Preview

Надежность и безопасность энергетики

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СНИЖЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТУРБИНЫ НА ССКП

https://doi.org/10.24223/1999-5555-2017-10-3-223-231

Полный текст:

Аннотация

При длительной высокотемпературной эксплуатации однородные сварные соединения жаропрочных сталей ферритного и мартенситного классов разрушаются по IV типу — по мягкой прослойке (МП) в зоне термического влияния (ЗТВ), соответствующей участкам мелкого зерна и межкритического интервала, а разнородные сварные соединения — по обезуглероженной МП в зоне сплавления. При этом коэффициент снижения прочности сварных соединений существенно уменьшается с увеличением времени и температуры эксплуатации.

На основании экспериментальных исследований построена расчетная модель ползучести и разрушения сварных соединений жаропрочных сталей, позволяющая прогнозировать коэффициенты снижения прочности сварных узлов с учетом конструктивно-технологических факторов и изменения механизмов разрушения на стадии проектирования. Проведены испытания на длительную прочность образцов из однородных сварных соединений мартенситной стали Р91 и разнородных соединений Р91 и хромомолибденованадиевой стали 15Х1М1Ф при температуре 620°С. Для исследования металла ЗТВ выполнена имитация термического цикла сварки на установках ИМЕТ-ЦКТИ и Gleeble-3800. Также было выполнено численное моделирование на основе уравнений состояния в форме Качанова-Работнова с учетом трех стадий ползучести, влияния трехосности напряженного состояния, изменения показателей степени в уравнениях ползучести и разрушения от напряжений.

По результатам расчетов выявлены и описаны закономерности изменения длительной прочности сварных образцов из стали Р91 от относительной ширины МП и соотношения скоростей ползучести основного металла и МП. Получена количественная оценка длительной прочности разнородного сварного соединения на модели образца с двумя МП с одинаковыми свойствами, соответствующими металлу разупрочненной части ЗТВ однородного сварного соединения. Выявлено перемещение разрушения в зону сплавления при снижении напряжений, что подтверждено экспериментально. Полученные закономерности хорошо согласуются с теоретическими и экспериментальными исследованиями Л. М. Качанова, Д. Р. Хэйхарста, В. Н. Земзина, Р. З. Шрона и др. 

Об авторах

А. А. Ланин
ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)
Россия
ул. Атаманская, д. 3/6, 191167, Санкт-Петербург


С. А. Ильин
ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)
Россия
ул. Атаманская, д. 3/6, 191167, Санкт-Петербург


Т. В. Прохорова
ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)
Россия
ул. Атаманская, д. 3/6, 191167, Санкт-Петербург


В. В. Рева
ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)
Россия
ул. Атаманская, д. 3/6, 191167, Санкт-Петербург


Список литературы

1. Земзин В. Н. Жаропрочность сварных соединений – Л. : Машиностроение, 1972. – 272 с.

2. Шрон Р. З. О прочности при растяжении сварных соединений с мягкой прослойкой в условиях ползучести // Сварочное производство. – 1970. – №5. – С. 6 – 8.

3. Шрон Р. З., Корман А. И. Влияние неоднородности свойств сварных соединений на их склонность к хрупким разрушениям в условиях ползучести // Сварочное производство. – 1972. – №12. – С. 12 – 14.

4. Бакши О. А., Шрон Р. З. О расчетной оценке прочности сварных соединений с мягкой прослойкой // Сварочное производство. – 1971. – №3. – С. 3 – 5.

5. Ланин А. А., Ильин С. А, Прохорова Т. В. Исследование разнородных сварных стыковых соединений толстостенных труб системы паровпуска паровых турбин // Тяжелое машиностроение. – 2008. – №6. – С. 21 – 25.

6. Прохорова Т. В., Ланин А. А. Длительная прочность однородных и разнородных сварных соединений жаропрочных сталей с мягкой прослойкой // «Обеспечение надежности теплоэнергетического оборудования в условиях длительной эксплуатации»: доклады II Международной конф. (Челябинск, 17 – 21 мая 2010 г.). – Челябинск, 2010. – C. 130 – 136.

7. Hayhurst D. R. CDM mechanisms-based modelling of tertiary creep: ability to predict the life of engineering components // Arch. Mech. – 2005. – v. 57, №2 – 3. – P. 103 – 132.

8. Tu S., Wu R., Sandström R. Design against creep failure for weldments in 0.5Cr0.5Mo0.25V pipe // Int. J. of Pres. Ves. and Piping. – 1994. – v. 58. – P. 345 – 354.

9. Hayhurst R. J., Mustata R., Hayharst D. R. Creep constitutive equations for parent, Type IV, R-HAZ, CG-HAZ and weld material in the range 565 – 640°C for Cr-Mo-V weldments // Int. J. of Pres. Ves. and Piping. – 2005 – v. 82. – P. 137 – 144.

10. Hyde T. H., Williams J. A., Becker A. A., Sun W. A review of the fi nite element analysis of repaired welds under creep conditions // OMMI. – 2003. – v. 2, №2. – URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/ download?doi=10.1.1.515.98&rep=rep1&type=pdf (дата обращения 21.01.2017).

11. Eggeler G., Ramteke A. Analysis of creep in a welded ‘P91’ pressure vessel // Int. J. of Pres. Ves. and Piping. – 1994. – v. 60. – P. 237 – 257.

12. Perrin J. Hayhurst D. R., Ainsworth R. A. Approximate creep rupture lifetimes for butt welded ferritic steel pressured pipes // Eur. J. Mech. A/Solids. – 2000.– v. 19. – Р. 223 – 258.

13. Gaff ard V. Experimental study and modelling of high temperature creep fl ow and damage behaviour of 9Cr1Mo-NbV steel weldments: PhD thesis – France, 2004. – 329 p.

14. Gorash Y. Development of a creep-damage model for nonisothermal long-term strength analysis of high-temperature components operating in a wide stress range: PhD thesis. – Halle, 2008. – Р. 108.

15. Stepanova T. R., Prokhorova T. V. Modeling of the High Temperature Creep and Rupture under the Complex Stress State // Materials Science Forum. – 2016. – v. 870. – P. 528 – 534.

16. Dimmler G. P., Weinert G., Cerjak H. Extrapolation of short-term creep rupture data – The potential risk of over-estimation//IJPVP. – 2008. – v. 85. – P. 55 – 62.

17. Kloc L., Fiala J. On Creep Behaviour of Several Metallic Materials at Low Stresses and Elevated Temperatures // Chem. Papers – 1999 – v. 53, №3 – P.155 – 164.

18. Esposito L., Bonora N. A primary creep model for Class M materials // Materials Science and Engineering A – 2011. – v. 528. – P. 5496 – 5501.

19. Kloc L. Internal stress model for pre-primary stage of low-stress creep//15th International Conference on the Strength of Materials (ICSMA-15) J. Phys.: Conf. Ser. – 2010. – vol. 240, №1. – 012086 – URL: http://iopscience.iop.org/1742-6596/240/1/012086 (дата обращения 21.02.2016).

20. Kloc L., Sklenichka V. Influence of the loading history on the creep of the 9% chromium steel at low creep rates // METAL 2004 (13): Int. Conf. (Hradec nad Moravicí (CZ), 04.05.18-04.05.20). – Hradec nad Moravicí (CZ), 2004. – P. 1 – 7.

21. Гецов Л. Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. В двух книгах. Кн. 1/ Л. Б. Гецов. – Рыбинск: ООО «Издательский дом «Газотурбинные технологии», 2010. – 611 с.

22. Eggeler G., Wiesner C. A numerical study of parameters controlling stress redistribution in circular notched specimens during creep // Journal of strain analysis – 1993. – v. 28. – P. 13 – 22.

23. Hancock J. W., Mackenzie A. C. On the mechanisms of ductile failure in high-strength steels subjected to multi-axial stress-states // J. Mech. Phys. Solids, – 1976. – v. 24. – P. 147 – 169.

24. Holmström S., Rantala J. Modeling and verifi cation of creep strain and exhaustion in a welded steam mixer // Journal of Pressure Vessel Technology. – 2009. – v. 131, №6, 061405. – 5 p.

25. Penny R. K., Mariott D. L. Design for Creep – sec. ed. – London: Chapman&Hall, 1995. – 430 p.

26. Прохорова Т. В. Прогнозирование длительной прочности разнородных сварных соединений хромомолибденованадиевых и 9–12% хромистых сталей: дис. канд. тех. наук. – СПб, 2017. – 185 с.


Для цитирования:


Ланин А.А., Ильин С.А., Прохорова Т.В., Рева В.В. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СНИЖЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТУРБИНЫ НА ССКП. Надежность и безопасность энергетики. 2017;10(3):223-231. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2017-10-3-223-231

For citation:


Lanin A.A., Ilin S.A., Prokhorova T.V., Reva V.V. PREDICTION OF STRENGTH REDUCTION FACTOR FOR WELDED JOINTS OF REDICTION OF STRENGTH REDUCTION FACTOR FOR WELDED JOINTS OF TURBINES WITH ULTRA SUPERCRITICAL STEAM PARAMETERS URBINES WITH ULTRA SUPERCRITICAL STEAM PARAMETERS. Safety and Reliability of Power Industry. 2017;10(3):223-231. (In Russ.) https://doi.org/10.24223/1999-5555-2017-10-3-223-231

Просмотров: 123


ISSN 1999-5555 (Print)
ISSN 2542-2057 (Online)