Способ термомеханической обработки нагруженных деталей Советский патент 1982 года по МПК C21D6/04 C21D7/12 F16L23/02 

(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ

1

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для снижения релаксаций напряжений в нагруженных деталях, работающих в криогенных средах, например в элементах фланцевых соединений трубопроводов.5

Известен способ снижения релаксации напряжений в нагруженных деталях, по которому нагружение деталей - крепежных болтов проводят в несколько этапов, повышая нагрузку на каждом последующем Q этапе 1.

Такое ступенчатое нагружение позволяет несколько снизить релаксацию напряжений, однако при длительной эксплуатации этого бывает недостаточно для обеспечения нормальной работы соедине1 я.15

Указанные недостатки частично устранены в способах, основанных на периодическом восстановлении снизившихся в результате релаксации напряжений.

Наиболее близким к изобретению по тех- 2о ни-ческой сущности является способ, при котором определяют время, в течение которого будет обеспечиваться нормальная работа соединения, и по его истечении вновь производят нагружение деталей 2.

Недостатками указанного способа являются значительные трудозатраты при проведении периодических нагружений соединения в эксплуатации и необходимость сброса- давления рабочей среды при использовании этого способа для фланцевых соединений трубопроводов. Кроме этого, такой способ нельзя применить для соединений работающих в криогенных средах, вследствие быстрого протекания в них процесса релаксации напряжений.

Цель изобретения - снижение в деталях релаксации напряжений при работе их в криогенных средах.

Указанная цель достигается тем, что детали подвергаются нагружению и в напряженном состоянии охлаждают в криогенной среде, например в жидком азоте, затем нагревают до температуры окружающей среды, после этого вновь нагружают детали до рабочих напряжений и циклично повторяют охлаждение, нагревание и нагружение до тех пор, пока снижение релаксаций не достигнет заданной величины.

Способ термохимической обработки нагруженных деталей фланцевых соединений трубопроводов и последующей сборки из них штатных систем осуществляется следующим образом. Фланцевое соединение с комплектом крепежных болтов, гаек, шайб и прокладок проходит термоциклирование. Затяжка болтов соединения производится до рабочих напряжений затяжки. Далее фланцевое трубопроводное соединение заполняют жидким азотом (или окунают в него) и выдерживают до полного охлаждения его элементов (30-40 мин). Затем криогенную жидкость сливают, а соединение отогревают до температуры окружающей среды. Упавшее напряжение восстанавливают подзатяжкой болтов и затем циклично повторяют охлаждение, нагревание и нагружение до тех пор, пока снижение релаксаций не достигнет заданной величины. Пример. Испытаниям подвергались штатные соединения, собранные на фланцах трубопровода, по приведенной выше технологии. После проведения первого термоцикла-, вследствие релаксации напряжений и структурных превращений в материале -элементов соединения, г ервоначальное направление затяжки снизилось на 30-40% от первоначального. Снизившееся напряжение восстанавливалось до первоначального подзатяжкой болтов и затем повторялся термоцикл. После второго термоцикла падение напряжения уже составляло 20-25%. С продолжением термоциклирования с восстанавливающейся подзатяжкой с каждым последующим циклом падение напряжения происходило на все меньшую величину и после 5-6 циклов составило всего 3-5% от первоначального, что удовлетворяло требованию сохранения высокой длительной герметичности. Достижение стабильного состояния затяжки при рабочих нагружениях связано с перестройкой кристаллической структуры металла и ее приспособлением к внешним условиям нагружения (т. е. к условиям термоциклирования, которые соответствуют работе соединения). После 5-6-разового термоциклирования происходит почти полное исчерпание необратимой (пластической) деформации при данной величине нагружения и ее замена упругой деформацией при восстанавливающих подзатяжках. Подвергнутая такой термомеханической обработке структура металла становится устойчивой и сохраняет неизменными полученные характеристики и после снятия нагрузки. После проведения обработн и и достижения стабильного состояния напряжения при рабочих нагрузках фланцы, имитирующие систему, от фланцев на трубопроводе отстыковывают, а трубопровод устанавливают в системы, где его состыковывают с подвергнутыми такой же обработке фланцами смежных трубопроводов. Сборка между собой фланцев осуществляется посредством комплекта болтов, гаек, прокладок и шайб, прощедщих термоциклирование в составе такого же соединения. Положительный эффект от применения предлагаемого способа в том, что при многоразовом заполнении системы криогенной средой соединения этой системы более не будут подвержены разгерметизации за счет снижения напряжения, так как они прошли термоциклическую обработку при рабочих нагрузках, и в них при этих нагрузках было достигнуто стабильное состояние напряжения. Формула изобретения Способ термомеханической обработки нагруженных деталей, например фланцевых соединений трубопроводов, отличающийся тем, что, с целью снижения в деталях релаксаций напряжений при работе их в криогенных средах, детали подвергают нагружению и в напряженном состоянии охлаждают в криогенной среде, например в жидком азоте, затем нагревают до температуры окружающей среды, после этого вновь нагружают деталь до рабочих напряжений и циклично повторяют охлаждение, нагревание и нагружение до тех пор, пока снижение релаксаций напряжений не достигнет заданной величины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Косилова А. Г. Справочник технолога машиностроителя. М., , 1957, том 1, с. 519. 2.Беляев Н. М. Сопротивление материалов. М., Изд-во физико-математической литературы, 1959, с. 798 (прототип).