Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления
С целью снижения массы конструкций трубопроводов, а также сосудов, работающих под давлением, представляется перспективным использование двухслойных оболочек для образования общей стенки. Произведен расчет трех однотипных конструкций сосудов, работающих под давлением, у которых общая стенка выполнен...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102426 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления / А.А. Письменный, Р.С. Губатюк, А.С. Прокофьев, А.Ф. Мужиченко, А.С. Шинкаренко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 41-47. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859754987807047680 |
|---|---|
| author | Письменный, А.А. Губатюк, Р.С. Прокофьев, А.С. Мужиченко, А.Ф. Шинкаренко, А.С. |
| author_facet | Письменный, А.А. Губатюк, Р.С. Прокофьев, А.С. Мужиченко, А.Ф. Шинкаренко, А.С. |
| citation_txt | Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления / А.А. Письменный, Р.С. Губатюк, А.С. Прокофьев, А.Ф. Мужиченко, А.С. Шинкаренко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 41-47. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | С целью снижения массы конструкций трубопроводов, а также сосудов, работающих под давлением, представляется
перспективным использование двухслойных оболочек для образования общей стенки. Произведен расчет трех однотипных конструкций сосудов, работающих под давлением, у которых общая стенка выполнена как двухслойная оболочка.
При этом проанализированы применяемые материалы и их сочетание для изготовления внутренней и наружной оболочки общей двухслойной стенки трех типов сосудов, работающих под давлением с учетом их прочностных показателей.
Установлено, что использование в двухслойной конструкции одной и той же марки стали не приводит к эффективному
нагружению общей стенки. Применение при изготовлении наружной оболочки материала с более высокими прочностными свойствами приводит к эффективному нагружению их общей стенки, уменьшению ее толщины и соответственно
росту ее внутренних напряжений, т. е. рациональному нагружению. Рассмотрены вопросы использования для изготовления наружной оболочки сетеподобного материала, а также применение высокочастотной сваркопайки давлением при
изготовлении перспективных трубных заготовок, предназначенных для трубопроводов и сосудов высокого давления.
|
| first_indexed | 2025-12-02T00:18:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
4110/2014
УДК 621.791:621.38
СВАРНОПАЯНЫЕ ТРУБНЫЕ ЗАГОТОВКИ
ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ И СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ*
А. А. ПИСЬМЕННЫЙ, Р. С. ГУБАТЮК, А. С. ПРОКОФЬЕВ, А. Ф. МУЖИЧЕНКО, А. С. ШИНКАРЕНКО
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
С целью снижения массы конструкций трубопроводов, а также сосудов, работающих под давлением, представляется
перспективным использование двухслойных оболочек для образования общей стенки. Произведен расчет трех однотип-
ных конструкций сосудов, работающих под давлением, у которых общая стенка выполнена как двухслойная оболочка.
При этом проанализированы применяемые материалы и их сочетание для изготовления внутренней и наружной оболоч-
ки общей двухслойной стенки трех типов сосудов, работающих под давлением с учетом их прочностных показателей.
Установлено, что использование в двухслойной конструкции одной и той же марки стали не приводит к эффективному
нагружению общей стенки. Применение при изготовлении наружной оболочки материала с более высокими прочност-
ными свойствами приводит к эффективному нагружению их общей стенки, уменьшению ее толщины и соответственно
росту ее внутренних напряжений, т. е. рациональному нагружению. Рассмотрены вопросы использования для изготов-
ления наружной оболочки сетеподобного материала, а также применение высокочастотной сваркопайки давлением при
изготовлении перспективных трубных заготовок, предназначенных для трубопроводов и сосудов высокого давления.
Библиогр. 12, табл. 7, рис. 8.
К л ю ч е в ы е с л о в а : прессовая сваркопайка, трубные заготовки, тонкостенная оболочка, напряжения, расчетная
модель
Корпуса сосудов, работающих под давлением, как
правило, имеют цилиндрическую форму. При их
изготовлении используют трубы соответствующих
типоразмеров или корпуса изготавливают из труб-
ных заготовок, в том числе и тонкостенных, пред-
назначенных для производства прямо- или спираль-
ношовных труб с непрерывным швом. Трубы со
спиральношовным швом имеют ряд преимуществ.
Благодаря тому, что шов выполняют под углом к оси
цилиндра, обеспечивается частичная разгрузка его
от радиальных напряжений, возникающих в стенке
корпуса сосуда, который работает под давлением [1].
Рациональная эксплуатация сосуда, работа-
ющего под давлением, может быть достигнута
при обеспечении равномерного распределения
напряжений в его стенке. При этом образующи-
еся напряжения в цилиндрической стенке корпу-
са не должны превышать допустимых значений
для материала, используемого в производстве со-
суда. Очевидно, что применение конструкцион-
ных материалов с повышенными прочностными
свойствами приводит к снижению как толщины
цилиндрической стенки корпуса сосудов, работа-
ющих под давлением, так и массы такой промыш-
ленной продукции.
Рациональное использование материала и до-
стижение снижения толщины стенки цилиндриче-
ских корпусов сосудов возможно также, если сде-
лать их составными, например, изготовить двух и
более оболочковую стенку корпуса. Известно, что
две коаксиальные оболочки, посаженные с натя-
жением, обеспечивают более рациональное рас-
пределение образующихся в их общей стенке на-
пряжений [2].
Возникающие в результате действия внутреннего
давления в цилиндрической стенке корпуса сосуда
напряжения, действующие в радиальном и осевом
направлении, не являются однородными. Установле-
но [2, 3], что напряжения в радиальном направлении
в два раза превышают напряжения, действующие в
осевом направлении. Эти особенности необходимо
учитывать при выборе конструкционного материала
с соответствующими прочностными характеристи-
ками и толщины стенки.
Известен опыт изготовления [4, 5] металлоком-
позитных баллонов для компримированных га-
зов, конструкция корпуса которых по сути являет-
ся двухоболочковой. При этом наружная силовая
оболочка выполняется из композитного материа-
ла — синтетического леера или роувинга, намо-
танных на внутреннюю оболочку под натяжением.
В настоящей работе рассмотрены предпосыл-
ки применения технологии высокочастотной свар-
копайки при изготовлении предлагаемой пер-
спективной, на наш взгляд, конструкции сосудов
для работы под давлением. При этом предпола-
гается обеспечение рационального распределе-
ния напряжений в стенках сосуда, его улучшен-
* Работа выполнена под руководством А. С. Письменного и О. В. Махненко.
© А. А. Письменный, Р. С. Губатюк, А. С. Прокофьев, А. Ф. Мужиченко, А. С. Шинкаренко, 2014
42 10/2014
ные массовые и прочностные показатели, а также
технологические преимущества в изготовлении.
Использована расчетно-экспериментальная мо-
дель сосуда. Такой моделью конструкции может
быть модель баллона, у которого цилиндриче-
ская часть выполнена в виде двух коаксиальных
оболочек, посаженных с натяжением. При этом
внутренняя цилиндрическая оболочка может вы-
полнять функцию обеспечения герметичности,
стойкости при контакте с рабочей средой, а также
иметь хорошую свариваемость с донными частя-
ми баллона для получения прочных, герметичных
и стойких к коррозии сварных швов.
Наружная оболочка цилиндрической части
корпуса может быть изготовлена из материала,
прочностные показатели которого выше по срав-
нению с внутренней оболочкой.
Такая двухоболочковая цилиндрическая часть
корпуса должна обладать рядом преимуществ, а
именно: обеспечивать более рациональное рас-
пределение образующихся в их общей стенке на-
пряжений, а также снижать общую массу всего
баллона за счет уменьшения толщины стенки на-
ружной оболочки в случае ее изготовления из бо-
лее прочного материала.
В работе рассмотрены три однотипные кон-
струкции образцов сосудов, работающих под дав-
лением (баллонов), у которых стенка цилиндри-
ческого корпуса представляет собой двухслойную
оболочку. Внутренняя тонкостенная (отношение
диаметра к толщине стенки 10 и более) оболоч-
ка цилиндрического корпуса во всех моделях кон-
струкций имеет одинаковые геометрические раз-
меры. В расчетных моделях наружная оболочка
посажена на внутреннюю оболочку с минималь-
ным натяжением, близким к нулю, при этом ее
внутренний диаметр совпадает с наружным диа-
метром внутренней оболочки, а ее наружный ди-
аметр рассчитывается для каждого применяемого
материала.
Определены образующиеся напряжения во
внутренней и наружной оболочках, а также сум-
марные напряжения в общей стенке двухоболо-
чечного баллона. При этом соблюдались следую-
щие условия:
– расчеты производили с учетом одного и того
же внутреннего эксплуатационного давления для
всех трех типов баллонов рэкс. раб = 20 МПа и од-
них и тех же геометрических размерах стенки вну-
тренней оболочки (dвн 1 = 147,5 мм; dнар 1 = 152 мм,
толщина стенки внутренней оболочки постоянная
S1 = 2,25 мм) для всех трех типов баллонов;
– внутренний диаметр наружной оболочки со-
ответствует наружному диаметру стенки внутрен-
ней оболочки и для всех трех типов баллонов яв-
ляется постоянным (dнар 1 = dвн 2 = 152 мм);
– размеры стенки наружной оболочки (dнар 2,
S2) рассчитывали исходя из образующихся напря-
жений в наружной оболочке и прочностных пока-
зателей используемой марки стали;
– в конструкции баллона из расчетных толщин
общей стенки баллона Sбал применяли ее мини-
мальное значение;
– напряжения в отдельных оболочках, а также
суммарные напряжения в общей стенке баллона
определеляли без учета натяжения;
– расчет производили в соответствии с действу-
ющими нормативными документами и положения-
ми работы [6], при этом эксплуатационное рабочее
давление модели баллона рассчитывали, исходя из
коэффициента запаса прочности n = 2,7, по макси-
мально допустимым значениям образующихся на-
пряжений в металле [σ]раб = σ0/n, где σ0 — крити-
чески опасное напряжение. В зависимости от марки
стали для мягких материалов σ0 = σт, для хрупких
материалов σ0 = σв.
С целью оптимизации конструкции модели ис-
пользовали сочетание (комбинацию) разных ма-
рок сталей для внутренней и наружной оболочки.
Соответственно в расчетные модели (трех одно-
типных конструкций двухоболочковых баллонов)
закладывались прочностные показатели использу-
емых марок сталей для каждой оболочки.
Прочность донных частей не рассчитывали,
однако толщина стенки донышка для данной кон-
струкции согласно техническим свойствам метал-
ла не может быть меньше толщины стенки корпу-
са всего баллона [6].
В расчетных моделях прочность сварных швов
принимали равной прочности основного метал-
ла. Для данной расчетной математической моде-
ли с учетом применения разных марок материалов
обеспечение прочности сварных швов достигает-
ся путем увеличения суммарной толщины стенки
цилиндрического корпуса на значение прибавки
толщины стенки, которая во всех случаях должна
быть не менее 0,5 мм [6].
Технологические особенности выполнения
продольных, спиральношовных и кольцевых свар-
ных швов в расчетных моделях в данной работе
не рассматривали. По результатам проведенных
расчетов учитывалось влияние как образовав-
шихся напряжений во внутренней и внешней обо-
лочках, так и технологических факторов (разных
марок материалов и других факторов) при проек-
тировании реальных моделей конструкций труб-
ных заготовок и образцов сосудов, работающих
под давлением.
На рис. 1 представлен эскиз конструкции двух-
слойного баллона, состоящего из внутренней S1
и наружной S2 оболочек, а в табл. 1 — сочетание
4310/2014
материалов и соотношение толщин стенок обо-
лочки для расчетных моделей.
Результаты расчетов однотипных конструкций
образцов № 1–3 баллонов приведены в табл. 2.
Для каждого образца определены рабочие напря-
жения, образующиеся в металле во внутренней
σраб 1, наружной σраб 2 и в общей стенке баллона
σраб бал при поданном в баллон эксплуатационном
рабочем давлении рэкс. раб = 20 МПа.
Расчетные значения образующихся рабочих
напряжений σраб, напряжений во внутренней, на-
ружной оболочках и общей стенке баллона для
каждого образца, от поданного во внутрь балло-
на эксплуатационного рабочего давления рэкс. раб,
приведены в табл. 3.
Исходя из допустимых значений образующих-
ся напряжений в металле (с учетом марки стали),
определяемых как [σ]доп = σ0/n, рассчитаны значе-
ния образующихся максимально допустимых ра-
бочих давлений во внутренней рдоп 1 и наружной
рдоп 2 оболочках, а также рдоп. бал в общей стенке
баллона и установлено их процентное отношение
(табл. 4, 5).
Таким образом, для достижения допустимых
напряжений в металле стенки каждой оболочки
необходимо во внутрь баллона каждого образца
подавать приблизительно одинаковые давления,
значения которых многократно превышают номи-
нальное внутреннее эксплуатационное давление.
Из результатов расчета видно, что допустимое
давление в баллоне каждого образца равно сум-
Т а б л и ц а 1 . Сочетание материалов и соотношение
толщин стенок оболочки в трех моделях
Номер образ-
ца (модели) Сочетание S1+S2 сталей S1/S2, мм
1 Ст.08кп + высокопрочная сталь 2,25/4,11
2 Сталь 20 + сталь 20 2,25/13,29
3 Ст.08кп + Ст.08кп 2,25/20,54
Т а б л и ц а 3 . Сравнение расчетных напряжений, образовавшихся в металле стенки внутренней σраб 1, наружной
σраб 2 оболочек и общей стенке баллона σраб. бал с допустимыми напряжениями [σ] от поданного в баллон эксплуатаци-
онного рабочего давления рэкс. раб = 20 МПа
Параметр Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3
Допустимые напряжения [σ1], [σ2], МПа [σ1] = 74, [σ2] = 370,4 [σ1] = 114,3, [σ2] = 114,3 [σ1] = 74, [σ2] = 74
Расчетные напряжения, МПа
внутренняя оболочка σраб 1
наружная оболочка σраб 2
в общей стенке баллона, МПа
1 2
. 2
ðàá ðàá
ðàá áàë
σ + σ
σ <
6,7
3,8
2,4 < 5,2
6,7
1,2
1,049 < 3,95
6,7
0,84
0,747 < 3,77
Рис. 1. Эскиз двухслойного баллона
Т а б л и ц а 2 . Расчетные значения толщины стенки наружной оболочки и общей стенки баллона
Параметр Образец №1 Образец № 2 Образец № 3
Допустимые напряжения в металле стенки, МПа
внутренняя оболочка [σ1]
наружная оболочка [σ2]
74,0
370,4
114,3
114,3
74,0
74,0
Толщина стенки внутренней оболочки S1, мм 2,25 2,25 2,25
Диаметр, мм
внутренняя оболочка dвн 1
средняя dср 1
наружная dнар. 1
147,5
149,75
152
147,5
149,75
152
147,5
149,75
152
Толщина стенки наружной оболочки S2, мм 4,11 13,29 20,54
Диаметр, мм
внутренний dвн 1
средний dср 1
наружный dнар 1
152
156,11
160,22
152
165,29
178,58
152
172,54
193,08
Толщина общей стенки баллона Sбал.= S1+ S2, мм 6,36 15,54 22,79
Диаметр баллона, мм
внутренний dвн 1
средний dср 1
наружный dнар. 1
147,5
153,86
160,22
147,5
163,04
178,58
147,5
170,29
193,08
Отношение dнар. бал/Sбал 160,22/6,36 = 25,19 178,58/15,54 = 11,49 193,08/22,79 = 8,472
Отношение S2/S1 1,83 5,91 9,1
44 10/2014
ме допустимых давлений внутренней и внешней
оболочек. При этом сумма допустимых давле-
ний в образцах № 1 и 2 практически совпадает, а
снижение суммарного допустимого давления для
образца № 3 обусловлено тем, что он переходит
в разряд баллонов с толстой стенкой (отношение
наружного диаметра к толщине стенки в образце
№ 3 определяется как dнар. бал/Sбал = 193,08/22,79 =
= 8,472 < 10 (см. табл. 2)), что требует дополни-
тельной корректировки произведенных расчетов.
По результатам табл. 5 построен рис. 2.
С учетом марки материала и определяемых
как предельное значение образующихся напряже-
ний в металле σ0 рассчитаны значения образую-
щихся предельных давлений во внутренней рпред 1
и в наружной рпред 2 оболочках соответсвенно и в
общей стенке баллона рпред. бал и установлено их
процентное отношение (табл. 6, 7).
При этом металл внутренней, наружной оболо-
чек и общей стенки баллона достигает значений
(опасных) напряжений σ0. По результатам табл. 7
построен рис. 3.
В двухслойной конструкции баллона пред-
ставляется перспективным в качестве наружной
оболочки использовать оболочку, которая пред-
ставляет собой листовой материал, имеющий се-
теподобную структуру определенной толщины, в
узлах которой пересекаются три и более стержня,
при этом усилия распределяются как в образован-
ном сварном соединении по площади между вну-
тренней и наружной оболочками, так и в стержнях
наружной оболочки.
Известны несплошные листовые материалы
«Сетка просечная вытяжная» (разных типов)» (ТУ
14-4-1789–96), а также «Рукав сетчастый» (ТУ 26-
02-354–85). Изготовление двухслойного конструк-
ционного листового материала, у которого один
слой сплошной листовой материал соединен с
другим слоем — несплошным листовым матери-
алом по всей площади прилегания методом свар-
ки — может быть перспективными при создании
трубных заготовок и корпусов баллонов (рис. 4).
Изготовление такой наружной оболочки из
марок стали, имеющих повышенную прочность,
позволяет:
Т а б л и ц а 4 . Значения допустимых напряжений в металле внутренней [σ1], наружной [σ2] оболочек и общей стенки
баллона [σдоп. бал], МПа
Параметр Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3
Допустимые напряжения, МПа
стенка внутренней оболочки [σ1]
стенка наружной оболочки [σ2]
74
370,4
114,3
114,3
74
74
Сравнение образующихся расчетных на-
пряжений [σдоп. бал] в стенке баллона, МПа 1 2
.
[ ] [ ]
[ ] 2äîï áàë
σ + σ
σ >
262,8 > 222,2
1 2[ ] [ ]
[ ] 2äîï. áàë
σ + σ
σ =
114,3 = 114,3
1 2[ ] [ ]
[ ] 2äîï. áàë
σ + σ
σ =
74 = 74
Т а б л и ц а 5 . Расчетные значения образующихся допустимых давлений рдоп внутри оболочек и баллона, сравнение
их с эксплуатационным рабочим давлением рэкс. раб = 20 МПа при достижении металлом допустимых напряжений [σ]
Параметр Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3
Допустимые давления, МПа
внутренняя оболочка pдоп 1
наружная оболочка pдоп 2
общая стенка баллона pдоп. бал
222,37 (10,23 %)
1950,4 (89,77 %)
2172,7 (100,00 %)
343,56 (15,76 %)
1838,52 (84,24 %)
2179,45 (100 %)
222,37 (11,23 %)
1761,9 (88,94 %)
1980,7 (100 %)
Отношение pдоп 1/ pраб. экс 11,12 17,178 11,12
Отношение pдоп 2/pраб. экс 97,52 91,92 88,1
Отношение pдоп. бал/pраб. экс 108,63 108,97 99,035
Т а б л и ц а 6 . Значения опасных напряжений в металле внутренней σ01, наружной σ02 оболочек и общей стенке бал-
лона σ0 бал, МПа
Параметр Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3
Внутренняя оболочка σ0,1
Наружная оболочка σ0,2
200
1000
308,7
308,7
200
200
Сравнение расчетных образующихся предельных
напряжений в общей стенке баллона σ0 бал, МПа
0,1 0,2
0 2áàë
σ + σ
σ >
709, 6 > 600
0,1 0,2
0 2áàë
σ + σ
σ =
308,6 = 308,7
0,1 0,2
0 2áàë
σ + σ
σ =
199,99 = 200
Т а б л и ц а 7 . Расчетные значения образующихся предельных давлений рпред внутри баллона, МПа
Параметр Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3
Внутренняя оболочка рпред 1
Наружная оболочка рпред 2
Суммарная стенка баллона рпред. бал
601 (10,24 %)
5265,5 (89,75 %)
5866,5 (100 %)
927,6 (15,763 %)
4964,0 (84,378 %)
5884,68 (100 %)
601 (11,23 %)
4761,4 (88,94 %)
5353,2 (100 %)
4510/2014
– равномерно распределить нагружение в
«стержнях» оболочки и фрагментарно снизить ее
толщину;
– добиться снижения массы оболочки на вели-
чину массы объема металла ячеек сетеподобного
листового материала.
Известно, что возникающие в цилиндрической
оболочке под действием внутреннего давления ради-
альные напряжения (кольцевые) в два раза больше
осевых напряжений (напряжений по образующей
цилиндра) [1–3]. Расположение пересекающих-
ся стержней под углом в 60° при определенном ее
наложении на цилиндрическую поверхность (вну-
треннюю оболочку) позволяет создать равномерное
распределение как в радиальном, так и в осевом на-
правлении в стержнях такой оболочки от действия
внутреннего давления, при этом плотность распре-
деления стержней по поверхности в радиальном на-
Рис. 5. Уровень и распределение образующихся от действия
внутреннего давления напряжений (внутренняя цилиндри-
ческая оболочка в целях наглядности не показана): а — на-
ружная оболочка, изготовленная из листового материала с
сетеподобной структурой, определенной толщины в узлах,
которой пересекаются четыре стержня; б — наружная обо-
лочка, повернутая на 90°
Рис. 2. Значения образующихся допустимых давлений рдоп во
внутренней (1), наружной (2) и общей (3) стенке баллона со-
ответственно у образцов № 1–3
Рис. 3. Значения образующихся предельных давлений рпред во
внутренней (1), наружной (2) и общей (3) стенке баллона со-
ответственно у образцов № 1–3
Рис. 4. Листовой материал с сетеподобной структурой (а) и
узел, в котором персекаются четыре стержня (б)
46 10/2014
Рис. 8. Фрагмент соединения по всей площади между сетепо-
добным материалом и сплошным листовым материалом, вы-
полненный прессовой сваркопайкой давлением
правлении будет в два раза выше плотности по осе-
вому направлению (рис. 5).
Компьютерное моделирование нагружения
внутренним давлением модели двухслойного бал-
лона, у которого наружная оболочка выполнена из
листового материала с сетеподобной структурой
определенной толщины, подтверждает целесоо-
бразность применения данного материала (рис. 6).
Образование очагов концентраторов напряжений
в узлах сетеподобного материала можно избежать
путем приближения профиля ячейки сетки в виде
ромба к профилю вытянутого эллипса (рис. 7).
Важным фактором, влияющим на примене-
ние той или иной сетеподобной наружной оболоч-
ки, является определение размеров ячейки сетки.
В наружной оболочке они зависят и определяются
исходя из толщины материала, используемого для
изготовления внутренней оболочки и его прочност-
ных характеристик. Так, для расчетных моделей —
трех однотипных конструкций двухслойного бал-
лона — максимальный просвет ячейки наружной
оболочки составляет 10 мм при изготовлении вну-
тренней оболочки из стали Ст. 08кп, а при изготов-
лении внутренней оболочки из стали 20 — 15 мм,
при этом толщина наружной оболочки t и ширина
стержня s имеют одинаковые значения. Однако для
окончательного определения размеров ячейки на-
ружной оболочки необходимо провести испытания
образцов двухслойной стенки и натурные испыта-
ния двухслойного баллона.
Создание таких многослойных листовых кон-
струкций перспективно с позиции экономии мате-
риала, уменьшения удельного веса и сохранения
прочностных свойств такой сварной конструкции
в определенном направлении. Однако при этом
возникает задача создания и формирования свар-
ного соединения по всей площади. Образование
соединения между слоями (одним листом и дру-
гим по всей площади) выполнимо различными
способами сварки давлением (например взрывом).
Соединять сетеподобный материал со сплошным
листовым по всей площади можно способом ин-
дукционной прессовой сваркопайки давлением.
Процесс индукционной прессовой сваркопайки
давлением описан в [7–10]. Его появлению пред-
шествовало изучение соединений, выполненных с
мягкой прослойкой в шве, и паяных соединений,
выполненных с осадкой и пластическим деформи-
рованием зоны шва [11, 12].
Для образования соединения в данной рабо-
те был применен метод индукционной прессо-
вой сваркопайки давлением с применением зара-
нее нанесенных на поверхность сплошного листа
активирующих веществ с последующим примене-
нием нагрева ТВЧ. Формирование шва происходит
на участке определенной длины с термомеханиче-
ским влиянием в виде упругопластического дефор-
мирования с последующей кристаллизацией под
давлением, которая приближается к равномерному
объемному распределению, что позволяет получить
однородный состав металла шва и с повышением
его прочностных характеристик. Благодаря приме-
нению прессовой сваркопайки давлением возможно
Рис. 6. Моделирование нагружения внутренним давлением
модели двухслойного баллона
Рис. 7. Наружная оболочка, профиль ячейки сетки которой
приближается к профилю вытянутого эллипса
4710/2014
создавать многолистовые конструкции с применени-
ем металлов, сварку которых тяжело выполнить тра-
диционными методами (рис. 8).
При изготовлении двухслойной оболочки кор-
пусов сосудов-баллонов применение нагрева ТВЧ
позволяет осуществить термомеханическую усад-
ку наружной оболочки относительно внутренней,
т. е. технологию посадки с натяжением, что значи-
тельно повышает конструктивную прочность со-
ставной стенки всего баллона.
Для получения более равномерного распреде-
ления напряжений по толщине стенки баллона це-
лесообразно стенку баллона изготавливать состав-
ной — двухслойной.
Изготовление внутренней оболочки из сплош-
ного листового материала обусловлено общи-
ми требованиями к баллону — герметичность и
способность выдерживать заданное расчетное
давление. Сварные швы также должны быть гер-
метичными, плотными и выдерживать заданное
давление. Назначение наружной оболочки — обе-
спечение более равномерного распределения на-
пряжений по общей толщине стенки и разгрузке
внутренней оболочки.
Выводы
1. При нагружении баллона рабочим давлением
напряжения во внутренней оболочке больше, чем
в наружной оболочке корпуса баллона, при этом
общая стенка баллона не догружена.
2. Использование в двухслойной конструкции
баллона одной и той же марки стали не приво-
дит к эффективному нагружению общей стенки
баллона.
3. Применение при изготовлении наружной
оболочки материала с более высокими прочност-
ными свойствами приводит к эффективному на-
гружению общей стенки баллона, что в свою оче-
редь дает возможность снижения толщины ее
стенки, росту в ней внутренних напряжений, т. е.
рациональному нагружению баллона.
4. Осуществление прессовой посадки наруж-
ной оболочки корпуса баллона на внутреннюю
оболочку позволяет оптимизировать нагружение
общей стенки баллона от действия внутреннего
давления.
1. Повышение прочностных характеристик спиральношов-
ных труб конструкционного назначения / А. С. Пись-
менный, А. С. Прокофьев, Р. С. Губатюк и др. // Автомат.
сварка. – 2012. – № 3. – С. 40–44.
2. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справоч-
ник по сопротивлению материалов / Отв. ред. Г. С. Пи-
саренко. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев: Наук. думка,
1988. – 736 с.
3. Майзель В. С., Навроцкий Д. И. Сварные конструкции. –
Л.: Машиностроение, 1973. – 304 с.
4. Форум А. М. Наши баллоны выдержат любой шторм! //
АГЗК+АТ. – 2009. – № 2. – С. 31–33.
5. Сахатов Р. М. Безосколочные металлокомпозитные бал-
лоны БМК-300В и другие // Там же. – 2009. – № 4. –
С. 51–55.
6. Чернега В. И. Безопасная эксплуатация паровых котлов,
сосудов и трубопроводов (сборник официальных доку-
ментов). – 2-е изд., стереотип. – Киев: Техніка, 1976. –
529 с.
7. Табелев В. Д. Особенности образования соединений при
пайке с пластическим деформированием основного ме-
талла // Автомат. cварка. – 1991. – № 7. – C. 5–9.
8. Структура и фазовый состав швов, выполненных капил-
лярной пайкой и пайкой с приложением давления / В. Д.
Табелев, Н. Л. Карета, А.И. Панасенко и др. // Там же. –
1985. – № 11. – С. 26–29.
9. Лебедев В. К., Табелев В. Д., Письменный А. С. Стыковая
пайка под давлением // Там же. – 1983. – № 9. – С. 25–27.
10. ДСТУ 3761.2–98. Зварювання та споріднені процеси.
11. Бакши О. И., Шрои Р. З. Прочность при статическом
растяжении сварных соединений с мягкой прослойкой //
Свароч. пр-во. – 1962. – № 5. – С. 6–10.
12. Физическое моделирование осадки при сварке и пай-
ке-сварке труб встык / В. К. Лебедев, А. С. Письменный,
О. Г. Касаткин, М. Е. Шинлов // Автомат. сварка. – 1990.
– № 8. – С.17–20.
Поступила в редакцию 11.06.2014
НОВАЯ КНИГА
Г. А. Цыбулькин. Адаптивное управление в дуговой сварке. – Киев: Сталь, 2014.
– 171 с.
Монография посвящена вопросам построения систем специального
класса — электродуговых адаптивных систем, главное назначение кото-
рых заключается в том, чтобы придать сварочному автомату или роботу
способность самостоятельно, без вмешательства человека-оператора,
корректировать свое поведение в зависимости от изменения условий ду-
говой сварки и геометрических параметров свариваемых изделий. Изло-
жение теоретических положений иллюстрируется примерами и результа-
тами компьютерного моделирования. Даны практические рекомендации
по выбору и расчету основных характеристик рассматриваемых систем.
Адресована широкому кругу инженеров и научных работников, ин-
тересующихся вопросами автоматизации и роботизации сварочных про-
цессов.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102426 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T00:18:33Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Письменный, А.А. Губатюк, Р.С. Прокофьев, А.С. Мужиченко, А.Ф. Шинкаренко, А.С. 2016-06-11T21:03:36Z 2016-06-11T21:03:36Z 2014 Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления / А.А. Письменный, Р.С. Губатюк, А.С. Прокофьев, А.Ф. Мужиченко, А.С. Шинкаренко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 41-47. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102426 621.791:621.38 С целью снижения массы конструкций трубопроводов, а также сосудов, работающих под давлением, представляется перспективным использование двухслойных оболочек для образования общей стенки. Произведен расчет трех однотипных конструкций сосудов, работающих под давлением, у которых общая стенка выполнена как двухслойная оболочка. При этом проанализированы применяемые материалы и их сочетание для изготовления внутренней и наружной оболочки общей двухслойной стенки трех типов сосудов, работающих под давлением с учетом их прочностных показателей. Установлено, что использование в двухслойной конструкции одной и той же марки стали не приводит к эффективному нагружению общей стенки. Применение при изготовлении наружной оболочки материала с более высокими прочностными свойствами приводит к эффективному нагружению их общей стенки, уменьшению ее толщины и соответственно росту ее внутренних напряжений, т. е. рациональному нагружению. Рассмотрены вопросы использования для изготовления наружной оболочки сетеподобного материала, а также применение высокочастотной сваркопайки давлением при изготовлении перспективных трубных заготовок, предназначенных для трубопроводов и сосудов высокого давления. Работа выполнена под руководством А. С. Письменного и О. В. Махненко. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления Braze-welded tubular billets for pipelines and high-pressure vessels Article published earlier |
| spellingShingle | Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления Письменный, А.А. Губатюк, Р.С. Прокофьев, А.С. Мужиченко, А.Ф. Шинкаренко, А.С. Производственный раздел |
| title | Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления |
| title_alt | Braze-welded tubular billets for pipelines and high-pressure vessels |
| title_full | Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления |
| title_fullStr | Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления |
| title_full_unstemmed | Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления |
| title_short | Сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления |
| title_sort | сварнопаяные трубные заготовки для трубопроводов и сосудов высокого давления |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102426 |
| work_keys_str_mv | AT pisʹmennyiaa svarnopaânyetrubnyezagotovkidlâtruboprovodovisosudovvysokogodavleniâ AT gubatûkrs svarnopaânyetrubnyezagotovkidlâtruboprovodovisosudovvysokogodavleniâ AT prokofʹevas svarnopaânyetrubnyezagotovkidlâtruboprovodovisosudovvysokogodavleniâ AT mužičenkoaf svarnopaânyetrubnyezagotovkidlâtruboprovodovisosudovvysokogodavleniâ AT šinkarenkoas svarnopaânyetrubnyezagotovkidlâtruboprovodovisosudovvysokogodavleniâ AT pisʹmennyiaa brazeweldedtubularbilletsforpipelinesandhighpressurevessels AT gubatûkrs brazeweldedtubularbilletsforpipelinesandhighpressurevessels AT prokofʹevas brazeweldedtubularbilletsforpipelinesandhighpressurevessels AT mužičenkoaf brazeweldedtubularbilletsforpipelinesandhighpressurevessels AT šinkarenkoas brazeweldedtubularbilletsforpipelinesandhighpressurevessels |