Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений
Оценка несущей способности ответственных сварных трубопроводых элементов на основе результатов технической диагностики их состояния является важным этапом комплекса мероприятий по подтверждению их работоспособности и ресурса безопасной эксплуатации. В частности, в случае обнаружения различных дефе...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112955 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений / О.В. Махненко, А.С. Миленин, Г.Ю. Сапрыкина // Автоматическая сварка. — 2015. — № 1 (739). — С. 54-59. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859938542173552640 |
|---|---|
| author | Махненко, О.В. Миленин, А.С. Сапрыкина, Г.Ю. |
| author_facet | Махненко, О.В. Миленин, А.С. Сапрыкина, Г.Ю. |
| citation_txt | Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений / О.В. Махненко, А.С. Миленин, Г.Ю. Сапрыкина // Автоматическая сварка. — 2015. — № 1 (739). — С. 54-59. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Оценка несущей способности ответственных сварных трубопроводых элементов на основе результатов технической
диагностики их состояния является важным этапом комплекса мероприятий по подтверждению их работоспособности
и ресурса безопасной эксплуатации. В частности, в случае обнаружения различных дефектов несплошности материала
необходимым является проведение расчетов на статическую прочность трубопровода и анализ соответствия его коэффициента прочности конструктивным требованиям. При подтверждении, что выявленная дефектность несущественно снижает несущую способность трубопровода, он может быть допущен в эксплуатацию при уточненных режимах силового и коррозионного воздействия. Предложено использовать критерии вязкого разрушения на основе многомерного конечно-элементного анализа развития упругопластических деформаций. Допустимость трещинообразных дефектов обосновывается критериями хрупковязкого разрушения. На примере алюминиевого трубопроводного элемента первого контура исследовательского реактора ВВР-М с обнаруженными множественными несплошностями сварного шва (газовыми порами, неметаллическими включениями) показаны порядок и основные принципы анализа несущей способности дефектного трубопровода. Общность предложенных методологических подходов позволяет использовать их при подтверждении работоспособности ответственных трубопроводов и сосудов давления из алюминиевых сплавов и высокопрочных сталей.
Evaluation of load-carrying capacity of critical welded piping elements based on the results of technical diagnostics of their state is an important stage of a package of measures to confirm their operability and remaining safe operating life. In particular, in the case of detection of various defects of material discontinuity, it is necessary to perform static strength analysis of the piping and analysis of its strength factor correspondence to design requirements. If it is confirmed that the detected defects only slightly lower the piping load-carrying capacity, it can be allowed to operate in precised modes of force and corrosion impact. It is proposed to apply ductile fracture criterion based on multidimensional finite-element analysis of elastoplastic strain development. Admissibility of crack-like defects is substantiated by brittle-ductile fracture criteria. The case of an aluminium piping element of WWR-M research reactor primary circuit with detected multiple discontinuities of the weld (gas pores, nonmetallic inclusions) was used to show the sequence and main principles of analysis of defective piping load-carrying capacity. Community of the proposed methodological approaches allows their application at confirmation of operability of critical piping and pressure vessels from aluminium alloys and high-strength steels.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:10:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
54 1/2015
УДК 621.791:620.179:621.2-34.2/8:621.039.4
ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТРУБОПРОВОДА
ПЕРВОГО КОНТУРА РЕАКТОРА ВВР-М
С ДЕФЕКТАМИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
О.В. МАХНЕНКО, А.С. МИЛЕНИН, Г.Ю. САПРЫКИНА
ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины. 03680, Киев-150, ул. Боженко, 11. Е-mail: office@paton.kiev.ua
Оценка несущей способности ответственных сварных трубопроводых элементов на основе результатов технической
диагностики их состояния является важным этапом комплекса мероприятий по подтверждению их работоспособности
и ресурса безопасной эксплуатации. В частности, в случае обнаружения различных дефектов несплошности материала
необходимым является проведение расчетов на статическую прочность трубопровода и анализ соответствия его коэф-
фициента прочности конструктивным требованиям. При подтверждении, что выявленная дефектность несущественно
снижает несущую способность трубопровода, он может быть допущен в эксплуатацию при уточненных режимах си-
лового и коррозионного воздействия. Предложено использовать критерии вязкого разрушения на основе многомерного
конечно-элементного анализа развития упругопластических деформаций. Допустимость трещинообразных дефектов
обосновывается критериями хрупковязкого разрушения. На примере алюминиевого трубопроводного элемента перво-
го контура исследовательского реактора ВВР-М с обнаруженными множественными несплошностями сварного шва
(газовыми порами, неметаллическими включениями) показаны порядок и основные принципы анализа несущей спо-
собности дефектного трубопровода. Общность предложенных методологических подходов позволяет использовать их
при подтверждении работоспособности ответственных трубопроводов и сосудов давления из алюминиевых сплавов и
высокопрочных сталей. Библиогр. 14, табл. 1, рис. 7.
К л ю ч е в ы е с л о в а : алюминиевый трубопровод, допустимость дефектов, математическое моделирование, хруп-
ковязкое разрушение, напряженно-деформированное состояние, численная оценка, несущая способность
При выполнении радиографического контроля свар-
ных кольцевых соединений после монтажа трубопро-
вода первого контура исследовательского реактора
ВВР-М были выявлены несплошности металла в виде
пор и включений оксидных пленок. Размеры отдель-
ных несплошностей превышают допустимые пределы
по действующим правилам и нормам [1]. В норматив-
ных документах [1, 2] предусмотрены возможные от-
ступления от требований. Эти отступления оформля-
ются совместным решением проектной организации,
предприятия-изготовителя и т. п. Затем они согласу-
ются с головной материаловедческой организацией,
заказчиком либо эксплуатирующей организацией.
С целью обоснования работоспособности без
проведения ремонта прямолинейных участков
трубопровода с обнаруженными в зоне сварных
кольцевых соединений несплошностями было
проведено расчетное исследование поведения ука-
занных несплошностей при рабочем эксплуатаци-
онном давлении и при гидроиспытаниях.
Расчетное определение напряженно-дефор-
мированного состояния в зоне сварных сое-
динений. Была проведена оценка номинальной
толщины стенок линейной части трубопровода
(Dа = 370 мм, S = 10 мм) из алюминиевого сплава
АМг3 при эксплуатации и при гидроиспытаниях в
соответствии с нормативным документом [3].
Номинальная толщина стенок линейной ча-
сти при эксплуатации (p ≤ 0,15 МПа, T = 55 °C)
составляет SR = 0,60 мм, а при гидроиспытаниях
(p = 0,32 МПа, T = 20 °С) — SR = 1,26 мм.
Приняв во внимание то, что трубопровод пред-
назначен для работы с дистиллированной водой
при T = 55 °C, а сплав АМг3 — коррозионностой-
кий, можно принять c = 0,5 мм (с — прибавка к
толщине стенки, учитывающая ее утонение за
счет коррозии за 50 лет эксплуатации).
Фактическая толщина стенок трубопровода бо-
лее чем в 7 раз превышает номинальную толщину,
удовлетворяющую условию статической прочно-
сти для диапазона рабочего и испытательного дав-
лений (0,15…0,32 МПа).
Напряженно-деформированное состояние в
зоне сварного стыкового соединения трубопрово-
да определяется с учетом следующих основных
составляющих:
а) рабочие напряжения от эксплуатационного
или испытательного внутреннего давления;
б) остаточные напряжения, связанные с техно-
логией изготовления или последующего ремон-
та (многопроходная сварка, возможная локальная
термообработка по режиму высокого отпуска).
Расчет напряжений в стенках линейной части
трубопровода от рабочего давления на стацио-
нарном температурном режиме при нормальных
условиях эксплуатации и от давления при гидро-© О.В. Махненко, А.С. Миленин, Г.Ю. Сапрыкина, 2015
551/2015
испытаниях проводился с учетом допущения ге-
ометрической и структурной однородности тру-
бопровода [3]: σββ = (pDa)/2S — окружные и σzz =
= (pDa)/4S — осевые напряжения. Окружная и осе-
вая компоненты напряжений от рабочего давления
равномерно распределены по толщине стенки тру-
бопровода в линейной части. При рабочем давле-
нии p = 0,15 МПа напряжения в стенке составляют:
σββ = 2,8 МПа и σzz = 1,4 МПа, а при испытатель-
ном давлении p = 0,32 МПа напряжения в стенке
составляют σββ = 5,9 МПа и σzz = 3,0 МПа.
Каждое из двух колен трубопровода (рис. 1)
выполнено сваркой и состоит из двух секторов,
соединенных между собой и линейными частями
трубопровода тремя кольцевыми сварными соеди-
нениями. Для того чтобы определить особенности
распределения напряжений в зоне сварных соеди-
нений были выполнены расчеты с помощью ко-
нечно-элементной модели колена в случае прило-
жения внутреннего давления. Результаты расчета
распределения окружной и осевой компонент на-
пряжений в зоне колена трубопровода от внутрен-
него давления показали, что при рабочем давле-
нии p = 0,15 МПа максимальные растягивающие
окружные и осевые напряжения в стенке определе-
ны на наружной поверхности внутренней части (ра-
диусе) колена и их величина достигает 4,5 МПа.
На внутренней поверхности максимальные
растягивающие окружные напряжения σββ ниже, до
3,0 МПа, а осевые напряжения σzz — до 2,1 МПа.
При испытательном давлении p = 0,32 МПа мак-
симальные растягивающие окружные и осевые
напряжения в стенке на наружной поверхно-
сти внутренней части (радиусе) колена достига-
ют 9,6 МПа. На внутренней поверхности макси-
мальные растягивающие окружные напряжения
σββ достигают до 6,4 МПа и осевые напряжения
σzz — до 4,5 МПа. Таким образом, увеличение
напряжений (максимум на 60 %) в стенке коле-
на трубопровода от внутреннего давления имеет
локальный характер. При этом на внутренней по-
верхности колена максимальные напряжения пре-
вышают напряжения в линейной части трубопро-
вода на 10 %.
Для расчета распределения остаточных свароч-
ных напряжений использовалась численная ме-
тодика МКЭ и компьютерная программа, входя-
щая в систему «Weldpredictions», разработанная в
ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины [4, 5] и апро-
бированная при выполнении различных исследо-
ваний [6]. Расчет показал, что при используемой
технологии многопроходной сварки стыковых со-
единений трубопровода остаточное напряженное
состояние характеризуется достаточно высокими
(на уровне предела текучести материала АМг3)
окружными σββ и осевыми σzz напряжениями на
внутренней поверхности стенки (рис. 2).
В дальнейших расчетах распределение оста-
точных напряжений и напряжений от внутренне-
го давления для кольцевых сварных соединений
в коленной части трубопровода было принято та-
ким как для сварных соединений в линейной ча-
сти, поскольку сварка выполнялась по той же
технологии, а угол 30° сектора (изгиба в зоне
Рис. 1. Схема трубопровода из алюминиевого сплава АМг3
первого контура исследовательского реактора ВВР-М
Рис. 2. Распределение остаточных напряжений по толщине
стенки в зоне сварного стыкового соединения трубопровода
(диаметр Da = 370 мм; толщина стенки S = 10 мм; R — ради-
ус трубы) из алюминиевого сплава АМг3 на разном расстоя-
нии в осевом направлении z от центра сварного соединения:
а — окружная компонента σββ; б — осевая компонента σzz
56 1/2015
сварного соединения) относительно невелик, и
локальное увеличение напряжений от внутрен-
него давления в коленной части на 1,7…3,7 МПа
(на внутренней поверхности на 0,3…0,5 МПа)
по сравнению с остаточными напряжениями (до
80 МПа) можно не учитывать.
Численная оценка несущей способности
сварного алюминиевого трубопровода под вну-
тренним давлением с учетом известной степе-
ни поврежденности сварного шва (поры, обра-
зовавшиеся при сварке). Предельное состояние
конструкции при статическом нагружении вну-
тренним давлением описывалось предельным ги-
дростатическим давлением вплоть до начала и
развития процессов вязкого разрушения в области
геометрических и физических концентраторов.
Считалось, что состояние конструкции недопу-
стимо (достигнуто предельное давление) в слу-
чае появления микропор вязкого разрушения, обу-
словленных пластическим течением металла.
В данной работе анализ напряженно-деформиро-
ванного состояния сварной конструкции с позиций
вязкого разрушения проводился на основе числен-
ного решения задачи нестационарной термопла-
стичности путем прослеживания упругопластиче-
ских деформаций с момента начала многопроходной
сварки вплоть до полного остывания конструкции
и при последующем нагружении до предельного
состояния в рамках конечно-элементной модели.
Связь напряжений и деформаций определялась за-
коном Гука и ассоциированным законом пласти-
ческого течения с учетом положений полной мо-
дели Гурсона–Твергаарда–Нидлмана, исходя из
следующих соотношений [7]:
( )
( )
( ) ( )
3
1 ,2
ij ij ij m
ij m m
ij ij m m
K f
KG
∗ ∗
∆ε = Ψ s − d s +
+ d s + ∆ε + ∆ −
− s − d s + s
(1)
где f — объемная концентрация микропор вязко-
го разрушения; K = (1 – 2ν)/E; G = E/(2(1 + ν));
E — модуль Юнга; ν — коэффициент Пуассона;
Ψ — функция состояния материала, определяемая
условием пластического течения согласно крите-
рию Мизеса с дополнительным учетом уменьше-
ния несущего нетто-сечения конечного элемента в
результате формирования несплошности в рамках
модели Гурсона–Твергаарда:
( )2* *
3 1 2
1 ,2
3
1 2 ;2
1 , ,2
ò
ò
åñëè
cosh
åñëè
i s
m
i s
G
q f q f q
G
Ψ = s < s = s ×
s
× + − s
Ψ > s = s
(2)
где q1 = 1,5; q2 = 1; q3 = 1,5 — константы; σm —
мембранные напряжения; f* — эквивалентная объ-
емная концентрация пор, учитывающая их взаи-
модействие в конечном элементе.
Величина эквивалентной концентрации пор
определяется из следующего соотношения [8]:
( )
* *
, ,
, ,
åñëè
åñëè
c
u c
c c c
F c
f f f
f f f
f f f f ff f
≤
= −
+ − > −
(3)
где fc — критическое значение концентрации не-
сплошностей, до которой отдельные поры не вза-
имодействуют, его принято считать равным 0,15;
fF — концентрация пор, при которой происходит
разрушение конечного элемента; *
11uf q= .
Принято считать, что зарождение пор в обла-
сти структурных дефектов и неоднородностей
(так называемые первичные поры), связано с су-
щественным развитием пластических деформа-
ций и может быть описано с помощью параметра
Одквиста [8]:
,p
idκ = ε∫
(4)
где
2
3
p p p
i ij ijd d dε = ε ε ;
p
ijdε — компоненты тензо-
ра приращений пластических деформаций.
Соответственно, условием зарождения пор в
изотермическом случае является превышение те-
кущего значения параметра Одквиста критиче-
ской величины κс.
Рост зародившихся пор зависит от жесткости
напряженного состояния и интенсивности пласти-
ческого деформирования металла и описывается
законом Райса–Трейси, а именно [8]:
0 1 2exp ,pm
i
i
dR R K K d
s
= ε s
(5)
где R, R0 — текущий и начальный радиус пор;
σm = (σxx + σyy + σzz)/3 — мембранное напряжение;
) / 2i ij ijs = (s s — интенсивность напряжений; σm/σi
— параметр жесткости напряженного состояния;
K1 = 0,28, K2 = 1,5 — константы.
На рис. 3 показаны результаты технической ди-
агностики (рентгеноскопии) сварных швов и наи-
более опасные скопления дефектов типа газовых
пор, влияние которых на несущую способность
трубопровода исследовалось в рамках изложен-
ной выше методики. Согласно результатам расче-
тов, приведены данные по предельному давлению
для бездефектного трубопровода и трубопроводов
с дефектами (таблица). Предельное давление в
этом случае не учитывает систему коэффициентов
запаса, предприсанную для данной конструкции,
а является характеристикой предельного состоя-
ния конструкции в случае статического силового
571/2015
воздействия от внутреннего давления. Указанные
газовые поры в сварном шве снижают предельное
давление в трубопроводе на 15…23 % и допусти-
мы для статических условий трубопровода лишь в
случае соответствующего избыточного коэффици-
ента запаса прочности конструкции, заложенного
при проектировании, а также гарантированном от-
сутствии сквозных групп пор (течей, микротечей).
Определение допустимости несплошностей
в виде крупных включений в зоне кольцево-
го сварного соединения. Несплошности в виде
крупных включений, обнаруженные в зоне кольце-
вого сварного соединения данного трубопровода, при
расчетной оценке их допустимости во время эксплуа-
тации и при гидроиспытаниях, с консервативных по-
зиций можно классифицировать как трещинообразные
дефекты. Так как включения могут иметь различное
расположение относительно внешней или вну-
тренней поверхности трубы, для консервативной
оценки их допустимости необходимо рассматри-
вать наиболее опасный случай такого дефекта
— полуэллиптическую трещину, выходящую на
внутреннюю поверхность, где в результате свар-
ки образуются самые высокие остаточные растя-
гивающие напяржения. Для полуэллиптической
трещины, имитирующей рассматриваемую нес-
плошность, характерными являются a (глубина) и
2c (длина вдоль поверхности) (рис. 4). Коэффици-
енты интенсивности напряжений KI в точках D и
G рассматриваемой полуэллиптической трещины
могут быть рассчитаны в соответствии с рекомен-
дациями [9–12] и с учетом информации о распре-
делении напряжений по толщине сварного стыко-
вого соединения трубопровода.
Условие спонтанного роста (нарушение равно-
весия) такой трещины можно определить на ос-
нове широко используемого в атомной энергетике
подхода R6 [13, 14]. Согласно этому подходу рав-
новесие трещины не нарушается, если соблюдает-
ся условие (рис. 5):
Kr ≤ f1 (Lr), (6)
где Kr = KI/KIC — отношение интенсивности на-
пряжений KI в вершине трещины к критическому
значению этой величины KIC; Lr = σref/σт — отно-
шение критического значения напряжения σref, соот-
ветствующего наступлению пластической неустой-
чивости для рассматриваемого дефекта, к пределу
текучести материала σт. Вид функции f1 (Lr) опреде-
ляется экспериментально.
Критерий спонтанного хрупковязкого разруше-
ния принимаем по [13, 14] в виде:
( ) ( )2 6 6
max
max
1 0,14 0,3 0,7exp 0,65
;2
0 ,
ò â
ò
+
ïðè
ïðè
r r r
r r
r r r
K n L n L n
L L
K L L
= − + −
s s
≤ = s
= >
(7)
Рис. 3. Примеры обнаруженных дефектов и их схематизация:
а — пленка 354AI13НТРБАЛ4Ш5П4ПСН; б — пленка ТРАЛ-
4Ш5П1ТВТ; в — пленка ТРАЛ4Ш5П10ТВ (см. таблицу)
Результаты расчетов предельного давления
№ об-
разца Состояние металла шва Предельное
давление, МПа
1 Бездефектный металл 4,9
2 Металл шва с группой дефектов
(рис. 3, а) 4,2
3 Металл шва с группой дефектов
(рис. 3, б) 3,9
4 Металл шва с группой дефектов
(рис. 3, в) 3,8
58 1/2015
где n — искомое значение коэффициента безопас-
ности, определяющего отношение предельных
нагрузок к действующим для указанного разруше-
ния; σт — временное сопротивление материала.
По критерию спонтанного хрупковязкого раз-
рушения (7) были проведены расчеты для трубо-
провода с дефектами трещинообразной формы,
расположенными на внутренней поверхности
стыкового сварного соединения (в зоне макси-
мальных растягивающих напряжений). Размеры
дефекта (глубину a и длину 2c полуэллиптической
трещины) варьировали в пределах 10 мм. Так как
точных значений механических свойств металла
сварного шва алюминиевого трубопровода нет,
критическое значение коэффициента интенсивно-
сти напряжений KIC варьировали в пределах от 13
до 30 МПа·м0,5.
На рис. 6 и 7 показаны результаты расчета
значений коэффициента безопасности n против
спонтанного роста окружной и осевой трещины,
которая находиться на внутренней поверхности
сварного стыкового соединения трубопровода, в
зависимости от ее размеров 2c, a/с = 0,9, a/с = 0,5
и критического значения KIC = 13 и 30 МПа·м0,5
металла сварного шва при рабочем 0,15 и испы-
тательном 0,32 МПа давлениях. Видно, что для
всех вариантов трещин с размерами до 7,7×3,5 мм
(a/с = 0,9), 8×2 мм (a/с = 0,5) и при допущении
достаточно консервативного значения вязкости
разрушения KIC = 13 МПа·м0,5, значения коэффи-
Рис. 4. Схематизация несплошности (крупного включения) на
внутренней поверхности сварного стыкового соединения тру-
бопровода окружной полуэллиптической трещиной Рис. 5. Диаграммы предельного состояния Kr ≤ f1(Lr) для кон-
струкционных сталей разного типа [13]
Рис. 6. Зависимость значения коэффициента безопасности n против спонтанного роста окружной трещины от ее размеров
2c, a/с и критического значения KIC металла сварного шва: а — рабочее давление 0,15 МПа; б — испытательное давление
0,32 МПа
Рис. 7. Зависимость значения коэффициента безопасности n против спонтанного роста осевой трещины от ее размеров 2c, a/с
и критического значения KIC металла сварного шва: а — рабочее давление 0,15 Па; б — испытательное давление 0,32 МПа
591/2015
циента безопасности превышают или на уровне
n ≥ 2,0. Влияние величины рабочего и испыта-
тельного давления на распространение трещины
незначительно, поскольку на внутренней поверх-
ности сварного соединения превалируют остаточ-
ные растягивающие напряжения.
Таким образом, при отсутствии коррозионного
и усталостного механизмов разрушения во время
эксплуатации рассмотренного трубопровода нет
условий для спонтанного роста трещинообразных
дефектов, соответствующих крупным включени-
ям с размерами до 6,5×1,5 и 5,5×3,5 мм, обнару-
женным в зоне кольцевых сварных соединений.
Выводы
1. Проведено расчетное исследование поведения
несплошностей в виде пор и крупных включений,
обнаруженных в зоне сварных кольцевых соеди-
нений, для обоснования работоспособности тру-
бопровода первого контура исследовательского
реактора ВВР-М (диаметр Da = 370 мм, толщина
стенки S = 10 мм) из алюминиевого сплава АМг3.
Расчет трубопровода на статическую прочность
показал, что фактическая толщина стенок тру-
бопровода более чем в 7 раз превышает номи-
нальную толщину, удовлетворяющую условию
статической прочности для диапазона рабочего и
испытательного давлений (0,15…0,32 МПа).
2. Как показал расчет предельное состояние
для рассмотренных несплошностей достигает-
ся при внутреннем давлении 3,8…4,2 МПа, а на
бездефектном участке при 4,9 МПа, т.е. снижение
предельной несущей способности сварного тру-
бопровода составляет приблизительно 15…23 %.
Для диапазона рабочего и испытательного давле-
ний (0,15…0,32 МПа) обнаруженные несплошно-
сти в виде газовых пор в металле сварных швов
не снижают несущей способности рассмотренно-
го трубопровода.
3. Расчет на основе применения критерия
спонтанного хрупковязкого разрушения трубо-
провода с трещиной (двухпараметрический кри-
терий) показал, что для включений (шлаковых,
вольфрамовых или оксидных пленок) с размерами
до 7,7×3,5 мм (a/с = 0,9), 8×2 мм (a/с = 0,5) даже
при допущении для металла сварного соединения
достаточно консервативной величины вязкости
разрушения KIC = 13 МПа·м0,5 расчетные значения
коэффициента безопасности против спонтанного
разрушения превышают n > 2,0 как при рабочем
давлении 0,15 МПа, так и при испытательном дав-
лении 0,32 МПа. Таким образом, при отсутствии
коррозионного и усталостного механизмов разру-
шения при эксплуатации рассмотренного трубо-
провода нет условий для спонтанного роста в зоне
кольцевых сварных соединений трещинообразных
дефектов (обнаруженных крупных включений) с
размерами до 6,5×1,5 и 5,5×3,5 мм.
1. ПНАЭ Г-7-023–90.Оборудование и трубопроводы атом-
ных энергетических установок. Сварные соединения
алюминиевых сплавов. Правила контроля. – М.: Энерго-
атомиздат, 1991. – 30 с.
2. ПНАЭ Г-7-010–89. Оборудование и трубопроводы атом-
ных энергетических установок. Сварные соединения
и наплавки. Правила контроля. – М.: Энергоатомиздат,
1991. – 129 с.
3. ПНАЭ Г-7-002–86. Нормы расчета на прочность оборудо-
вания и трубопроводов атомных энергетических устано-
вок. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 118 с.
4. Махненко В.И. Расчетные методы исследования кинети-
ки сварочных напряжений и деформаций. – Киев: Наук.
думка, 1976. – 320 с.
5. Numerical methods for the prediction of welding stresses
and distortions / V.I. Makhnenko, E.A. Velikoivanenko, V.E.
Pochinok et al., 1999. – Vol. 13. – 148 p. – (Welding and
Surfacing Reviews).
6. Расчетно-экспериментальное исследование сварочных
напряжений в зоне кольцевых стыков трубопроводов
ДУ-300 КМПЦ ЧАЭС-3 / В.И. Махненко, О.Г. Касаткин,
Е.А. Великоиваненко, В.М. Шекера // Проблемы матери-
аловедения при проектировании, изготовлении и эксплу-
атации оборудования АЭС : Сб. тр. V Междунар. конф.,
г. Пушкин, Россия, 1998. – СПб: ФГУП ЦНИИ КМ «Про-
метей», 1998. – Т.2. – С. 53–66.
7. Махненко В.И. Проблемы экспертизы современных свар-
ных конструкций ответственного назначения // Автомат.
сварка. – 2013. – № 5. – С. 22–29.
8. Карзов Г.П., Марголин Б.З., Швецова В.А. Физико-меха-
ническое моделирование процессов разрушения. – СПб.:
Политехника, 1993. – 391 с.
9. Методические рекомендации МР-125-01–90. Расчет ко-
эффициентов интенсивности напряжений и коэффициен-
тов ослабления сечений для дефектов в сварных соеди-
нениях. – Киев, 1990. – 55 с.
10. Использование данных неразрушающего контроля в рас-
четах на прочность / Ю.И. Звездин, Е.Ю. Ривкин, Г.С.
Васильченко, А.А. Овчинников // Тяжелое машинострое-
ние. – 1990. – № 3. – С. 12–14.
11. Методические рекомендации МР-125-02–95. Правила
составления расчетных схем и определения параметров
нагруженности элементов конструкций с выявленными
дефектами. – М.: НПО ЦНИИТМАШ, 1995. – 52 с.
12. Овчинников А.В., Зубченко А.С. Интерполяционные фор-
мулы расчета коэффициентов интенсивности напряже-
ний для сосудов давления и трубопроводов // Вопр. атом-
ной науки и техники. Сер.: Обеспечение безопасности
АЭС. Вып. 27: Реакторные установки с ВВЭР. Вопросы
прочности. – 2010. – С. 58–70.
13. Assessment of the integrity of structure containing defects
/ L. Milne, R.A. Ainsworth, A.R. Dowling, A.T. Stewart //
International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 1988.
– 32, № 1–4. – P. 3–104.
14. Махненко В.И. Ресурс безопасной эксплуатации сварных
соединений и узлов современных конструкций. – Киев:
Наук. думка, 2006. – 618 с.
Поступила в редакцию 20.10.2014
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-112955 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:10:54Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Махненко, О.В. Миленин, А.С. Сапрыкина, Г.Ю. 2017-01-30T16:48:33Z 2017-01-30T16:48:33Z 2015 Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений / О.В. Махненко, А.С. Миленин, Г.Ю. Сапрыкина // Автоматическая сварка. — 2015. — № 1 (739). — С. 54-59. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112955 621.791:620.179:621.2-34.2/8:621.039.4 Оценка несущей способности ответственных сварных трубопроводых элементов на основе результатов технической диагностики их состояния является важным этапом комплекса мероприятий по подтверждению их работоспособности и ресурса безопасной эксплуатации. В частности, в случае обнаружения различных дефектов несплошности материала необходимым является проведение расчетов на статическую прочность трубопровода и анализ соответствия его коэффициента прочности конструктивным требованиям. При подтверждении, что выявленная дефектность несущественно снижает несущую способность трубопровода, он может быть допущен в эксплуатацию при уточненных режимах силового и коррозионного воздействия. Предложено использовать критерии вязкого разрушения на основе многомерного конечно-элементного анализа развития упругопластических деформаций. Допустимость трещинообразных дефектов обосновывается критериями хрупковязкого разрушения. На примере алюминиевого трубопроводного элемента первого контура исследовательского реактора ВВР-М с обнаруженными множественными несплошностями сварного шва (газовыми порами, неметаллическими включениями) показаны порядок и основные принципы анализа несущей способности дефектного трубопровода. Общность предложенных методологических подходов позволяет использовать их при подтверждении работоспособности ответственных трубопроводов и сосудов давления из алюминиевых сплавов и высокопрочных сталей. Evaluation of load-carrying capacity of critical welded piping elements based on the results of technical diagnostics of their state is an important stage of a package of measures to confirm their operability and remaining safe operating life. In particular, in the case of detection of various defects of material discontinuity, it is necessary to perform static strength analysis of the piping and analysis of its strength factor correspondence to design requirements. If it is confirmed that the detected defects only slightly lower the piping load-carrying capacity, it can be allowed to operate in precised modes of force and corrosion impact. It is proposed to apply ductile fracture criterion based on multidimensional finite-element analysis of elastoplastic strain development. Admissibility of crack-like defects is substantiated by brittle-ductile fracture criteria. The case of an aluminium piping element of WWR-M research reactor primary circuit with detected multiple discontinuities of the weld (gas pores, nonmetallic inclusions) was used to show the sequence and main principles of analysis of defective piping load-carrying capacity. Community of the proposed methodological approaches allows their application at confirmation of operability of critical piping and pressure vessels from aluminium alloys and high-strength steels. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений Evaluation of operability of WWR-M reactor primary circuit piping with welded joint defects Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений Махненко, О.В. Миленин, А.С. Сапрыкина, Г.Ю. Производственный раздел |
| title | Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений |
| title_alt | Evaluation of operability of WWR-M reactor primary circuit piping with welded joint defects |
| title_full | Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений |
| title_fullStr | Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений |
| title_full_unstemmed | Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений |
| title_short | Оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ВВР-М с дефектами сварных соединений |
| title_sort | оценка работоспособности трубопровода первого контура реактора ввр-м с дефектами сварных соединений |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112955 |
| work_keys_str_mv | AT mahnenkoov ocenkarabotosposobnostitruboprovodapervogokonturareaktoravvrmsdefektamisvarnyhsoedinenii AT mileninas ocenkarabotosposobnostitruboprovodapervogokonturareaktoravvrmsdefektamisvarnyhsoedinenii AT saprykinagû ocenkarabotosposobnostitruboprovodapervogokonturareaktoravvrmsdefektamisvarnyhsoedinenii AT mahnenkoov evaluationofoperabilityofwwrmreactorprimarycircuitpipingwithweldedjointdefects AT mileninas evaluationofoperabilityofwwrmreactorprimarycircuitpipingwithweldedjointdefects AT saprykinagû evaluationofoperabilityofwwrmreactorprimarycircuitpipingwithweldedjointdefects |