Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации

Приведена методика расчета долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора, основанная на учете исчерпания ресурса пластичности материала в процессе повторно-статических циклов упругопластического нагружения, условий эксплуатации, локальной концентрации напряжений и остато...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2004
Автори:	Степанов, Г.В., Харченко, В.В., Бабуцкий, А.И., Романов, С.В., Феофентов, Н.А., Кравченко, И.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2004
Назва видання:	Проблемы прочности
Теми:	Производственный раздел
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47084
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:	Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации / Г.В. Степанов, В.В. Харченко, А.И. Бабуцкий, С.В. Романов, Н.А. Феофентов, И.В. Кравченко // Проблемы прочности. — 2004. — № 3. — С. 134-142. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-47084
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-470842025-02-23T20:18:27Z Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации Life Assessment of “Collector - Pipe Nipple” Weld Joint of NPP Steam Generator PGV-1000 with Account of Actual Operational Conditions Степанов, Г.В. Харченко, В.В. Бабуцкий, А.И. Романов, С.В. Феофентов, Н.А. Кравченко, И.В. Производственный раздел Приведена методика расчета долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора, основанная на учете исчерпания ресурса пластичности материала в процессе повторно-статических циклов упругопластического нагружения, условий эксплуатации, локальной концентрации напряжений и остаточных напряжений после сварки. Наведено методику розрахунку довговічності зварного з’єднання колектора з патрубком парогенератора, що базується на урахуванні витрати ресурсу пластичності матеріалу в процесі повторно-статичних циклів пружно-пластичного навантаження, умов експлуатації, локальної концентрації напружень та залишкових напружень після зварювання. We present a calculation technique for life assessment of “collector - pipe nipple” weld joint of a steam generator, which is based on the account of exhaustion of the material plasticity in the process of repeated static cycles of elastoplastic loading, operational conditions, local stress concentration and weld-induced residual stresses. 2004 Article Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации / Г.В. Степанов, В.В. Харченко, А.И. Бабуцкий, С.В. Романов, Н.А. Феофентов, И.В. Кравченко // Проблемы прочности. — 2004. — № 3. — С. 134-142. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47084 539.7 ru Проблемы прочности application/pdf Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Степанов, Г.В. Харченко, В.В. Бабуцкий, А.И. Романов, С.В. Феофентов, Н.А. Кравченко, И.В. Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации Проблемы прочности
description	Приведена методика расчета долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора, основанная на учете исчерпания ресурса пластичности материала в процессе повторно-статических циклов упругопластического нагружения, условий эксплуатации, локальной концентрации напряжений и остаточных напряжений после сварки.
format	Article
author	Степанов, Г.В. Харченко, В.В. Бабуцкий, А.И. Романов, С.В. Феофентов, Н.А. Кравченко, И.В.
author_facet	Степанов, Г.В. Харченко, В.В. Бабуцкий, А.И. Романов, С.В. Феофентов, Н.А. Кравченко, И.В.
author_sort	Степанов, Г.В.
title	Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации
title_short	Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации
title_full	Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации
title_fullStr	Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации
title_full_unstemmed	Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации
title_sort	расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора пгв-1000 аэс с учетом реальных условий эксплуатации
publisher	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
publishDate	2004
topic_facet	Производственный раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47084
citation_txt	Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации / Г.В. Степанов, В.В. Харченко, А.И. Бабуцкий, С.В. Романов, Н.А. Феофентов, И.В. Кравченко // Проблемы прочности. — 2004. — № 3. — С. 134-142. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Проблемы прочности
work_keys_str_mv	AT stepanovgv rasčetdolgovečnostisvarnogosoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000aéssučetomrealʹnyhuslovijékspluatacii AT harčenkovv rasčetdolgovečnostisvarnogosoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000aéssučetomrealʹnyhuslovijékspluatacii AT babuckijai rasčetdolgovečnostisvarnogosoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000aéssučetomrealʹnyhuslovijékspluatacii AT romanovsv rasčetdolgovečnostisvarnogosoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000aéssučetomrealʹnyhuslovijékspluatacii AT feofentovna rasčetdolgovečnostisvarnogosoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000aéssučetomrealʹnyhuslovijékspluatacii AT kravčenkoiv rasčetdolgovečnostisvarnogosoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000aéssučetomrealʹnyhuslovijékspluatacii AT stepanovgv lifeassessmentofcollectorpipenippleweldjointofnppsteamgeneratorpgv1000withaccountofactualoperationalconditions AT harčenkovv lifeassessmentofcollectorpipenippleweldjointofnppsteamgeneratorpgv1000withaccountofactualoperationalconditions AT babuckijai lifeassessmentofcollectorpipenippleweldjointofnppsteamgeneratorpgv1000withaccountofactualoperationalconditions AT romanovsv lifeassessmentofcollectorpipenippleweldjointofnppsteamgeneratorpgv1000withaccountofactualoperationalconditions AT feofentovna lifeassessmentofcollectorpipenippleweldjointofnppsteamgeneratorpgv1000withaccountofactualoperationalconditions AT kravčenkoiv lifeassessmentofcollectorpipenippleweldjointofnppsteamgeneratorpgv1000withaccountofactualoperationalconditions
first_indexed	2025-11-25T03:39:03Z
last_indexed	2025-11-25T03:39:03Z
_version_	1849732045290340352
fulltext	ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ УДК 539.7 Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации Г. В. Степанова, В. В. Харченкоа, А. И. Бабуцкийа, С. В. Романов6, Н. А. Феофентовв, И. В. Кравченков а Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина 6 Ассоциация “Надежность машин и сооружений”, Киев, Украина в ОП “Южно-Украинская АЭС”, Южно-Украинск, Украина Приведена методика расчета долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора, основанная на учете исчерпания ресурса пластичности материала в про цессе повторно-статических циклов упругопластического нагружения, условий эксплуата ции, локальной концентрации напряжений и остаточных напряжений после сварки. Ключевые слова: долговечность, коллектор, парогенератор, сварное соеди нение, остаточные напряжения. Введение. При длительности эксплуатации парогенераторов ПГВ-1000 блоков АЭС с реактором ВВЭР-1000 значительно ниже расчетной обнару жены повреждения узлов приварки “горячего” коллектора к патрубку паро генератора (ПГ) [1, 2]. Установлено, что повреждения (трещины) локализо ваны практически в одних и тех же местах на выполненных по различным технологиям (симметричная и несимметричная разделка кромок соедине ния, использование автоматической и ручной сварки, предварительной на плавки кромок и без наплавки) узлах приварки, эксплуатирующихся на разных АЭС. Это свидетельствует об общих причинах возникновения дан ного явления. Кроме того, не все особенности нагружения и деформирова ния материала в области узла приварки учитывались при его прочностном расчете на стадии проектирования. В данной работе на базе уточненной оценки напряженно-деформиро ванного состояния (НДС) узла приварки выполнен расчет ресурса его рабо ты после ремонта с учетом реальных условий эксплуатации. Особенности нагружения узла приварки и условий его эксплуата ции. Подробный анализ НДС данного сварного соединения приведен ранее [3], ниже кратко изложены некоторые его результаты. На рис. 1 показана конструкция узла приварки. Наиболее нагруженной является утоненная часть патрубка ПГ со сварным швом. Эта часть патрубка воспринимает нагрузки, действующие со стороны горячей ветви главного © Г. В. СТЕПАНОВ, В. В. ХАРЧЕНКО, А. И. БАБУЦКИЙ, С. В. РОМАНОВ, Н. А. ФЕОФЕНТОВ, И. В. КРАВЧЕНКО, 2004 134 ТХОТ 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2004, № 3 Расчет долговечности сварного соединения циркуляционного трубопровода (ГЦТ), вес коллектора и теплоносителя, а также нагрузки, вызванные давлением в первом и втором контурах ПГ. Патрубок и коллектор изготовлены из стали 10ГН2МФА, физико-механи ческие свойства которой представлены в табл. 1. Т а б л и ц а 1 Некоторые физико-механические свойства стали 10ГН2МФА [4] Характеристика Т , °С 2 0 130 320 ТПредел текучести Кро 2 , МПа 343 318 300 Относительное сужение 2 Т, % 55 54 51 Рис. 1. Фрагмент узла приварки: 1 - часть ГЦТ; 2, 4 - сварные швы; 3 - коллектор; 5 - карман; 6 - патрубок ПГ; А - место инициирования разрушения. Основные факторы нагружения узла в процессе эксплуатации: давление теплоносителя во втором контуре, т.е. в корпусе ПГ (давление в первом контуре и возникающий при эксплуатации градиент температур в узле приварки снижают уровень максимальных растягивающих напряжений вслед ствие давления во втором контуре), и изгибающий момент от некомпенси рованного термического расширения элементов петли первого контура реак торной установки. По результатам расчетов установлено, что максимальные растягивающие напряжения достигаются на внутренней поверхности “кармана” (кольцевого зазора между коллектором и патрубком ПГ) в локальной области ниже линии сопряжения галтели с внутренней цилиндрической поверхностью патрубка ПГ со стороны растянутой части гиба трубопровода, что соответ ствует месту фактического разрушения, наблюдавшегося на всех повреж денных ПГ (рис. 1). При гидроиспытаниях (ГИ) на прочность и плотность максимальные напряжения в данной области превышают предел текучести. Нагружение узла имеет повторно-статический характер и включает циклы, связанные с ГИ (подъем давления в первом и втором контурах реакторной установки выше эксплуатационного уровня, его выдержка и снижение) и с нормальными условиями эксплуатации (выход на номиналь ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 135 Г. В. Степанов, В. В. Харченко, А. И. Бабуцкий и др. ный режим эксплуатации и ее завершение при плановой или внеплановой остановке). Характер нагружения узла изгибающим моментом вследствие термического удлинения ГЦТ также циклический: момент возрастает при разогреве, поддерживается на постоянном уровне при нормальных условиях эксплуатации и снижается при расхолаживании реакторной установки [3]. Еще одной особенностью условий эксплуатации данного узла является коррозионное воздействие на поверхность металла коррозионно-активных отложений в области “кармана”, а также среды теплоносителя, определяемое ее водно-химическим составом. В области “кармана” дополнительно возни кает термоциклическое нагружение металла от периодических продувок, выполняемых с целью снижения концентрации коррозионно-активных отло жений [5]. В сочетании с высокой напряженностью и температурой при эксплуатации эти факторы приводят к так называемому задержанному дефор мационно-коррозионному растрескиванию (ЗДКР) металла у поверхности раздела металл-среда [1, 6]. Ниже приведен расчет долговечности узла приварки после ремонта с учетом влияния вышеуказанных особенностей его нагружения при эксплуа тации, основанный на предположении отсутствия трещиноподобных дефек тов в зоне сварного шва. Полагаем, что в зоне ремонта механические свойства металла соответствуют исходным, т.е. наработка от предыдущей эксплуатации не учитывается. Это обусловлено, во-первых, тем, что конфи гурация расчетной зоны рассматриваемого узла полностью соответствует исходной, во-вторых, для проведения ремонта применялись материалы, физико-механические свойства которых близки к свойствам материалов, используемых при изготовлении ПГ, и, в-третьих, технологии ремонта и изготовления, включая термообработки, также близки. В расчете принима ются во внимание наличие остаточных технологических напряжений (в данном случае сварочных), локальных дефектов типа пор, раковин, коррози онных язв или следов грубой механической обработки (подрезов), которые могут повысить уровень максимальных напряжений, а также снижение пластичности металла в результате воздействия рабочей среды и темпера туры. Долговечность узла приварки в условиях повторно-статического нагру жения можно рассчитать исходя из принципа суммирования повреждений в металле узла, полученных на каждом цикле нагружения за счет локального снижения (выработки) ресурса его пластичности. При этом следует учиты вать только те циклы нагружения, которые вызывают упругопластическое деформирование металла. Рассмотрим подробнее процессы упругопластической деформации в локальной области у дефекта (концентратора напряжений) и накопления вследствие этого поврежденности. Анализ упругопластического деформирования материала в области дефекта. Выше указывалось, что при ГИ на прочность и плотность уровень максимальных напряжений в локальной приповерхностной области мате риала в “кармане” у галтельного перехода превышает предел текучести. Вне этой области в процессе нагрузки-разгрузки происходит упругое деформи рование материала. Следовательно, при высоких уровнях нагрузки цикли 136 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 Расчет долговечности сварного соединения ческое неупругое деформирование в указанной области включает повыше ние деформации и ее пластической составляющей при увеличении нагрузки на узел приварки и ее снижении, сопровождающемся пластической дефор мацией в обратном направлении, при полной разгрузке. При этом макси мальный уровень неупругих деформаций в цикле имеет место вблизи кон центраторов (дефектов). На рис. 2 приведена схема нагружения материала в окрестности де фекта. Как видно, упругое деформирование материала с локальным концент ратором (дефект схематизирован круговой выборкой малого радиуса) при водит к изменению расстояния между точками материала А и В в соответ ствии с действующим уровнем нагрузки. В окрестности дефекта возникает концентрация напряжений с максимальным уровнем по линии С-С. Локаль ное упругопластическое деформирование материала (при его малом размере по сравнению с упругодеформируемым объемом) несущественно влияет на среднюю деформацию вдоль линии А-В, поскольку разгрузка способствует тому, что расстояние между фиксированными точками А и В становится исходным. Следовательно, величина общей деформации при росте нагрузки равна деформации обратного знака при разгрузке. Если локальное напряжение при первом нагружении (растяжении) пре вышает предел текучести, т.е. там возникает пластическая деформация, то при последующей разгрузке в этой области появляются остаточные напря жения противоположного знака (сжатия), которые влияют на уровень напря жений при последующих циклах нагружения. Максимальная величина таких напряжений может быть принята равной пределу текучести материала, если пренебречь деформационным упрочнением. Остаточные напряжения, возник шие в результате нагрузки-разгрузки, снижают величину растягивающих напряжений при последующем растяжении и повышают уровень сжимающих напряжений при последующем сжатии. Таким образом, уровень локальной упругопластической деформации зависит от величины и знака остаточных напряжений, вызванных предшествующими циклами нагружения. На рис. 3 приведена диаграмма деформирования материала в локаль ной области в координатах напряжение - деформация для циклов нагрузки, приводящей к напряжениям выше предела текучести, и последующей раз грузки. Первый и последующие циклы нагрузки, соответствующие ГИ на проч ность (давление в первом контуре р 1 = 25 МПа, во втором р 2 =11 МПа) и на плотность ( р 1 = 18 МПа, р 2 = 8 МПа), согласно расчетам с учетом концентрации напряжений в окрестности дефектов приводят к пластическим деформациям растяжения в локальной области материала шва на поверх ности “кармана” в области сопряжения галтели с цилиндрической внутрен ней поверхностью патрубка. При разгрузке (деформация в данной области возвращается до нулевого уровня) возникают остаточные напряжения сжа тия, равные пределу текучести материала (рис. 3). Последующие циклы нагружения с уровнем растягивающих напряжений менее удвоенного пре дела текучести не вызывают пластической деформации и не изменяют уровень остаточных напряжений, сохраняя его на уровне предела текучести (при этом общий уровень напряжений изменяется в пределах линии ВЕ). ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 137 Г. В. Степанов, В. В. Харченко, А. И. Бабуцкий и др. в А а є Рис. 2 Рис. 3 Рис. 2. Схема жесткого нагружения материала в области концентратора (упругое пере мещение точек А и В определяется внешней нагрузкой). Рис. 3. Схема процесса деформирования металла в локальной области при напряжениях, превышающих предел текучести. В процессе первого нагружения до максимального условного упругогонапряжения о max (на рис. 3 линия ОАБ), определенного с учетом локальной концентрации напряжений у дефектов, при напряжении, равном пределу текучести, начинается развитие пластического течения (линия АВГ). При последующей разгрузке до минимального условного упругого напряжения о min (линия ГД) при напряжении сжатия, равном пределу текучести, начи нается развитие пластического течения, снижающего общую деформацию до нуля (линия ДЕ). Величина пластической деформации на участках АГ и ДЕ определяется уровнем максимальной условной упругой деформации е max, соответствующей максимальному условному упругому напряжению * о шах, рассчитываемому с учетом коэффициента концентрации K а в окрест * ности дефектов: о max = K ао max, и деформации ет, которая соответствует пределу текучести материала о т при расчетной температуре: Полная накопленная пластическая деформация за первый и последу ющие циклы нагрузка-разгрузка постоянной интенсивности соответственно равна: (1) Если в предшествующем цикле нагружения £ і > І£ т, ав последующих £ і < 2£ т , то пластическая деформация в последних не накапливается. 138 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, N 3 Расчет долговечности сварного соединения Методика расчета повреждения материала узла приварки по исчер панию ресурса предельной пластичности. Величину повреждения мате риала узла приварки по исчерпанию ресурса предельной пластичности в условиях повторно-статического нагружения консервативно можно опреде лить на основании анализа данных работ [7-9]. Если принять, что Z T - предельная, или располагаемая пластичность материала, соответствующая заданным условиям эксплуатации (температура, среда), £i - полная пластическая деформация за цикл повторно-статичес кого нагружения, определяемая из зависимостей (1), то число таких же циклов до разрушения [N pi ] в результате исчерпания ресурса предельной пластичности можно определить следующим образом: [N pi ] = Z TI £ Р . Исходя из этого накопленное повреждение за один цикл повторно статического нагружения, при котором полная пластическая деформация достигала значения £p, составит Ai =1/ N pi. Проведенный выше анализ показал, что с учетом влияния концентрации напряжений в окрестности дефектов суммарная пластическая деформация (накопленное повреждение) возрастает при ГИ на прочность и плотность, а также при выходе на режим нормальных условий эксплуатации и после дующей разгрузке. При амплитуде напряжений в циклах нагружения ниже предела текучести накопленное повреждение материала также возрастает и может быть рассчитано по методике, рекомендуемой в [4]. Для расчета долговечности узла приварки наряду с определением макси мальных напряжений при различных испытаниях и режимах эксплуатации необходимо оценить предельную пластичность материала с учетом реаль ных условий эксплуатации, в частности рабочей среды и температуры. Согласно анализу приведенных в литературных источниках [1,6] экспе риментальных данных, в качестве предельной пластичности с учетом влия ния ЗДКР для стали 10ГН2МФА может быть принята минимальная величина относительного сужения поперечного сечения образца при статическом рас тяжении Z =10%. В табл. 2 представлены результаты расчета пластической деформации и соответствующего повреждения за один цикл нагружения, используемые при оценке долговечности узла приварки. Величину условных упругихнапряжений о max находим исходя из максимальных расчетных напряжений о max в области галтельного перехода на поверхности “кармана” [3] с учетом концентрации в окрестности дефектов (Kо = 2,23 [4]). Напряжения о max определялись как разность первого и третьего главных напряжений, что соответствует теории максимальных касательных напряжений. ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2004, № 3 139 Г. В. Степанов, В. В. Харченко, А. И. Бабуцкий и др. Т а б л и ц а 2 Результаты расчета пластической деформации и соответствующего повреждения за один цикл нагружения Режим р, МПа ^ тах, МПа *Р [ N pi ] А Гидроиспытания на прочность р 1 = 25, р 2 = 11 1 860 0,01383 7 0,1383 (первый цикл после ремонта) на плотность Р = 1 8 , Р2 = 8 58 0,01104 9 0,1104 (первый цикл после ремонта) на прочность Р 1= 25, Р2 = 1 1 1 095 0,00459 2 2 0,0459 на плотность р = 8 , р 2 = 8 8 6 0,00180 56 0,0180 Выход на режим эксплуатации Р = 16, Р2 = 6 794 0,00194 52 0,0194 Испытания ГЦН 6=2 СР6,=<Р 6 1 8 0 - 0 При расчете максимальных напряжений в первом цикле нагружения после ремонта узла учитывались остаточные сварочные напряжения путем увеличения расчетных напряжений на величину, равную пределу текучести материала при температуре 20оС [4]. Из табл. 2 следует, что накопление повреждений в материале узла приварки за счет исчерпания ресурса пластичности происходит при циклах ГИ и выхода на режим нормальных условий эксплуатации. При испытании ГЦН уровень поврежденности согласно данному критерию не увеличивает ся, так как отсутствует локальная пластическая деформация (максимальное напряжение с учетом концентрации напряжений не превышает удвоенный предел текучести). Консервативная оценка долговечности узла приварки. При консерва тивной оценке долговечности материала в рассматриваемой области сопря жения галтели с внутренней цилиндрической поверхностью патрубка ПГ по предельной пластичности необходимо по данным табл. 2 определить сум марную накопленную пластическую деформацию (повреждение) в резуль тате упругопластических циклов реального нагружения с учетом ЗДКР, кон центрации напряжений в окрестности дефектов и остаточных напряжений после ремонта. Однако расчет будет излишне консервативен, поскольку предполагается, что снижение пластических свойств металла вследствие ЗДКР до уровня 2 =10% происходит сразу после окончания ремонтно восстановительных работ (в действительности это происходит со временем, по мере установления соответствующих коррозионных условий в области “кармана”). Поэтому при расчете повреждения материала во время циклов нагру жения, следующих непосредственно после ремонта узла приварки (ГИ, вы ход на режим эксплуатации после ремонта), необходимо учитывать, что снижения пластичности материала от исходного уровня 2исх = 55% (по данным [4]) до 2 = 10% вследствие влияния ЗДКР еще не произошло. Таким образом, для расчета накопленного повреждения за время первого цикла нагружения (ГИ на прочность после ремонта) следует использовать 140 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 Расчет долговечности сварного соединения результаты табл. 2, уменьшенные на величину 2 тсх/ 2 Т = 5,5. Для всех последующих циклов нагружения данные не корректируются. Как видно, расчетная долговечность узла приварки определяется коли чеством циклов ГИ и выходов на режим эксплуатации (табл. 2). Например, за четыре года предстоящей эксплуатации после ремонта с ориентировочным числом нагружений N і, определенным по данным предыдущей эксплуата ции, значение накопленного повреждения А в зоне ремонта по критерию предельной пластичности может составить 0,3805 (табл. 3). Из расчетов сле дует, что третья часть всего накопленного повреждения за рассматриваемый период достигается во время первого цикла нагружения - ГИ после ремонта. Т а б л и ц а 3 Расчет накопленного повреждения в области узла приварки в течение четырех лет эксплуатации после ремонта Режим Р, МПа Аі N А ІК І Гидроиспытания на прочность Р1 = 25, Р2 = 1 1 0,0251 і 0,0251 (первый цикл, после ремонта) на прочность Р = 25, Р2 = 1 1 0,0459 2 0,0918 на плотность Р = 18> Р2 = 8 0,0180 5 0,0901 Выход на режим эксплуатации Р = 16, Р2 = 6 0,0194 9 0,1745 А = 0,3805 Приведенная в табл. 3 оценка накопленного повреждения является неполной, поскольку не учитывались циклы нагружения, включая вибраци онные нагрузки, которые не приводят к локальной пластической деформа ции материала узла приварки и в соответствии с предложенной методикой расчета долговечности по ресурсу пластичности не влияют на нее. Вклад этих циклов нагружения в итоговое накопленное повреждение материала узла приварки может быть рассчитан согласно [4]. Оценка повреждения материала узла приварки за четыре года эксплуата ции показала, что полное исчерпание ресурса пластичности материала, т.е. полное повреждение узла, может произойти при длительности эксплуатации ПГ, составляющей примерно десять лет, что фактически наблюдалось на практике. Заключение. Предложенный подход к расчету накопленного повреж дения материала в процессе повторно-статических циклов упругопласти ческого нагружения элементов конструкции, основанный на учете реального НДС, исчерпания ресурса пластичности материала, условий эксплуатации (коррозионное воздействие среды и высокой температуры), локальной кон центрации напряжений и влияния остаточных напряжений после сварки, позволяет выполнить обоснованную консервативную оценку долговечности элементов конструкций. Анализ результатов расчетов долговечности узла приварки “горячего” коллектора к патрубку ПГ свидетельствует о возмож ности продления срока его эксплуатации путем оптимизации рабочих режи мов. ІЇЗМ 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2004, № 3 141 Г. В. Степанов, В. В. Харченко, А. И. Бабуцкий и др. Резюме Наведено методику розрахунку довговічності зварного з’єднання колектора з патрубком парогенератора, що базується на урахуванні витрати ресурсу пластичності матеріалу в процесі повторно-статичних циклів пружно-плас тичного навантаження, умов експлуатації, локальної концентрації напру жень та залишкових напружень після зварювання. 1. Зубченко А. С., Разыграев Н. П., Харина И. Л. и др. Результаты иссле дований характера эксплуатационных повреждений металла в зонах сварных узлов коллекторов с патрубками Ду 1200 парогенераторов ПГВ-1000: Тр. VII Междунар. конф. “Материаловедческие проблемы при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС”. - С.-Петербург, 2002. - С. 193 - 198. 2. Лукасевич Б. И., Денисов В. В., Качалин Н. А. и др. Исследование причин повреждения сварного шва № 111 ПГВ-1000 (оценка влияния технологии): Тр. III Междунар. конф. “Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР”. - Подольск, 2003. - Т. 3. - С. 52 - 77. 3. Степанов Г. В., Харченко В. В., Бабуцкий А. И. и др. Оценка напря женно-деформированного состояния узла сварного соединения “горя чего” коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС // Пробл. прочности. - 2003. - № 5. - С. 142 - 153. 4. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубо проводов атомных энергетических установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 525 с. 5. Степанов Г. В., Харченко В. В., Бабуцкий А. И. и др. Оценка термо циклического нагружения в узле приварки “горячего” коллектора к патрубку парогенератора ПГВ-1000 // Пробл. прочности. - 2002. - № 1. - С. 146 - 148. 6. Харина И. Л. Результаты исследования влияния внешних факторов среды на стойкость против замедленного деформационного коррозион ного растрескивания низколегированных сталей в воде высоких пара метров: Тр. V Междунар. конф. “Проблемы материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС”. - С.-Петербург, 2000. - Т. 2. - С. 243 - 257. 7. Серенсен С. В., Шнейдерович Р. М., Гусенков А. П. и др. Прочность при малоцикловом нагружении. - М.: Наука, 1975. - 288 с. 8. Стрижало В. А. Циклическая прочность и ползучесть металлов при малоцикловом нагружении в условиях низких и высоких температур. - Киев: Наук. думка, 1978. - 238 с. 9. Трощенко В. Т., Лебедев А. А., Стрижало В. А. и др. Механическое поведение материалов при различных видах нагружения. - Киев: Логос, 2000. - 571 с. Поступила 15. 07. 2003 142 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3

Расчет долговечности сварного соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС с учетом реальных условий эксплуатации

Репозитарії

Схожі ресурси