металле [36].

Работа [63] посвящена описанию влияния технологических дефектов на надежность и долговечность соединений, полученных сваркой. Автор проводил испытания нескольких образцов на растяжение. Было выяснено, что если непровар в корне сварного шва не превышает 15%, то происходит разрушение по основному металлу образцов, имеющих усиление, но если непровар превышает отметку в 20%, то разрушение происходит по шву относительно непровара. Чувствительность к непровару стыковых соединений, полученных сваркой под действием статических нагрузок и одноосного растяжения зависит от прочностного соотношения наплавленного и основного металла. Данная зависимость названа как коэффициент чувствительности q. Чувствительность со-

единений, полученных сваркой к концентраторам напряжений, вызванных непроваром определяется отношением между пределом прочности и пределом текучести ,&т наплавленного и основного металла. Значит, при q >1 прочность соединений, полученных сваркой, ухудшается намного сильнее, чем уменьшается рабочее сечение испытуемых образцов, но при q<1 соединения, полученные сваркой, оказались нечувствительны к непровару.

Работа [7] посвящена изучению того, как геометрическая форма сварного шва влияет на концентрацию напряжений в нем. В данной работе автор проводил эксперименты по оценке влияний на концентрацию напряжений таких форм как: вогнутый шов, надрез, швы без усиления и с усилением. По результатам работы [7] концентрация напряжений в вершине шва составила от 2,5 до 3, а в зоне надреза - 0,5ас увеличением до 4 в случае надреза, равному

а, где а - это наибольшая глубина надреза образца. В этой же работе установлено, что при уменьшении рабочего сечения вогнутых швов резко увеличивается концентрация напряжений, с последующим разрушением образца. Автором [7] предложена методика расчета сварочных швов нефтегазового оборудования со смещением кромки с последующей оценкой их остаточной работоспособности. Выяснилось, что при смещении кромок более чем на 0,24 мм, металл шва в стыковой области находится в упругом состоянии и практически не подвержен влиянию малоцикловой повреждаемости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Зюи Линь, 2021 год

Источник

Ншражпшг

на труб кг

Рамгр мм

Номер сяароог«

Марка материала

Вил

сааркм/ра мелка

<\чрч

Источник

«ндамм «со

120кВ

гпаркн1 ра 1*1«

иежлу участками

Источник

:1лииа участка, мм

на грубы

Ратмер мм

Марка материала

скаркн'ра»клка

чежлу учаокамн

Исгочник

Ре ту ли а т К041 (роля

Напри »гит иа трубке

Тлима участка, мм

Н.ГСИМ1

Ратмер мм

1?0к»

Расположение ИКМ

Марка материала

Источник

Рпулктат коиIрола

Описание кфекта

Н.С1К1 иипгм

Ра1мер мм

Пленки

Марка материала

Клеимо еоаршика

Источник

Ратмер

Дефектоскописг; Абуталиева XX Уровень квалификации 2

Начальник ИЛ: Митин Д.Н.

Уровень квалификации 3

Приложение Е - Результаты механических испытаний образов (планок) с ДНТ «одиночная пора» в сварном стыковом шве

Приложение Е1

Рисунок Е1.1 - Растяжение образца №36 (с минимальными дефектами в сварном шве) с ДНТ «одиночная пора»

Рисунок Е1.2 - схема размещения ДНТ «одиночная пора» в образцах с минимальными дефектами в сварном шве (ослабление шва)

Приложение Ж - Акты внедрения и принятия к сведению результатов

работы

Приложение Ж1

Технический акт

На основании рассмотрения результатов научно - исследовательской работы «Оценка работоспособности сварного соединения стального корпуса судна с внутренними дефектами нетрещнноподобного типа», выполненной инженером Нгуен Зюн Линь, был составлен технический акт, о принятии к сведению результатов этой работы и установлено:

1) Проведенные автором исследования по изучению влияния однотипных нетрещнноподобных дефектов сварки (пор) на прочностные свойства сварного стыкового соединения из судостроительной стали позволяют установить зависимость между допустимой к эксплуатации площади дефектов сварного стыкового шва и толщины наружной обшивки, изготовленной из стали категории PC D32.

2) Исследованием установлено, что использование рентгенографического метода контроля (РГК) не позволяет получить качественную оценку уровня дефектности сварного шва (глубина расположение, размер и количество дефектов) за счет технологических ограничений данного метода контроля. В этой связи предлагаемый автором работы алгоритм детализации PI "К позволяет существенно увеличить точность физической модели при описании дефектов нетрешиноподобного типа (ДНТ) сварного стыкового шва.

3) Исследованием установлено, что при использовании алгоритма детализации снимка РГК с ДНГ с применением средств и методов цифровой обработки, точность определения дефектности сварного шва выросла на 4%.

4) Математическая модель, разработанная на основе уточненной физической модели сварного шва с ДНТ. используется для численного анализа изменения прочности сварного соединения с учетом одиночных пор или группы ДНТ (поры) и обоснования причин снижения коэффициента запаса прочности сварного шва на основе теории энергоемкости материалов.

Результаты испытаний на растяжение стыкового сварного шва (при статическом нагружении) показывают, что при увеличении относительной площади дефектов от 0 до 31%, разрушение происходит по основному металлу. При испытании образцов с искусственными дефектами с относительной площадью от 10 до 30% в виде отверстий диаметром до 10 мм, расположенных по центру и со смещением, разрушение происходит по металлу сварного шва. Таким образом, характеристики и расположение ДНТ в сварном шве. оказывают влияние на прочностные характеристики соединения и в зависимости от зоны расположения компенсируются более высокой прочностью (по данным исследования до 27%) шва с ДНТ до 18% относительной площади дефектов. Это позволяет уточнить нормы

дефектности сварных швов корпуса судна для ДНТ, отражающих только технологический уровень качества, а не эксплуатационный.

5) Критерий разрушения, предложенный по результатам исследования и разработки математической модели изменения прочности сварного соединения в зависимости от площади ДНТ, позволяет провести оценки запаса прочности судовых пластин с учетом выявленного уровня

дефектности. „

Считаю необходимым одобрить выполненную инженеров Нгуен Зюи

Линь научно-исследовательскую работу, продолжить исследование по

накоплению статистических данных о влияние нетрещиноподобных

дефектов на прочностные свойства судостроительных сталей./.

Заместитель директоре судород4£«*ого завода Х52

Ван Тинь

Вьетнам, Провинция Кхань Хоа, г. Кам Рань. ул. Кам Нгиа

Тел.: [phone]

Email: [e-mail]

ОС<

ОБЪЕДИНЕННАЯ СУДОСТРОИТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ЮЖНЫЙ ЦЕНТР СУДОСТРОЕНИЯ И СУДОРЕМОНТА»

(АО «ЮЦСС»)

Утверждаю: Начальник управления качества

ОЦСС"

и стандар

ТЕХНИЧЕСКИМ АКТ

о использовании результатов научно-исследоватс? «Оценка работоспособности сварного соединений корпуса судна с внутренними дефектами нетрещнноподобного типа», выполненной инженером Н|"усн Зюн Линь

1СНОВ

1). Проведенные автором исследования позволяют установить закономерность влияния дефектов нетрещнноподобного тина на работоспособность сварных стыковых соединений стальных корпусов судов.

2). Исследованием установлено, что изучаемые фуппы дефектов сварных швов оказывают различное влияние на работоспособность стального корпуса судна.

3). Автором проведен анализ влияния ДНТ «пора» на прочностные свойства сварных швов С17/21. изготовленных из судовой стати РС 032. Установлено, что потеря прочности примерно пропорциональна общей площади дефектов нетрещнноподобного типа. При -этом, если < 5... 10% (а иногда 20...30 %). то дефекты мало влияют на несущую способность сварных стыков, особенно для швов с усилением.

4). В работе разработано «Портативное устройство оцифровки рентгеновских снимков дефектов сварных соединений» в комплексе с программным обеспечением для оцифровки снимков РГК. что позволило при изучении и оцифровке снимков РГК сварных швов сократить время принятия решений по дефекгацни сварных швов на 25%. Предложен алгоритм оценки дефектов нетрещиноподобного типа на основе стандартного метода РГК (определение типа, размера и положения дефектов в плоскости сварного шва), учитывающий недостатки использования метода при определении глубины залегания н объемные параметры обнаруженного дефекта.

5). В результате использования автором теоретической модели напряженно-деформированного состояния на основе модели Кирша, было доказано, что прочность сварного стыкового шва. содержащего внутренний сварочный дефект(ы) гладкой формы типа «пора», не снижается по сравнению с бездефектным изделием (основным металлом), так как ору по-еечение детали в зоне шва имеет одинаковый размер с основным металлом, в го время как тело сварною шва обладает более высокими прочностными характеристиками.

6). Экспериментальные исследования, проведенные автором, показывают, что относительная площадь ДНТ в сварном шве начинает оказывать влияние на механические и эксплуатационные свойства при статическом нагружении в: продольном сечении образца - 28%; поперечном сечении образца - 36.5%

7). Разработан критерий разрушения стыковых снариых соединений при наличии ДНТ н металле сварного шва на основе снсгемы уравнении, описывающая зависимость изменения относительного удлинения и уншрения от площади дефектов в сварном шве.

8). Предложенный метод анализа дефектов нетрещннонодобного типа позволяет рассматривать общую каршн) с размером н расположением дефектов с позиции статистической модели качества, которая отражает физическое представление о прочность основного металла н сварного соединения, а также ожидаемого экономического эффекта от экономии порядка 287 тыс.руб. на 1000 погонных метров стыковых сварных швов стальною корпуса судна.

9). Одобрить выполненную инженером Нгуен Зюи Линь научно-исследовательскую работу, продолжить исследования по изучению влияния дефектов сварных швов на свойства стальных корпусов судов.

11ачалм1пк ЦЗЛ, ДО "ЮЦСС" /< ».А. Лысенко

■•coeool

Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Астраханский государственный технический университет»

Система менеджмента качества в области образования, воспитания, науки и инноваций сертифицирована DQS по международному стандарту ISO 9001:2015

. г*ьо повс^Т1

И»

ПГВЕРЖДАЮ Проректор по парной работе и инновациям, д.х.й., профессор

-

Г. Берберова

2018 I.

АКТ

о внедрении результатов научно-исследовательской работы Нгуен Зюи

Линь в учебный процесс Мы нижеподписавшиеся, директор Института морских гехнологий, энергетики и транспорта, к. т. п., доцент А. В. Титов и заведующий кафедрой «Судостроение и энергетические комплексы морской техники», к. т. н., доцент Л. Р. Рубан подтверждаем внедрение в учебный процесс для студентов направлений 26.03.02 и 26.04.02 ^Кораблестроение, океанотехника и системотехники объектов морской шфраструктуры» результатов научно-исследовательской работы Нгуен Зюи Линь «Влияние сварочных дефектов корпуса при строительстве и эемонте судов на срок их службы».

Результаты научно-исследовательской работы используются при проведении лекционных, практических занятий, при разработке сурсовых проектов (работ) по дисциплинам «Технология судоремонта», (Технология судостроения и судоремонта», «Основы САПР», «САПР .юрской техники», при разработке выпускных квалификационных работ студентов, а также в научно-исследовательской работе.

Директор Института морских технологий, энергетики и транспорта, к. т. п., доцент

Заведующий кафедрой «Судостроение и энергетические комплексы морской техники», к. т. п., доцент

/ А.В. Титов

А.Р. Рубан