Спосіб визначення напруженого стану біля зварних з’єднань трубопроводів

УКРАЇНА (19) UA (11,7910 (із, U (51)7GO1L1/12 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54, СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ НАПРУЖЕНОГО СТАНУ БІЛЯ ЗВАРНИХ З'ЄДНАНЬ ТРУБОПРОВОДІВ 1 (21,20041210232 (22,13 12.2004 (24)15.07.2005 (46, 15.07.2005, Бюл № 7, 2005 р. (72, Драгілєв Андрій Володимирович, Банахевич Юрій Володимирович, Осадчук Василь Антонович, Кичма Андрій Олексійович (73, НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА", УПРАВЛІННЯ МАГІСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОДІВ "ЛЬВІВТРАНСГАЗ" (57, Спосіб визначення напруженого стану біля зварних з'єднань трубопроводів, який полягає у тому, що обертаючи накладний магнітопружний перетворювач визначають зміну вихідного сигналу та встановлюють тарувальний коефіцієнт на зразку, який виготовлений з того ж матеріалу, що і до Корисна модель відноситься до вимірювання механічних напружень в конструкціях із феромагнітних матеріалів і може бути використана для визначення напруженого стану біля зварних з'єднань циліндричних оболонкових конструкцій, що застосовуються в нафтогазовій, хімічній та Інших суміжних галузях промисловості. Відомо метод визначення залишкових напружень в зоні кільцевих швів оболонкових конструкцій, в якому співвідношення між коловими і осьовими напруженнями визначають числовими методами [Фомичев С.К., Осламовский Ю А., Великоиваненко Е.А. "Экспериментально-расчетный метод определения остаточных напряжений в зоне кольцевых швов оболочечных конструкций" // Автоматическая сварка. - 1998. - №5 (542). - С 1418]. Однак в цьому методі при визначенні співвідношень колових та осьових напружень в зоні зварного шва необхідно знати значення погонної енергії зварювання та Інформацію про застосування методів зменшення напружень в кільцевих зварних швах, які переважно для конструкцій довготривалої експлуатації невідомі. Найбільш близьким по технічній суті до заявленого способу є спосіб визначення напруженого стану біля зварних з'єднань трубопроводів, який заключається в тому, що обертаючи накладний сліджуваний трубопровід, який відрізняється тим, що вимірюють неруйнівним методом усереднену по площі контакту давача різницю головних напружень і встановлюють сподівану усереднену по площі контакту давача різницю головних напружень через компоненти тензора пластичних власних деформацій £°, за допомогою функціонала мінімізують відхилення виміряного усередненого значення різниці головних напружень від сподіваного усередненого значення, визначають необхідні параметри компоненти тензора пластичних власних деформацій s° , після чого знаходять колові та осьові напруження у довільній точці трубопроводу, по яких і судять про напружений стан. магнітопружний перетворювач визначають зміну вихідного сигналу та визначають тарувальний коефіцієнт на зразку, який виготовлений з того ж матеріалу, що і досліджуваний трубопровід [А.С 1185126А (СРСР). Спосіб визначення механічних напружень (Жданов І.М., Батюк В.В., Беловецький Є М , Гачик Р.К. та інші.). - Опубл 15.10 1985 в Б.И. №38, 1985 р.]. В цьому способі на основі гармонічної залежності зміни кута повороту перетворювача визначають амплітуду і фазу вихідного сигналу і розраховують величину дотичного напруження. Даний спосіб недосконало визначає компоненти напруженого стану, він також не визначає співвідношень між коловими та осьовими напруженнями біля зварного шва, коли невідомо значення погонної енергії зварювання елементів конструкції, не враховує процеси релаксації і деградації металу труби та різного роду технологічні залишкові деформації В цьому способі на основі гармонічної залежності зміни кута повороту перетворювача визначають амплітуду і фазу вихідного сигналу і розраховують величину дотичного напруження В основу корисної моделі покладено завдання створити спосіб визначення напруженого стану біля зварних з'єднань трубопроводів в процесі їх довготривалої експлуатації, в якому з більшою О О) 7910 точністю визначають компоненти напружень, в тому числі співвідношення між коловими та осьовими напруженнями біля зварного шва, коли невідомо значення погонної енергії зварювання елементів конструкції і при цьому враховувати вплив процесів релаксації металу труби та різного роду технологічних залишкових деформацій. Поставлене завдання вирішується тим, що обертаючи накладний магнітопружнии перетворювач визначають зміну вихідного сигналу та встановлюють тарувальний коефіцієнт на зразку, який виготовлений з того ж матеріалу, що і досліджуваний трубопровід, згідно корисної моделі, вимірюють неруйнівним методом усереднену по площі контакту давача різницю головних напружень і встановлюють сподівану усереднену по площі контакту давача різницю головних напружень через компоненти тензора пластичних власних деформацій є° за допомогою функціонала мінімізують відхилення виміряного усередненого значення різниці головних напружень від сподіваного усередненого значення, визначають необхідні параметри компоненти тензора пластичних власних деформацій є°, після чого знаходять колові та осьові напруження у довільній точці трубопроводу, по яких і судять про напружений стан. Представлення компоненти тензора повної деформації є° виразом де е| - компонента тензора пружної деформації, є° - компонента тензора пластичних власних деформацій, дозволяє на основі розв'язку оберненої задачі теорії оболонок Із залишковими деформаціями відшукати невідомі параметри компонент тензора пластичних власних деформацій еи і на їх основі обчислити компоненти напруженого стану у довільній точці трубопроводу, зокрема і ті, які не можна отримати експериментально. Проведення мінімізації відхилень виміряного усередненого значення різниці головних напружень від сподіваного усередненого значення за допомогою функціонала дозволяє підвищити точність визначення колових та осьових напружень в зоні зварних швів трубопроводів, і тим самим підвищити точність визначення напруженого стану біля зварних з'єднань трубопроводів Використання експериментальних даних отриманих безпосередньо на трубопроводі дозволяє врахувати сумарні технологічні напруження і зміну механічних характеристик металу труби в Комп'ютерна верстка А. Крижанівський процесі довготривалої експлуатації. Таким чином, застосування запропонованого способу дозволяє визначати напружений стан біля зварних з'єднань трубопроводів, з високою точністю встановлювати співвідношення їх колових та осьових напружень, враховувати процеси релаксації та деградації металу труби та різного роду технологічні залишкові деформації Спосіб здійснюють так. Перед проведенням вимірювань на діючому трубопроводі накладний магнітопружнии перетворювач встановлюють на зразок у вигляді пластини, який виготовлений з того ж матеріалу що і досліджуваний трубопровід і за допомогою приладу, наприклад MESTR-411 чи аналогічних, проводять відлік вихідного сигналу з перетворювача у двох взаємоперпендикулярних напрямках декілька разів і визначають їх усереднені величини. Зразок встановлюють в розривну машину і поступово збільшуючи навантаження на зразок, аналогічно знімають відлік вихідного сигналу з перетворювача у двох взаємно перпендикулярних напрямках, будують тарувальну криву і визначають тарувальний коефіцієнт При вимірюванні на діючому трубопроводі на поверхні труби в околі шва наносять сітку: три лінії вздовж осі труби з відстанню між ними, наприклад, 20мм і перпендикулярні до них лінії вздовж кіл з кроком, наприклад, 2мм. Почергово встановлюють магнітний перетворювач на розмічені точки і знімають відлік вихідного сигналу при розміщенні осі перетворювача перпендикулярно і вздовж осі труби та знаходять їх піврізницю. За розрахункове в цьому перерізі приймають усереднене значення, наприклад, за трьома вимірюваннями Аналогічно отримують значення показника приладу в інших перерізах трубопроводу. Для отриманих експериментальних даних з використанням тарувального коефіцієнта обчислюють відповідні їм значення середньоінтегральних по площі контакту давача різницю головних напружень І встановлюють сподівану усереднену по площі давача різницю головних напружень Встановлюють різницю колових і осьових напружень через компоненти тензора пластичних власних деформацій Е° за допомогою функціонала мінімізують відхилення виміряного усередненого значення різниці головних напружень від сподіваного усередненого значення, визначають необхідні параметри компоненти тензора пластичних власних деформацій £ц після чого знаходять колові та осьові напруження у довільній точці трубопроводу по яких і судять про напружений стан. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти І науки Укра'їни Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислово) власності", вул Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601