CC BY
13
Висновки. Внаслiдок експериментальних дослiджень отримано регре-сивш залежностi точност пиляння вiд швидкост подачi та затупленостi шструменту для горизонтально! та вертикально! пилок.
Внаслщок анашзу отриманих рiвнянь регреси встановлено, що для горизонтально! пилки величина впливу швидкост подачi на поле розсдавання майже в два рази бшьша вiд впливу затупленост iнструменту, а для вертикально! пилки - майже в чотири рази.
1з анашзу отриманих дiаграм динамiки точностi за перiод стшкосп iнструмента встановлено, що горизонтальна пилка розпилюе деревину з мен-шою точнiстю, нiж вертикальна через складнiшi умови !! роботи.
На основi виконаних дослiджень встановлено, що технолопчна точ-нiсть верстата е низькою i не забезпечуе вiдповiдних вимог щодо точностi ви-готовлення обрiзних пиломатерiалiв, тому конструкцiя верстата потребуе по-дальшого вдосконалення.
Л1тература
1. Пилипчук М.1. Методика дослiдження точностi розпилювання колод на круглопил-ковому верстатi "Ясень-Баракуда" // Науковий вiсник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць / М.1. Пилипчук, М.Р. Бурдяк. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2009. - Вип. 19.6. - С. 124-129.
2. Пилипчук М.1. Анашз конструкцiй верстатiв для ортогонального розпилювання колод круглими пилками // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць / М.1. Пилипчук, П.В. Андрiевський. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2009. - Вип. 19.7. - С. 146-132.
3. Паспорт поздовжнього-обрiзного верстата ВПО-1 "Ясень-Баракуда". - 10 с.
4. Манжос Ф.М. Точность механической обработки древесины : учебник [для ВУЗов]. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1959. - 264 с.
5. Комаров Г.А. Точность дереворежущих станков. Размерная настройка : учебн. пособ. [для ВУЗов]. - М. : Изд-во "Наука", 1985. - 56 с.
6. Пилипчук М.1. Основш напрями розвитку теори точност мехашчного оброблення деревини та деревних матерiалiв // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : УкрДЛТУ. - 2005. - Вип. 15.1. - С. 165-170.
7. Пилипчук М.1. Основи наукових дослщжень : пщручник / М.1. Пилипчук, А.С. Гри-гор'ев, В.В. Шостак. - К. : Вид-во "Наука", 2007. - 270 с.
УДК 539.3 Доц. А.Р. Дзюбик, канд. техн. наук; доц. Р.В. Палаш,
канд. техн. наук; доц. 1.Б. Назар, канд. техн. наук -
НУ "Львiвська полiтехнiка"
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНО1 М1ЦНОСТ1 ЗВАРНИХ З'СДНАНЬ МАГ1СТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОД1В 13 ВИСОКО
М1ЦНИХ СТАЛЕЙ
Розглянуто можливiсть застосування пластичних швiв пiд час зварювання ма-гiстральних трубопроводiв iз низьколегованих сталей в термiчному або термомеха-нiчному змiцненому станi. Розвинуто експериментально-розрахунковий метод для дослщження напруженого стану зварних з'еднань. Дослiджено вплив величин зони пластичних деформацш на величину залишкових зварювальних напружень.
Ключов1 слова: мапстральний трубопровiд, низьколегована сталь, експериментально-розрахунковий метод, поле пластичних деформацш.
Assoc. prof. A.R. Dsjubyk; assoc. prof. R. W. Palash; assoc.prof. I.B. Nazar-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
Providing of technological durability of the welded connections of main pipelines from highly strong steel
In the article possibility of application of plastic stitches is considered at welding of main pipelines from low alloyed сталей in thermal or термомехашчному the fixed state. The developed experimentally-calculation method is offered for research of the tense state of the welded connections. Explored influence of sizes of area of plastic deformations on the size of remaining welding tensions.
Keywords: low alloyed steel, experimentally-calculation method, weeds plastic deformations.
Постановка проблеми та аналiз дослвджень i публжацш. Новггш тенденци розвитку трубопровщного транспорту потребують застосування труб збшьшеного д1аметра в д1апазош вщ 1020 до 1420 мм. При цьому для отримання заданих експлуатацшних властивостей широко застосовують низьколеговаш стал1 в терм1чному або термомехашчному змщненому сташ класу мщност Х60 - Х70, як забезпечують таю мехашчш характеристики: стВ, Мпа > 420... 600; стТ, МПа > 440...460; S5, % > 17...19. Для отримання р1в-номщних зварних з'еднань для таких сталей у заводських умовах потр1бно вживати комплекс заход1в для запоб1гання утворенню несприятливих структур гартування та технолопчних дефекпв, передуЫм трщин. Однак, для них характерна шдвищена енергозатратшсть та вони не завжди застосовш. Зокре-ма, тд час зварювання мапстральних трубопровод1в в польових умовах складно забезпечити супутнш тд1гр1в та шслязварювальне терм1чне оброб-ляння. Утворення при цьому залишкового напруженого стану, який характеризуемся значним р1внем та нер1вном1ршстю розподшу в зварному з'еднанш, шдвишуе ймов1ршсть виникнення технолопчних трщин.
Одним 1з шлях1в забезпечення технолопчно! мщносл таких стиюв без додаткових заход1в е використання пластичних шв1в. Це дае змогу отримати р1вномщт елементи конструкцп та зменшити матер1альш затрати на 1х виго-товлення [1, 2]. Однак, специфжа формування напруженого стану при цьому пов'язана 1з утворенням структур гартування в процес охолодження [3, 4]. Часто картина розподшу напружень ускладнюеться здшсненням локального термооброблення або формуванням шва 1з металом, вщмшним вщ основного. Так, у з'еднаннях з аустештним швом кшетика формування залишкових напружень ускладнюеться через невщповщшсть законом1рностей переб1гу об'емно-структурних змш металу в сум1жних шарах з'еднання.
Потреба забезпечення технолопчно! та експлуатацшно! надшност елеменпв з кшьцевими з'еднаннями 1з високомщних сталей зумовлюе потребу вивчення впливу параметр1в режиму зварювання на залишковий напруже-ний стан, що надал1 уможливить досягнення його оптимального р1вня. Тому потр1бний надшний та шформативний споЫб визначення напружень у до-вшьнш точщ з'еднання.
Мета та задачi дослiджень полягають у вивченш можливост забезпечення технолопчно! мщност з'еднань за зварювання мапстральних тру-
бопровод1в ¿з низьколегованих сталей в терм1чному або термомехашчному змщненому стат на основ! оптим!заци напруженого стану.
Основний матер1ал. Дослщження виконували для кшьцевих шв1в стикових зварних з'еднань труб великих д1аметр1в ¿з високомщних сталей, схильних до мартенситного перетворення шд д1ею термодеформацшного циклу зварювання. Для розрахунку розподшу залишкових напружень засто-совували експериментально-розрахунковий метод умовних пластичних де-формацш, що базуеться на розв'язанш обернених задач мехашки напружених деформ1вних тш, з використанням експериментальних та теоретичних даних про напруження у зварних з'еднаннях елеменлв конструкцш з високомщних сталей [5], модифжований для випадку зварювання високомщних трубних сталей, схильних до аустешто-мартенситного й аустешто-бейштного перет-ворень шд д1ею термодеформацшного циклу зварювання (ТДЦЗ). Запропоно-вано множину функцш, яка дае змогу апроксимувати поля залишкових плас-тичних деформацш для низьколегованих сталей класу мщносл Х60 - Х70.
У розрахунковш модел1 трубу описуемо як оболонку, яку вщнесено до триортогонально! системи координат а, в, у, де а = 2 / Я (2 - вщдаль вздовж тв1рно! оболонки, Я - рад1ус серединно! поверхш оболонки), в - кутова координата, у - координата вздовж зовшшньо! нормал! вщ серединно! поверхш оболонки. На основ! анал!зу експериментальних даних, наведених в лггерату-р! [1, 2], поле власних колових деформацш бшя к!льцевого зварного шва ап-роксимуемо виразами:
£<0вр(а,у) = -£0 <(а)^0 (а), (1)
р(а)-
< (а), якщо 0 <|а|<ага; р2(а), якщо ат < а < а0,
(2)
де: р (а) = £(*■р(а), (а) = 1, Ц<а0, (а) = 0, Ц ^ а0, а0 = —, 20 - швшири-
Я
на зони пластичних деформацш. Функци ррЦ та <р2(а) описують виразами:
<Р2 (а) = Ь0 + Ь
<< (а) = а0 + а1
\3
/ л4 а
+ а2
а
ат
а а0 у
а у
+Ь ■
а
ат
/ л 6 а
ч10 у
4
а а0 у
/
+ Ьз
а
ат
6
(3)
а а0 у
Нев!дом! параметри а0, а1, а2, Ь0, Ь1, Ь2, Ь3 знаходимо п!д час розв'язан-ня системи р!внянь, що забезпечуе умови гладкост функц!!' р (а) на всьому пром!жку !! юнування.
На рис. 1 зображено вигляд функц!! р(а), що яюсно описуе поле залишкових пластичних деформацш для випадку кшьцевого зварного з'еднання високомщно! гарт!вно! стал! аустен!тним швом.
Схильшсть високом!цних гарт!вних сталей до мартенситного й бейштного перетворень шд д!ею ТДЦЗ е одним з чинниюв, що ютотно впли-вають на характер розподшу поля пластичних деформацш. В математичнш
Рис. 1. Загальний вигляд функци, що описуе поле пластичних деформацш
модел1 розрахунково-експериментального методу цеи вплив виражаеться через параметри: е* - максимальна величина пластичних деформацш у з'еднан-ш, А - величина пластичних деформацш на ос шва, гт - вщдаль вщ ос шва до мюця, в якому найбшьш1 пластичш деформаци, 20 - ширина зони пластичних деформацш.
У раз1 змши параметра 2о, який вщтворюе вплив особ-ливостей виконання зварного шва, його структури, мехашч-них властивостей, параметр1в ТДЦЗ [6], вщбуваеться ютотна змша просторового розподшу напружень. Вш залежить вщ умов тепловщведення 1з ЗТДВ та погонно! енерги зварюван-ня. Його збшьшення характер-не для пом'якшених режим1в зварювання та вищо! теплоп-ровщност матер1алу оболон-ки, зумовлюе р1вном1рне спа-дання величини та град1ента осьових 1 кшьцевих напружень. Характерно, що бшя ос шва вплив параметра 20 незначний.
Параметр 2м найбшьшою м1рою залежить вщ законом1рносп поширення теплових потоюв шд час зварювання, потужност режиму та ш. 1з зростанням його, на дшянщ 5-10 мм вщ ос шва вщбуваеться певний "стрибок" напружень, бшьш виражений у кшьцевому напрямку, як на ос шва, так { в дшянщ макси-мальних напружень - наявне зростання абсолютно! величини напружень.
Характерно, що залишков1 напруження ютотно змшюються лише в широкому штервал1 значень параметра г0. Значно бшьш1 змши напружень спричинюе перемщення максимуму пластичних деформацш всього на 24 мм. Параметр а0 складшше шддаеться змш1, вплив на нього може здшсню-ватись передуЫм через склад шва, або - частково - у раз1 змша параметр1в режиму зварювання, коли насамперед варто звертати увагу на величину гм. Тому ефектившше керування розподшом залишкових напружень може здшснюватись змшою параметра 2М.
Величину та характер напружень регулюють шляхом застосування шв1в 1з р1зними х1м1чним складом та структурою - бейшто-мартенситною, ферито-перлгтною та аустештною. Саме застосування шв1в 1з аустештною структурою дае змогу знизити величину параметра А та збшьшити 2М.
Розв'язувальне р1вняння задач1 про визначення залишкових напружень в цьому випадку запишемо у вигляд1 [6]:
а4
с1ал
+ 4а4
.Ж = -4а4Яе* -р(а)-Б0(а),
(5)
де W - прогин труби, a4 = 3R2 (l - ¡2) / 4h2.
Розв'язок цього pÍB^HM i вирази для визначення осьових оаа i коло-вих орр залишкових напружень подамо у виглядi:
W(а) = £о ■ R ■ W(а), ой(а,у) = E ■ сОц(а,у), i = а,в, (6)
де: Waa(a) = -1 ■Г (а), отх(а,у) = -^^-
1 -л1
■ Г1 (а);
„ а0
овв(а,у) = W (а) + ¡ ■ Оаа (а, у) + ф(а) ■ S0 (а); Г (а)= J q>(l;\K (£-а)й£.
-ао
K1 (£-а) = exp [-а^-а^ [cos a(%-а) + sin a,
K2 (£-а) = exp [-a^-а^ [cos a(g-а)- sin а^-ар, Е - модуль Юнга.
Використавши експериментальну шформащю про напружений стан у зварних з'еднаннях високомiцних низьколегованих сталей [3, 4], розраховано розподши залишкових напружень у з'еднанш трубних сталей класу Х 60. Дослiджено вплив параметру z0 на виглядi розподiлiв залишкових напружень (рис. 2).
Рис. 2. Залежшсть розподШв: а) - юлъцевих I б) - осьових напружень на зовшшшй поверхш труби вздовж и тв1рно1 в1д величини поля пластичних деформаций
Як видно з рис. 3, осьовi i кiльцевi напруження шд час змши значень пiвширини поля пластичних деформацш 20 = 7... 11 змшюються незначно, а вiд 15 до 45 монотонно спадають. Характерно, що у разi збiльшення ширини поля деформацiй, зменшуються як залишковi напруження в пiкових дiлянках, так 1'хнш градiент вздовж осi г.
Таким чином, у робот прошюстровано можливiсть використання мо-делi розрахунково-експериментального методу [1] для розрахунку напружень в з'еднаннях труб, виготовлених зi сталей рiзних груп мiцностi; запропонова-но функцiю р(а) для визначення в межах моделi напружень у з'еднаннях
3
низьковуглецевих сталей; дослщжено законом1рност1 впливу ширини зони пластичних деформацш на розподш залишкових напружень у кшьцевих з'еднаннях високомщних гартованих сталей.
Застосовуючи шви, як забезпечують отримання пластично! структу-ри, можна регулювати величину та характер залишкових зварювальних напружень в широкому д!апазош. Це дае змогу зменшити р!вень напруженого стану зварного з'еднання труб та град!ент його змши, що позитивно впливае на стшюсть до утворення технолог!чних трщин п!д д!ею ТДЦЗ. Тобто вини-кае можлив!сть отримувати р!вном!цн! зварш з'еднання без застосування до-даткових заход!в типу терм!чного оброблення.
Висновки. Завдяки виконаним дослщженням встановлено законом!р-ност! впливу зовн!шн!х параметр!в на залишков! напруження в к!льцевому зварному з'еднанш елемент!в !з високом!цних трубних сталей класу Х60 -Х70. Напруження на внутршнш поверхн! оболонки в осьовому напрямку е розтягувальними. Кшьцев! напруження в середньому в 1,2-1,4 раза вишд за аналопчш на зовн!шн!й поверхн! ! за р!зних значень параметр!в, що характеризуют функц!ю поля пластичних деформацш та геометричш розм!ри оболонки, в межах поля умовних пластичних деформацш набувають як додат-них, так ! вщ'емних значень. Доведено можливють застосування пластичних зварних шв!в для отримання р!вном!цних зварних з'еднань на основ! регулю-вання залишкових зварювальних напружень.
Лггература
1. Осадчук В.А. Напруження у стикових зварних з'еднаннях кшьцевим швом труб, яю схильнi до гартування / В. А. Осадчук, А.Р. Дзюбик, Р.В. Палаш // Вюник Нацюнального уш-верситету мЛьвiвська полiтехнiкам. Серiя: Динамiка, мщнють та проектування машин i прила-дiв. - Львiв : Вид-во НУ мЛьвiвська полiтехнiкам. - 2002. - № 456. - С. 107-111.
2. Палаш Р.В. Пщвищення технологично! та експлуатацшно! мiцностi зварних деталей машин з високомщних сталей // Машинознавство. - Львiв. - 2005. - № 8. - С. 235-239.
3. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1981. - 247 с.
4. Назарчук А.Т. Оценка технологической прочности соединений толстолистовых закаливающихся сталей с многослойными швами / А.Т. Назарчук, В.В. Снисарь, Ю.А. Забуран-ный // Автоматическая сварка. - 2003. - № 9. - С. 3-11.
5. Палаш Р.В. Визначення рацюнальних факторiв впливу на залишковi напруження в зварних з'еднаннях конструкцш iз високомщних сталей // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. на-ук.-техн. праць. - Львiв : УкрДЛТУ. - 2006. - № 16.6. - С. 87-89.
УДК 621.438 Асист. О.Ю. Жулай - Шровоградський нащональний
техтчний утверситет
РАЦ1ОНАЛЬНИЙ П1ДХ1Д ДО ОРГАН13АЦ11 СТРАТЕГИ ТЕХН1ЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ I РЕМОНТУ ДИ3ЕЛ1В
Обгрунтовано новий тдхщ до оргашзацп роб^ тд час застосування рiзних стратегш техшчного обслуговування та ремонту дизелiв засобiв транспорту сшьсь-когосподарського виробництва. Наведено результати його застосування при плано-во-попереджувальнш та адаптивнiй стратегiях технiчного обслуговування та ремонту. Отримаш даш дають змогу зробити висновок про певну кориговану структуру
