книги / Техническая диагностика остаточного ресурса и безопасности

Рис. 4.2. П оправочны й коэффициент для учета влияния концентрации напряжений и размера дефекта

Значения а ст^ в первом приближении, идущем в запас, принимают равны­

центрации а ст приведены на рис. 4.2. Коэффициенты ци и г|м принимают рав­

ными Т\„,.

Для дефектов по рис. 4.1, в в зонах перехода жесткостей (фланцы, бурты) величины (атах )]]р вычисляют по выражению (4.4).

При отношении радиуса закругления г в месте перехода жесткости к мень­

отверстий и патрубков.

Приведенные напряжения в шпильках и болтах (см. рис. 4.1, г) определяют по выражению

метра d сечения, ослабленного трещиной, к диаметру D по вершинам витков резьбы:

152 Глава 4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

Для полуэллиптических трещин вне зон концентрации напряжений (см. рис. 4.1, а) принимают: / = 1/4$, На = 2/3, Ф0 = 1,31 и f lk = 0,82.

Для поверхностных дефектов типа трещин в форме 1/4 эллипса по рис. 4.1, б допускается применение выражения (4.6) для определения f Ik.

Для кольцевых поверхностных трещин в шпильках и болтах значения

Если при дефектоскопическом контроле обнаруживают подповерхностные поднаплавочные дефекты, то допускается значение f lk определять по выраже­ нию

4.4.4.3. Основные расчетные зависимости для определения критических температур

Определение допускаемой температуры [/] в зоне рассматриваемого дефек­ та по заданной в эксплуатации величине условного коэффициента интенсивно­

сти напряжений К * или допускаемой величины [К*] для заданной в эксплуата­

циитемпературы t производят:

а) по расчетным кривым, характеризующим в пределах их применения за­ висимость между допускаемыми температурами и коэффициентами интенсив­ ности напряжений;

б) по уравнениям, связывающим допускаемые значения коэффициентов ин­ тенсивности напряжений и температур в случаях, требующих более точного расчета, когда расчетные кривые не могут быть применены.

Коэффициенты интенсивности К* не должны превышать допускаемых ве­

личин [К]], получаемых по расчетным кривым или по приведенным ниже вы­

ражениям для заданной в эксплуатации температуры /, или температура / не должна быть ниже допускаемой [/], определяемой по расчетным кривым или

выражениям для заданной в эксплуатации величины К *.

Трещиностойкость элементов оборудования СТС считается обеспеченной,

154 Глава 4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

где tkx, tk2 - первая и вторая критические температуры хрупкости для элемента

оборудования, содержащего расчетный дефект; [А/],, [д*]2 - запасы по первым

и вторым критическим температурам, принимаемые в зависимости от объема исходной расчетной информации. В первом приближении величины [Д/], и

[Д/]2 принимают одинаковыми и равными 30 °С.

Критические температуры хрупкости (первая и вторая) tk, определяющие

переход элементов оборудования в квазихрупкое или наиболее опасное хрупкое состояние, рассчитывают по выражению

где tk - первая или вторая критические температуры хрупкости элемента обо­

рудования в исходном (после изготовления) состоянии; AtN - сдвиг критиче­

ских температур хрупкости вследствие накопления усталостных повреждений; ДГСТ - сдвиг критических температур вследствие температурного старения;

Д/ф - сдвиг критической температуры вследствие влияния среды (коррозии).

Первая tkj и вторая tk2 критические температуры хрупкости определяются

по результатам испытаний образцов при статическом нагружении (растяжении, изгибе или внецентренном растяжении):

разца к толщине элемента оборудования; At{ - сдвиг критических температур при переходе от дефекта в образце к дефекту конструкции.

Состояние металла, режимы испытаний, форма и размеры образцов и тре­ щин для таких испытаний выбираются в соответствии с техническими условия­ ми на металл и требованиями к аттестационным испытаниям.

В первом приближении, идущем в запас прочности, температуры tk можно

принимать равными критическим температурам tk , определяемым при испыта­

ниях крупногабаритных образцов с 5=300 мм и / = (0,45...0,55)5 или с D = 200 мм и / = (0,20...0,25)£> по методам механики разрушения (при этом Ats =At{ =0). При отсутствии прямых экспериментальных данных о величинах критических температур для соответствующих образцов допускается первые и

где tk0 - критическая температура хрупкости материала, определяемая прь ис­

пытаниях стандартных образцов на ударную вязкость в соответствии с норма­

тивно-техническими документами; А/0 - поправка на исходную критическую температуру.

Для малоуглеродистых и низколегированных пластичных (\|/>40 %) тер­

мообработанных сталей и термообработанных сварных соединений по настоя­ щим нормам величины А/° принимают:

Для элементов оборудования, имеющих отличие от указанных выше тол­ щины стенок s, диаметров D и дефектов, при уточненном определении величин

156 Глава 4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

«Для нетермообработанных сварных соединений к величинам Ats прибав­

ляют сдвиги Д/св, обусловленные действием остаточных напряжений от сварки

и зависящие от толщины стенки:

Сдвиги критических температур хрупкости AtN вследствие накопления

циклических повреждений для первых и вторых критических температур при­ нимаются одинаковыми и определяются экспериментально в соответствии с нормативно-техническими документами и расчетом по выражению AtN] = Д/дг2 = CNd , где d - суммарное накопленное повреждение; CN - коэф­

фициент, зависящий от типа стали и температуры эксплуатации:

Сдвиги критических температур Дгст вследствие температурного старения

определяют экспериментально по нормативно-техническим документам или принимают равными: для малоуглеродистых сталей - Дгст1 = Дгст2 =30 °С, для

низколегированных - Дгст1 = Д/ст2 = 10 °С.

Величины сдвигов критических температур вследствие влияния окружаю­ щей среды определяют экспериментально или расчетом по выражению

где Аф - коэффициент длительного охрупчивания, принимаемый равным 0,5 для малоуглеродистых и низколегированных сталей.

4.4.4А. Построениерасчетных кривых

Для температур / ниже tk2+[At]2 (хрупкое состояние) определение допус­

каемых величин [/] и [К]] следует проводить по выражениям:

[лг;]=(*;2/«*)ехр{р* (И -« и » ;

где К*2 - условное критическое значение коэффициента интенсивности напря­

жений при температуре t = tk2 \ nk - запас по критическим коэффициентам ин­ тенсивности напряжений; р* - характеристика стали, зависящая от предела те­ кучести стали с 02; [Д*]2 - запас по второй критической температуре; /А, -

вторая критическая температура.

За допускаемое следует принять меньшее из двух значений [К*] и большее

издвух значений [/], определяемых по двум приведенным выше выражениям.

где Су - предел текучести при температуре t = tk2\ l - расчетная или фактиче­ ская глубина дефекта; f Ik - безразмерная функция.

Величину v для пластичных сталей в зависимости от Оо|2/ов принимают с учетом упрочнения сталей:

Величины с{) 2 и с'в для t >20 °С определяют экспериментально по техни­ ческим условиям или по таблицам гарантированных свойств. Для температур t

как выше, так и ниже комнатной допускается определение с(, 2 и о'в расчетом по выражениям:

где К *2 ~ критическое значение коэффициента интенсивности напряжений по (4.15); tkl, tk2 - критические температуры; [д/],, [д/]2 - запасы по критиче­ ским температурам; Рст, рк и р, - коэффициенты, зависящие от свойств стали и размеров дефекта.

Величину рст вычисляют для t - tkx по выражению

где ов, - предел прочности при t = tk]; /0 - предельный размер дефекта, не влияющий на предел прочности (0,6 < /0 < 1 мм) и принимаемый равным 1 мм; те - характеристика стали, зависящая от предела прочности а в , определяемая экспериментально или принимаемая из следующих соотношений:

160 Глава 4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

При этом величину рст вычисляют по выражению

где Су - предел текучести по выражениям (4.16), (4.17) для заданной температуры.

Характеристики материалов о(> 2, Og, Е1 принимают для заданных рабо­

чих температур.

Для нормальных условии эксплуатации запасы по критическим температу­ рам [At], и [д,]2 принимают равными 30 °С, а запас пк - по коэффициентам

интенсивности напряжений, равным 2. При гидроиспытаниях и режимах с на­ рушением нормальных условий эксплуатации запасы принимаются равными: [Дг],=[Д/]2= 20 и пк= 1,7. Для аварийных режимов запасы принимаются рав­

ными: [а/]] = [А/]2= 15 и пк = 1,4.

В тех случаях когда по расчетной оценке сопротивления хрупкому разру­ шению не обеспечиваются требуемые запасы [A/] J , [А/] 2 и пк , оценка прочно­

сти может быть проведена по результатам испытаний крупногабаритных образ­ цов или моделей, имеющих натурные или близкие к ним толщины, размеры и форму дефектов. Технология изготовления образцов и моделей (термообработ­ ка, сварка) должны соответствовать требованиям, предъявляемым к штатным конструкциям. Режимы и вид нагружения должны соответствовать эксплуатаци­ онным. При этом запасы [A/]J и [Д/]2 должны быть не ниже 10 °С, а пк - не

ниже 1,2.

Если при испытаниях получаются хрупкие, квазихрупкие и вязкие разруше­

Построение расчетной кривой [K]]-[t] рекомендуется проводить в сле­ дующем порядке:

- по п. 4.4.4.3 устанавливают первую и вторую критические температуры tk , температуры (рис. 4.3) и температуры tk;

-по п. 4.4.4.4 определяют условное значение коэффициента интенсивности напряжений К*2 при t = tk2 с учетом зависимости предела текучести Oj от температуры t (рис. 4.4);

-с использованием выражений п. 4.4А4 для температур t < tk2 вычисляют

условные значения критических коэффициентов интенсивности напряжений

К*с в зависимости от разности t - tk2: