The main results of experimental studies on the effect of deformation degree during rotational rolling-off with thinning of the wall of a single-seamed cylindrical shell on the maximum number of loading cycles before the failure of a welded joint are presented in the paper

Egorov, V.G.

Maslov, I.N.

Vasechkin, M.A.

Васечкин, М.А.

Егоров, В.Г.

Маслов, И.Н.

Russian

Samara University

186 УДК 620.178.3 МАЛОЦИКЛОВАЯ УСТАЛОСТЬ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ,  ПОЛУЧЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ РОТАЦИОННОЙ РАСКАТКИ ©2018  М.А. Васечкин, В.Г. Егоров, И.Н. Маслов Воронежский государственный университет инженерных технологий  LOW-CYCLE FATIGUE OF THIN WALLED PIPES MANUFACTURED WITH ROTATIONAL ROLLING-OFF Vasechkin M.A., Egorov V.G., Maslov I.N. (Voronezh state university of engineering technologies,  Voronezh, Russian Federation) The main results of experimental studies on the effect of deformation degree during rotational rolling-off with thinning of the wall of a single-seamed cylindrical shell on the maximum number of loading cycles before the failure of a welded joint are presented in the paper.  В современных летательных аппаратах системы для транспортировки различных жидких и газообразных сред представляют собой сложные многофункциональные кон-струкции, состоящие из различных агрега-тов, соединённых между собой трубопрово-дами. Трубопроводные системы авиационной техники имеют большую протяжённость и сложную конструкцию, представляющую собой сочетание различных жёстких элемен-тов трубопроводов (прямолинейные и кру-тоизогнутые патрубки, тройники, переход-ники, компенсаторы и др.), изготовленных из титановых сплавов и стали. В среднем в кон-струкции летательного аппарата имеется около 2500 таких деталей. Для снижения полётной массы планера жёсткие элементы трубопроводов должны иметь минимальную толщину стенки, с учё-том обеспечения прочности и долговечности этих элементов под действием нагрузок, воз-никающих при эксплуатации летательных аппаратов. Разрушения трубопроводов в результа-те действия переменной нагрузки составля-ют значительную часть всех отказов устало-стного происхождения в различных агрега-тах и системах летательных аппаратов, в том числе и их двигателях. Трещины вдоль обра-зующей трубопровода возникают под дейст-вием пульсации давления жидкости или газа, а окружные трещины - в результате цикли-ческого изгиба вибрациями, передаваемыми от корпуса двигателя. При конструировании трубопроводных систем преимущественно используют элемен-ты, изготовленные из цельнотянутых трубча-тых заготовок. Однако изготовление особо-тонкостенных холоднодеформируемых бес-шовных труб достаточно трудоёмко, а готовые изделия зачастую имеют большую разнотол-щинность, некруглость, саблевидность, что усложняет их сборку в трассу трубопровода с использованием автоматической аргонодуго-вой электросварки с образованием некачест-венного кольцевого сварного шва с явно вы-раженными непроварами и раковинами. Альтернативной технологией является технология изготовления особотонкостен-ных прямошовных труб из листовых загото-вок с последующей ротационной раскаткой, позволяющей изготовить изделия с повы-шенной прочностью и снизить негативное влияние продольного шва [1, 2]. С целью изучения влияния степени де-формации при ротационной раскатке с уто-нением стенки прямошовной цилиндриче-ской оболочки на максимальное количество циклов нагружения до разрушения сварного шва были проведены экспериментальные исследования по малоцикловой усталости сварных соединений после ротационной рас-катки. Экспериментальные исследования про-водились на модернизированной испыта-тельной машине МУП–20, оснащённой счёт-чиком импульсов СИ – 206. При проведении исследований экспе-риментальные образцы, полученные из ци-линдрических оболочек, раскатанных с тол-щины стенки 1 мм до толщин – 0,9; 0,8; 0,7 и 0,6 мм, подвергались повторно-переменным растягивающим нагрузкам с частотой 0,7 Гц 187 и коэффициентом асимметрии цикла R=+0,1. Максимальное растягивающее усилие вы-числялось по выражению: htF вmax 75,0 s= , где вs – предел прочности материала цилин-дрической оболочки после ротационной рас-катки; h – ширина рабочей части экспери-ментального образца; t – толщина экспери-ментального образца, соответствующая тол-щине стенки раскатанного цилиндрической оболочки. Цилиндрические оболочки изготавли-вались из титановых сплавов ВТ1-0, ПТ7М, ОТ4-0 и сталей AISI 304, AISI 321. По результатам проведенных исследо-ваний было установлено, что применение ротационной раскатки в процессе изготовле-ния особотонкостенных цилиндрических оболочек из титановых сплавов оказывает значительное влияние на малоцикловую ус-талость сварного шва. Циклическая долго-вечность экспериментальных образцов, изго-товленных из цилиндрических оболочек с относительной деформацией по толщине стенки %1510K=et , при повторно-переменных растягивающих нагрузках выше в 1,5…2,5 раза по сравнению с образцами, изготовленными из цилиндрических оболо-чек без ротационной раскатки, например, для образцов из ВТ1-0 с толщиной стенки после раскатки 0,9 мм среднее значение макси-мального количества циклов нагружения до разрушения образца составило – 10422 цик-лов при кН5max =F , а для образцов с тол-щиной стенки 1 мм, изготовленных без рас-катки, – 4506 циклов при таком же макси-мальном растягивающем напряжении. Даль-нейшее увеличение относительной деформа-ции по толщине стенки %20³e t  приводит к заметному снижению циклической долго-вечности, а при %30=e t долговечность ста-новится меньше, чем у образцов без раскат-ки. При изучении мест разрушения образ-цов с %20³e t после испытаний в зоне тер-мического влияния вблизи излома обнару-жены множественные микронадрывы и па-раллельные линии излома. Подобная тенденция характерна для всех исследуемых титановых сплавов и свя-зана с тем, что для образцов из титановых сплавов с %20³e t  в ходе их термической обработки начинаются рекристаллизацион-ные процессы, что и объясняет разупрочне-ние нагартованного при раскатке металла, а также быстрое образование микротрещин при испытаниях на малоцикловую усталость. Применительно к образцам из иссле-дуемых сталей выявлено, что существенной разницы в долговечности образцов с разной-степенью деформацией по толщине стенки не наблюдается. При этом следует отметить, что оптимальное сочетание характеристик прочности и долговечности достигается при %10=e t . Выполнено при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации в лице Министерства образования и науки в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» по соглашению о предоставлении субсидии № 14.574.21.0042.Уникальный иден-тификатор соглашения RFMEFI57414X0042. Библиографический список 1. Давыдов О.Ю., Егоров В.Г., Коломен-ский А.Б., Хрулев A.M. Повышение качества тонкостенных прямошовных труб ротацион-ной раскаткой сварного шва // Сварочное производство. 2015. № 2. С. 29-33. 2. VasechkinM.A., EgorovV.G., MaslovI.N., KolomenskiyA.B. Determination of the opti-mum conditions at the processing of high-strength corrosion-proof pipelines // Research Journal of Applied Sciences. 2016. Т. 11. № 4. С. 85-87.  

LOW-CYCLE FATIGUE OF THIN WALLED PIPES MANUFACTURED WITH ROTATIONAL ROLLING-OFF

http://repo.ssau.ru/bitstream/Mezhdunarodnaya-nauchnotehnicheskaya-konferenciya-Problemy-i-perspektivy-razvitiya-dvigatelestroeniya/MALOCIKLOVAYa-USTALOST-TONKOSTENNYH-TRUB-POLUChENNYH-S-PRIMENENIEM-ROTACIONNOI-RASKATKI-73151/1/ilovepdf_com-186-187.pdf

LOW-CYCLE FATIGUE OF THIN WALLED PIPES MANUFACTURED WITH ROTATIONAL ROLLING-OFF

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Samara University