ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Напряженно-деформированное состояние сварных угловых швов элементов нефтегазохимического оборудования из "Повышение и оценка ресурса соединений типа охватывающих и охватываемых базовых деталей оборудования" Угловые швы обычно выполняются с равными катетами и без разделки кромок (рисунок 1, а). При этом угол перехода от металла шва к основному металлу составляет 135°. Установлено, что увеличение степени провара корня шва способствует повышению прочности соединения, однако это требует применения специальных способов сварки, например, в защитных газах, электроннолучевой, лазерной и др. При ремонте аппаратов применение этих способов сварки не всегда оправдано, а иногда и невозможно. Кроме того, они требуют дефицитного и дорогостоящего оборудования. [c.5] В настоящей работе предлагается более простой способ увеличения провара корня шва за счет применения специальной разделки кромок (рисунок 1, б и в). Первый этап обоснования предложенного способа сварки - исследование напряженного состояния сварных соединений методами фотоупругости и конечных элементов. Эти методы общеизвестны, поэтому здесь не будем останавливаться на их сущности, а приведем основные результаты. Опыты проводили следующим образом. Из оптически активного материала изготовляли несколько серий образцов с различными параметрами геометрии швов. Изохромы - линии равных разностей главных напряжений - получали при нагружении образцов на полярископе ППУ-7. По частоте изохром судили о степени напряженности модели элемента. В образцах варьировали параметры, приведенные на рисунке 1. Картины изохром в характерных образцах показаны на рисунке 2 и 3. На рисунке 2 - картины изохром, полученные при испытаниях образца, моделирующего стандартный угловой шов. На рисунке 3 - для сравнения картины изохром, полученные на моделях со специальной разделкой кромок. Анализ изохром показывает, что степень концентрации напряжений в моделях с разделкой кромок примерно в 1,7 раза меньше, чем в моделях с стандартным угловым швом. [c.5] Увеличение угла р, как и в сварных соединениях со смещением кромок, способствует снижению степени концентрации напряжений. [c.5] Рисунок 1. Схемы угловых швов без разделки кромок (а) и со специальной разделкой кромок (б) и (в) (точки О и А - области с высокой концентрацией напряжений). [c.6] Метод фотоупругости достаточно просто позволяет получить картину напряженного состояния на плоских моделях. Однако многие элементы нефтегазохимической аппаратуры представляют собой оболочку вращения. В этом случае имеем осесимметричную задачу теории упругости. Прямое аналитическое решение осесимметричной задачи применительно к сварному нахлесточному соединению затруднено. Поэтому на практике подобные задачи решают численными методами. [c.6] Осесимметричные нахлесточные сть , применяются для соединений резервуаров, опорных обечаек, корпусов аппаратов и др. [c.6] Рисунок 2. Картины изохром в модели сварного соединения с угловым стандартным швом (без разделки кромок). [c.7] Рисунок 3. Картины изохром в модели сварного соединения с угловым швом повышенной прочности (с разделкой кромок). [c.7] Рисунок 4. Схема осесимметричной модели с угловым швом (а) и характерные области с концентрацией напряжений (б). [c.8] В моделях изменяли угол а, радиусы кривизны р,, р, и отношение толщины стенки к диаметру обечайки з/2К. [c.9] Очевидно в сварном шве наиболее опасны корень шва и зона перехода от металла шва к основному металлу. [c.9] Анализ результатов расчета показал, что разделка кромок под углом а (в данном случае а = 45°) позволяет снизить степень концентрации напряжений примерно в 1,2-1,7 раза. То же происходит и в моделях из оптически активного материала (см. рисунок 3). Характерное распределение напряжений в различных сечениях модели показано на рисунках 5-8. [c.9] В результате действия изгибающего момента, возникающего из-за смещения осей симметрии свариваемых элементов, напряжения в сечениях меняют знак. Наибольшие напряжения возникают непосредственно в корне шва и в области перехода от металла шва к основному металлу. При этом коэффициент концентрации напряжений от изгибающего момента примерно равен 4,0. Однако заметим, что это значение найдено без учета увеличения сечения в области сварного шва. [c.9] По мере удаления от сварного шва осевые напряжения становятся растягивающими. На расстоянии от шва, равном примерно 58, осевые напряжения распределяются равномерно, приближаясь по величине к номинальным. Очевидно, что увеличение радиуса сопряжения в корне шва способствует уменьшению коэффициента концентрации напряжений. [c.9] Рисунок 5. Распределение относительных осевых напряжений в сечении III -III для внутренней обечайки (см. рисунок 4, б). [c.10] Рисунок 6. Распределение относительных осевых напряжений в сечении III -III для внеи1ней обечайки (см. рисунок 4, б). [c.10] Рисунок 7. Распределение относительных осевых напряжений в сечении П - II (см. рисунок 4, б). [c.11] Рисунок 8. Распределение относительных осевых напряжений в корне сварного шва осесимметричной модели (см. рисунок 4, а). [c.11] Вернуться к основной статье