Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Сварка и родственные технологии

Диссертационная работа:

Абабков, Николай Викторович. Совершенствование технологии оценки ресурса сварных барабанов котлов с применением акустических и магнитных методов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.10 / Абабков Николай Викторович; [Место защиты: Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова].- Барнаул, 2011.- 215 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/306

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. В процессе длительной эксплуатации сварных барабанов котлов возникает ряд проблем, которые могут привести и приводят к аварийным ситуациям на электростанциях. В первую очередь это связано с тем, что в процессе длительной эксплуатации под воздействием конструкционно-технологических и эксплуатационных факторов риска основной металл и сварные соединения барабанов котлов работают в сложнонапряженных условиях, требующих повышенного внимания к оценке ресурса и к качеству выполнения ре-монтно-восстановительных работ. Кроме того, большая часть парка барабанов (85-90%) выработала свой ресурс и нуждается в полной замене. Однако современное состояние экономики в тепловой энергетике не позволяет своевременно проводить замену устаревшего оборудования.

В настоящее время оценка работоспособности барабанов котлов осуществляется преимущественно при помощи расчетных алгоритмов, которые не учитывают изменение структуры длительно работающего металла, а также процессы зарождения и накопления структурной поврежденности. Весьма актуальной становится задача совершенствования методов оценки ресурса длительно работающего основного металла, сварных соединений и наплавок после ремонтов барабанов котлов высокого давления на основе применения неразрушающих методов контроля. Все более широкое распространение получает концепция, основанная на «прогнозировании и предупреждении» вместо используемой концепции «обнаружение и устранение».

Методы неразрушающего контроля, применяемые в настоящее время, используются в основном для обнаружения существующих дефектов и не позволяют, в необходимой мере, определять степень изменения структуры основного и наплавленного металла в процессе длительной эксплуатации. В этом отношении перспективны акустические и магнитные методы. Измеряемые характеристики, такие как время задержки поверхностных акустических волн и интенсивность магнитного шума, чувствительны к изменениям структуры длительно работающего металла и зарождению микроповреждений, а также имеют связь с механическими свойствами материалов.

Цель работы - повышение эффективности оценки ресурса барабанов котлов высокого давления на основе раскрытия закономерностей изменения акустических и магнитных характеристик основного и наплавленного металла как результата трансформации структуры при сварке и после длительной эксплуатации.

Основная идея работы заключается в выявлении и использовании связей между структурным состоянием, локальными полями внутренних напряжений и акустическими и магнитными характеристиками для совершенствования технологии оценки ресурса барабанов котлов высокого давления.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Оценить с современных позиций характерные механизмы повреждений и существующие методы оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла барабанов котлов высокого давления.

  1. Разработать функциональную модель обеспечения безопасной эксплуатации барабанов котлов высокого давления.

  2. Разработать методики проведения экспериментальных исследований по оценке ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла барабанов котлов высокого давления с применением акустических и магнитных методов.

  3. Исследовать влияние изменения микроструктуры и локальных полей внутренних напряжений в длительно работающем основном и наплавленном металле барабанов котлов на акустические и магнитные характеристики.

  4. Разработать акустический и магнитный критерии оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла барабанов котлов и практические рекомендации по использованию разработанных критериев, апробировать их в промышленности.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. Разработана функциональная модель обеспечения безопасной эксплуатации барабанов котлов высокого давления, представленная в виде информационной системы знаний и закономерностей, позволяющая оценивать ресурс исследуемого длительно работающего основного и наплавленного металла на основе проведения мероприятий по изучению микроструктуры и учитывающая комплекс физико-механических, акустических и магнитных характеристик.

  2. Выявлены источники локальных полей внутренних напряжений в специальной молибденовой стали. Установлено влияние структурных изменений на акустические и магнитные характеристики в длительно работающем основном и наплавленном металле барабанов котлов.

  3. Установлено, что с возрастанием локальных полей внутренних напряжений происходит рост значений времени задержки поверхностных акустических волн и микротвердости, уменьшение значений интенсивности магнитного шума вблизи трещин в длительно работающем основном металле барабанов, изготовленных из специальной молибденовой стали и в зоне термического влияния наплавки после ремонта трещин.

  4. Показано, что термическая обработка, проведенная после ремонта сваркой перлитными электродами дефектных участков барабанов котлов высокого давления при температуре 650 С, снизила уровень локальных полей внутренних напряжений в четыре раза в зоне линии сплавления.

Практическая ценность результатов работы:

  1. Разработаны акустический и магнитный критерии оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла барабанов котлов высокого давления, которые применены при оценке состояния длительно работающего металла барабанов котлов №1,2 ОАО Южно-Кузбасская ГРЭС до и после ремонта сваркой.

  2. Разработаны практические рекомендации по оценке ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла барабанов котлов высокого давления, изготовленных из специальной молибденовой стали, стали 22К и 16ГНМ, которые нашли применение на ОАО «Южно-Кузбасская ГРЭС», ОАО «Инженерно-аналитический центр «Кузбасстехэнерго», ООО «Кузбасский инженерно-консультационный диагностический центр «Надежность» и ООО «Кузбасский РИКЦ».

Достоверность результатов исследований

Результаты работы получены на основе базовой общенаучной методологии, структурного моделирования и синтеза, статистического и компьютерного моделирования и метода конечных элементов, что в целом обеспечило корректность постановки и решения задач. Сформулированные научные положения, результаты работы и выводы согласуются с общими представлениями теории акустоупругости, эффекта Баркгаузена и результатами исследований ведущих ученых и специалистов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

  1. Функциональная модель обеспечения безопасной эксплуатации барабанов котлов высокого давления.

  2. Результаты исследований структуры, локальных полей внутренних напряжений и микротвердости длительно работающего основного и наплавленного металла барабанов котлов высокого давления, изготовленных из специальной молибденовой стали.

  3. Закономерности изменения времени задержки поверхностных акустических волн, интенсивности магнитного шума и микротвердости в зависимости от микроструктуры и локальных полей внутренних напряжений.

  4. Акустический и магнитный критерии оценки ресурса длительно работающего и наплавленного металла барабанов котлов высокого давления и практические рекомендации по использованию разработанных критериев в промышленности.

Реализация результатов работы.

Результаты научных исследований апробированы и внедрены в виде практических рекомендаций с суммарным годовым экономическим эффектом около 300 000 рублей в условиях ОАО «Южно-Кузбасская ГРЭС», ОАО «Инженерно-аналитический центр «Кузбасстехэнерго», ООО «Кузбасский инженерно-консультационный диагностический центр «Надежность» и ООО «Кузбасский РИКЦ».

Результаты исследований включены в рабочие программы учебных дисциплин «Теоретические основы диагностики», «Контроль качества сварных соединений», «Остаточные напряжения и деформации при сварке» для бакалавров, обучающихся по направлению 150700 «Машиностроение», профиль «Оборудование и технология сварочного производства» (ТС).

Личный вклад автора заключается:

  1. В разработке функциональной модели обеспечения безопасной эксплуатации барабанов котлов высокого давления и использовании ее для оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла барабанов котлов.

  2. В установлении закономерностей изменения времени задержки поверхностных акустических волн, интенсивности магнитного шума и микротвердости в зависимости от величины локальных полей внутренних напряжений в длительно работающем основном и наплавленном металле барабанов котлов высокого давления.

  1. В разработке акустического и магнитного критериев и практических рекомендаций по оценке ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла барабанов котлов высокого давления с применением акустических и магнитных методов.

  2. Участие в разработке технологии восстановительного ремонта барабана котла высокого давления №2 (котел ПК-10) на ОАО «Южно-Кузбасская ГРЭС».

Апробация работы

Основные научные положения докладывались на Российских и международных конференциях: 53-й научно-практической конференции КузГТУ, Кемерово, 2008 г.; IV Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения», Томск, 2008 г. І, П и III Всероссийской научно-практических конференциях «Россия молодая» КузГТУ, Кемерово, (2009-2011 гг.); VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2009 г.; Международной научно-практической конференции «Инженерия поверхностного слоя деталей машин» КузГТУ, Кемерово, 2009 г.; II и III Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы машиностроения» г. Самара, 2010 и 2011 г.; П-ой Международной научно-практической конференции «Инженерия поверхностного слоя деталей машин» БИТУ, Минск, 2010 г.; I и II Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2010 и 2011 г.; 1-ой Международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» г. Бийск, 2010 г.; Международной научно-практической конференции «Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки» БИТУ, Минск, 2011 г.; Всероссийской конференции с международным участием «Жизненный цикл конструкционных материалов», г. Иркутск, 2011 г.; П-ой Международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» г. Кемерово, 2011 г.

Комплексные исследования проводились в рамках грантов Министерства образования и науки РФ по проектам «Диагностирование наноструктурированного состояния основного металла и сварных соединений технических устройств опасных производственных объектов для предотвращения техногенных катастроф» (ГК № 02.740.11.0033 от 15 июня 2009 г.), «Формирование и трансформация наноструктур-ного состояния поверхностного слоя при комбинированной упрочняющей обработке и эксплуатации ответственных деталей машин» (ГК №П342 от 28 июля 2009 г.), «Инженерия поверхностного слоя на стадиях жизненного цикла ответственных деталей машин» (ГК № 02.740.11.5049 от 20 июля 2009 г.) Федеральной Целевой Программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., и по проекту «Научные основы технологического наследования наноразмерной дефектной структуры поверхностного слоя в процессах комбинированной упрочняющей обработки, эксплуатации и восстановления ответственных деталей машин» Аналитической Ведомственной Целевой Программы «Научный потенциал Высшей Школы» в 2009-2011 гг., а также в рамках гранта по программе «У.М.Н.И.К.», тема проекта: «Разработка способа оценки остаточного ресурса металла барабана котла высокого давления с применением критерия степени поврежденности металла».

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 23 научных трудах (из которых 8 - в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ).

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы из 182 наименований и 3 приложений. Работа содержит 215 страниц, в том числе 135 страницы основного текста, 77 рисунков, 11 таблиц и приложения на 60 страницах.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net