Мета праці - визначити зварювальні залишкові напруження у МТ розрахунково-експериментальним методом із урахуванням нерівномірності їхнього розподілу під давачами приладів, за допомогою яких вимірюють усереднені характеристики напружень фізичними методами, та структурних перетворень у зоні термічного впливу і на цій основі оцінити напружений стан в околі зварних кільцевих швів біля корозійних дефектів металу труб типу виразок-каверн. Відповідно до мети були поставлені такі задачі: - розвинути розрахунково-експериментальний метод визначення залишкових напружень в околі стикового кільцевого зварного з'єднання труб, ураховуючи неоднорідність їх розподілу під давачами вимірювальних приладів та вплив структурно-фазових перетворень в зоні термічного впливу на магнітну проникність металу; - дослідити напружений стан зварних стиків труб, ураховуючи їх часткову релаксацію в процесі експлуатації нафтогазопроводів; - створити математичну модель для визначення концентрації напружень в околі поверхневих дефектів у МТ в зоні зварного шва та її реалізацію методом скінченних елементів; - розробити переносний пристрій для вимірювання розмірів дефектів МТ і дослідити напружений стан біля них; - побудувати інженерні формули для коефіцієнтів концентрації напружень в околі дефектів труби, що змодельовані півеліпсоїдом обертання. На цій основі визначити розподіл напружень біля дефектів і отримані результати зіставити з експериментальними; - оцінити коефіцієнти запасу міцності магістрального газопроводу з дефектами типу виразок-каверн в зоні стикового зварного з'єднання. ЗМІСТ стор Вступ 6 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ТА ВИБІР НАПРЯМКІВ ДОСЛІДЖЕНЬ 15 1.1. Напружено-деформований стан в магістральних трубопроводах та проблеми його визначення 15 1.2 Дефекти трубопроводів та концентрація напружень в їх околі 21 1.3. Залишкові напруження у зварних стикових з'єднаннях із кільцевим швом магістральних нафтогазопроводів 23 1.3.1. Причини виникнення залишкових напружень у зварних швах 24 1.3.2. Вплив параметрів режиму зварювання труб на рівень залишкових напружень 27 1.4. Методи дослідження залишкових напружень в зварних з'єднаннях трубопроводів 28 1.4.1. Руйнівні методи визначення залишкових напружень 28 1.4.2. Неруйнівні методи 30 1.4.3. Розрахункові методи 32 1.4.4. Розрахунково-експериментальні методи 37 1.5. Основні задачі та напрямки досліджень 38 2. РОЗРАХУНКОВО-ЕКСШРИМЕНТАЛЬНИЙ МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ В ТРУБНИХ СТИКОВИХ ЗВАРНИХ З'ЄДНАННЯХ 40 2.1. Розвиток математичної моделі експериментально- розрахункового методу 41 2.1.1. Математична модель методу 42 2.1.2. Особливості застосування неруйнівних методів 49 Висновки до розділу 2 54 3. ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ В ТРУБОПРОВОДІ, ВИГОТОВЛЕНОМУ ЗІ СТАЛІ 17Г1С, В ОКОЛІ КІЛЬЦЕВОГО ЗВАРНОГО ШВА 56 3.1. Основні співвідношення і розрахункові формули для визначення залишкових технологічних напружень в трубопроводі в околі кільцевого зварного шва і їх інтегральних характеристик 58 3.2. Визначення інтегральних характеристик різниці головних напружень електромагнітним методом 64 3.3. Оцінка впливу структури матеріалу зони термічного впливу на відлікові показники приладу SMMT-3 67 3.4. Розподіл залишкових напружень в околі кільцевого зварного шва в трубі діаметром 1220 мм, товщиною стінки 12 мм, виготовленій зі сталі 17Г1С 72 Висновки до розділу 3 82 4. КОНЦЕНТРАЦІЯ НАПРУЖЕНЬ У ТРУБОПРОВОДІ З КОРОЗІЙНИМ ДЕФЕКТОМ В ОКОЛІ ЗВАРНОГО ШВА 84 4.1. Загальна постановка задачі та її схематизація 86 4.2. Математична постановка задачі та загальна методика її розв'язування 88 4.3. Скінченно-елементна апроксимація 94 4.3.1. Ізопараметричний чотирикутний білінійний елемент 94 4.3.2. Апроксимація функціонала на елементі 95 4.4. Програмна реалізація напіваналітичної схеми МСЕ розрахунку напружень в області кругового в плані дефекту трубопроводу 98 4.5. Аналіз числових результатів 102 4.5.1. Тестові задачі 102 4.5.2. Аналіз концентрації напружень у газопроводі з корозійним дефектом в області зварного шва 103 Висновки до розділу 4 110 5. ОЦІНКА НАПРУЖЕНОГО СТАНУ МАГІСТРАЛЬНИХ НАФТОГА ЗОПРОВОДІВ З ДЕФЕКТАМИ ТИПУ КОРОЗІЙНИХ ВИРАЗОК 112 5.1. Класифікація корозійних дефектів нафтогазопроводів 113 5.2. Визначення розмірів корозійних дефектів трубопроводів 115 5.2.1. Товщинометрія трубопроводів 115 5.2.2. Визначення корозійних дефектів трубопроводів за результатами внутрішньотрубної діагностики 116 5.2.3. Визначення розмірів корозійних дефектів трубопроводів за допомогою спеціальних пристроїв 118 5.3. Аналіз корозійних дефектів магістральних газопроводів 120 5.4. Аналіз концентрації напружень в області дефекта в формі півеліпсоїда обертання 120 5.5. Експериментальне визначення напружень в околі дефектів трубопроводу 129 5.5.1. Установка для моделювання НДС в околі зварних з'єднань та корозійних пошкоджень 129 5.5.2. Комп'ютерна система реєстрації даних 130 5.5.3. Методика визначення напруженого стану нафтогазопроводів за допомогою комплексу Uni Lab - Commutator_v. 1 132 5.5.4. Результати тензометрування на дослідній установці 134 5.6. Оцінка коефіцієнта запасу міцності газопроводу з дефектами типу виразок-каверн 140 Висновки до розділу 5 143 Висновки 145 Список використаних джерел 148 Додатки 169