Комплексні гідравлічні дослідження зварних труб з різними вязко-пластичними характеристиками

Заголовок (англійською): 
Complex hydraulic studies of welded pipes with different visco-plastic characteristics
Автор(и): 
Макаренко В.Д.
Гоц В.І.
Макаренко Ю.В.
Чигиринець О.Е.
Савенко В.І.
Автор(и) (англ): 
Makarenko V.D.
Gots V.I.
Makarenko Y.V.
Chygyrynets’ O.E.
Savenko V.I.
Ключові слова (укр): 
труба, деформація, тріщина, пластична зона, тріщиностійкість
Ключові слова (англ): 
pipe, deformation, crack, plastic zone, crack resistance
Анотація (укр): 
Уперше проведені комплексні гідравлічні дослідження труб зварених по трьом різним схемам, що дозволило поєднувати труби різної в’язкості, що впливає на працездатність зварювальних з’єднань. Встановлено, що в дослідному інтервалі температур найбільшим спротивом зародженню руйнувань при ударному навантаженні володіє\ зона термічного впливу другого варіанту зварювання, а найменшим – першого варіанту. Статична міцність і пластичність зварюваних з’єднань труб другого і третього варіантів зварювання труб приблизно рівноцінні, а спротив зародженню руйнування зони термічного впливу у всіх варіантів майже однаковий і не нижче, чим для основного металу. Результати виконаних експериментальних досліджень свідчать про слабку кореляцію в області малих значень ударної в’язкості з характеристиками спротиву розповсюдженню руйнувань зварювальних з’єднань в умовах натурних випробувань труб. Характеристики, отримані в результаті випробувань повно товщинних зразків DWТТ більш близькі, чим зразки Шарпі відповідають дійсним характеристикам працездатності зварювальних з’єднань в трубі. Зокрема, встановлено, що значення АЗ (-15ОС)=0.75 кДж і АР (-15ОС)=0.45 кДж забезпечують задовільний спротив зародженню і розповсюдженню руйнувань в зварювальних з’єднаннях (на рівні основного металу). Ці характеристики відповідають КСU-60 = 0.5МДж/м2 , що близько до вимог по ударній в’язкості для основного металу (0.55 МДж/м2).Використання оптимальних конструктивних матеріалів , тобто матеріалів з високим спротивом водневому руйнуванню як основного металу, так і зон зварювальних з’єднань, піддатихтермодеформаційному циклу зварювання..Суттєвого ефекту можна добитися технологічними заходами, які дозволять знизити залишкові зварювальні напруження, а також значно знизити концентратори напружень за рахунок конструктивного покращення форми зварювального вузла. Застосування таких режимів термічної обробки, які відновлюють стійкість металу з крупнозернистою і дефектною структурою. Застосовувати для будівництва трубопроводів відповідального призначення удосконалені трубні сталі та зварювальні матеріали, наприклад сталі 06Г2БА і 08ХМЧА, які характеризуються підвищеною стійкістю проти водневого окрихчення та високою тріщиностійкістю в агресивних середовищах.
Анотація (англ): 
For the first time, complex hydraulic studies of pipes welded according to three different schemes were carried out, which made it possible to combine pipes of different viscosities, which affects the performance of welding joints. It was found that in the experimental temperature range, the zone of thermal influence of the second welding variant has the greatest resistance to the initiation of fractures under shock loading, and the lowest - the first variant. The static strength and ductility of the welded pipe joints of the second and third pipe welding options are approximately equivalent, and the resistance to the initiation of the thermally affected zone in all options is almost the same and not lower than that of the base metal. The results of the performed experimental studies indicate a weak correlation in the area of small values of impact viscosity with the characteristics of resistance to fracture propagation of welding joints in the conditions of full-scale pipe tests. The characteristics obtained from tests of full-thickness DWTT specimens are closer than the Charpy specimens to the actual performance characteristics of the weld joints in the pipe. In particular, it was established that the values of Az (-150C)=0.75 kJ and Ar (-150C)=0.45 kJ provide satisfactory resistance to the initiation and propagation of fractures in welding joints (at the base metal level). These characteristics correspond to KSU-60 = 0.5 MJ/m2, which is close to the impact toughness requirements for the base metal (0.55 MJ/m2). The use of optimal structural materials, that is, materials with high resistance to hydrogen destruction of both the base metal and zones of welding joints subjected to a thermo-deformation cycle of welding. A significant effect can be achieved by technological measures that will reduce residual welding stresses, as well as significantly reduce stress concentrators due to structural improvement of the shape of the welding unit. Application of such heat treatment regimes that restore the stability of metal with a coarse-grained and defective structure. Use improved pipe steels and welding materials, such as 06G2BAand 08 KhMCHA steels, which are characterized by increased resistance to hydrogen embrittlement and high crack resistance in aggressive environments, for the construction of pipelines of responsible purpose.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2024, номер 112
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2024, number 112
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
21-112_nuianzin_o._m._kozak_a._a._yanishevskyi_v.e._kryshtal_v._m.pdf
Дата публікації: 
25 April 2024
Номер збірника: 
112
Університет автора: 
Херсонський національний технічний університет, Україна;Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна ;Медичний університет провінції Манітобо, м. Вінніпег, Канада ;Національний технічний університет України «КПІ ім. Ігоря Сікор
Литература: 
  1. Макаренко В.Д., Гоц В.І., Савенко В.І., Владимиров О.В., Макаренко Ю.В. Експериментальні дослідження кінетики росту тріщин та несучої здатності трубних сталей підземних систем водовідведення // Опір матеріалів і теорія споруд: Вип. №110.- 2023, С. 469-482.
  2. Макаренко Ю.В., Савенко В.І., Горлач О.М., Задорожнікова О.В., Чигиринець О.Е., Победа С.С. Дослідження кінетики росту тріщин під дією статичних і динамічних навантажень трубних сталей в корозійно-агресивному середовищіNAСЕ // Опір мате5ріалів і теорія споруд: Вип. №110.- 2023, С.520-532.
  3. NACEStandardTM01-77(90). Standard Test Method. Laboratory Testing of Metals Resistance to Sulfide Stress Cracking in H2S Environments // NACE. – Houston. P.O. BOX 218340.1990.-22 p.
  4. Okada T., Hattori S. Relation Between Concentration of Salt Water and Corrosion Fatique Strength on 0.37 Percent Carrbon Structural Steel, Fukui Univeersity, Япония: Теоретические основы инженерных расчетов (Труды Американского общества инженеров-механиков); изд-воМир, 1985, №3,S.98-107.
  5. Макаренко В.Д., Крижанівський Є.І., Чернов В.Ю. Проблеми корозійної стійкості промислових трубопроводів// Нафтова і газова промисловість. -2002.-№6.-С.42-44
  6. Самойленко М.І., Функціональна надійність трубопровідних транспортних систем// Харків: ХНАМП. – 2009.-184с
  7. Насоніна Н.Г., Антоненко С.Є. Аналіз пошкодженості водопровідних і каналізаційних мереж// Сучасне промислове та цивільне будівництво. -2019.-Том15.-№1.-С23-34
  8. Макаренко В.Д., Гоц В.І., Аргатенко Т.В. і ін. Дослідження аварійних трубопроводів // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки, вип. 42. -2023.-С.49-58
  9. Бриду А., Лафранс М., Прову И. Разработка новых сортов стали с повышенными характеристиками для транспорта кислого газа и нефти// Нефтегаз-Франция –ЮзичорАсье, 1986. -19с
  10. Порівняльний аналіз корозійно-механічних властивостей вітчизняної трубної сталі 20ЮЧ з іноземними аналогами / О.Чапля, О.Радкевич, О.П’ясецький, Я.Cпектор//Машинознавство. -1999.-№8.- С52-56
  11. Oсновнi закономiрностi наводнювання та поверхневого пухирiння трубної сталi в сiрководневих середовищах / О. Радкевич, Г. Чумало, I. Доминюк i iн. // Фiз.-хiм. мexaнiкaматерiалiв. - 2004. - Спец. вип. № 4, т. 1. - С. 446-449.
  12. Tyson W.R. HydrogenEmbrittlementandHydrogenDislocationInteractions // Corrosion. - 1980. Vol. 36, No. 8. - Рр. 441-443.
  13. Ford F.P. Stress Corrosion Crackinq in Advances in Corrosions Science-1, Ed., R.N.Parkins, Applied Seience  Publishers, 2002.
  14. Кавакубо Т, Хісида М. Розрахунок прискореного навколишнім середовищем росту тріщини для неіржавіючої сталі у воді високої температури на основі механіки пружно-пластичного руйнування // Journal of Engineering Materials and Technology, 1995, Vol.107, p.240-245.
  15. Макаренко В.Д. Експериментальні випробування трубопроводів // Ніжин: НДУ ім.Миколи Гоголя, 2020.-543 с.
  16. Макаренко В.Д., Стогній O.В., Гоц В.І. і ін. Полігонні випробування газопроводів. Монографія// Ніжин: НДУ ім. М.Гоголя. -2023. – 160 с.
  17. Макаренко В.Д., Білик С.І., Чигиринець О.Е. і ін. Кінетика тріщиноутворення в сталевих конструкціях // Київ: НУБіП України. -2023. -248 с.
  18. Мешков Ю.Я. Физические основы разрушения стальных конструкций //Киев: Наукова думка. -1981.-284с
  19. Макаренко В.Д., Стогній O.В.,Гоц В.І. і ін. Натурні випробування трубопроводів. Монографія// Ніжин: НДУ ім. М.Гоголя. -2023. – 154 с.
  20. Влияние водорода на хрупкость конструкционных сталей и сварных соединений /И.К. Походня, В.И. Швачко, С.А. Котречко и др. // Автомат сварка. – 1989.- №5. – С.1 – 4.
 
References: 
 
  1. Makarenko V.D., Hots V.I., Savenko V.I., Vladymyrov O.V., Makarenko Yu.V. Eksperymentalni doslidzhennia kinetyky rostu trishchyn ta nesuchoi zdatnosti trubnykh stalei pidzemnykh system vodovidvedennia (Experimental studies of crack growth kinetics and bearing capacity of pipe steels of underground drainage systems) // Opir materialiv i teoriia sporud: Vyp. №110.- 2023, S. 469-482.
  2. Makarenko Y.V., Savenko V.I., Gorlach O.M., Zadorozhnikova O.V., Chyhyrynets O.E., Pobeda S.S. Doslidzhenniakinetyky rostu trishchyn pid diieiu statychnykh i navantazhen trubnykh stalei v koroziino-ahresyvnomu seredovyshchi (Study of the kinetics of crack growth under the action of static and loading of pipe steels in corrosion - aggressive environment) // NASE//Opir materialiv i teoriia sporud: Vyp. №110.- 2023, S.520-532.
  3. NACE Standard TM01-77(90). Standard Test Method. Laboratory Testing of Metals Resistance to Sulfide Stress Cracking in H2S Environments // NACE. - Houston. P.O. BOX 218340.1990.-22 p.
  4. Okada T., Hattori S. Relation Between Concentration of Salt Water and Corrosion Fatique Strength on 0.37 Percent Carbon Structural Steel, Fukui University, Japan: Theoretical Foundations of Engineering Calculations (Proceedings of the American Society of Mechanical Engineers); Publishing house Mir, 1985, No. 3, S.98-107.
  5. Makarenko V.D., Kryzhanivskyi E.I., Chernov V.Yu. Problemy koroziinoi stiikosti promyslovykh truboprovodiv (Problems of corrosion resistance of industrial pipelines) // Naftova i hazova promyslovist. -2002.-№6.-S.42-44
  6. Samoilenko M.I. Funktsionalna nadiinist truboprovidnykh transportnykh system (Functional reliability of pipeline transport systems) // Kharkiv: KhNAMP. – 2009.-184s
  7. Nasonina N.G, Antonenko S.E. Analiz poshkodzhenosti vodoprovidnykh i kanalizatsiinykh merezh ( Analysis of the damage to water supply and sewerage lines) // Suchasne promyslove ta tsyvilne budivnytstvo. -2019.-Tom15.-№1.-S.23-34
  8. Makarenko V.D., Gots V.I., Argatenko T.V. Doslidzhennia avariinykh truboprovodiv (Research of emergency pipelines) // Problemy vodopostachannia,  vodovidvedennia ta hidravliky, vyp. 42. -2023.-S.49-58
  9. Brydu A., Lafrance M., Provu I. Rozrobka novykh sortiv staly z pidvyshchenymy kharakterystykamy dlia transportuvannia kyslotnoho hazu i nafty (Development of new grades of steel with improved characteristics for the transport of acid gas and oil) //Neftehaz-Frantsyia –YuzychorAse, 1986. -19s
  10. O. Chaplya, O. Radkevich, O. P’yasetsky, Y. Spektor Porivnialnyi analiz koroziino-mekhanichnykh vlastyvostei vitchyznianoi trubnoi stali   20YuCh z inozemnymy analohamy (Routine analysis of the corrosion-mechanical properties of 20YuCh laminated pipe steel with foreign analogues) //Mashynoznavstvo. -1999.-№8.- S52-56
  11. Radkevich O., Chumalo G., Dominyuk I. Osnovnizakonomirnosti navodniuvannia ta poverkhnevoho pukhyrinnia trubnoi stali v  sirkovodnevykh seredovyshchakh (Fundamentals of the regularity of flooding and surface fluff of pipe steel in deep-water environments) // Fiz.- khim. mexanikamaterialiv. - 2004. - Spets. vyp. № 4, t. 1. - S. 446-449.
  12. Tyson W.R. HydrogenEmbrittlementandHydrogenDislocationInteractions // Corrosion. - 1980. Vol. 36, No. 8. - Рр. 441-443.
  13. Ford F.P. Stress Corrosion Crackinq in Advances in Corrosions Science-1, Ed., R.N.Parkins, Applied Sсience  Publishers, 2002.
  14. Kawakubo T, Hishida M. Rozrakhunok pryskorenoho navkolyshnim seredovyshchem rostu trishchyny dlia neirzhaviiuchoi stali u vodi vysokoi temperatury na osnovi mekhaniky pruzhno-plastychnoho ruinuvannia (Restoration of medium-accelerated crack growth for stainless steel at high temperature water based on the mechanics of spring-plastic collapse) // Journal of Engineering Materials and Technology, 1995, Vol.107,p.240-245.
  15. Makarenko V.D. Eksperymentalni vyprobuvannia truboprovodiv (Experimental testing of pipelines) // Nizhyn:NDU im.Mykoly Hoholia,   2020.-543s.
  16. Makarenko V.D., Stognij O.V., Gots V.I. Polihonni vyprobuvannia hazoprovodiv (Testing sites for gas pipelines) Monohrafiia// Nizhyn: NDU im. M.Hoholia. -2023. – 160s
  17. Makarenko V.D., Bilik S.I., Chigirinet O.E. Kinetyka trishchyno utvorennia v stalevykh konstruktsiiakh (Kinetics of crack formation in steel structures) // Kyiv:NUBiP Ukrainy. -2023. -248s
  18. Meshkov Yu.Ya. Fizychni osnovy ruinuvannia stalevykh konstruktsii (Physical principles of destruction of steel structures) //Kyiv: Naukova dumka. -1981.-284s
  19. Makarenko V.D., Stognij O.V., Gots V.I. Naturni vyprobuvannia truboprovodiv (Field tests of pipelines) Monohrafiia// Nizhyn: NDU im. M.Hoholia. -2023. – 154s
  20. I.K. Pokhodnya, V.I. Shvachko, S.A. Kotrechko Vplyv vodniu na krykhkist konstruktsiinykh stalei ta zvarnykh ziednan (The influence of hydrogen on the brittleness of structural steels and welded joints) // Avtomat zvariuvannia. - 1989. - №5. - S.1 - 4.