Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. Анализ методов диагностирования сварных соединений с учетом их химической, структурной и механической неоднородности 11
1.1. Особенности структуры и свойств сварных соединений 11
1.2. Особенности и причины повреждений сварных соединений 34
1.3. Методы контроля для оценки эксплуатационных повреждений сварных соединений 49
1.4. Задачи исследования 66
Глава 2. Методика исследований сварных соединений 70
2.1. Предпосылки к разработке методики исследования 70
2.2. Материал и методика исследования 76
2.3. Критерии деградации микроструктуры 92
2.4. Техника проведения металлографического анализа 98
2.5. Выводы 108
Глава 3. Закономерности изменения микро структуры зон сварных соединений при ползучести 110
3.1. Структурное состояние металла шва
сварных соединений сталей 12Х1МФ и 15ХІМІФ 110
3.2. Эволюция микроструктуры ЗТВ и основного металла сварного соединения стали 12Х1МФ 114
3.3. Эволюция микроструктуры ЗТВ и основного металла сварного соединения стали 15Х1М1Ф 125
3.4. Выводы 134
Глава 4. Закономерности микроповреждаемости зон сварных соединений при ползучести 139
4.1. Особенности развития микроповреждаемости зон сварных соединений при ползучести 139
4.2. Кинетика развития микроповреждаемости зон сварных соединений стали 12Х1МФ 144
4.3. Кинетика развития микроповреждаемости зон сварных соединений стали 15Х1М1Ф 154
4.4. Выводы 164
Глава 5. Оценка срока службы сварных соединений по структурному фактору 166
5.1. Эффективность применения метода металло- графического анализа с помощью реплик для оценки ресурса сварных соединений эксплуатирующихся паропроводов 166
5.2. Методика оценки остаточного ресурса сварных соединений коллекторов котлов и паропроводов по структурному фактору 170
5.3. Производственный опыт использования методики оценки остаточного ресурса сварных соединений по структурному фактору 181
5.4. Выводы 196
Общие выводы 197
Литература
- Особенности и причины повреждений сварных соединений
- Материал и методика исследования
- Эволюция микроструктуры ЗТВ и основного металла сварного соединения стали 12Х1МФ
- Кинетика развития микроповреждаемости зон сварных соединений стали 12Х1МФ
Введение к работе
В современной отечественной теплоэнергетике в качестве основного материала паропроводов широкое применение получили теплоустойчивые хромомолибденованадиевые стали. Паропроводы эксплуатируются в условиях ползучести металла при температуре выше 510С с давлением пара до 26 МПа. Их срок эксплуатации превысил проектный срок службы 100-^-200 тыс. ч., а во многих случаях и парковый ресурс. Сварные соединения являются одним из наиболее слабых элементов в системе паропровода. Это обусловлено их структурной, механической, химической и геометрической неоднородностью. Наличие хрупких и малопрочных прослоек металла зон сварного соединения, вызванных технологической и металлургической наследственностью, существенно сокращает срок их службы.
При длительной эксплуатации повреждения сварных соединений в условиях ползучести преимущественно развиваются по разупрочненной прослойке зоны термического ВЛИЯНИЯ (ЗТВрП) , в отдельных случаях - по разупрочненному металлу шва. Проблема надежности сварных соединений остается актуальной в связи с дальнейшей эксплуатацией паропроводов сверх паркового ресурса на стареющих ТЭС.
Применяемые методы дефектоскопии (ультразвуковой, маг-нитопорошковый, радиографический, вихретоковый) не позволяют выявлять дефектные сварные соединения на ранней стадии развития повреждения (на стадии повреждения микроструктуры металла зон сварного соединения). Металлографический анализ с помощью реплик не применялся для сварных соединений паропроводов из хромомолибденованадиевых сталей, поскольку не были установлены критерии оценки микроповрежденности зон сварных
соединений и отсутствовала методика оценки остаточного ресурса. Не изучены были особенности изменения структуры и кинетики развития микроповрежденности в процессе длительной эксплуатации. Отсутствовала совершенная методика прогнозирования остаточного ресурса сварных соединений паропроводов по структурному фактору, интегрированная в систему технического диагностирования паропроводов.
В связи с этим актуальной задачей является разработка метода металлографического анализа с помощью реплик для оценки остаточного ресурса сварных соединений паропроводов и предупреждения их разрушений.
Целью работы является разработка метода оценки остаточного ресурса сварных соединений теплоустойчивых хромомолиб-денованадиевых сталей по структурному фактору.
Задачи диссертационной работы:
установление влияния структурного состояния и свойств сварных соединений хромомолибденованадиевых сталей на ресурсные характеристики, анализ причин повреждений в условиях длительной эксплуатации.при ползучести;
разработка методики исследования сварных соединений для условий испытаний образцов при ползучести, включая:
определение температурно-силовых условий проведения испытаний образцов на термодеформационное старение, которые моделируют механизмы разрушения аналогично эксплуатирующимся сварным соединениям паропроводов;
установление критериев деградации микроструктуры в процессе длительной эксплуатации сварных соединений в условиях ползучести;
разработка методики металлографического исследования для установления зависимости степени исчерпания ресурса от
изменения микроструктуры и накопления микроповрежденности металла зон сварных соединений;
исследование и установление закономерностей структурных изменений и микроповреждаемости зон сварного соединения (сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф) в зависимости от исчерпания ресурса;
разработка критериев для оценки технического состояния и определения остаточного ресурса сварных соединений по структурным изменениям и микроповрежденности металла;
промышленное опробование и применение метода металлографического анализа с помощью реплик для оценки остаточного ресурса сварных соединений в рамках технического диагностирования паропроводов, эксплуатирующихся в условиях ползучести.
Материал и предмет исследования.
В качестве материала -исследования выбраны сварные соединения паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф исходного состояния и с различной наработкой. Всего было испытано и подвергнуто исследованию 207 образцов, из них 84 из сварных соединений исходного состояния и 123 после эксплуатации с различной наработкой. Форма и размер образцов для проведения испытаний на термодеформационное старение выбраны с учетом особенностей структуры и свойств сварных соединений.
Методологический алгоритм проведения исследования заключается в поэтапном проведении следующих экспериментально-расчетных операций. На первом этапе испытываются сварные образцы на термодеформационное старение с периодическим исследованием микроструктурных изменений и накопления микроповреждаемости в металле зон. Результаты исследований обрабатываются с построением закономерностей исчерпания ресурса от де-
градации микроструктуры различных зон сварного соединения. Устанавливается наиболее чувствительное место к инициированию и развитию микроповреждаемости металла в зависимости от механической неоднородности зон сварного соединения.
На втором этапе устанавливается взаимосвязь микроповреждаемости металла зон от исчерпания ресурса сварных соединений, которая ранжируется на стадии развития (с четкими критериями микроповрежденности и микроструктуры для каждой стадии) . Это позволяет разработать структурные шкалы для оценки остаточного ресурса сварных соединений. Определяется главенствующая роль критериев микроповрежденности и/или микроструктуры .
На третьем этапе формулируется методика металлографического анализа с помощью реплик (MAP), определяются зоны обследования сварных соединений (сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф), основные и вспомогательные структурные критерии для оценки ресурса сварных соединений. В том числе, регламентируются требования и последовательность проведения операций при фиксации структурной картины металла зон сварных соединений на эксплуатирующихся паропроводах с помощью лаковых или ацетатных реплик и последующим металлографическим исследованием на оптических микроскопах. Эффективность использования разработанного металлографического метода (MAP) оценки остаточного ресурса сварных соединений подтверждается положительным промышленным опытом при использовании его на отечественных ТЭС.
Научная новизна.
Показано влияние механической неоднородности сварных соединений, характеризующейся особенностью разупрочнения по зоне термического влияния и металлу шва {,рп, ) , на развитие микроповрежденности металла.
Выявлено, что микроструктурные изменения и накопление
микроповрежденности в разупрочненной прослойке ЗТВрП при
ползучести протекают более энергично по сравнению с металлом
шва и основным металлом. Фактическое состояние металла ЗТВрп
служит основным критерием при оценке работоспособности и ос
таточного ресурса сварного соединения.
Установлена взаимосвязь стадии исчерпания ресурса
(т/Тр) от изменения структуры (микроструктурных изменений и
накопления микроповрежденности) металла зон сварных соединений паропроводов из теплоустойчивых хромомолибденованадиевых сталей (12Х1МФ, 15Х1М1Ф) в процессе длительной эксплуатации (до 300-350 тыс. ч.) при ползучести, при этом:
деградация микроструктуры классифицирована на три стадии по критериям: размер карбидных частиц, морфология выделения карбидной фазы (цепочки и слияния карбидов), размер зерна микроструктуры;
- процесс развития микроповрежденности классифицирован на пять стадий и оценивается по плотности и морфологии пор ползучести от единичных пор до цепочек и слившихся пор и далее вплоть до микро- и макротрещин по границам зерен.
Практическая ценность.
Разработаны структурные шкалы для оценки остаточного ресурса сварных соединений по критериям микроповрежденности и микроструктурных изменений металла.
Разработана методика металлографического анализа с помощью реплик (и/или срезов - микроОбразцов металла) для оценки остаточного ресурса сварных соединений паропроводов-, эксплуатирующихся в условиях ползучести в рамках их технического диагностирования. Определены зоны обследования сварных соединений сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Методика оформлена в ус-
тановленном порядке и введена в действие в виде отраслевого руководящего документа РД 153-34.1-17.4 67-2001 "Экспрессный метод для оценки остаточного ресурса сварных соединений коллекторов котлов и паропроводов по структурному фактору". Применение методики металлографического анализа с помощью реплик для оценки ресурса сварных соединений регламентировано в отраслевых инструкциях СО 153-34.17.470-2003, СО 153-34.17.455-2003 и РД 10-577-03.
По результатам диагностирования с применением разра
ботанного метода металлографического анализа установлены
сроки остаточного ресурса сварных соединений паропроводов
ряда ТЭС России (в том числе Костромской ГРЭС, Тверской ТЭЦ
- 3, Новогорьковской ТЭЦ, Новочеркасской ГРЭС, Рязанской
ГРЭС, Нижневартовской ГРЭС и др.).
Определен методический подход по диагностированию
сварных соединений и прогнозированию их ресурса, сочетающий
комплексное применение расчетных и разработанных в рамках
данной работы структурных методов, дополняющих друг друга,
что должно найти применение при разработке производственных
инструкций по контролю металла паропроводов.
Создан алгоритм по оценке технического состояния и оп
ределению индивидуального ресурса сварных соединений, опти
мизации регламента эксплуатационного контроля (объем и пе
риодичность диагностических операций), основанный на ком
плексном использовании расчетных и структурных методик опре
деления ресурса. Алгоритм^ успешно используется в компьютер
ных информационно-аналитических системах на Рязанской и Ко
стромской ГРЭС для анализа и оценки состояния сварных соеди
нений трубопроводов по результатам их эксплуатационного кон
троля .
Особенности и причины повреждений сварных соединений
Около 85-95% случаев повреждений отмечается по сварным соединениям с концентраторами напряжений (рис. 1.20), в том числе на тройниковых штуцерных соединениях и стыковых соединениях разнотолщинных трубных элементов, а именно на стыках паропроводных труб о фасонными деталями: коленами, переходами, патрубками паровой арматуры и тройников (табл. 1.2) . Лишь около 10% повреждений приходится на стыковые сварные соединения труб между собой, при этом около 2/3 из них относится к соединениям, расположенным у неподвижных опор в местах действия максимальных изгибающих нагрузок.
Распределение повреждаемости сварных соединений по типам паропроводов: паропроводов ОП (острого пара) и ГПП (горячего промежуточного перегрева) на примере ТСС выглядит следующим образом. Так, по данным обследования 1154 паропроводов 90 ТЭС [37] установлено, что 28% повреждений ТСС отмечается на паропроводах ОП и 17% на паропроводах ГПП. Из этого следует, что повреждаемость тройниковых сварных соединений на паропроводах ОП в 1,5 раза выше, чем на паропроводах ГПП. Однако, на отдельных ТЭС, например, на Конаковской ГРЭС, повреждаемость ТСС наоборот на паропроводах ОП ниже, чем на паропроводах ГПП [13, 16] . Это объясняется многими причинами, в том числе конструкцией и типоразмером сварных тройников, условиями эксплуатации и применяемой технологией ремонта.
По стыковым сварным соединениям, основываясь на данных обследования [37], из почти 100 случаев повреждений 82% приходится на соединения труб с фасонными деталями и лишь 8% -на стыки труб между собой. Из этого следует, что в повреж 39
Типы повреждающихся при эксплуатации сварных соединений паропроводов из хромомолибденована-диевых сталей при ползучести: а) - стыковые соединения труб с фасонными де талями; б) - тройниковые и штуцерные соединения; в) - стыковые соединения труб между собой. Тр - кольцевые трещины по ЗТВрП соединений; Тр(п) - поперечные трещины в металле швов с переходом в основной металл. даемости большую роль играет конструкционный фактор, а именно концентрация напряжении в зоне перехода от одной толщины стенки к другой, где расположен сварной шов.
Общий анализ повреждений свидетельствует о комплексном влиянии эксплуатационных, технологических и конструкционных факторов на эксплуатационные отказы сварных соединений паропроводов. Так, по результатам анализа повреждаемости установлено влияние следующих факторов: эксплуатационного фактора (температурных условий). При увеличении температуры рабочей среды с 510 до 545-560С повреждаемость сварных соединений возрастает на порядок (в 10 раз);
- конструкционного фактора. В среднем примерно 90% повреждений приходится на сварные соединения с концентраторами напряжений: штуцерные, тройниковые и стыковые сварные соединения разнотолщинных трубных элементов, объем которых в общем количестве сварных соединений на паропроводе составляет 10-15%. Около 10% повреждений отмечается по сварным стыкам равнотолщинных паропроводных труб и их повреждения связаны преимущественно с экстремальными условиями эксплуатации;
- технологического фактора, обусловленного неоднородностью структуры и свойств по зонам сварного соединения. Примерно 92-95% повреждений развивается по разупрочненной прослойке металла ЗТВрп и около 5-8% отказов - по металлу шва. Технологический фактор как причина повреждений реализуется, как правило, при значительном влиянии эксплуатационного фактора, определяющего экстремальные условия работы паропровода: действие рабочих напряжений, превышающих нормативный уровень; появление неучтенных проектом дополнительных нагрузок циклического характера и другие.
На повреждаемость сварных соединений комплексное влияние оказывают все факторы, при этом одна из причин является основной, а остальные рассматриваются как сопутствующие. Преимущественно повреждения появляются в разупрочненной прослойке металла ЗТВрп, реже в металле шва. Трещины в ЗТВрп развиваются с наружной поверхности трубных элементов вглубь металла и ориентированы вдоль сварного шва на расстоянии 3-5 мм от линии сплавления с металлом шва (рис. 1.21); повреждение носит межзеренный хрупкий характер, магистральной трещине сопутствуют поры и микротрещины ползучести. Такой вид повреждения обусловлен следующими особенностями: структурной, механической и химической неоднородностью металла по зонам сварного соединения, что является металлургической и технологической наследственностью соединений; высокой интенсивностью протекания процессов деградации структуры и микроповреждаемости в ЗТВрП по сравнению с основным металлом в силу особенностей напряженного состояния в этой прослойке - концентрацией объемных растягивающих напряжений, что определяет условия плоскодеформированного состояния ЗТВрп при ползучести. Особенности структурного состояния зон сварных соединений и микроповреждаемости ЗТВрп рассмотрены в 1.1; высокими рабочими напряжениями, которые могут превышать допускаемый уровень по сравнению с проектными условиями эксплуатации. Так, по данным [12] практически все паропроводы имеют участки, в которых фактические рабочие напряжения на 15-25% превышают проектные значениями, в том числе 10% паропроводов эксплуатируются с участками, в которых действуют напряжения, превышающие допускаемые значения для расчетного срока службы.
Материал и методика исследования
Сварные соединения относятся к категории относительно слабых элементов в системе паропроводов из теплоустойчивых хромомолибденованалиевых сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Обеспечение безаварийной эксплуатации сварных соединений вызывает постоянную необходимость совершенствования методов эксплуатационного контроля и прогнозирования сроков службы с целью их возможного продления ресурса по мере накопления длительности наработки. Сварные соединения из низколегированных перлитных сталей эксплуатируются в условиях высокотемпературной ползучести, которые за длительные периоды службы приводят к значительным изменениям структуры и накоплению микроповреждаемости до образования трещин.
При анализе литературных источников рассмотрены особенности структуры и свойств сварных соединений хромомолибдено-ванадиевых сталей, причины их повреждений в условиях длительной эксплуатации при ползучести.
Анализ повреждений свидетельствует о комплексном влиянии эксплуатационных, технологических и конструкционных причин на отказы сварных соединений.
Преимущественно повреждения отмечаются в разупрочненной прослойке металла ЗТВрп, реже - в металле шва. Трещины в ЗТВрп развиваются с наружной поверхности трубных элементов вглубь металла и ориентированы вдоль сварного шва на расстоянии 3-5 мм от линии сплавления с металлом шва.
Закономерность появления и развития пор ползучести различной морфологии характерная для микроповреждаемости металла ЗТВрП сварных соединений является идентичной и для повреждаемости основного металла хромомолибденованадиевых сталей, но с более энергичным развитием в ЗТВрп. Для основного металла паропроводных труб (стали 12Х1МФ и 15Х1М1Ф) с однородной структурой кинетика изменения микроповреждаемости порами ползучести и структурного состояния металла изучена достаточно подробно. В связи с этим предложен набор критериев с достаточной степенью надежности позволяющий фиксировать предельное состояние отработавшего оборудования. В качестве критериев служат размеры пор ползучести, их плотность, ориентация пор по границам зерен, длина и число микротрещин вплоть до макротрещин.
Однако, для сварных соединений хромомолибденованадиевых сталей при длительном воздействии температуры и напряжений такие критерии оценки до настоящего времени отсутствовали. Не изученными оставались особенности изменения структуры и кинетики развития микроповрежденности. Не было совершенной методики прогнозирования остаточного ресурса сварных соединений паропроводов по структурному фактору, интегрированной в систему эксплуатационного контроля.
Другие, широко используемые методы дефектоскопии (ультразвуковой, магнитопорошковый, рентгеновский, вихретоковый контроль) не позволяют выявлять дефектные сварные соединения на ранней стадии развития повреждения (на стадии повреждения микроструктуры металла зон сварного соединения).
Не изученными остаются вопросы о влиянии степени разупрочнения ЗТВрП на работоспособность сварного соединения с разупрочненными прослойками металла при ползучести; о влиянии мелкозернистого строения ЗТВрП на интенсивность диффузионных процессов при эксплуатации.
Эффективным инструментом в оценке структурного состояния и повреждаемости металла является металлографический метод с помощью реплик. Для корректной оценки остаточного ре 68 сурса сварных соединений по структурному фактору должна быть разработана методика металлографического анализа с учетом структурной и механической неоднородности металла зон.
Целью работы является разработка метода оценки остаточного ресурса сварных соединений теплоустойчивых хромомолиб-денованадиевых сталей по структурному фактору. Задачи диссертационной работы: - установление влияния структурного состояния и свойств сварных соединений хромомолибденованадиевых сталей на ре сурсные характеристики, анализ причин повреждений в условиях длительной эксплуатации при ползучести; - разработка методики исследования сварных соединений для условий испытаний образцов при ползучести, включая: определение температурно-силовых условий проведения испытаний образцов на термодеформационное старение, которые моделируют механизмы разрушения аналогично эксплуатирующимся сварным соединениям паропроводов; установление критериев деградации микроструктуры в процессе длительной эксплуатации сварных соединений в условиях ползучести;
Эволюция микроструктуры ЗТВ и основного металла сварного соединения стали 12Х1МФ
Закономерность эволюции микроструктуры в условиях ползучести устанавливалось по следующим критериям: - размер зерна, как показатель протяженности границ зерен; - выделение и рост карбидных частиц, морфология выделения карбидной фазы; - стабильность зерен, отражаемая через состав их микроструктуры. По результатам исследований микроструктуры зоны термического влияния сварных соединений стали 12Х1МФ выявлено следующее (рис. 3.4 - 3.7, табл. 7.1 Приложения 2): - в процессе ползучести металл ЗТВрп - сохраняет свое мелкозернистое строение, которое характеризуется, размером зерен № 9-10 по шкале ГОСТ 5639-82. Для сравнения основной металл свариваемой стали имеет размер зерен 4-6 баллов, что на 3-6 баллов больше чем в ЗТВрп. Изменение размера зерна при исчерпании ресурса оценивалось по параметру a3=Npn/NOM (отношение балла зерна в ЗТВрп к баллу зерна в основном металле) . Тенденции к существенному изменению относительного размера зерен в процессе длительной высокотемпературной ползучести для сварных соединений стали 12Х1МФ не проявилось (рис. 3.4а). Это можно объяснить тем, что в ЗТВрп дополнительного «дробления» размера зерна не происходит, стабильность размера зерна основного металла также сохраняется; - с увеличением т/тр в ЗТВрп наблюдается выделение и рост карбидных частиц с изменением их морфологии.
Рис.3.4. Закономерность изменения размера зерна микроструктуры зон сварного соединения (ЗТВрп и основного металла) сталей 12Х1МФ (а) и 15Х1М1Ф (б) при ползучести, по параметру a3=Npn/NOM (отношение балла зерна в разупрочненнои прослойке к баллу зерна в основном металле). металл ЗТВрп сварных соединений стали 12Х1МФ имеет феррито-карбидную структуру с ограниченным до 10% перекристаллизованным перлитом, при этом дисперсные карбиды отмечаются по телу зерна, а более крупные карбидные частицы - по границам зерен. Максимальный размер карбидных частиц в ЗТВрп не превышает 1,1ч-1,2 мкм, в основном металле 1 мкм. С увеличением периода ползучести 0,3-тАр исчерпания ресурса наблюдается укрупнение карбидных частиц. В ЗТВрп процесс увеличения размера карбидных частиц происходит интенсивнее чем в основном металле. Это подтверждается сравнением линейных зависимостей максимального размера карбидов от исчерпания ресурса (рис. 3.5, табл. 7.1 Приложения 2). Так, при исчерпании ресурса (0, 94-1) -т/Тр максимальный размер карбидных частиц в ЗТВрп достигает 34-3,5 мкм, в основном металле до 24-2,5 мкм; - морфология карбидных частиц изменяется во времени (рис. 3.6). Укрупненные карбиды формируются в виде цепочек карбидов (ЦК) типа "ожерелья" по границам зерен в процессе ползучести, начиная с (0,2)-т/тр исчерпания ресурса. Установлено, что их наличие отмечается всегда в периоды исчерпания ресурса (0,64-0,7) -т/Тр. Вместе с образованием цепочек карбидов наблюдается их слипание (СК) в прослойки, которые окружают тело зерна на отдельных участках после (0,5)-т/тр исчерпания ресурса;
- одновременно с укрупнением карбидных частиц по телу зерна, появляются и расширяются со временем приграничные участки тела зерна без карбидов (обедненных карбидной фазой) .
Появление на границах зерен новых и укрупнение существующих карбидов на второй стадии исчерпания ресурса ( (0, ЗтО, 6)-т/Тр) связано с нестабильностью микроструктуры при ползучести. Так, в исходном состоянии металл ЗТВрп имеет феррито-карбидную структуру с ограниченным до 10% перекристаллизованного перлита, количество которого зависит от содержания перлитной составляющей в структуре свариваемой стали. В условиях ползучести структурные изменения затрагивают перлитную составляющую в виде усиления процесса её распада и сфероидизации. Степень сфероидизации перекристаллизованного перлита (к ~0, б'Т/тр) достигает 2-3 баллов, сопровождающееся образованием феррито-карбидной структуры и карбидной фазы. Дальнейшая сфероидизация продуктов распада перлитной составляющей по границам зерен, проявляемая на заключительной стадии изменения карбидной составляющей, способствует постепенному размыванию границ зерен и появлению узких прослоек из слипшихся карбидов, окружающих тело зерна на отдельных участках. Это позволяет по расположению карбидных цепочек (и/или прослоек из слипшихся карбидов) с глобулями перекристаллизованного и сфероидизированного перлита судить о траектории границ зерен и их размерах. Данные выводы следуют из анализа результатов оценки сфероидизации в ЗТВрп и основном металле (рис. 3.7).
Кинетика развития микроповреждаемости зон сварных соединений стали 12Х1МФ
Результаты повреждаемости микроструктуры сварных соединений стали 12Х1МФ представлены в табл. 8.1 Приложения 3.
Установлено, что процесс накопления микроповреждаемости сварных соединений при ползучести в условиях термодеформационного старения протекает одновременно в металле различных зон (ЗТВрП, металле шва и основном металле), но преимущественно в ЗТВрП (рис. 4.2а) . Для сварных соединений с разу-прочненным металлом шва (Умш 1) повреждение преимущественно развивается по этому участку соединения (рис. 4.3а). Повреждаемость в основном металле развивается менее интенсивно по сравнению с ЗТВрп и металлом шва. За основной критерий работоспособности сварных соединений принята микроповреждаемость в разупрочненной прослойке зоны термического влияния ЗТВрП/. поскольку по этой прослойке отмечается до 95% случаев отказов сварных соединений.
На основе сопоставления полученных результатов кинетики развития поврежденное ти порами ползучести в ЗТВрп по критериям размера, морфологии и плотности пор (рис. 4.2а, 4.4), выявлены следующие закономерности:
- поры отсутствуют - микроповреждаемость при увеличении х(500 ... 1000) не выявляется при достижении стадии исчерпания до 0,5-т/тр;
- единичные поры по границам зерен плотностью до 100 п/мм2 размером 1-2 мкм наблюдаются на стадии исчерпания ресурса (0, 5-т-О, б)-х/Хр (рис. 4.5);
- единичные поры размером 2-3 мкм вплоть до 4-5 мкм по границам зерен регистрируются в период (0, 6-4-0,82)-т/тр. При
Типичная микроповрежденность в ЗТВрп сварных соединений стали 12Х1МФ при ползучести (единичные поры ползучести плотностью р 100 п/мм2) , стадия исчерпания ресурса (0, 5+0, б) !/%: а - фактическая структура, полученная с помощью оптического микроскопа при увеличении х500; б - схематичное отображение микроповрежденности на примере одного зерна;
П - пора. этом наблюдаемая плотность пор достигается при исчерпании ресурса (рис. 4.6): (0, 6-т-0, 7) -т/Тр с плотностью пор до 250 п/мм2; (0,7-4-0,76)-1/15 с плотностью пор до 1000 п/мм2; (0,76-т-0,82) -тДр с плотностью пор более 1000 п/мм2;
- высокая плотность единичных пор более 1000 п/мм2, ук рупненные единичные поры размером до 4-5 мкм, цепочки и слившиеся поры, скопления пор по границам зерен, отдельные микротрещины длиной до 5-15 мкм по границам зерен выявляются в интервале (0,82-г-0,92)-т/Тр исчерпания ресурса (рис. 4.7). Различаются две области этого периода: до появления микро-трещин - временная область (0, 82-т-О, 87)-т/тр и наличие отдельных микротрещин - временная область (0, 87-т-О, 92) -т/тр;
- трещины в сочетании с цепочками пор и слившимися по рами по границам зерен. Исчерпание ресурса от 0,92-т/тр до разрушения. Просматривается два интервала времени: до 0,95-т/Тр с макротрещинами длиной 1-5 мм и в период (0,95-j-l, 0)-т/Хр до разрушения (рис. 4.8). По берегам макро трещин наблюдается высокая плотность пор как по границам, так и по телу зерен.
Таким образом, индикатором работоспособности сварного соединения стали 12Х1МФ, эксплуатирующегося в условиях ползучести, является поврежденность порами ЗТВрп. Процесс зарождения и развития микроповреждаемости носит накопительный характер, который коррелируется по времени с исчерпанием ресурса в условиях ползучести. Анализ результатов исследования позволил выявить взаимосвязь между кинетикой развития микроповрежденности с исчерпанием ресурса, которая характеризуется пятью стадиями с четкими структурными критериями
Результаты повреждаемости микроструктуры сварных соединений стали 15Х1М1Ф представлены в табл. 8.2 Приложения 3.
Установлено, что микроповреждаемость выявлена в металле различных зон сварного соединения. Микроповреждаемость в ЗТВрП имеет ярко выраженный доминирующий характер по сравнению с повреждаемостью других зон сварного соединения (рис. 4.26). В зоне ЗТВрП поры ползучести зарождаются и развиваются на более ранних стадиях исчерпания ресурса (наработки) и отличаются более высокой плотностью по сравнению с процессами накопления пор в других зонах. В случае разупрочнения металла шва (Умш 1) и слабой разупрочненности ЗТВрп (рп 10%) , роль наиболее сильно повреждающейся зоны играет металл шва (рис. 4.36). В любом случае, микроповреждаемость основного металла значительно ниже на всем периоде исчерпания ресурса.
Основным критерием оценки ресурса сварного соединения по фактическому состоянию металла металлографическим методом является поврежденность ЗТВрп, которая позволяет с большой уверенностью оценивать остаточную работоспособность сварного соединения.
![Прогнозирование фетоплацентарной недостаточности на основе статистического анализа медико-биологических факторов риска [Электронный ресурс]](/i/i/4309/168289.png "Прогнозирование фетоплацентарной недостаточности на основе статистического анализа медико-биологических факторов риска [Электронный ресурс] Самодай Валентина Николаевна")
