Балон

Балон, який містить циліндричну обичайку з поздовжнім швом, два опуклі днища із листової сталі і штуцер з фланцем корпусу, які зварені у стик, та зовнішню оболонку з кільцевих витків неметалевих волокон, скріплених між собою і корпусом з'єднувачем, який відрізняється тим, що поздовжнє стикове з'єднання обичайки є пластично деформованим, має шов товщиною, не більшою за 1,20 товщини стінки обичайки, стовщення прилеглих до шва ділянок і кривизну, як у обичайки поза ним. (19) (21) a200606715 (22) 16.06.2006 (24) 25.02.2008 (72) САВИЦЬКИЙ МИХАЙЛО МИХАЙЛОВИЧ, UA, КУЛИК ВІКТОР МИХАЙЛОВИЧ, UA, САВИЧЕНКО ОЛЕКСАНДР ОНИСИМОВИЧ, UA, ЛУПАН АРКАДІЙ ПИЛИПОВИЧ, UA, МЕЛЬНИЧУК ГЕОРГІЙ МИХАЙЛОВИЧ, UA, ЧЕРТОРИЛЬСЬКИЙ ЛЕОНІД ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA, ГОЛУБ МИКОЛА ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, СУПРУНЕНКО ВОЛОДИМИР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ ІМ. Є.О. ПАТОНА НАН УКРАЇНИ, UA 3 Поздовжнє зварне з'єднання обичайки сталевого корпусу зі стінкою із листового прокату є найнавантаженішою та найуразливішою для втомного руйнування ділянкою циліндричного балону, навантажуваного внутрішнім тиском. При цьому стикове з'єднання високоміцної сталі має найбільшу серед інших типів зварних з'єднань опірність малоцикловій втомі, а пошкодження його при експлуатації балону відбувається переважно у зоні сплавлення, де виникає концентрація напружень внаслідок різкого змінення товщини з'єднання. Завдяки пластичній деформованості метал поздовжнього з'єднання є деформаційно зміцненим, має подрібненому структуру та знижену втомлюваність. А потовщення його на прилеглих до шва ділянках, обмеження максимальної товщини шва 1,20 товщини стінки обичайки і дотримання кривизни з'єднання, як у обичайки поза ним, призводить до зниження напружень в місцях потовщення і зниження концентрації напружень в зоні сплавлення завдяки зменшенню різниці товщини шва і стінки обичайки. Це забезпечує збільшення малоциклової довговічності поздовжнього стикового з'єднання обичайки, зварного корпусу і всього балону. При перевищенні товщиною стикового з'єднання 1,20 товщини стінки обичайки має місце значна концентрація напружень в зоні сплавлення, це збільшує втомлюваність зварного з'єднання. Завдяки однаковій кривизні поздовжнього стикового з'єднання і обичайки поза ним уникається місцеве підвищення напружень. На фіг.1,2 показано запропонований балон, що складається з корпусу А із листової сталі, який містить циліндричну обичайку 1, два опуклі днища 2 і штуцер з фланцем 3 на одному з них, та зовнішньої композиційної оболонки Б. Циліндрична обичайка 1 має поздовжнє стикове з'єднання 4 з пластично деформованим металом, швом товщиною не більшою 1,20 товщини стінки обичайки, потовщенням прилеглих до шва ділянок та кривизною, як у обичайки поза ним. Циліндрична обичайка 1, опуклі днища 2 і штуцер 3 з'єднані між собою встик кільцевими швами 5 і 6, а зовнішня композитна оболонка Б являє собою кільцеві витки неметалевих волокон 7 армувального матеріалу на циліндричній частині зварного корпусу, скріплених між собою і з корпусом сполучником 8. Під дією внутрішнього тиску в балоні виникають розтягові напруження. У відсутності зовнішньої композитної оболонки кільцеві розтягові напруження у циліндричній частині рівнотовщинного сталевого корпусу перевищують осьові напруження і напруження в опуклих днищах до 2 разів, що зумовлює поздовжнє руйнування циліндричної частини корпусу при випробуванні внутрішнім тиском. Зовнішня композиційна оболонка на циліндричній частині металічного корпусу, сприймаючи частину зусилля від внутрішнього тиску, забезпечує зниження кільцевих напружень і дає можливість досягти рівнонапруженого стану рівнотовщинної стінки металевого корпусу. Але при випробуванні балону циклічним навантаженням внутрішнім тиском із 82000 4 забезпеченням однакових напружень у стінці корпусу утворення втомних тріщин відбувається в першу чергу і передчасно у поздовжньому з'єднанні обичайки, переважно у зоні сплавлення. Зниження рівня утворюваних напружень у поздовжньому пластично деформованому з'єднанні обичайки за рахунок зниження концентрації напружень і збільшення товщини з'єднання відносно стінки при однаковій кривизні його і обичайки поза ним зумовлює підвищення малоциклової довговічності поздовжнього стикового з'єднання обичайки і всього балону. Малоциклова довговічність збільшується також завдяки деформаційному зміцненню метала з'єднання, супроводжуваному подрібненням структури, збільшенням пластичності та в'язкості у термозміцненому стані. Прикладом запропонованої конструкції є балон місткістю 50л, який сполучає в собі відмінні ознаки формули винаходу. Корпус балону складено з циліндричної зварної обичайки внутрішнім діаметром 210 мм, двох опуклих днищ, які виготовлено з листової легованої сталі товщиною 3,0мм, та штуцера з фланцем. Вони зварені між собою кільцевими швами встик. Поздовжнє стикове з'єднання циліндричної обичайки пластично деформовано куванням шва до товщини 3,2мм з утворенням потовщення на прилеглих до шва ділянок і має кривизну внутрішнім радіусом 105мм. Мікротвердість кованого металу поздовжнього шва обичайки термозміцненого корпусу становить HV 1/30-(390415), прилеглих до нього потовщених ділянок - HV 1/30-(3 70-400), стінки обичайки - HV 1/30-(360380), різниця мікротвердості пластично деформованого металу в зоні сплавлення зменшується до HV 1/30-(0-20). На циліндричній частині сталевого корпусу сформовано композитну оболонку товщиною 3,0-3,5мм у вигляді скріплених епоксидною смолою витків склоровінгу. Балон призначено для роботи з багаторазовими зміненнями тиску до 20 МПа. Малоциклова довговічність його складає 1200018000 навантажень, що в кілька разів більше, ніж у балона за прототипом. При цьому втомне пошкодження (порушення герметичності) відбувається частіше на відстані кількох міліметрів від шва. 5 82000 6