На правах рукописи

Каретников Денис Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

СВАРНЫХ КОРПУСОВ АППАРАТОВ ИЗ СТАЛИ 09Г2С

Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»

(Машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2012

Работа выполнена на кафедре "Технология нефтяного аппаратостроения" ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Научный руководитель доктор технических наук, доцент Ризванов Риф Гарифович

Официальные оппоненты: Кузеев Искандер Рустемович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», кафедра «Технологические машины и оборудование», заведующий кафедрой Стеклов Олег Иванович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина», кафедра «Сварка и мониторинг нефтегазовых сооружений», профессор

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Защита состоится 1 февраля 2013 г. в 16-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «28» декабря 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Ризванов Риф Гарифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Значительная часть объектов топливно-энергетического комплекса нашей страны расположена в северных широтах. Технология изготовления сварного оборудования для работы в условиях значительного перепада температур окружающей среды включает в себя проведение термических операций, направленных на снижение негативных факторов, вносимых сваркой (остаточные сварочные напряжения, неоднородность структуры и механических свойств и т.д.), с целью повышения хладостойкости сварных соединений конструкций. Общеизвестно, что термообработка как основной метод снятия остаточных напряжений является энергоемким и труднореализуемым технологическим процессом, особенно с учетом крупных габаритов и сложной геометрической формы нефтеперерабатывающего оборудования. При этом, на сегодняшний день отсутствуют неразрушающие методы всесторонней оценки качества проведения термических операций. Вследствие несоблюдения требований технологии, особенно при проведении местной термической обработки сварных швов крупногабаритных конструкций, которая является менее энергомкой по сравнению с общей термообработкой, существуют участки сварных соединений, испытавшие недостаточное термическое воздействие.

При дальнейшей эксплуатации оборудования, вследствие структурной неоднородности и повышенного уровня остаточных напряжений по сравнению с участками, подвергшимися обработке в полной мере, они выступают очагами зарождения трещин, в результате чего окружающей металл становится подвержен низкотемпературной хрупкости – существенному снижению прочностных характеристик при пониженных температурах и может выступать в качестве очага разрушений, даже при нагрузках ниже расчтных. Подтверждением этого являются рекламации от заказчиков оборудования об образовании трещин в корпусах аппаратов по сварным соединениям. То есть, работоспособность сварного оборудования напрямую зависит от качества выполнения операций технологического процесса изготовления. Поэтому, на сегодняшний день, учитывая общие тенденции развития машиностроительного комплекса России, совершенствование технологического процесса изготовления оборудования должно быть направлено не только на повышение качества выпускаемой продукции, но и на снижение энергозатрат.

Цель работы. Повышение качества и снижение затрат на изготовление сварных корпусов аппаратов из стали 09Г2С для нефтепереработки.

Задачи исследования 1. Установление закономерностей возникновения остаточных напряжений и деформаций в процессе сварки базовых элементов корпусов аппаратов из низколегированных сталей.

2. Исследование влияния режимов вибрационной обработки, проводимой в процессе сварки, на уровень остаточных напряжений, механические свойства и микроструктуру металла сварных соединений.

3._Разработка изготовления сварных аппаратов с применением вибрационной обработки в процессе автоматической сварки базовых элементов корпусов.

Методы исследований При изучении закономерностей возникновения остаточных напряжений и деформаций использовались методы теории упругости и пластичности, а также численный метод решения задач сплошных сред – метод конечных элементов. При экспериментальных исследованиях применяли стандартные методы определения механических свойств, микротвердости и микроструктуры металла. Обработку результатов экспериментов проводили с использованием методов математической статистики.

Основные защищаемые положения 1. Совокупность установленных в результате теоретических исследований закономерностей распределения остаточных напряжений и деформаций в зоне кольцевых и продольных стыковых сварных соединений базовых элементов корпусов аппаратов.

2._Совокупность закономерностей влияния режимов вибрационной обработки на механические свойства металла стыковых сварных соединений из стали 09Г2С, полученных автоматической сваркой под слоем флюса.

3._Усовершенствованная аппаратов из стали 09Г2С с применением вибрационной обработки в процессе автоматической сварки под слоем флюса базовых элементов.

Научная новизна 1. Экспериментально получена зависимость влияния частоты вибрации на механические свойства стыковых сварных соединений из стали 09Г2С, выполненных двухсторонней сваркой под флюсом. Выявлено, что наиболее эффективной с точки зрения механических свойств является вибрационная обработка в процессе сварки с частотой 150 Гц и амплитудой колебаний от 0,8 до 1,0 мм, осуществляемая двумя вибрационными устройствами, работающими в одной фазе и расположенными симметрично относительно продольной оси шва.

2. Установлено, что вибрационная обработка на частоте 150 Гц позволяет повысить сопротивляемость хрупкому разрушению по показателю ударной вязкости (KCV) металла шва из стали 09Г2С при температуре испытаний -40 °С на 104…114 % по сравнению с образцами, необработанными вибрацией в процессе сварки.

3. Численным моделированием получены зависимости частоты собственных колебаний деталей корпуса аппарата диаметром 1600 мм, установленного на роликовые опоры, от сваренной длины шва для случаев: приварки обечаек друг к другу, приварки первого и второго днища к цилиндрическому корпусу.

Практическая ценность «Уралнефтегазтранс» с целью повышения качества изготовления и снижения энергозатрат при производстве сварных корпусов аппаратов из стали 09Г2С.

2. Полученные закономерности влияния режимов вибрационной обработки на механические свойства металла сварных соединений из стали 09Г2С используются при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Теория сварочных процессов» в рамках подготовки инженеров по специальности 150202 «Оборудование и технология сварочного производства».

Апробация результатов работы Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 61-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учных Уфимского государственного нефтяного технического университета (Уфа, 2010), Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» (Уфа, 2010), Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера 21-го века» (Донецк, 2010).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 5 статей в ведущих научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ, патент РФ на изобретение, получено положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырх глав, основных выводов, списка использованной литературы из 145 наименований и содержит страниц машинописного текста, в том числе 52 рисунка, 20 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе рассмотрены вопросы влияния различных операций, используемых в технологическом процессе изготовления сварных корпусов аппаратов, на точность базовых деталей. На основе литературных данных оценено влияние остаточных напряжений и деформаций на качество изготовления базовых деталей сварной нефтегазовой аппаратуры, е работоспособность и эксплуатационные характеристики как при нормальной, так и отрицательной температуре. При этом, в соответствии с данными, представленными в работах Винокурова В.А., Николаева Г.А., Стебакова И.М. и др., установлено, что наибольшее влияние остаточные напряжения и деформации оказывают на ресурс и наджность аппаратуры, эксплуатируемой при значительных перепадах температуры окружающей среды. Далее проанализированы существующие методы предупреждения и снижения остаточных напряжений и деформаций в сварных конструкциях.

Особое внимание уделено методам, альтернативным термическим способам снижения сварочных напряжений и деформаций. Наиболее перспективным из альтернативных методов по критерию универсальности и соотношению затраты/результат является вибрационная обработка в процессе сварки.

Рассмотрены существующие примеры применения данного вида обработки.

Во второй главе при помощи численных методов выполнено исследование напряженно-деформированного состояния обечайки корпуса аппарата диаметром 1600 мм толщиной 10 мм из стали 09Г2С после наложения продольного и кольцевого шва двухсторонней сваркой под флюсом. Данная задача была решена с применением конечно-элементного программного комплекса ANSYS за счт выполнения анализа в два этапа:

теплового и конструкционного. Полученные распределения остаточных сварочных напряжений в зоне продольного и кольцевого шва обечайки представлены на рисунке 1. Графики изменения остаточных напряжений на наружной поверхности обечайки после выполнения продольного и кольцевого швов показаны на рисунках 2 и 3, искажения профиля - на рисунках 4 и 5.

а – после наложения продольного шва, б – после сварки кольцевого шва Рисунок 1 – Распределение эквивалентных остаточных напряжений (в соответсвии с теорией Губера-Мизеса-Генки) по поверхности обечайки Рисунок 2 – Распределение остаточных напряжений по поперечному сечению обечайки после наложения продольного шва (l – расстояние, отмеряемое от середины шва вдоль окружности сечения обечайки) Рисунок 3 – Распределение остаточных напряжений в продольном сечении обечайки после наложения кольцевого шва (l – расстояние, отмеряемое от середины шва вдоль образующей обечайки) а – схема определения искажений профиля; б – искажения профиля обечайки: L1 – линия профиля в среднем сечении обечайки, L2 – линия профиля на торце обечайки Рисунок 4 – Изменение радиуса обечайки в поперечном сечении после выполнения продольного шва Анализ графиков, представленных на рисунках 2 и 3, показывает, что в сварном соединении обечаек действуют значительные растягивающие напряжения, достигающие на середине шва предела текучести стали 09Г2С.

При этом, максимальное влияние на уровень и характер распределения остаточных напряжений оказывает именно продольная составляющая напряжений в сварном шве.

Анализ искажений профиля в среднем и торцевом поперечных сечениях обечайки показал, что наибольшее отклонение профиля после наложения продольного шва возникает в торцевом сечении обечайки. Это в дальнейшем может существенно осложнить сборку под сварку кольцевого шва днища и обечайки, а также способствовать снижению механических свойств и повышению вероятности образования дефектов на данном участке шва.

Рисунок 5 – Отклонения профиля обечайки от прямолинейной образующей после наложения кольцевого шва (l – расстояние от середины обечайки вдоль образующей) В третьей главе приведены результаты исследования влияния вибрационной обработки на механические свойства металла сварного соединения. Так как при изготовлении сосудов и аппаратов, применяемых в нефтепереработке, при толщине свариваемых элементов выше 6 мм и значительной протяженности сварных швов (от 1000 мм и более) наибольшее применение находит автоматическая сварка, то в исследованиях применялся данный вид сварки. Экспериментальные образцы представляли собой сваренные в стык пластины толщиной 10 мм без разделки кромок. В качестве типа сварного соединения был принят тип С7 по ГОСТ 8713.

осуществлялись в соответствии со схемой, представленной на рисунке 6.

Далее из сваренных пластин были изготовлены образцы для исследования влияния режимов вибрационной обработки на уровень остаточных напряжений и свойства металла сварных соединений.

1 – свариваемые пластины; 2 – сварочный электрод трактора;

3 – вибрационное устройство, 4 –прибор для контроля параметров вибрации;

5 – сварочный стол Рисунок 6 – Схема сварки с наложением вибрационных колебаний Для оценки влияния вибрационной обработки на статическую прочность металла сварного соединения и сварного шва по ГОСТ 6996 были изготовлены образцы типов XII и XIII, после чего проведены испытания на статическое растяжение образцов. При испытаниях образцов типа XII на растяжение разрушение происходило по основному металлу. Анализ полученных данных показывает, что с увеличением частоты вибрации происходит значительное повышение прочностных характеристик металла сварного соединения. Причем максимальное увеличение прочностных характеристик обработанных образцов по сравнению с необработанными наблюдается при виброобработке на частоте 150 Гц, амплитуде колебаний 0,8..1,0 мм и составляет 25 % для предела текучести и 24 % для предела прочности металла сварного соединения.

С целью изучения влияния режимов вибрационной обработки на структуру металла сварного соединения были проведены металлографические исследования и измерение микротврдости образцов.

Визуальный анализ микроструктуры проводился на снимках, полученных на оптическом микроскопе EC METAM PB-21 с увеличением х300 в соответствии со схемой, представленной на рисунке 7. Результаты микроструктурного анализа металла сварных соединений, полученных при различных режимах вибрации, показаны на рисунках 8…10.

точка 1 – участок шва первого прохода; 2 – участок шва второго прохода;

3 – участок зоны термического влияния; 4 – участок основного металла Рисунок 7 – Схема расположения точек для анализа микроструктуры различных участков сварного соединения а – без обработки; б – виброобработка при частоте 50 Гц; в – то же при 150 Гц Рисунок 8 – Микроструктура металла шва первого прохода (в точке 1 по рисунку 7), х а – без обработки; б – виброобработка при частоте 50 Гц; в – то же при 150 Гц Рисунок 9 – Микроструктура металла шва второго прохода (в точке 2 по рисунку 7), х а – без обработки; б – виброобработка при частоте 50 Гц; в – то же при 150 Гц Рисунок 10 – Микроструктура металла зоны термического влияния (в точке по рисунку 7), х Из снимков микроструктуры видно, что наибольшее влияние наложение вибрационных колебаний в процессе сварки оказывает на микроструктуру металла лицевого валика (шва второго прохода) и зоны термического влияния. При этом для лицевого валика с увеличением частоты вибрации происходит снижение направленности микроструктуры металла за счт дробления дендритных ветвей, а в зоне термического влияния наблюдается снижение средней площади размера зерна.

Показанное выше повышение прочностных свойств с точки зрения микроструктуры объясняется, во-первых, вследствие снижения средней площади зерна, во-вторых, благодаря возрастанию количества перлитной фазы в металле сварного соединения с увеличением интенсивности вибрационной обработки. Оценка изменения соотношения количества ферритной фазы к перлитной проводилась по ГОСТ 8233 на основе компьютерного анализа снимков микроструктуры различных зон сварного приведены в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что с увеличением частоты вибрационного воздействия происходит снижение балла феррито-перлитной структуры различных участков сварного соединения, что означает перераспределение количества ферритной и перлитной фазы в сторону увеличения количества последней.

Таблица 1 – Результаты определения балла феррито-перлитной структуры в программе SIAMS Частота Соотношение количества ферритной и перлитной вибрации, Гц фаз, балл Примечание: ОМ – основной металл; ЗТВ – зона термического влияния; СВ1 – второй шов; СВ2 – первый шов.

Увеличение прочности обрабатываемых сварных соединений подтверждают и результаты измерения микротврдости металла. Для исследования влияния режимов вибрационной обработки на микротврдость различных участков сварного соединения по ГОСТ 9450 были произведены измерения согласно схемы, представленной на рисунке 11. При этом шаг измерений на участке сварного шва составлял 0,25 мм, а для зоны термического влияния – 0,50 мм. Замеры производились при помощи микротвердомера ПТМ-3М1 вдавливанием трехгранной алмазной пирамиды при нагрузке 0,981 Н по зернам перлитной фазы. Распределение значений микротвердости по измеряемым линиям представлено на рисунках 12 и 13.

1 – шов первого прохода; 2 – шов второго прохода; A,B,C – линии измерения микротвердости Рисунок 11 – Схема измерения микротврдости образцов Рисунок 12 – Изменение микротврдости вдоль линии A Рисунок 13 – Изменение микротврдости вдоль линии B Анализ кривых распределения микротвердости по различным участкам сварного соединения показывает, что с увеличением частоты вибрационного воздействия происходит смещение кривых вверх по координатной сетке.

При этом с увеличением частоты вибрационного воздействия происходит сглаживание кривых микротвердости, что свидетельствует о снижении неоднородности механических свойств по ширине сварного соединения.

Оценка действующих поверхностных микронапряжений (остаточные напряжения 3-го рода в соответствии с общепринятой классификацией) производилась методом рентгеноструктурного анализа на рентгеновском дифрактометре ДРОН–4. Для проведения исследования по определению микронапряжений в зонах сварных соединений были изготовлены образцы, вырезанные методом электроэрозии из сваренных пластин. Анализ результатов измерений показал, что с увеличением частоты вибрационного воздействия происходит снижение уровня остаточных напряжений 3-го рода, при этом максимальное снижение наблюдается при частоте вибрационного воздействия 150 Гц и составляет 32 %.

Для оценки влияния вибрационной обработки на характер и глубину проплавления при сварке под флюсом была произведена наплавка валиков на пластины из стали 09Г2С на режимах, аналогичных сварке пластин толщиной 10 мм. После этого из пластин были изготовлены макрошлифы для замера параметров наплавленного валика. Результаты измерений и расчта коэффициента формы шва представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты измерений и расчта коэффициента формы шва Из таблицы видно, что наложение сопутствующих вибрационных колебаний в диапазоне от 50 до 200 Гц с амплитудой до 1 мм на расплавленный металл сварочной ванны позволяет увеличить глубину проплавления, при этом максимальное увеличение наблюдается на частотах 150…200 Гц. Этот эффект позволяет снизить вероятность образования такого сварочного дефекта, как непровар, что особенно актуально при сварке протяженных двухсторонних швов.

Для определения влияния режимов вибрационной обработки на сопротивляемость металла шва разрушению при ударных нагрузках в присутствии концентратора по ГОСТ 6996 были изготовлены образцы типа IX с V-образным концентратором в центре сварного шва (по 3 штуки для каждой частоты вибрации) для испытаний на ударный изгиб при комнатной (+ 20 °С) и отрицательной температуре (- 40 °С). Результаты определения ударной вязкости образцов представлены в таблице 3 (погрешность измерений не превысила 5 %).

концентратором Примечание: * - Минимальная ударная вязкость на образцах с V-образным концентратором по ГОСТ 52630-2006 при температуре испытаний +20 °С; ** - то же при температуре испытаний -40 °С; *** - образцы, подвергнутые высокому отпуску в соответствии с требованиями ГОСТ 52630-2006.

Анализ данных, представленных в таблице 3, показывает, что сварные соединения, выполненные без вибрационной обработки, не удовлетворяют требованиям ГОСТ 52630-2006 «Сосуды и аппараты стальные сварные.

Общие технические требования» по минимальному уровню ударной вязкости образцов с V-образным концентратором при температуре испытаний -40 °С.

Соответственно для конструкции, условия эксплуатации которой включают воздействие отрицательных температур ниже -20 °С, необходимо проведение термических операций для повышения хладостойкости сварных соединений.

По ГОСТ 52630 для стали 09Г2С рекомендовано проведение высокого отпуска. Даже с учетом того, что вышеназванный ГОСТ допускает проведение местной термической обработки сварных соединений сосудов, при е проведении должны быть обеспечены равномерный нагрев и охлаждение по всей длине шва и прилегающих к нему зон основного металла. Это в свою очередь предъявляет повышенные требования к контролю термического цикла обрабатываемого металла и предполагает значительные затраты энергии. Как видно из таблицы 3, ударная вязкость образцов, изготовленных из пластин, сваренных при частоте сопутствующей вибрационной обработки 150 Гц, удовлетворяет требованиям ГОСТ 52630 по минимальному значению ударной вязкости при температуре испытаний -40 °С. Таким образом, применение вибрационной обработки в процессе сварки позволяет получить сварные соединения с механическими свойствами, не требующими проведения операций термической обработки.

Из таблицы 3 видно, что с увеличением частоты сопутствующего вибрационного воздействия происходит увеличение уровня ударной вязкости металла сварного шва, при этом максимальное увеличение достигается при частоте 150 Гц и составляет 37…49 % для температуры испытания +20 °С и 104…114 % для температуры испытания -40 °С (без термообработки).

В четвертой главе описана разработанная ресурсосберегающая технология изготовления сварных корпусов горизонтальных цельносварных аппаратов для нефтепереработки из стали 09Г2С с применением вибрационной обработки в процессе сварки. В качестве объекта для модернизации технологии изготовления был рассмотрен аппарат, обозначаемый в соответствии с ГОСТ 9931-79 («Корпуса цилиндрические стальных сварных сосудов и аппаратов») - Г-Э-1-1-6,3-1,6, т.е. аппарат горизонтального типа с эллиптическим днищем без внутренних устройств номинальным объемом 6,3 м3 на условное давление 1,6 МПа.

технологического процесса изготовления сварного корпуса аппарата с учетом значительных габаритов изделия является необходимость соблюдения оптимального режима локальной вибрационной обработки, который был определен в 3 главе. Для этого в программном комплексе ANSYS 10.0 был проведен анализ влияния схемы наложения вибрации на распределение поля амплитуды по телу обечайки. Проводилось сравнение двух вариантов ввода колебаний: от одного вибрационного устройства, расположенного на одной из свариваемых деталей, и от двух вибрационных устройств, расположенных симметрично относительно сварного стыка. Анализ результатов показал, что получение симметричного распределения поля амплитуды по телу обечайки возможно только при втором варианте. Для реализации вибрационной обработки в процессе сварки под флюсом базовых деталей корпусов аппаратов была разработана специализированная оснастка, общий вид которой представлен на рисунке 14 (получено положительное решение о выдаче патента на изобретение по результатам экспертизы заявки №2011127833/02 от 06.07.2011).

1 – ролики, 2 – инденторы, 3 – вибрационное устройство, 4 – источник энергии колебаний, 5 – прижимные пружины, 6 – механизм перемещения и фиксации оснастки, 7 – сварочная головка, 8 – свариваемые обечайки вибрационных колебаний в процессе сварки внешнего шва Проведенный с помощью программного комплекса ANSYS 10. частотный анализ корпуса аппарата для разных операций технологического процесса сборки (сварка обечаек, приварка первого днища, приварка второго днища) показывает, что собственная частота колебаний деталей корпуса в зависимости от сваренной длины шва практически постоянна и с 1-й по 3-ю моду колебаний не превышает 90 Гц (рисунок 15).

Также в программном комплексе ANSYS 10.0 было проведено моделирование ввода колебаний по указанной выше схеме в базовые детали корпуса аппарата. Анализ полей распределения амплитуды по поверхности деталей корпуса аппарата показывает, что в процессе локального ввода вибрационных колебаний от двух источников, работающих в одной фазе на частоте 150 Гц и с амплитудой 1 мм, с изменением сваренной длины шва в зоне сварки не возникает вынужденных колебаний амплитудой больше 1 мм.

а) схема определения сваренной угловой длины шва; б) график зависимости собственной частоты 1-й моды колебаний от сваренной угловой длины шва:

случай 1 – приварка обечаек друг к другу, случай 2 – приварка первого днища, случай 3 – приварка второго днища Рисунок 15 – Частоты собственных колебаний деталей По существующей технологии после сварки кольцевых швов сварные соединения корпуса аппарата из стали 09Г2С, предназначенного для эксплуатации в условиях отрицательных температур окружающей среды ниже -20° С, подвергаются местной термической обработке по требованиям ГОСТ 52630, так как уровень ударной вязкости сварных соединений не удовлетворяет требованиям данного ГОСТ. Даже с учетом того, что вышеназванный ГОСТ допускает применение локальной термической обработки, данная операция требует больших затрат энергии, трудоемка и значительно снижает производительность работ. В предлагаемом варианте технологии для удовлетворяющими требованиям ГОСТ 52630, предусмотрено использование вибрационной обработки в процессе сварки, что позволяет избежать применения термических операций.

На основании выполненных технологических и технических разработок усовершенствован технологический процесс изготовления корпусов аппаратов для нефтепереработки из стали 09Г2С с применением вибрационной обработки в процессе сварки, что позволяет не только избежать проведения послесварочной термической обработки, но и получить при этом сварные соединения деталей с пониженным уровнем остаточных напряжений и необработанными вибрацией деталями.

Выводы и рекомендации 1. Доказана эффективность применения вибрационной обработки при стыковой сварке под флюсом листовых деталей из стали 09Г2С.

Экспериментально установлено, что сопутствующая вибрационная обработка при частоте 150 Гц, с амплитудой колебаний от 0,8 до 1,0 мм способствует наибольшему повышению механических свойств металла сварного соединения – увеличению предела текучести на 25 % и предела прочности на 24 %. При этом происходит снижение уровня остаточных напряжений 3ого рода на 32 %.

2. Экспериментально установлено, что вибрационная обработка в процессе сварки позволяет повысить уровень ударной вязкости сварных соединений. Средние значения ударной вязкости образцов с V-образным концентратором в центре сварного шва, испытанные при отрицательной температуре (-40 °С), возрастают на 104…114 %, по сравнению с образцами, полученными без виброобработки.

3. Численным моделированием с помощью программного комплекса 10.0 исследовано напряженно-деформированное состояние ANSYS цилиндрической части корпуса аппарата диаметром 1600 мм толщиной 10 мм из стали 09Г2С. Анализ искажений профиля обечайки в поперечном и продольном сечении показал, что наибольшее отклонение профиля вызывает наложение кольцевого шва.

4. Экспериментально установлено, что вибрационная обработка при частоте 150 Гц, с амплитудой от 0,8 до 1,0 мм позволяет увеличить глубину проплавления сварного шва на 2,5 мм. Таким образом, применение сопутствующей вибрационной обработки позволяет снизить вероятность непровара, что особенно актуально при сварке протяженных швов крупногабаритных аппаратов.

На основании проведенных технологических и технических разработок усовершенствован технологический процесс изготовления сварных корпусов аппаратов из стали 09Г2С с применением вибрационной обработки, разработаны конструкция оснастки и технология вибрационной обработки, которые позволяют получить сварные соединения базовых элементов корпусов аппаратов с механическими свойствами, не требующими проведения операций термической обработки.

Основные результаты работы опубликованы в 13 научных трудах:

Журнальные статьи из списка ВАК:

1. Каретников, Д.В. Повышение надежности сварного нефтегазового оборудования из низколегированных сталей, работающего в условиях значительного перепада температур / Д.В. Каретников, Р.Г. Ризванов, А.М.

Файрушин, К.С. Колохов // Сварочное производство. – 2012. – Т6. – С.40-48.

2. Каретников, Д.В. Модернизация технологии изготовления сварных корпусов аппаратов для нефтегазопереработки из низколегированных сталей / Д.В. Каретников, Р.Г. Ризванов, А.М. Файрушин, К.С. Колохов // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2011. – Т.4. – С.156-162.

3. Файрушин, А.М. О влиянии параметров вибрационной обработки на свойства металла сварного соединения / А.М. Файрушин, Д.В. Каретников, А.М. Салмин, Дж.А. Хаддад // Нефтегазовое дело. – 2011. – Т. 9, №2. – С. - 75.

4. Файрушин, А.М. Повышение стойкости к коррозии металла сварных соединений корпусов нефтеперабатывающих и нефтехимических аппаратов / А.М. Файрушин, М.З. Зарипов, Д.В. Каретников // Башкирский химический журнал (научное издание). – 2011. – Т. 18. – № 2. – С.124 - 127.

5. Каретников, Д.В. Manufacturing technology upgrading of welded shells of vessels for oil and gas industry / Д.В. Каретников, Р.Г. Ризванов, Я.А.

Колесников, О.В. Евсютина // Электронный журнал «Нефтегазовое дело». – 2012, Т4. – С. 490-501, URL: http://ogbus.ru/2012_4.shtml.

Прочие публикации:

6. Каретников, Д.В. Повышение надежности сварных корпусов аппаратов из низколегированных сталей для нефтегазопереработки // «Актуальные проблемы науки и техники»: сб. тр. III научной конференции молодых учных, секция «Строительство объектов нефтегазовой отрасли». – Уфа, 2011. – Т. 2. – С. 62-63.

7. Каретников, Д.В. Проблемы и перспективы внедрения альтернативных методов обработки сварной нефтегазовой аппаратуры / Д.В. Каретников, Р.Г.

Ризванов, А.М. Файрушин // Актуальные проблемы науки и техники: сб. тр.

III научной конференции молодых учных, секция «Строительство объектов нефтегазовой отрасли». – Уфа, 2011. – Т. 2. – С. 63-64.

8. Каретников, Д.В. Энергосберегающая технология изготовления сварных корпусов нефтегазовых аппаратов из стали 09Г2С / Д.В. Каретников, Р.Г.

Ризванов, К.С. Колохов // Экологические проблемы нефтедобычи: сб. тр.

всероссийской научной конференции. – Уфа, 2010. – С.86.

9. Каретников, Д.В. Совершенствование технологии изготовления сварных корпусов нефтегазовых аппаратов из стали 09Г2С / Д.В. Каретников, Р.Г.

Ризванов, К.С. Колохов // Инновационное нефтегазовое оборудование:

проблемы и решения: сб. тр. всероссийской научно-технической конференции. – Уфа, 2010. – С. 281.

10. Karetnikov, D.V. Submerged arc welding joint’s quality improvement:

propositions of conference / D.V. Karetnikov, O.V. Evsutina, R.G. Rizfanov // Сб.

тр. 61-ой научно-технической конференции студентов и аспирантов УГНТУ, секция «Иностранные языки». – Уфа, 2010. – С. 353.

11. Файрушин, А.М. Повышение стойкости металла сварного шва к межкристаллитной коррозии / А.М. Файрушин, Д.В. Каретников, М.З.

Зарипов, К.И. Скорнякова // Эковестник. – 2010. – Т. 7. – С. 45-48.

12. Каретников, Д.В. Повышение эксплуатационной прочности сварных швов корпусов аппаратов для нефтегазопереработки из низколегированных сталей / Д.В. Каретников, Р.Г. Ризванов, К.С. Колохов // Севергеоэкотех-2011: сб. тр.

12-й Международной научно-технической конференции. – Ухта, 2011. – – С. 284-286.

13. Способ снижения остаточных напряжений в сварных соединениях металлов: пат. № 2424885 Рос. Фед./ А.М. Файрушин, Д.В. Каретников, Т.З.

Абдуллин и д.р.; заявитель и патентообладатель УГНТУ; заявл. 28.12.2009;

опубл. 27.07.2011.

14. Способ снятия остаточных напряжений в кольцевых сварных соединениях металлов и стенд для его реализации при сварке под флюсом:

решение о выдаче патента по результатам экспертизы заявки №2011127833/02 (041229) от 06.07.2011/ Д.В. Каретников, Р.Г. Ризванов, А.М. Файрушин, И.Г. Ибрагимов, К.С. Колохов.