Исследование влияния механической неоднородности на параметры циклической трещиностойкости сварных соединений трубопроводов из ферритно-перлитных сталей
Authors: Дмитрий Александрович Неганов , Евгений Евгеньевич Зорин , Марат Замирович Ямилев , Егор Александрович Тигулев 
Published: November 2024

Суммарное действие эксплуатационных факторов, которые определяют нагрузки, действующие на магистральный трубопровод, приводит к малоцикловой схеме нагружения. В числе таких факторов – суточные и годовые перепады температур, температурный градиент между перекачиваемым продуктом и окружающей средой, пульсации давления, смена режимов перекачки, остановки перекачки. К наиболее опасным участкам трубопроводов, циклическое воздействие на которые может приводить к потере устойчивости деформирования и разрушению, относятся сварные соединения. Процесс разрушения сварных соединений под влиянием циклическоого нагружения достаточно изучен, однако существующие алгоритмы не позволяют оценивать запас прочности и пластичности для трещиноподобных дефектов, если такие дефекты располагаются в различных зонах сварного шва. Известно, что сварное соединение магистральных трубопроводов является механически неоднородным и на границах участков с различными механическими свойствами возможно возникновение эффектов контактного упрочнения. Вопрос расчета прочностных характеристик сварных соединений с механической неоднородностью нашел свое решение при допущении, что форма прослоек шва принимается близкой к идеальной (прямые линии контакта зон сварного шва). Реальная форма границ участков сварного шва отличается от принятой в таких методиках, что диктует необходимость учета формы границ неоднородности при оценке запаса циклической выносливости сварного соединения. Предложен алгоритм расчета циклической трещиностойкости сварных соединений трубопроводов из ферритно-перлитных сталей с учетом сложной формы прослоек механической неоднородности, представлены результаты экспериментальных исследований.

The combined effect of operational factors that determine the loads acting on the trunk pipeline leads to a low-cycle loading scheme. These factors include daily and annual temperature differences, the temperature gradient between the pumped product and the environment, pressure pulsations, changing pumping modes, and pumping stops. Welded joints are among the most dangerous sections of pipelines, cyclic impact on which can lead to loss of deformation stability and destruction. The process of destruction of welded joints under the influence of cyclic loading has been sufficiently studied, however, existing algorithms do not allow estimating the margin of strength and plasticity for crack-like defects if such defects are located in different zones of the weld. It is known that the welded joint of main pipelines is mechanically heterogeneous and contact hardening effects may occur at the boundaries of sections with different mechanical properties. The issue of calculating the strength characteristics of welded joints with mechanical heterogeneity has been solved under the assumption that the shape of the seam interlayers is assumed to be close to ideal (straight contact lines of the weld zones). The actual shape of the boundaries of the weld sections differs from that adopted in such methods, which dictates the need to take into account the shape of the boundaries of heterogeneity when assessing the reserve of cyclic endurance of the welded joint. In this paper, an algorithm is proposed for calculating the cyclic crack resistance of welded joints of pipelines made of ferrite-pearlite steels, taking into account the complex shape of the interlayers of mechanical heterogeneity, and the results of experimental studies are presented.