Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 “Зварювання та споріднені технології.” – Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України, Київ, 2003р.
В роботі наведено теоретичні та експериментальні результати дослідженнь з розробки нового способу відновлення працездатності вертикальних монтажних з'єднань попередньо напруженої стінки рулонованих резервуарів ємністю 10… 50 тис. м3, що знаходяться в експлуатації, шляхом вварювання встик спеціальних вставок.
Виконання зварювання у жорсткому контурі притаманне процесу вварювання вставок в стінку резервуара, що призводить до втрати нею стійкості під дією залишкових зварювальних напружень та її деформування.
З метою зменшення напруженого стану стінки, для запобігання втрати нею стійкості, необхідно виключити вплив усадочних зусиль вертикальних швів за рахунок попереднього вигину вставок і застосування Т-подібних їх пересічень, а також зменшити кількість горизонтальних швів шляхом укрупнення окремих вставок у блоки. Для попередження деформування стінки необхідно використовувати спеціальні кільця жорсткості.
На основі теоретичних досліджень напруженого стану стінки встановлено, що в новій конструкції вертикального монтажного з'єднання головним силовим чинником, що призводить до втрати стінкою стійкості між основними кільцями жорсткості, є залишкові зварювальні напруження, які виникають під час поперечної усадки горизонтальних швів укрупнених вставок. У разі втрати стінкою стійкості, між горизонтальними швами потрібно попередньо встановлювати проміжні кільця жорсткості.
Для отримання допустимої кутової деформації у вертикальних монтажних зварних з'єднаннях і проектної геометричної форми вставок необхідно досягти рівності залишкових моментів вигину у стінці та у вставках. Показано, що досягнення рівності можливе у разі формоутворення ділянок стінки, що прилягають до монтажних стиків, та вальцювання вставок на радіус, менший за проектний, але більший за залишковий, що визначається експериментально.
Новий спосіб відновлення працездатності пройшов успішну апробацію в процесі заміни десяти монтажних з'єднань стінки рулонованих резервуарів ємністю 20 та 50 тис. м3 і може бути застосований при ремонті інших резервуарів.
1. Рекомендований нормативним документом спосіб заміни вертикального монтажного з'єднання, що базується на ідеї вварювання встик окремих вставок із зміщенням вертикальних зварних швів по поясах, не може бути реалізований на практиці як такий, що не враховує наявності в попередньо напруженій стінці рулонованих резервуарів залишкових моментів вигину, а також жорсткого контуру при зварюванні швів вставок.
2. Встановлено, що нова конструкція монтажного з'єднання повинна містити укрупненні в блоки окремі вставки, Т - подібні пересічення вертикальних швів вставок і кільця жорсткості. Застосування попереднього вигину вставок, Т- подібних пересічень і укрупнених вставок дозволяє виключити вплив усадочних зусиль вертикальних швів на напружений стан стінки резервуара. Установка біля горизонтальних швів вставок кілець жорсткості дає можливість не враховувати дію поздовжніх усадочних зусиль горизонтальних швів і попереджує деформування стінки резервуара.
3. При зварюванні в умовах жорсткого контуру горизонтальних швів укрупнених вставок в новій конструкції монтажного з'єднання, вм'ятини в циліндричній стінці резервуара виникають через втрату нею стійкості між вказаними швами та внаслідок її деформування на ділянках, що знаходяться на продовженні горизонтальних швів. Визначено, що в цьому разі зона дії стискаючих зварювальних напружень вздовж твірної величиною -5…-10 МПа досягає 3,5 м від вертикальних швів. Протяжність областей дії поздовжніх розтягуючих зварювальних напружень величиною 20 - 30 МПа становить приблизно 900 мм від кінців горизонтальних швів.
4. Втрата стійкості стінкою в новій конструкції монтажного з'єднання при її товщині до 8 мм відбувається навіть за відсутності початкових прогинів. Стінка товщиною 9...10 мм втрачає стійкість тільки за наявності початкових відхилень геометричної форми. Якщо товщина перевищує 12 мм, то втрата стійкості не відбувається і при наявності початкових прогинів. Для попередження втрати стійкості стінкою резервуарів ємністю 20 та 50 тис. м3 досить установити по одному проміжному кільцю жорсткості між горизонтальними швами укрупнених вставок.
5. Забезпечення рівності кривизни кінцевих ділянок стінки та вставок після їх вварювання, що запобігає утворенню недопустимих кутових деформацій та суміщень кромок у вертикальному монтажному з'єднані, можливе в разі застосування зворотного вигину ділянок стінки, прилеглих до монтажного шва, та вальцювання вставок на радіус, який визначено експериментальним шляхом. Для оцінки відхилень кривизни вставок від проектної необхідне введення додаткових допусків, які визначаються у відповідності з розробленою методикою.
6. Новий спосіб відновлення працездатності вертикальних монтажних з'єднань успішно реалізовано при ремонті десяти монтажних з'єднань стінки рулонованих резервуарів ємністю 20 та 50 тис. м3 ВАТ “Укртранснафта” і може бути застосовано при ремонті інших резервуарів.
Публікації автора:
1. Повышение работоспособности вертикальных монтажных соединений стенки цилиндрических резервуаров, построенных из рулонированных заготовок / Барвинко Ю.П., Голинько В.М., Барвинко А.Ю и др. // Автомат. сварка – 2001. - № 7. – С. 27 – 32.
2. Оценка напряженного состояния стенки рулонированных вертикальных цилиндрических резервуаров при вваривании листов - вставок / Махненко В.И., Барвинко А.Ю., Барвинко Ю.П. и др. // Автомат. сварка – 2002. - № 5. – С. 3 – 8.
3. Барвинко А.Ю., Гоцуляк Е.А. Определение величины допустимых отклонений геометрической формы вставок при замене совмещенного в одну линию вертикального монтажного соединения стенки на соединения с разбежкой вертикальных сварных швов по поясам // Автомат. сварка – 2003, № 3. – С. 36 – 40.
4. Барвинко Ю.П., Голинько В.М., Барвинко А.Ю. Новые технологии восстановления работоспособности вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов // Сварщик - 1999, № 4 – С. 6-8.
5. Барвинко Ю.П., Голинько В.М., Барвинко А.Ю. О работоспособности вертикальных монтажных стыков стенки цилиндрических резервуаров большой емкости, построенных из цилиндрических заготовок // Тр. междунар. коллоквиума «Новые решения в проектировании и строительстве металлических резервуаров». – К.: Вид-во ВАТ УкрНДІпроектстальконструкція. - 2000. – С. 11- 12.
6. Барвинко Ю.П., Барвинко А.Ю. Пути обеспечения качества при ремонте стальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов // Материалы междунар. науч.–практ. конф. “Проблеми забезпечення якості в зварювальному виробництві”. – К.: УИЦ “НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИЯ”, 2001. - С. 5-6.
7. Барвинко Ю.П., Голинько В.М., Барвинко А.Ю. Восстановление работоспособности монтажных вертикальных сварных соединений стенок цилиндрических резервуаров емкостью 10…50 тыс. куб. м, сооруженных из рулонных заготовок // Материалы научно-технического семинара “Прогрессивные технологии сварки в промышленности” – К.: УИЦ “НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИЯ”, 2003. - С. 82-83.
8. Barvinko A Yu, Barvinko Yu P Features of the stressed state of a storage tank wall in welding-in individual metal sheets during wall repair. // Proceeding of the International Conference “Design, inspection, maintenance and operation of cylindrical steel tanks and pipeline” – Prague: ECCS, ISBN 80-239-0405-1, 2003. - P. 282-285.
