Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики
Представлен ряд разработок ИЭС им. Е.О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистральных...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96713 |
| 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: | Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики / Б.Е. Патон // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 4 (113). — С. 12-20. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859853320188854272 |
|---|---|
| author | Патон, Б.Е. |
| author_facet | Патон, Б.Е. |
| citation_txt | Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики / Б.Е. Патон // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 4 (113). — С. 12-20. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Представлен ряд разработок ИЭС им. Е.О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистральных газопроводов большого диаметра, технология и оборудование для создания энергосберегающих теплообменных устройств. Отмечены разработки, направленные на повышение коррозионной стойкости твэлов и безопасной эксплуатации АЭС благодаря применению жаропрочной износостойкой механизированной наплавки коррозионностойкими сплавами трубопроводной арматуры. Представлены практические рекомендации по ремонту магистральных трубопроводов без вывода их из эксплуатации. Выполнены исследования, показавшие возможность применения акустической эмиссии для мониторинга сварных конструкций, работающих при высоких температурах. Разработан способ для предотвращения катастрофического вытекания нефти из разрушенных труб скважин нефтедобывающих платформ.
A number of developments of E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine for power generation are presented, in particular, technologies of welding large-sized turbine rotors, electron beam welding of thick billets from high-strength steels; technologies of submerged-arc and pulsed flash-butt welding of pipes for large-diameter main gas pipelines, technology and equipment for manufacturing energy-saving heat exchangers. Developments are noted, which are aimed at improvement of corrosion resistance of fuel elements and safe operation of NPP due to application of heatand wear resistant mechanized cladding of pipeline fittings by corrosion-resistant alloys. Practical recommendations are given on main pipeline repair without taking them out of operation. Research has been performed to demonstrate the possibility of acoustic emission application for monitoring welded structures exposed to high temperatures in service. A method has been developed to prevent catastrophic outflow of oil from broken pipes of oil platform wells.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:42:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791:62-112.81].001.13
ИССЛЕДОВАНИЯ
И РАЗРАБОТКИ ИЭС им. Е.О. ПАТОНА
ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Б.Е. Патон
Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины.
03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Представлен ряд разработок ИЭС им. Е.О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных
роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки
под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистральных газопроводов большого диамет-
ра, технология и оборудование для создания энергосберегающих теплообменных устройств. Отмечены разработки,
направленные на повышение коррозионной стойкости твэлов и безопасной эксплуатации АЭС благодаря применению
жаропрочной износостойкой механизированной наплавки коррозионностойкими сплавами трубопроводной арматуры.
Представлены практические рекомендации по ремонту магистральных трубопроводов без вывода их из эксплуатации.
Выполнены исследования, показавшие возможность применения акустической эмиссии для мониторинга сварных кон-
струкций, работающих при высоких температурах. Разработан способ для предотвращения катастрофического выте-
кания нефти из разрушенных труб скважин нефтедобывающих платформ. Рис. 20.
Ключ е вы е с л о в а : сварка под флюсом; контактная сварка пульсирующим оплавлением; электронно-лу-
чевая сварка; защитные покрытия твэлов; оребренные плоскоовальные трубы; ультразвуковой контроль сварных
швов; акустическая эмиссия; износостойкая наплавка; техническая диагностика
Развитие энергетики во многом определяет масшта-
бы и темпы роста мировой экономики. По самым
осторожным оценкам, в XXI в. общее энергопот-
ребление на планете удвоится. Наиболее интенсив-
но будет расти производство электроэнергии
(рис. 1), которое к 2030 г. достигнет 40 % мирового
спроса на энергоресурсы. Уголь, нефть и газ оста-
нутся главным источником энергии в ближайшие
десятилетия. Однако их месторождения исчерпы-
ваются, а разведка новых требует значительных ин-
вестиций. При этом экологические последствия от
использования ископаемого топлива становятся все
больше угрожающими: атмосферные выбросы ве-
дут не только к загрязнению окружающей среды и
ухудшению здоровья населения, но и к глобальным
изменениям климата.
Сегодня усилия мирового сообщества направле-
ны на:
• повышение эффективности энергопотребления;
• развитие экономически обоснованных источни-
ков энергии;
• снижение вредных выбросов с помощью приме-
нения новых технологий и более экологичных видов
Рис. 1. Рост мирового производства электроэнергии Рис. 2. Рынок сварочной техники по состоянию на 2011—2012 гг.
© Б.Е. ПАТОН, 2013
12
топлива, таких как природный газ, атомная энергия
и возобновляемые источники. Решение этих слож-
ных задач, направленных на создание энергетики
будущего, более чем когда-либо зависит от резуль-
татов научных исследований, их быстрого и эффек-
тивного использования.
Весомый вклад в создание энергоэффективных,
экологически чистых технологий и продуктов вно-
сят ученые и специалисты-сварщики. Современное
сварочное производство является одной из науко-
емких, межотраслевых составляющих мировой эко-
номики. В развитых странах с применением свароч-
ных технологий производится более половины на-
ционального валового продукта. Рынок сварочной
техники, несмотря на кратковременные спады в пе-
риод мировых кризисов, продолжает уверенно ра-
сти. В 2012 г. объем мирового рынка сварочной
техники составил 17 млрд дол. США и, по оценке
экспертов, в ближайшие пять лет возрастет до
22 млрд дол. США. Наибольшую его долю состав-
ляет рынок сварочной техники в энергетике (рис. 2).
Прогнозируется, что в ближайшие три года он уве-
личится на 30 %.
Сегодня имеется мощный арсенал технологий,
которые позволяют получать неразъемные соедине-
ния различных конструкционных и функциональ-
ных материалов. Сварочные технологии дают воз-
можность создавать уникальные конструкции энер-
гетического оборудования – турбин, энергетичес-
ких котлов, корпусов реакторов АЭС и др.
Институт электросварки им. Е.О. Патона вы-
полняет большой комплекс работ в области сварки
и родственных технологий для энергетической от-
расли. Применительно к турбостроению разработа-
на и внедрена в производство технология и специа-
лизированное оборудование для сборки и автомати-
ческой сварки под флюсом в узкую разделку круп-
ногабаритных роторов мощных паровых турбин для
тепловых и атомных электростанций на одном сбо-
рочно-сварочном стенде. При этом роторы цилинд-
ров низкого и среднего давления изготавливаются
из отдельных дисков, что исключает достаточно
сложную проблему получения крупногабаритных
тяжелых цельнокованых заготовок для роторов
массой до 200 т и длиной более 10 м. Установка
сборки и сварки укомплектована четырьмя аппара-
тами для автоматической сварки под флюсом с прог-
раммным управлением процесса раскладки валиков
в узкой разделке и системой слежения электрода
за дном и стенками разделки кромок (рис. 3).
Для производства изделий энергетического ма-
шиностроения необходимо сваривать заготовки из
высокопрочной стали большой толщины. Весьма
эффективна для этого электронно-лучевая сварка
(ЭЛС), которая обеспечивает высокую производи-
тельность сварочного процесса, высокое качество
соединений и минимальные деформации. В ИЭС
им. Е.О. Патона выполнены исследования и разра-
ботки по созданию технологий и оборудования для
Рис. 3. Автоматическая сварка под флюсом ротора паровой турбины мощностью 1000 МВт для АЭС (а) и макрошлиф металла
сварного шва ротора паровой турбины (б)
Рис. 4. Макрошлифы поперечного сечения кольцевых швов низ-
колегированной стали большой толщины, выполненных много-
слойной дуговой сваркой под флюсом (а) и однопроходной
ЭЛС (б)
13
ЭЛС конструкционных сталей толщиной до 210 мм
(рис. 4). Стабильное формирование сварных соеди-
нений и предотвращение дефектов в металле глу-
боких швов достигается с помощью развертки луча
с его параллельным переносом вдоль и поперек на-
правления сварки.
Задача получения сварных соединений высокого
качества значительно усложняется на участке замы-
кания кольцевого шва, где возникают корневые де-
фекты. Она решена с помощью применения раз-
вертки луча, фокусировки пучка в плоскости на
10 мм выше середины шва и наклона плоскости
стыка и сварочного пучка на угол 10° относительно
горизонта. На рис. 5 хорошо видно качественное
формирование закругления в корне шва и полное
отсутствие дефектов.
Созданы новое поколение крупногабаритных ва-
куумных камер, технологии их сборки и ЭЛС
(рис. 6). Основной отличительной чертой этих ка-
мер является использование двух вакуумно-плот-
ных и прочных оболочек, соединенных между собой
ребрами жесткости. Высокая геометрическая точ-
ность стенок камеры обеспечивает новые возможно-
сти построения высокоточных манипуляторов пуш-
ки и изделия. Для управления манипуляторами и
всем процессом сварки разработано программное
обеспечение с удобным графическим интерфейсом
оператора.
Разработанная технология ЭЛС высокопрочных
сталей большой толщины имеет перспективы при-
менения при изготовлении корпусов реакторов
АЭС. Как показывает практика, продолжитель-
ность дуговой сварки кольцевых швов в корпусе
реактора составляет сотни часов, тогда как ЭЛС
такого шва – нескольких часов. Принципиальная
схема предлагаемой промышленной установки для
сварки кольцевых швов корпуса реактора ВВР-1000
показана на рис. 7.
Развитие атомной энергетики неразрывно связа-
но с повышением безопасности атомных реакторов
и снижением затрат на их эксплуатацию. Причиной
аварийной ситуации на атомной станции Фукусима-1
стало химическое взаимодействие циркониевых
оболочек твэлов с паром. Пароциркониевая реакция
привела к генерации водорода, вследствие чего и
произошел взрыв. Одним из путей снижения затрат
на эксплуатацию АЭС является увеличение цикла
перезагрузки ядерного топлива, что также требует
повышения коррозионной стойкости циркониевых
сплавов в воде в штатном режиме работы реактора.
Поэтому разработка методов и технологии изготов-
ления твэлов, обеспечивающих повышение корро-
зионной стойкости циркониевых оболочек в воде и
паре в штатном и аварийном режимах работы реак-
тора, является актуальной.
Одним из путей решения этой задачи является
создание на поверхности циркониевой оболочки
твэлов защитных покрытий, которые должны обес-
печить ей более длительный срок эксплуатации в
штатном режиме, а в случае аварийной ситуации
существенно снизить вероятность возникновения
пароциркониевой реакции.
Для решения поставленной задачи были прове-
дены исследования, направленные на разработку
метода осаждения толстых покрытий на основе кар-
бида кремния на циркониевые оболочки твэлов.
Предлагаемый метод основан на использовании раз-
работанного в институте высокоскоростного элек-
тронно-лучевого осаждения толстых покрытий не-
органических материалов. Использование мощных
электронно-лучевых пушек в стационарном режиме
позволяет испарять в вакууме с большой скоростью
металлические и керамические вещества и форми-
ровать на их основе покрытия с заданной структу-
рой. Этот метод может обеспечить осаждение по-
крытий на основе карбида кремния со скоростями
5...10 мкм/мин и получить покрытия на длинно-
мерных оболочках твэлов со скоростью порядка
1 м/мин. Отличительной особенностью разрабо-
танного метода является возможность совмещения
процесса осаждения покрытий с другими процес-
сами, которые необходимы для обеспечения высо-
кой прочности сцепления подложки и покрытия,
модифицирования структуры покрытия и т. п.
Общий вид фрагментов циркониевых оболочек
твэлов без покрытия и с покрытием представлен на
Рис. 5. Макрошлифы участка замыкания кольцевого шва при
ЭЛС стали 15Х2НМФА толщиной 150 мм
Рис. 6. Оборудование ЭЛС, изготавливаемое в ИЭС им. Е.О.
Патона
14
рис. 8. Разработанная методика осаждения обеспе-
чивает получение однородного по поверхности без-
дефектного покрытия с малой шероховатостью и
высокой адгезионной прочностью, с высокой твер-
достью, без дефектов как в самом покрытии, так и
на границе раздела покрытие-подложка (рис. 9).
ИЭС им. Е.О. Патона совместно с ВНИИНМ
им. А.А. Бочвара проведены исследования корро-
зионной стойкости покрытий при высоких темпера-
турах (аварийный режим работы твэлов), которые
показали их стойкость к окислению. Как видно из
рис. 10, в процессе испытания покрытие сохраняет
целостность и хорошее сцепление с подложкой,
тогда как образцы без покрытия при тех же усло-
виях испытывают интенсивную коррозию в непо-
крытой области циркониевого образца.
ИЭС им. Е.О. Патона совместно с Киевским по-
литехническим институтом разработал технологию
и оборудование для поперечного оребрения плоско-
Рис. 7. Принципиальная схема промышленной установки для ЭЛС кольцевых швов корпуса реактора ВВР-1000 (а) и схема корпуса
реактора (б)
Рис. 8. Общий вид фрагментов циркониевых оболочек без по-
крытия (а) и с покрытием (б) на основе карбида кремния
Рис. 9. Микроструктура покрытий на основе карбида кремния
Рис. 10. Общий вид циркониевых образцов до (а) и после (б)
испытания на коррозионную стойкость покрытий при высокой
температуре
15
овальных труб способом контактной сварки и созда-
ния на их основе широкой номенклатуры энергос-
берегающих теплообменных устройств (рис. 11).
Поперечное оребрение плоскоовальных труб спосо-
бом контактной сварки имеет ряд неоспоримых пре-
имуществ: высокую технологичность без примене-
ния расходуемых материалов; практически идеаль-
ный термический контакт между ребрами и трубой;
высокую интенсивность конвективного теплообме-
на; низкое аэродинамические сопротивление. При
модернизации котлов средней и малой мощности
весьма эффективным способом экономии топлива
является применение экономайзеров с плоскооваль-
ными оребренными трубами. При этом достигается
большой экономический эффект.
В связи с возрастающей потребностью мировой
экономики в энергоресурсах задача обеспечения на-
дежной транспортировки углеводородного топлива из
районов его добычи к основным потребителям явля-
ется чрезвычайно актуальной. Несмотря на развитие
альтернативных способов (перевозка сжиженного
газа танкерами или компримированного газа в спе-
циальных сосудах), трубопроводный транспорт по-
прежнему остается преимущественным средством до-
ставки природного газа к потребителям.
Исследована новая многодуговая технология
сварки под флюсом с комбинированным питанием
дуг для улучшения качественных показателей свар-
ных соединений за счет оптимизации фазировки
дуг, режимов их горения и установочных парамет-
ров электродов. Для заводского изготовления труб
разработаны 4- и 5-дуговые процессы сварки с по-
вышенным до 1900 А током передней дуги, что по-
зволило уменьшить размеры разделки кромок, по-
высить скорость сварки и снизить расходы свароч-
ных материалов (рис. 12). Дополнительным пре-
имуществом в этом случае является благоприятная
конфигурация линии сплавления, что улучшает ре-
зультаты испытания на ударный изгиб металла
сварных соединений, особенно толстостенных труб.
Технология рекомендована для сварки труб с тол-
щиной стенки от 25 до 50 мм.
При изготовлении труб с небольшой и средней
толщиной стенки можно применять многодуговую
сварку с электродом меньшего диаметра (3,2 мм)
на первой дуге, отличающуюся глубоким проваром,
достаточно благоприятным формированием швов и
некоторым cнижением погонной энергии.
Для обеспечения высоких показателей вязкости
в институте разработана система управления хими-
ческим составом и структурой металла шва труб.
Она основана на использовании многодуговой свар-
ки под флюсом, при которой на отдельных дугах
устанавливаются сварочные проволоки разного хи-
мического состава, что позволяет дозированно с
большой точностью регулировать содержание леги-
рующих элементов в металле шва в зависимости от
состава применяемой трубной стали, режимов свар-
ки и других факторов. При изготовлении труб наи-
большее распространение получило сочетание агло-
мерированного алюминатного флюса небольшой ос-
новности и сварочных проволок, содержащих мар-
ганец, молибден, или марганец, никель, молибден,
или марганец, молибден, титан, бор. Требуемый хи-
Рис. 11. Плоскоовальные трубы с поперечным оребрением для энергосберегающих теплообменных устройств: а – схема потока
теплоносителя; б – элементы труб; в – секция экономайзера-утилизатора мощностью 0,2 МВт; г – автоматизированная установка
для контактной сварки плоскоовальных труб
16
мический состав шва достигается путем изменения
количества дуг со сварочной проволокой той или
иной системы легирования и различной скорости ее
подачи на отдельных дугах. Управление химичес-
ким составом металла шва труб обеспечивает полу-
чение наиболее благоприятной его структуры. На
рис. 13, в показана микроструктура металла про-
дольного шва газо- и нефтепроводной трубы диа-
метром 1420 мм с толщиной стенки 25 мм из стали
класса прочности К60 (категории Х70), состоящей
из 85...90 % игольчатого феррита и менее 1 % меж-
зеренного полигонального феррита. Такая структу-
ра гарантирует высокие вязкие характеристики ме-
талла шва, например, ударную вязкость в пределах
180...200 Дж/см2 на образцах с острым надрезом
при температуре —30 °С.
Разработанное сочетание сварочных материалов
и новые процессы многодуговой сварки под флю-
сом, в том числе с повышенным током передней
дуги, включая рекомендации по оптимизации режи-
мов и установочных параметров, реализованы на
различных трубосварочных заводах Украины и
Российской Федерации при изготовлении труб с
толщиной стенки от 16 до 40 мм из стали класса
прочности К60-К65 (категории Х70-Х80) для маги-
стральных трубопроводов.
При строительстве магистральных трубопрово-
дов ИЭС им. Е.О. Патона совместно с организация-
ми ОАО «Газпром» накопил большой опыт исполь-
зования контактной стыковой сварки неповоротных
стыков трубопроводов в полевых условиях в раз-
личных климатических зонах, в частности в рай-
онах Крайнего Севера. Комплексами «Север»
(рис. 14) и другими сварочными машинами контак-
тным способом было сварено более 70 тыс. км раз-
личных трубопроводов, в том числе больших диа-
метров, которые успешно эксплуатируются.
В настоящее время институт разрабатывает но-
вый процесс контактной сварки труб, получивший
название «пульсирующее оплавление» (КСО). Но-
визна заключается в том, что благодаря примене-
нию быстродействующих систем управления сва-
рочной машиной и новых алгоритмов управления
возможна значительная интенсификация нагрева
при одинаковой установленной мощности источни-
ка электрического питания.
Процесс пульсирующего оплавления имеет ряд
преимуществ по сравнению с непрерывным оплав-
лением. Так, режим сварки с использованием пуль-
сирующего оплавления уменьшает время сварки
кольцевого стыка по сравнению с непрерывным с
3,5...4 мин до 2 мин, а припуск на оплавление сок-
ращается почти в 2 раза. Последнее весьма сущес-
твенно, так как при этом снижаются соответственно
Рис. 13. Микроструктура (×500) металла швов труб из стали класса прочности К60, выполненных с применением различных
сварочных материалов: а – Mn—Mo система легирования, кислый плавленый флюс, полигонального феррита 20...25 %; игольчатого
35...45 %; KV—30 = 27...30 Дж/см
2
; б – Mn—Ni—Mo система легирования, алюминатный агломерированный флюс небольшой
основности, полигонального феррита 3...5 %, игольчатого 75...80 %; KV—30 = 80...100 Дж/см
2
; в – Mn—Mo—Ti-B система
легирования, алюминатный агломерированный флюс небольшой основности, полигонального феррита менее 1 %, игольчатого 85...
...90 %; KV—30 = 180...200 Дж/см
2
Рис. 12. Многодуговая сварка под флюсом трубы диаметром
1420 мм с толщиной стенки 40 мм: а – 5-дуговая сварка на-
ружного шва, скорость 110 м/ч; б – 4-дуговая сварка внутрен-
него шва, скорость 100 м/ч; в – макрошлиф сварного соеди-
нения трубы
17
потери металла. Благодаря использованию систем
автоматического регулирования скорости оплавле-
ния удалось получить качественную сварку при
меньших удельных мощностях, чем при сварке труб
комплексами «Север». Поэтому при сварке труб
диаметром 1420 мм с толщиной стенки 27 мм приме-
ним источник с установленной пиковой мощностью
до 1300 кВ⋅А.
В соответствии с требованиями международных
стандартов АРІ1104 и DNV-OS-F101 были опреде-
лены механические свойства сварных соединений в
состоянии после сварки и после термообработки.
Так, в состоянии после сварки предъявляемым тре-
бованиям удовлетворяют показатели прочности
(σв = 516,0...523,6 МПа) и угол загиба (180° при
отсутствии трещин), а ударная вязкость ниже нор-
мативных требований (KCV+20 = 13,3...17,1; KCV—20 =
= 6,1...9,7 Дж/см2) из-за наличия в зоне термичес-
кого влияния крупнозернистой структуры с повы-
шенным содержанием феррита.
Для увеличения ударной вязкости разработана
технология термообработки соединений, выполнен-
ных КСО, с использованием локального индук-
ционного нагрева после сварки. Механические
свойства сварных соединений в состоянии после
термообработки следующие: σв = 550,6...
...561,4 МПа, угол загиба 180°, Па, KCV+20 =
= 147,9...219,5, KCV—20 = 86,8...171 Дж/см2. Ус-
тановлено, что наиболее высокие показатели удар-
ной вязкости сварных соединений, выполненных
КСО на стали класса прочности К56, могут быть
получены при температурах нормализации 950...
...1000 °С и длительности нагрева в пределах 2,5...
...3,0 мин (рис. 15), а охлаждение после нагрева до-
лжно проводиться со скоростью не меньше 8 °С/с.
При испытаниях контрольной партии соедине-
ний, сваренных на оптимальном режиме с последую-
щей термической обработкой, качество соединений
полностью удовлетворяет требованиям стандартов.
Одновременно с разработкой технологии сварки
были определены алгоритмы выявляемости дефек-
тов соединений, выполненных КСО с использова-
нием средств современной ультразвуковой дефек-
тоскопии. Разработаны также системы и алгоритмы
операционного компьютеризированного контроля
параметров сварки, позволяющего оценивать качест-
во соединений сразу же после окончания сварки.
При этом автоматическая система дает в печатном
виде документ на каждый стык, в котором указы-
ваются реальные значения всех параметров процес-
са сварки, их отклонения от заданных программой
значений и оценка качества соединений.
Разработана технология неразрушающего конт-
роля кольцевых швов толстостенных труб, выпол-
ненных КСО. Технология базируется на использо-
вании эхозеркального метода ультразвукового кон-
троля, который реализуется с помощью преобразо-
вателей, включенных по схеме тандем.
Характерно, что дефекты при КСО расположе-
ны в одной плоскости соединения. При КСО толс-
тостенных труб эта плоскость всегда перпендику-
лярна оси трубы, что облегчает локацию дефектов,
при которой можно не учитывать все сигналы от
структурной неоднородности металла, поступаю-
щие от участков, которые расположены за преде-
лами плоскости соединения. Выделены две кате-
гории дефектов, которые могут быть выявлены уль-
тразвуковым контролем: дефекты, связанные с хи-
мической неоднородностью металла, и дефекты,
вызванные нарушениями режима сварки. Опреде-
лены алгоритмы оценки дефектов соединений, вы-
полненных КСО, которые гармонизированы с эта-
лонами при ультразвуковом контроле соединений,
выполненных электродуговыми способами сварки.
В результате этих исследований сертифицирова-
на технология неразрушающего контроля соедине-
ний труб, полученных КСО, требуемая в соответст-
вии с нормативами как обязательная операция.
В результате выполненных исследований ИЭС
им. Е.О. Патона совместно с заводом «Псковэлек-
тросвар» разработал комплекс оборудования для
КСО морских трубопроводов диаметром 1219 мм с
толщиной стенки 27 мм для использования на тру-
боукладочной барже (рис. 16). Комплекс изготов-
лен и проходит испытания.
Эксплуатационная надежность работы тепло-
вых и атомных электростанций в значительной мере
зависит от герметичности и высокой износостойко-
сти уплотнительных поверхностей трубопроводной
арматуры. Эрозионный и коррозионный износ, тре-
Рис. 14. Комплекс «Север» для сварки труб магистральных неф-
те- и газопроводов
Рис. 15. Зависимость средних значений ударной вязкости от вре-
мени выдержки при температуре термической обработки 1000 °С
18
щины термической усталости, а также появление
задиров на трущихся поверхностях – основные
причины выхода трубопроводной арматуры из
строя.
Разработаны материалы, технология и оборудо-
вание для механизированной наплавки деталей
энергетической трубопроводной пароводяной арма-
туры высоких параметров всех типоразмеров. Ши-
роко используется наплавка жаропрочными износо-
и коррозионностойкими сплавами, что позволило
существенно продлить срок службы арматуры и
повысить ее надежность. Совершенствование про-
цессов наплавки уплотнительных поверхностей ар-
матуры будет идти по пути ее автоматизации и соз-
дания новых износостойких сплавов.
В институте разработаны практические рекомен-
дации по ремонту сваркой магистральных трубоп-
роводов без вывода их из эксплуатации. Они вклю-
чают комплекс методик и инженерных руководств
по оценке состояния магистральных трубопроводов
с обнаруженными дефектами, а также по планиро-
ванию ремонта сваркой под давлением. Примени-
тельно к типичным дефектам магистральных трубо-
проводов (локальные и общие коррозионные по-
вреждения металла, трещины, дефекты формы)
предложены критерии для оценки их допустимости
с позиций степени снижения несущей способности
трубопровода как при эксплуатации, так и во время
ремонта (рис. 17). Особое внимание уделено вопро-
сам планирования ремонтных работ с использова-
нием различных усиливающих конструкций: свар-
ных бандажей, герметичных муфт, муфт с компа-
ундным наполнителем.
Поскольку оборудование для тепловых и атом-
ных электростанций работает при высоких темпе-
ратурах и давлениях, то применение традиционных
средств неразрушающего контроля в процессе экс-
плуатации невозможно. Поэтому необходимо созда-
Рис. 16. Комплекс для контактной стыковой сварки оплавлением
морских трубопроводов диаметром 1219 мм с толщиной стенки
27 мм
Рис. 17. Зависимость критической длины дефекта типа локально-
го утонения sкр от минимальной допустимой толщины δmin стенки
трубы 1420×20 мм из стали 17Г1С при различном внутреннем
давлении: 1 – 4,5; 2 – 5,25; 3 – 6,0; 4 – 7,5 МПа
Рис. 18. Сопоставление сигналов акустической эмиссии в растя-
гиваемых образцах из стали 15Х1М1Ф при комнатной темпера-
туре (а) и 500 °С (б) (А – амплитуда; Av – амплитуда непре-
рывной эмиссии; Р – нагрузка)
19
ние методов и средств для мониторинга техническо-
го состояния энергетических объектов. Были про-
ведены исследования, которые впервые показали
возможность применения метода акустической
эмиссии для этой цели.
На рис. 18 приведены графики испытаний на
растяжение образцов из стали 15Х1М1Ф при ком-
натной температуре и 500 °С. Как видно, сохраня-
ется акустическая активность на всех стадиях де-
формирования материала при высокой температу-
ре, что позволяет прогнозировать разрушающие на-
грузки с достаточной достоверностью.
Разработана и реализуется «Программа работ
непрерывного акустико-эмиссионного мониторинга
на оборудовании ТЭЦ «Киевэнерго». На первом
этапе исследованы диагностические контрольные
параметры трубопроводов горячего промежуточно-
го перегрева, подогревателей высокого давления и
деаэратора, создана и смонтирована система непре-
рывного мониторинга трубопроводов промежуточ-
ного перегрева.
Система запущена в опытную эксплуатацию
(рис. 19). Принято решение по внедрению средств
и технологии непрерывного акустико-эмиссионного
мониторинга оборудования других ТЭЦ.
Как известно, к тяжелым экологическим послед-
ствиям приводят аварии на нефтегазовых промыс-
лах. Одна из таких аварий произошла в 2010 г. в
Мексиканском заливе на нефтедобывающей плат-
форме, где из поврежденной скважины на глубине
1500 м произошло неконтролируемое вытекание
нефти. Специалисты института разработали способ
соединения разрушенных труб скважин во время
вытекания нефти. Был разработан и изготовлен сое-
динительный модуль, который успешно прошел ис-
пытания (рис. 20). Функциональная схема его ра-
боты заключается в следующем. С помощью грузо-
подъемных механизмов опускается модуль к по-
врежденной части скважины. Он захватывается
технологическими устройствами, которые удержи-
вают модуль в вертикальном положении и не дают
возможности вытекающему потоку сбросить его в сто-
рону. При этом не происходит динамического удара
и срыва модуля с места закрепления благодаря
имеющимся в конструкции модуля необходимым
отверстиям, которые обеспечивают свободное выте-
кание интенсивного потока нефти в окружающую
среду. Затем эти отверстия модуля перекрываются.
Для этого используются гидроцилиндры и специаль-
ные шторки, предусмотренные конструкцией модуля.
После завершения работы гидроцилиндров и перек-
рытия отверстий модуля нефть направляется в нуж-
ном направлении по трубопроводу.
Таковы разработки института, предназначенные
для современной энергетики. Исследования и со-
здание новых технологий продолжаются.
A number of developments of E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine for power generation are
presented, in particular, technologies of welding large-sized turbine rotors, electron beam welding of thick billets from
high-strength steels; technologies of submerged-arc and pulsed flash-butt welding of pipes for large-diameter main gas
pipelines, technology and equipment for manufacturing energy-saving heat exchangers. Developments are noted, which
are aimed at improvement of corrosion resistance of fuel elements and safe operation of NPP due to application of heat-
and wear resistant mechanized cladding of pipeline fittings by corrosion-resistant alloys. Practical recommendations are
given on main pipeline repair without taking them out of operation. Research has been performed to demonstrate the
possibility of acoustic emission application for monitoring welded structures exposed to high temperatures in service. A
method has been developed to prevent catastrophic outflow of oil from broken pipes of oil platform wells. Figures 20.
K e y w o r d s : submerged-arc welding; pulsed flash-butt welding; electron beam welding; protective coatings of fuel
elements; finned plane-oval pipes; ultrasonic testing of welds; acoustic emission; wear-resistant cladding; technical
diagnostics
Поступила 01.07.2013
Рис. 20. Модуль для соединения разрушенных труб скважин
Рис. 19. Одна из точек измерения акустико-эмиссионной актив-
ности трубопровода промежуточного перегрева пара Киевской
ТЭЦ-6
20
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96713 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:42:14Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Патон, Б.Е. 2016-03-19T18:29:27Z 2016-03-19T18:29:27Z 2013 Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики / Б.Е. Патон // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 4 (113). — С. 12-20. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96713 621.791:62-112.81].001.13 Представлен ряд разработок ИЭС им. Е.О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистральных газопроводов большого диаметра, технология и оборудование для создания энергосберегающих теплообменных устройств. Отмечены разработки, направленные на повышение коррозионной стойкости твэлов и безопасной эксплуатации АЭС благодаря применению жаропрочной износостойкой механизированной наплавки коррозионностойкими сплавами трубопроводной арматуры. Представлены практические рекомендации по ремонту магистральных трубопроводов без вывода их из эксплуатации. Выполнены исследования, показавшие возможность применения акустической эмиссии для мониторинга сварных конструкций, работающих при высоких температурах. Разработан способ для предотвращения катастрофического вытекания нефти из разрушенных труб скважин нефтедобывающих платформ. A number of developments of E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine for power generation are presented, in particular, technologies of welding large-sized turbine rotors, electron beam welding of thick billets from high-strength steels; technologies of submerged-arc and pulsed flash-butt welding of pipes for large-diameter main gas pipelines, technology and equipment for manufacturing energy-saving heat exchangers. Developments are noted, which are aimed at improvement of corrosion resistance of fuel elements and safe operation of NPP due to application of heatand wear resistant mechanized cladding of pipeline fittings by corrosion-resistant alloys. Practical recommendations are given on main pipeline repair without taking them out of operation. Research has been performed to demonstrate the possibility of acoustic emission application for monitoring welded structures exposed to high temperatures in service. A method has been developed to prevent catastrophic outflow of oil from broken pipes of oil platform wells. По материалам докладов, представленных на Международной конференции «Сварка и родственные технологии – настоящее и будущее», 25—26 ноября 2013 г., Киев, ИЭС им. Е.О. Патона НАНУ. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики Research and developments of the E.O. Paton Electric Welding Institute for nowadays power generation Article published earlier |
| spellingShingle | Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики Патон, Б.Е. |
| title | Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики |
| title_alt | Research and developments of the E.O. Paton Electric Welding Institute for nowadays power generation |
| title_full | Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики |
| title_fullStr | Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики |
| title_full_unstemmed | Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики |
| title_short | Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики |
| title_sort | исследования и разработки иэс им. е.о. патона для современной энергетики |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96713 |
| work_keys_str_mv | AT patonbe issledovaniâirazrabotkiiésimeopatonadlâsovremennoiénergetiki AT patonbe researchanddevelopmentsoftheeopatonelectricweldinginstitutefornowadayspowergeneration |