Стартовая >> Архив >> Генерация >> Оценка методов прогнозирования надежности сварных соединений паропроводов

Оценка методов прогнозирования надежности сварных соединений паропроводов

Оглавление
Оценка методов прогнозирования надежности сварных соединений паропроводов
Оценка остаточного ресурса по структурному фактору
Оценка остаточного ресурса по силовому фактору
Метод магнитной памяти
Расчетно-аналитический метод
Расчетные методы оценки остаточного ресурса, выводы

Оценка методов прогнозирования эксплуатационной надежности сварных соединений паропроводов

Гофман Ю. М., Симановская Е. Ю.

Обеспечение надежности работы энергооборудования ТЭС с каждым годом становится все более важным, так как старение оборудования опережает ввод новых мощностей. Существующая тенденция к продлению ресурса энергооборудования сверх расчетного срока вызывает необходимость совершенствования техники определения остаточного срока службы паропроводов из теплоустойчивых сталей и, в первую очередь, это относится к сварным соединениям как слабым элементам в системе паропроводов, длительно эксплуатирующихся в условиях ползучести.
В статье рассматриваются пять методов прогнозирования остаточного срока службы сварных соединений, их преимущества и недостатки на примере поврежденных и неповрежденных сварных соединений из сталей 15Х1М1Ф и 12Х1МФ, работающих при Т>500°С, сведения о которых представлены в таблице. Все методы прогнозирования сравниваются с результатами лабораторного металлографического исследования микроповреждаемости.

Металлографическое исследование микроповреждаемости

  1. Металлографическое исследование микроповреждаемости проводится по вырезкам согласно [1]. Микроповреждаемость (поры) определяется металлографическим анализом микрошлифов, выполненных по поперечному сечению сварного соединения. Оценка состояния сварного соединения проводится в соответствии с [2] по 5-балльной шкале:

In - микроповрежденность оптическими методами металлографии не выявляется;
2п - единичные поры ползучести размером до 2 мкм числом 1-3 поры на поле, охватываемом окуляром микроскопа при увеличении х 1000;
3п - укрупнение пор ползучести до 1 - 3 мкм, появление новых пор размером до 1-2 мкм. Общее число пор на поле, охватываемом окуляром микроскопа при увеличении х 800 -:- 1000, от 5 до 8;

IVn - увеличение размера пор ползучести до 1 - 5 мкм, появление цепочек пор по границам зерен или скоплений (до 10-15 пор) на поле, охватываемом окуляром микроскопа при увеличении х 800 -:- 1000. Появление трещин надрывов длиной до 2 - 5 мкм, берущих начало от пор ползучести;

Vn - увеличение протяженности отдельных микротрещин до 200 - 300 мкм; появление макротрещин по границам зерен вплоть до развития магистральной трещины.
Остаточный ресурс определяется исходя из работы [3].
Результаты исследования представленных в таблице сварных соединений приведены далее.
Сварное соединение № 1 - в поперечном сечении в зоне термовлияния (ЗТВ), на глубине 12 мм выявлено максимальное число пор - 10 шт.
Зона термовлияния сварного соединения
Рис. 1. Зона термовлияния сварного соединения № 1, поперечное сечение, х 500

 Следует отметить, что поры были обнаружены и в наплавленном металле - максимальное их число 15 шт. было обнаружено в центральной части наплавленного металла, на глубине 1/2 толщины сечения шва. Состояние сварного соединения № 1 соответствует IVn стадии, исчерпание ресурса составляет 80 - 90%, остаточный ресурс будет порядка 15 тыс. ч.
Сварное соединение № 3 повредилось с образованием продольной трещины длиной порядка 62% периметра сварного шва (рис. 2). При металлографическом исследовании поперечного сечения вырезанного темплета были обнаружены поры в ЗТВ и в наплавленном металле. Состояние сварного соединения оценено Vn стадии, исчерпание ресурса -100%.
Сварное соединение № 4 повредилось с образованием продольной трещины длиной порядка 20% периметра сварного шва (рис. 3). При металлографическом исследовании было обнаружено порядка 15 пор в ЗТВ, а в металле трубы, примыкающей к ЗТВ, до 10 пор. Состояние сварного соединения оценено Vn стадии, исчерпание ресурса - 100%.
Сварное соединение № 5 неповрежденное. Максимальное число пор, 15 шт., обнаружено в ЗТВ и в наплавленном металле на глубине 1/2 толщины сечения сварного соединения. Состояние сварного соединения оценено IVn стадии, исчерпание ресурса - 80%, остаточный ресурс будет порядка 30 тыс. ч.
Сварное соединение № 6 неповрежденное. Максимальное число пор - 4 шт. - обнаружено в ЗТВ на глубине 6 мм от наружной поверхности.
Сквозная трещина в сварном соединении
Рис. 2. Сквозная трещина в сварном соединении № 3 длиной 62% периметра

В центральной части наплавленного металла на глубине 1/3 толщины сечения обнаружено 6 пор. Состояние сварного соединения оценено II - 3п стадии, исчерпание ресурса - 70%, остаточный ресурс будет порядка 60 тыс. ч.
Сварное соединение № 7 неповрежденное. На поперечном сечении вырезанного темплета на глубине 1-2 мм от наружной поверхности ЗТВ были обнаружены единичные поры, а в средней части сечения была обнаружена трещина вдоль линии сплавления (рис. 4), что соответствует Vn стадии, для которой исчерпание ресурса составляет 100%.
Сварное соединение № 8 неповрежденное. Максимальное число пор - 8 шт. - было обнаружено в ЗТВ на глубине 10 мм от наружной поверхности (рис. 5). В средней части наплавленного металла обнаружено до 4 пор. Состояние сварного соединения соответствует 3п стадии, исчерпание ресурса - 70 - 80%, остаточный ресурс будет порядка 35 тыс. ч.


Номер
сварного
соединения

Диаметр трубы, мм, материал

Среда

Время наработки, тыс. ч

Состояние сварного соединения

1

273/183, 15Х1М1Ф

Т= 545°С, Р = 25,5 МПа

138

Неповрежденное

3

377/257, 15Х1М1Ф

Т= 545°С, Р = 25,5 МПа

124

Поврежденное, длина трещины примерно 62% периметра

4

426/394 12Х1МФ

Т= 545°С, Р = 2,5 МПа

249

Поврежденное, длина трещины примерно 20% периметра

5

377/257, 15Х1М1Ф

Т= 545°С,
Р = 25,5 МПа

117

Неповрежденное

6

377/257, 15Х1М1Ф

Т= 545°С, Р = 25,5 МПа

138

То же

7

273/221, 12Х1МФ

Т=510°С,
Р= 10,0 МПа

301

“ “

8

273/183, 15Х1М1Ф

Т= 543°С, Р = 25,5 МПа

138

“ “



 
« Оценка безопасности объектов электроэнергетики   Парогенераторные установки атомных электростанций »
электрические сети