Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики

Представлен ряд разработок ИЭС им. Е. О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистраль...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
1. Verfasser:	Патон, Б.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102020
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики / Б.Е. Патон // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 3-11. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102020
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1020202025-02-23T18:07:20Z Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики PWI investigations and developments for modern power engineering Патон, Б.Е. Научно-технический раздел Представлен ряд разработок ИЭС им. Е. О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистральных газопроводов большого диаметра, технология и оборудование для создания энергосберегающих теплообменных устройств. Отмечены разработки, направленные на повышение коррозионной стойкости твэлов и безопасной эксплуатации АЭС благодаря применению жаропрочной износостойкой механизированной наплавки коррозионностойкими сплавами трубопроводной арматуры. Представлены практические рекомендации по ремонту магистральных трубопроводов без вывода их из эксплуатации. Выполнены исследования, показавшие возможность применения акустической эмиссии для мониторинга сварных конструкций, работающих при высоких температурах. Разработан способ для предотвращения катастрофического вытекания нефти из разрушенных труб скважин нефтедобывающих платформ. Presented is a series of developments of the E. O. Paton Electric Welding Institute for power engineering, in particular, welding technologies of large dimension turbine rotors, electron beam welding of large thickness semi-products from high-strength steels, submerged arc welding technology and pulsating flash-butt welding of pipes for large diameter main gas pipelines, technology and equipment for development of energy-saving heat-exchanging devices. The developments, directed on increase of fuel element corrosion resistance and safe operation of nuclear power station due to application of mechanized high-temperature wear-resistant surfacing of pipe fittings by corrosion resistant alloys, were marked. Practical recommendations on repair of main pipelines without their removal from operation are presented. The investigations showing the possibility of acoustic emission application for monitoring of the welded structures operating at high temperatures were carried out. The method for prevention of catastrophic oil outflow from fractured pipes of wells of oil-refining platforms was developed. Доклад представлен на Международной конференции «Сварка и родственные технологии – настоящее и будущее», 25–26 ноября 2013 г., Киев, ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 2014 Article Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики / Б.Е. Патон // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 3-11. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102020 621.791:62-112.81.001.13 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Патон, Б.Е. Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Представлен ряд разработок ИЭС им. Е. О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистральных газопроводов большого диаметра, технология и оборудование для создания энергосберегающих теплообменных устройств. Отмечены разработки, направленные на повышение коррозионной стойкости твэлов и безопасной эксплуатации АЭС благодаря применению жаропрочной износостойкой механизированной наплавки коррозионностойкими сплавами трубопроводной арматуры. Представлены практические рекомендации по ремонту магистральных трубопроводов без вывода их из эксплуатации. Выполнены исследования, показавшие возможность применения акустической эмиссии для мониторинга сварных конструкций, работающих при высоких температурах. Разработан способ для предотвращения катастрофического вытекания нефти из разрушенных труб скважин нефтедобывающих платформ.
format	Article
author	Патон, Б.Е.
author_facet	Патон, Б.Е.
author_sort	Патон, Б.Е.
title	Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики
title_short	Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики
title_full	Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики
title_fullStr	Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики
title_full_unstemmed	Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики
title_sort	исследования и разработки иэс им. е. о. патона для современной энергетики
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102020
citation_txt	Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики / Б.Е. Патон // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 3-11. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT patonbe issledovaniâirazrabotkiiésimeopatonadlâsovremennojénergetiki AT patonbe pwiinvestigationsanddevelopmentsformodernpowerengineering
first_indexed	2025-11-24T06:04:51Z
last_indexed	2025-11-24T06:04:51Z
_version_	1849650621351723008
fulltext	3ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 УДК 621.791:62-112.81.001.13 ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ ИЭС им. Е. О. ПАТОНА ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ* Б. Е. Патон ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Представлен ряд разработок ИЭС им. Е. О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистральных газопроводов большого диаме- тра, технология и оборудование для создания энергосберегающих теплообменных устройств. Отмечены разработки, направленные на повышение коррозионной стойкости твэлов и безопасной эксплуатации АЭС благодаря применению жаропрочной износостойкой механизированной наплавки коррозионностойкими сплавами трубопроводной арматуры. Представлены практические рекомендации по ремонту магистральных трубопроводов без вывода их из эксплуатации. Выполнены исследования, показавшие возможность применения акустической эмиссии для мониторинга сварных кон- струкций, работающих при высоких температурах. Разработан способ для предотвращения катастрофического вытека- ния нефти из разрушенных труб скважин нефтедобывающих платформ. Рис. 20. К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка под флюсом, контактная сварка пульсирующим оплавлением, электронно-лучевая сварка, защитные покрытия твэлов, оребренные плоскоовальные трубы, ультразвуковой контроль сварных швов, акустическая эмиссия, износостойкая наплавка, техническая диагностика Развитие энергетики во многом определяет мас- штабы и темпы роста мировой экономики. По самым осторожным оценкам, в XXI в. общее энергопотребление на планете удвоится. Наи- более интенсивно будет расти производство элек- троэнергии (рис. 1), которое к 2030 г. достиг- нет 40 % мирового спроса на энергоресурсы. Уголь, нефть и газ останутся главным источни- ком энергии в ближайшие десятилетия. Однако их месторождения исчерпываются, а разведка новых требует значительных инвестиций. При этом экологические последствия от использова- ния ископаемого топлива становятся все боль- ше угрожающими: атмосферные выбросы ведут не только к загрязнению окружающей среды и ухудшению здоровья населения, но и к глобаль- ным изменениям климата. Сегодня усилия мирового сообщества на- правлены на: • повышение эффективности энергопотребления; • развитие экономически обоснованных источ- ников энергии; • снижение вредных выбросов с помощью при- менения новых технологий и более экологичных видов топлива, таких как природный газ, атомная энергия и возобновляемые источники. Решение этих сложных задач, направленных на создание энергетики будущего, более чем когда-либо зави- сит от результатов научных исследований, их бы- строго и эффективного использования. Весомый вклад в создание энергоэффектив- ных, экологически чистых технологий и про- дуктов вносят ученые и специалисты-сварщики. Современное сварочное производство является © Б. Е. Патон, 2014 Рис. 1. Рост мирового производства электроэнергии Рис. 2. Рынок сварочной техники по состоянию на 2011-2012 гг. * Доклад представлен на Международной конференции «Сварка и родственные технологии – настоящее и будущее», 25–26 ноября 2013 г., Киев, ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины 4 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 одной из наукоемких, межотраслевых составля- ющих мировой экономики. В развитых странах с применением сварочных технологий произво- дится более половины национального валового продукта. Рынок сварочной техники, несмотря на кратковременные спады в период мировых кри- зисов, продолжает уверенно расти. В 2012 г. объ- ем мирового рынка сварочной техники составил 17 млрд дол. США и, по оценке экспертов, в бли- жайшие пять лет возрастет до 22 млрд дол. США. Наибольшую его долю составляет рынок сварочной техники в энергетике (рис. 2). Прогнозируется, что в ближайшие три года он увеличится на 30 %. Сегодня имеется мощный арсенал технологий, которые позволяют получать неразъемные соеди- нения различных конструкционных и функцио- нальных материалов. Сварочные технологии дают возможность создавать уникальные конструкции энергетического оборудования — турбин, энерге- тических котлов, корпусов реакторов АЭС и др. Институт электросварки им. Е.О. Патона выпол- няет большой комплекс работ в области сварки и родственных технологий для энергетической отрас- ли. Применительно к турбостроению разработана и внедрена в производство технология и специали- зированное оборудование для сборки и автомати- ческой сварки под флюсом в узкую разделку круп- ногабаритных роторов мощных паровых турбин для тепловых и атомных электростанций на одном сборочно-сварочном стенде. При этом роторы ци- линдров низкого и среднего давления изготавлива- ются из отдельных дисков, что исключает достаточно сложную проблему получения крупногабаритных тяжелых цельнокованых заготовок для роторов мас- сой до 200 т и длиной более 10 м. Установка сборки и сварки укомплектована четырьмя аппаратами для автоматической сварки под флюсом с программным управлением процесса раскладки валиков в узкой разделке и системой слежения электрода за дном и стенками разделки кромок (рис. 3). Для производства изделий энергетического ма- шиностроения необходимо сваривать заготовки из высокопрочной стали большой толщины. Весьма эффективна для этого электронно-лучевая сварка (ЭЛС), которая обеспечивает высокую производи- тельность сварочного процесса, высокое качество соединений и минимальные деформации. В ИЭС им. Е. О. Патона выполнены исследования и раз- работки по созданию технологий и оборудования для ЭЛС конструкционных сталей толщиной до 210 мм (рис. 4). Стабильное формирование свар- ных соединений и предотвращение дефектов в ме- талле глубоких швов достигается с помощью раз- вертки луча с его параллельным переносом вдоль и поперек направления сварки. Задача получения сварных соединений высоко- го качества значительно усложняется на участке замыкания кольцевого шва, где возникают корне- Рис. 3. Автоматическая сварка под флюсом ротора паровой турбины мощностью 1000 МВт для АЭС (а) и макрошлиф металла сварного шва ротора паровой турбины (б) Рис. 4. Макрошлифы поперечного сечения кольцевых швов низколегированной стали большой толщины, выполнен- ных многослойной дуговой сваркой под флюсом (а) и одно- проходной ЭЛС (б) 5ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 вые дефекты. Она решена с помощью применения развертки луча, фокусировки пучка в плоскости на 10 мм выше середины шва и наклона плоско- сти стыка и сварочного пучка на угол 10º относи- тельно горизонта. На рис. 5 хорошо видно каче- ственное формирование закругления в корне шва и полное отсутствие дефектов. Созданы новое поколение крупногабаритных вакуумных камер, технологии их сборки и ЭЛС (рис. 6). Основной отличительной чертой этих ка- мер является использование двух вакуумно-плот- ных и прочных оболочек, соединенных между со- бой ребрами жесткости. Высокая геометрическая точность стенок камеры обеспечивает новые воз- можности построения высокоточных манипуля- торов пушки и изделия. Для управления манипу- ляторами и всем процессом сварки разработано программное обеспечение с удобным графиче- ским интерфейсом оператора. Разработанная технология ЭЛС высокопроч- ных сталей большой толщины имеет перспективы применения при изготовлении корпусов реакто- ров АЭС. Как показывает практика, продолжи- тельность дуговой сварки кольцевых швов в кор- пусе реактора составляет сотни часов, тогда как ЭЛС такого шва — нескольких часов. Принципи- альная схема предлагаемой промышленной уста- новки для сварки кольцевых швов корпуса реакто- ра ВВР-1000 показана на рис. 7. Развитие атомной энергетики неразрывно свя- зано с повышением безопасности атомных реак- торов и снижением затрат на их эксплуатацию. Рис. 5. Макрошлифы участка замыкания кольцевого шва при ЭЛС стали 15Х2НМФА толщиной 150 мм Рис. 6. Оборудование ЭЛС, изготавливаемое в ИЭС им. Е. О. Патона Рис. 7. Принципиальная схема промышленной установки для ЭЛС кольцевых швов корпуса реактора ВВР-1000 (а) и схема корпуса реактора (б) 6 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 Причиной аварийной ситуации на атомной стан- ции Фукусима-1 стало химическое взаимодей- ствие циркониевых оболочек твэлов с паром. Пароциркониевая реакция привела к генерации водорода, вследствие чего и произошел взрыв. Одним из путей снижения затрат на эксплуатацию АЭС является увеличение цикла перезагрузки ядерного топлива, что также требует повышения коррозионной стойкости циркониевых сплавов в воде в штатном режиме работы реактора. Поэто- му разработка методов и технологии изготовления твэлов, обеспечивающих повышение коррозион- ной стойкости циркониевых оболочек в воде и паре в штатном и аварийном режимах работы ре- актора, является актуальной. Одним из путей решения этой задачи является создание на поверхности циркониевой оболочки твэлов защитных покрытий, которые должны обе- спечить ей более длительный срок эксплуатации в штатном режиме, а в случае аварийной ситуации существенно снизить вероятность возникновения пароциркониевой реакции. Для решения поставленной задачи были про- ведены исследования, направленные на разра- ботку метода осаждения толстых покрытий на основе карбида кремния на циркониевые оболоч- ки твэлов. Предлагаемый метод основан на ис- пользовании разработанного в институте высо- коскоростного электронно-лучевого осаждения толстых покрытий неорганических материалов. Использование мощных электронно-лучевых пу- шек в стационарном режиме позволяет испарять в вакууме с большой скоростью металлические и керамические вещества и формировать на их ос- нове покрытия с заданной структурой. Этот метод может обеспечить осаждение покрытий на основе карбида кремния со скоростями 5…10 мкм/мин и получить покрытия на длинномерных оболочках твэлов со скоростью порядка 1 м/мин. Отличи- тельной особенностью разработанного метода яв- ляется возможность совмещения процесса осаж- дения покрытий с другими процессами, которые необходимы для обеспечения высокой прочности сцепления подложки и покрытия, модифицирова- ния структуры покрытия и т. п. Общий вид фрагментов циркониевых оболочек твэлов без покрытия и с покрытием представлен на рис. 8. Разработанная методика осаждения обе- спечивает получение однородного по поверхности бездефектного покрытия с малой шероховатостью и высокой адгезионной прочностью, с высокой твердостью, без дефектов как в самом покры- тии, так и на границе раздела покрытие–подложка (рис. 9). ИЭС им. Е. О. Патона совместно с ВНИИНМ им. А. А. Бочвара проведены исследования кор- розионной стойкости покрытий при высоких тем- пературах (аварийный режим работы твэлов), ко- торые показали их стойкость к окислению. Как видно из рис. 10, в процессе испытания покры- тие сохраняет целостность и хорошее сцепление с подложкой, тогда как образцы без покрытия при тех же условиях испытывают интенсивную корро- зию в непокрытой области циркониевого образца. ИЭС им. Е. О. Патона совместно с Киевским политехническим институтом разработал техно- логию и оборудование для поперечного оребрения плоскоовальных труб способом контактной свар- ки и создания на их основе широкой номенклату- ры энергосберегающих теплообменных устройств (рис.11). Поперечное оребрение плоскоовальных труб способом контактной сварки имеет ряд не- оспоримых преимуществ: высокую технологич- Рис. 8. Общий вид фрагментов циркониевых оболочек без покрытия (а) и с покрытием (б) на основе карбида кремния Рис. 9. Микроструктура покрытий на основе карбида кремния Рис. 10. Общий вид циркониевых образцов до (а) и после (б) испытания на коррозионную стойкость покрытий при высо- кой температуре 7ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 ность без применения расходуемых материалов; практически идеальный термический контакт между ребрами и трубой; высокую интенсивность конвективного теплообмена; низкое аэродинами- ческие сопротивление. При модернизации котлов средней и малой мощности весьма эффективным способом экономии топлива является применение экономайзеров с плоскоовальными оребренными трубами. При этом достигается большой экономи- ческий эффект. В связи с возрастающей потребностью миро- вой экономики в энергоресурсах задача обеспе- чения надежной транспортировки углеводород- ного топлива из районов его добычи к основным потребителям является чрезвычайно актуальной. Несмотря на развитие альтернативных способов (перевозка сжиженного газа танкерами или ком- примированного газа в специальных сосудах), трубопроводный транспорт по-прежнему остает- ся преимущественным средством доставки при- родного газа к потребителям. Исследована новая многодуговая технология сварки под флюсом с комбинированным питани- ем дуг для улучшения качественных показателей сварных соединений за счет оптимизации фази- ровки дуг, режимов их горения и установочных параметров электродов. Для заводского изготов- ления труб разработаны 4- и 5-дуговые процессы сварки с повышенным до 1900 А током передней дуги, что позволило уменьшить размеры разделки кромок, повысить скорость сварки и снизить рас- ходы сварочных материалов (рис. 12). Дополни- тельным преимуществом в этом случае является благоприятная конфигурация линии сплавления, что улучшает результаты испытания на ударный изгиб металла сварных соединений, особенно тол- стостенных труб. Технология рекомендована для сварки труб с толщиной стенки от 25 до 50 мм. При изготовлении труб с небольшой и средней толщиной стенки можно применять многодуговую сварку с электродом меньшего диаметра (3,2 мм) на первой дуге, отличающуюся глубоким проваром, до- статочно благоприятным формированием швов и не- которым cнижением погонной энергии. Для обеспечения высоких показателей вязко- сти в институте разработана система управления химическим составом и структурой металла шва труб. Она основана на использовании многодуго- вой сварки под флюсом, при которой на отдель- ных дугах устанавливаются сварочные проволоки разного химического состава, что позволяет дози- рованно с большой точностью регулировать со- держание легирующих элементов в металле шва в зависимости от состава применяемой трубной стали, режимов сварки и других факторов. При изготовлении труб наибольшее распространение получило сочетание агломерированного алюми- натного флюса небольшой основности и свароч- ных проволок, содержащих марганец, молибден, или марганец, никель, молибден, или марганец, молибден, титан, бор. Требуемый химический состав шва достигается путем изменения количе- ства дуг со сварочной проволокой той или иной системы легирования и различной скорости ее подачи на отдельных дугах. Управление химиче- ским составом металла шва труб обеспечивает Рис. 11. Плоскоовальные трубы с поперечным оребрением для энергосберегающих теплообменных устройств: а — схема по- тока теплоносителя; б — элементы труб; в — секция экономайзера-утилизатора мощностью 0,2 МВт; г — автоматизирован- ная установка для контактной сварки плоскоовальных труб 8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 получение наиболее благоприятной его структу- ры. На рис. 13, в показана микроструктура метал- ла продольного шва газо- и нефтепроводной тру- бы диаметром 1420 мм с толщиной стенки 25 мм из стали класса прочности К60 (категории Х70), состоящей из 85…90 % игольчатого феррита и не менее 1 % межзеренного полигонального ферри- та. Такая структура гарантирует высокие вязкие характеристики металла шва, например, ударную вязкость в пределах 180…200 Дж/см2 на образцах с острым надрезом при температуре –30 °С. Разработанное сочетание сварочных материа- лов и новые процессы многодуговой сварки под флюсом, в том числе с повышенным током перед- ней дуги, включая рекомендации по оптимизации режимов и установочных параметров, реализова- ны на различных трубосварочных заводах Укра- ины и Российской Федерации при изготовлении труб с толщиной стенки от 16 до 40 мм из стали класса прочности К60-К65 (категории Х70-Х80) для магистральных трубопроводов. При строительстве магистральных трубопро- водов ИЭС им. Е. О. Патона совместно с органи- зациями ОАО «Газпром» накопил большой опыт использования контактной стыковой сварки не- поворотных стыков трубопроводов в полевых условиях в различных климатических зонах, в частности в районах Крайнего Севера. Комплек- сами «Север» (рис. 14) и другими сварочными машинами контактным способом было сваре- но более 70 тыс. км различных трубопроводов, в том числе больших диаметров, которые успешно эксплуатируются. В настоящее время институт разрабатыва- ет новый процесс контактной сварки труб, полу- чивший название «пульсирующее оплавление» (КСО). Новизна заключается в том, что благодаря применению быстродействующих систем управ- ления сварочной машиной и новых алгоритмов управления возможна значительная интенсифика- ция нагрева при одинаковой установленной мощ- ности источника электрического питания. Процесс пульсирующего оплавления име- ет ряд преимуществ по сравнению с непрерыв- ным оплавлением. Так, режим сварки с исполь- зованием пульсирующего оплавления уменьшает время сварки кольцевого стыка по сравнению с непрерывным с 3,5…4 мин до 2 мин, а припуск на оплавление сокращается почти в 2 раза. По- следнее весьма существенно, так как при этом снижаются соответственно потери металла. Бла- годаря использованию систем автоматического регулирования скорости оплавления удалось по- Рис. 13. Микроструктура (×500) металла швов труб из стали класса прочности К60, выполненных с применением различных сварочных материалов: а – Mn–Mo система легирования, кислый плавленый флюс, полигонального феррита 20…25 %; иголь- чатого 35…45 %; KV–30 = 27…30 Дж/см2; б – Mn–Ni–Mo система легирования, алюминатный агломерированный флюс неболь- шой основности, полигонального феррита 3…5 %, игольчатого 75…80 %; KV–30 = 80…100 Дж/см2; в – Mn–Mo–Ti–B система легирования, алюминатный агломерированный флюс небольшой основности, полигонального феррита менее 1 %, игольчатого 85…90 %; KV–30 = = 180…200 Дж/см2 Рис. 12. Многодуговая сварка под флюсом трубы диаметром 1420 мм с толщиной стенки 40 мм: а — 5-дуговая сварка на- ружного шва, скорость 110 м/ч; б — 4-дуговая сварка вну- треннего шва, скорость 100 м/ч; в — макрошлиф сварного со- единения трубы 9ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 лучить качественную сварку при меньших удель- ных мощностях, чем при сварке труб комплекса- ми «Север». Поэтому при сварке труб диаметром 1420 мм с толщиной стенки 27 мм применим источник с установленной пиковой мощностью до 1300 кВ/А. В соответствии с требованиями международ- ных стандартов АРІ1104 и DNV-OS-F101 были определены механические свойства сварных сое- динений в состоянии после сварки и после термо- обработки. Так, в состоянии после сварки предъ- являемым требованиям удовлетворяют показатели прочности (σв = 516,0…523,6 МПа) и угол заги- ба (180° при отсутствии трещин), а ударная вяз- кость ниже нормативных требований (KCV+20 = = 13,3…17,1; KCV–20 = 6,1…9,7 Дж/см2) из-за на- личия в зоне термического влияния крупнозер- нистой структуры с повышенным содержанием феррита. Для увеличения ударной вязкости разрабо- тана технология термообработки соединений, выполненных КСО, с использованием локаль- ного индукционного нагрева после сварки. Ме- ханические свойства сварных соединений в со- стоянии после термообработки следующие: σв = = 550,6…561,4 МПа, угол загиба 180°, KCV+20 = = 147,9…219,5, KCV–20 = 86,8…171, Дж/см2. Уста- новлено, что наиболее высокие показатели удар- ной вязкости сварных соединений, выполнен- ных КСО на стали класса прочности К56, могут быть получены при температурах нормализации 950…1000 °С и длительности нагрева в преде- лах 2,5…3,0 мин (рис. 15), а охлаждение после нагрева должно проводиться со скоростью не меньше 8 °С/с. При испытаниях контрольной партии соеди- нений, сваренных на оптимальном режиме с по- следующей термической обработкой, качество соединений полностью удовлетворяет требова- ниям стандартов. Одновременно с разработкой технологии свар- ки были определены алгоритмы выявляемости де- фектов соединений, выполненных КСО с исполь- зованием средств современной ультразвуковой дефектоскопии. Разработаны также системы и ал- горитмы операционного компьютеризированного контроля параметров сварки, позволяющего оце- нивать качество соединений сразу же после окон- чания сварки. При этом автоматическая система дает в печатном виде документ на каждый стык, в котором указываются реальные значения всех па- раметров процесса сварки, их отклонения от за- данных программой значений и оценка качества соединений. Разработана технология неразрушающего кон- троля кольцевых швов толстостенных труб, вы- полненных КСО. Технология базируется на использовании эхозеркального метода ультразву- кового контроля, который реализуется с помощью преобразователей, включенных по схеме тандем. Характерно, что дефекты при КСО располо- жены в одной плоскости соединения. При КСО толстостенных труб эта плоскость всегда перпен- дикулярна оси трубы, что облегчает локацию де- фектов, при которой можно не учитывать все сиг- налы от структурной неоднородности металла, поступающие от участков, которые расположены за пределами плоскости соединения. Выделены две категории дефектов, которые могут быть вы- явлены ультразвуковым контролем: дефекты, свя- занные с химической неоднородностью металла, и дефекты, вызванные нарушениями режима свар- ки. Определены алгоритмы оценки дефектов со- единений, выполненных КСО, которые гармо- низированы с эталонами при ультразвуковом контроле соединений, выполненных электроду- говыми способами сварки. В результате этих исследований сертифици- рована технология неразрушающего контроля соединений труб, полученных КСО, требуемая в соответствии с нормативами как обязательная операция. В результате выполненных исследований ИЭС им. Е. О. Патона совместно с заводом «Псковэлек- тросвар» разработал комплекс оборудования для КСО морских трубопроводов диаметром 1219 мм с толщиной стенки 27 мм для использования на Рис. 14. Комплекс «Север» для сварки труб магистральных нефте- и газопроводов Рис. 15. Зависимость средних значений ударной вязкости от времени выдержки при температуре термической обра- ботки 1000 °С 10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 трубоукладочной барже (рис. 16). Комплекс изго- товлен и проходит испытания. Эксплуатационная надежность работы тепло- вых и атомных электростанций в значительной мере зависит от герметичности и высокой изно- состойкости уплотнительных поверхностей тру- бопроводной арматуры. Эрозионный и коррози- онный износ, трещины термической усталости, а также появление задиров на трущихся поверхно- стях – основные причины выхода трубопроводной арматуры из строя. Разработаны материалы, технология и обору- дование для механизированной наплавки деталей энергетической трубопроводной пароводяной арма- туры высоких параметров всех типоразмеров. Ши- роко используется наплавка жаропрочными износо- и коррозионностойкими сплавами, что позволило существенно продлить срок службы арматуры и по- высить ее надежность. Совершенствование процес- сов наплавки уплотнительных поверхностей армату- ры будет идти по пути ее автоматизации и создания новых износостойких сплавов. В институте разработаны практические рекомен- дации по ремонту сваркой магистральных трубо- проводов без вывода их из эксплуатации. Они вклю- чают комплекс методик и инженерных руководств по оценке состояния магистральных трубопрово- дов с обнаруженными дефектами, а также по пла- нированию ремонта сваркой под давлением. При- менительно к типичным дефектам магистральных трубопроводов (локальные и общие коррозионные повреждения металла, трещины, дефекты формы) предложены критерии для оценки их допустимости с позиций степени снижения несущей способности трубопровода как при эксплуатации, так и во время ремонта (рис. 17). Особое внимание уделено вопро- сам планирования ремонтных работ с использовани- ем различных усиливающих конструкций: сварных бандажей, герметичных муфт, муфт с компаундным наполнителем. Поскольку оборудование для тепловых и атом- ных электростанций работает при высоких тем- пературах и давлениях, то применение тради- ционных средств неразрушающего контроля в процессе эксплуатации невозможно. Поэтому не- обходимо создание методов и средств для мони- торинга технического состояния энергетических объектов. Были проведены исследования, которые впервые показали возможность применения мето- да акустической эмиссии для этой цели. На рис. 18 приведены графики испытаний на растяжение образцов из стали 15Х1М1Ф при комнатной тем- пературе и 500° С. Как видно, сохраняется аку- стическая активность на всех стадиях деформи- рования материала при высокой температуре, что позволяет прогнозировать разрушающие нагрузки с достаточной достоверностью. Разработана и реализуется «Программа ра- бот непрерывного акустико-эмиссионного мони- торинга на оборудовании ТЭЦ «Киевэнерго». На первом этапе исследованы диагностические кон- трольные параметры трубопроводов горячего про- межуточного перегрева, подогревателей высокого давления и деаэратора, создана и смонтирована система непрерывного мониторинга трубопрово- дов промежуточного перегрева. Система запуще- на в опытную эксплуатацию (рис. 19). Принято решение по внедрению средств и технологии не- прерывного акустико-эмиссионного мониторинга оборудования других ТЭЦ. Как известно, к тяжелым экологическим по- следствиям приводят аварии на нефтегазовых промыслах. Одна из таких аварий произошла в 2010 г. в Мексиканском заливе на нефтедобыва- ющей платформе, где из поврежденной скважины на глубине 1500 м произошло неконтролируемое вытекание нефти. Специалисты института раз- работали способ соединения разрушенных труб скважин во время вытекания нефти. Был разра- Рис. 16. Комплекс для контактной стыковой сварки оплавле- нием морских трубопроводов диаметром 1219 мм с толщиной стенки 27 мм Рис. 17. Зависимость критической длины дефекта типа ло- кального утонения sкр от минимальной допустимой толщины δmin стенки трубы 1420×20 мм из стали 17Г1С при различном внутреннем давлении: 1 — 4,5; 2 — 5,25; 3 — 6,0; 4 — 7,5 МПа 11ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 ботан и изготовлен соединительный модуль, ко- торый успешно прошел испытания (рис. 20). Функциональная схема его работы заключается в следующем. С помощью грузоподъемных ме- ханизмов опускается модуль к поврежденной ча- сти скважины. Он захватывается технологически- ми устройствами, которые удерживают модуль в вертикальном положении и не дают возможности вытекающему потоку сбросить его в сторону. При этом не происходит динамического удара и срыва модуля с места закрепления благодаря имеющим- ся в конструкции модуля необходимым отверсти- ям, которые обеспечивают свободное вытекание интенсивного потока нефти в окружающую среду. Затем эти отверстия модуля перекрываются. Для этого используются гидроцилиндры и специаль- ные шторки, предусмотренные конструкцией мо- дуля. После завершения работы гидроцилиндров и перекрытия отверстий модуля нефть направля- ется в нужном направлении по трубопроводу. Таковы разработки института, предназначен- ные для современной энергетики. Исследования и создание новых технологий продолжаются. Presented is a series of developments of the E. O. Paton Electric Welding Institute for power engineering, in particular, welding technologies of large dimension turbine rotors, electron beam welding of large thickness semi-products from high-strength steels, submerged arc welding technology and pulsating flash-butt welding of pipes for large diameter main gas pipelines, technology and equipment for development of energy-saving heat-exchanging devices. The developments, directed on increase of fuel element corrosion resistance and safe operation of nuclear power station due to application of mechanized high-temperature wear-resistant surfacing of pipe fittings by corrosion resistant alloys, were marked. Practical recommendations on repair of main pipelines without their removal from operation are presented. The investigations showing the possibility of acoustic emission application for monitoring of the welded structures operating at high temperatures were carried out. The method for prevention of catastrophic oil outflow from fractured pipes of wells of oil-refining platforms was developed. Figures 20. K e y w o r d s : submerged arc welding, pulsating flash-butt welding, electron-beam welding, protecting coating of fuels elements, finned plane-oval tubes, ultrasonic testing of welds, acoustic emission, wear-resistant surfacing, technical diagnostic, connecting module. Поступила в редакцию 01.07.2013 Рис. 18. Сопоставление сигналы акустической эмиссии в растягиваемых образцах из стали 15Х1М1Ф при комнатной температуре (а) и 500 °С (б) (А — амплитуда; Av — амплиту- да непрерывной эмиссии; Р — нагрузка) Рис. 19. Одна из точек измерения акустико-эмиссионной ак- тивности трубопровода промежуточного перегрева пара Ки- евской ТЭЦ-6 Рис. 20. Модуль для соединения разрушенных труб скважин

Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики

Institution

Ähnliche Einträge