Способ определения остаточных напряжений в изделии

(19) (11) 1)5 601 В 7 САНИЕ И 6 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(56) Авторское свидетельство СССР М 1270541, кл. 6 01 В 5/30, 1983.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ИЗДЕЛИИ (57) Изобретение относится к способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения напряженного состояния в иэделиях большой толщины (более 12-15 мм), в частности в оборудовании и трубопроводах АЭС, в том числе и со сварными швами. Цель - повышение достоверности определения остаточных напряжений в изделиях, преимущественно трубопроводах и оборудовании АЭС. Для определения остаточных напряжений в изделии вырезают прямоугольное отверстие,Изобретение относится к.способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения возникающего в результате технологических операций напряженного состояния в изделиях большой толщины (более 12-15 мм) в разных отраслях народного хозяйства, в частности в оборудовании и трубопроводах АЭС, в том числе со сварными швами.Цель изобретения - повышение достоверности определения остаточных напряграни которого параллельны направлениям главных напряжений ст, оу, а размещают на поверхности изделия у плоскости реза и на плоскости реза в направлениях главных напряжений тензодатчики, измеряют их сигналы, удаляют темплет с тензодатчиками, разгружают его раэреэкой на фибры, снова измеряют сигналы тензодатчиков и по изменению сигналов определяют остаточные напряжения. При определении остаточных напряжений в биметаллических изделиях тензодатчики размещают на поверхности реза столбцами, причем оси тенэодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыдущего столбца на 1/и шага размещения тензодатчиков в первом столбце, где и - возможное количество столбцов на плоскости реза. При определении остаточных напряжений в сварном изделии прямоугольное отверстие вырезают в средней его части, причем большую грань прямоугольного отверстия располагают параллельно оси сварного шва. 2 з, и. ф - лы, 8 ил. жений в изделиях, преимущественно трубопроводах и оборудовании АЭС,На фиг. 1 дана схема вырезки отверстия при определении остаточных напряжений в изделии, определенных предлагаемым способом в соответствии с и. 1 формулы изобретения по вертикальной оси, проходящей через точку А Ъ ); на фиг. 2 - эп)ора распределения тангенциальных напряжений а,- Щ; на фиг. 3 - эпюра распределения радиальных напряжений (ТУ - ф); на фиг, 4и 5 - то же, что на фиг. 2 и 3, для известного способа;на фиг. 6 - схема вырезки отверстия; на фиг. 7- эпюра продольных остаточных напряжений по толщине ох = ф) в сварном соединении биметаллического изделия, определенная предлагаемым способом в соответствии с пп. 2 и 3 формулы изобретения, в вертикальной плоскости, отстоящей от оси шва на расстоянии 15 мм; на фиг. 8 - тэ же зпюра, что на фиг, 7, но определенная по известному способу.Обозначения, принятые на фиг. 1: 1 - пятно нагрева, 2 - отверстие, 3 - темплет.Изобретение поясняется на определении остаточных напряжений в крупногабаритных образцах (в натуральную величину толщины стенки 168 см), представляк 1 щих собой часть коллектора парогенератора (и.1 формулы), и в крупногабаритных кольцевых сварных соединениях натурных образцов трубопроводов (пп, 2 и 3 формулы),П р и м е р. 1, Часть коллектора парогенератора представляет собой фрагмент цилиндра с наружным диаметром 1170 мм и размерами в плане 600 х 600 мм, материал - сталь 10 ГН 2 МФА, Остаточные напряжения во фрагменте наводились путем его локального нагрева газовой горелкой, что имитирует локальное воздействие технологических операций на коллектор парогенератора при штатной технологии. После подготовки исследуемой поверхности в изделии путем вырезки прямоугольного отверстия, грани которого параллельны направлениям главных напряжений, определили остаточные напряжения следующим образом.С учетом того, что при осесимметричном локальном нагреве направления главных напряжений известны (это радиальное и тангенциальное направления), грани отверстия располагаем в этих же направлениях. Размеры отверстия в плане составляли 40 хЗО мм. Далее размещали тензодатчики у плоскости реза и на поверхности реза в направлениях главных напряжений и измеряли их сигналы при помощи измерителя статических деформаций ИСД - 3. При этом использовались малабазные (величина базы измерения 1 мм) тензодэтчики типа ФКПА - 1. Затем высверловкой удаляли часть материала изделия в виде темплета толщиной 8 мм и разгружали поверхность с тензодатчиками путем разрезки его на фибры, Далее измеряли сигналы тензодатчиков и по изменению сигналов определяли радиальные и тангенциальные ком,1 оненты деформаций, а затем с кпользованием зависимостей теории упругости, и остаточные напряжения. П р и м е р 2, Образцы трубопроводаДу 800 представляют собой трубы иэ аустенитно-перлитного биметалла с наружным диаметром 876 мм, толщиной стенки 38 мм 5 (перлитный металл - сталь 22 К толщиной 31мм снаружи трубы, аустенитный металл - сталь ЭИтолщиной 7 мм внутри трубы.Корневые слои Ч-образной разделки под сварку в перлитном металле выполнялись 10 аргонодуговой сваркой проволокой СвООГ 2 С. Ззполнение разделки в перлитном металле проводилось электродами УОНИ 13/45, а в аустенитном металле - электродами ЗИО. Определялись остаточные сва рочные напряжения. В средней частисварного изделия вырезали прямоугольное отверстие, причем большую грань прямо; гольного отверстия располагали параллельно оси сварного шва на расстоянии 15 20 мм от нее, Далее тензодатчики размещалина поверхности реза в три столбца с шагом 6 мм в каждом столбце. Оси тензодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыду щего столбца нэ 1/3 шага размещения тнзодатчиков в первом столбце, т. е. на 2 мм.Размеры отверстия в этом случае составляли 130 х 30 мм, Далее определение остаточных напряжений проводили, как в 30 примере 1.Для сравнения проводилось определение остаточных напряжений по известному способу (соответственно фиг. 4, 5, 8). Анализ эпюр остаточных напряжений в изде лии, определенных предлагаемымспособом в объеме признаков по и. 1 формулы изобретения, показывает, что величина тангенциэльных напряжений нэ верхней и нижней поверхностях изделия, пересека емых осью, проходящей через т, А, составляет соответственно 21,8 и 8,2 кгс/мм, а2радиальных - соответственно 19,6 и 4,1 кгс/мм . Обе зпюры имеют плавный характер,45 В то же время эпюры тангенциальныхнапряжений, определенные в идентичных условиях в соответствии с известным способом, дают соответственно значения 26,3 и 4,2 кгс/мм, 17,1 и 8,0 кгс/мм . Зпюры име ют "ломаный" характер, что приструктурно -фазовой однородности металла изделия (это имеет место в рассмотренном примере) не имеет физического обоснования и, следовательно, может. быть отнесено лишь к недостаточной достоверности известного способа. Зто объясняется накоплением погрешности при перепайке электрических контактов тензадатчикав (причем электрическое сопротивление самих тензодатчиков может быть сравнимо па величине с сопро 1682764тивлением контактов). Меньшее количество экспериментальных точек обусловлено необходимостью подрезки металла на каждом этапе на значительную величину (8-10 мм).Анализ эпюры распределения продольных остаточных напряжений по толщине изделия в сварном соединении биметалла (фиг. 7), определенной предлагаемым способом в объеме признаков по пп. 2 и 3 формулы изобретения, свидетельствует оналичии на эпюре достаточного количества экспериментальных точек и о ее плавном характере и позволя.ет определить экстремальные значения остаточных напряженийв зоне их больших градиентов, т. е. в переходной зоне перлит - аустенит. Последнее обстоятельство имеет особое значение потому, что позволяет достоверно контролировать эффективность термической обработки ответственных сварных соединений трубопроводов и оборудования АЭСдля снижения вероятности разрушения в самой сложно деформированной области, а именно в переходной зоне перлит-аустенит. В то же время, как показывает фиг. 8, эпюра распределения напряжений, определенная в соответствии с известным способом, имеет "ломаный" характер в перлитной части биметаллического сварного соединения, что не может быть обосновано физически и не отражает истинной картины сложного распределения остаточных напряжений в области перлит - аустенит.Таким образом, подготовка исследуемой поверхности в изделии путем вырезки прямоугольного отверстия, грани которого параллельны направлениям главных напряжений, позволяет до разгрузки поверхности разместить тензодатчики сразу по всей толщине изделия в направлениях главных напряжений, что затем после разгрузки дает воэможность определить действительное, а не перераспределенное в процессе последовательного удаления части материала вместе с тензодатчиками после остаточных напряжений, Размещение тензодатчиков на плоскости реза в направлении главных напряжений и на поверхности у плоскости реза позволяет определить значения напряжений по всей толщине изделия,включая поверхность, что обеспечивает полноту информации о напряженном состоянии и повышает достоверность определения остаточных напряжений,Удаление части материала изделия в виде темплета с размещенными на нем тенэодатчиками позволяет так провести разгрузку поверхности, что не требуется осуществление перепайки выводов тензо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 г 5 датчиков, и тем самым повысить достоверность определения остаточных напряжений. Проведение разгрузки поверхности путем разрезки темплета на фибры позволяет практически исключить повреждение тензодатчиков и минимизировать нагрев темплета с тензодатчиками. Все это позволяет повысить достоверность определения остаточных напряжений,Ввиду того, что в биметаллических изделиях имеют место высокие градиенты остаточных напряжений, для повышения достоверности их определения необходимо увеличить количество экспериментальных точек по толщине. Размещение тензодатчиков согласно предлагаемому способу на поверхности реза столбцами таким образом, что оси тензодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыдущего столбца на 1/и шага размещения тензодатчиков в первом столбце, где п - возможное количество столбцов на плоскости реза, позволяет получить эпюру остаточных напряжений с большим количеством экспериментальных точек и, следовательно, повысить достоверность.В случае определения остаточных напряжений в сварных изделиях вырезка прямоугольного отверстия в средней части сварного изделия позволяет исключить концевые эффекты неравномерности распределения остаточных напряжений и тем самым повысить достоверность их определения,Расположение большей грани прямоугольного отверстия параллельно оси сварного шва позволяет увеличйть количество тензодатчиков в плоскости действия максимальных остаточных напряжений, получить большее число экспериментальных точек и повысить тем самым достоверность определения остаточных напряжений.Формула изобретения 1. Способ определения остаточных напряжений в изделии, заключающийся в том, что подготавливают исследуемую поверхность, размещают на ней тензодатчики, измеряют их сигналы, разгружают поверхность с тензодатчиками, удаляют часть материала изделия вместе с тензодатчиками, измеряют сигналы тензодатчиков и по изменению сигналов определяют остаточные напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повь шения достоверности определения остаточных напряжений в иэделиях, преимущественно трубопроводах и оборудовании АЭС, для подготовки исследуемой поверхности в изделии вырезают прямоугольное отверстие, грани которого параллельны направлениям главных напряжений, тензодатчики размещают на поверхности1682764 12 изделия у плоскости реза и на плоскости реза в направлениях главных напряжений, удаляют часть материала изделия в виде темплета, и разгрузку поверхности с тенэодатчиками проводят после удаления темп- лета с тензодатчиками путем разрезки его на фибры.2. Способ поп.1, отл ич аю щийся тем, что, с целью повышения достоверности определения остаточных напряжений в биметаллических изделиях, тензодатчики размещают на поверхности реза столбцами, причем оси тензодатчиков каждого последующего столбца смещены относительно осей тензодатчиков предыдущего столбца на 1(п шага размещения тензодатчиков в первом столбце, где и - возможное количество стол бцов на плоскости реза,3. Способ по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышейия достоверности определения остаточных напряжений в сварных изделиях, прямоугольное отвер стие вырезают в средней части сварногоизделия, причем большую грань прямоугольного отверстия располагают параллельно оси сварного шва.1682764 Составитель Е. Щелинаактор Г. Наджарян Техред М.Моргентал Корре Н. Корол изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор л. Гагарина, 101 з 3401 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., 4/5