ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ И МЕХАНИКА СТРУКТУРНОГО РАЗРУШЕНИЯ
В. А. Попов, д.т.н., академик ПТАН Украины, г. Харьков. А. Е. Бармин, к.т.н., доцент кафедры материаловедения НТУ «ХПИ», г. Харьков. Д. Г. Черный, начальник лаборатории технической диагностики и неразрушающего контроля ООО «ПромТехДиагностика», г. Кривой Рог
Продолжение (начало в № 12, 2019 и № 1-5, 2020)
В последние годы стало возможным выстроить алгоритм оценки технического состояния сварных металлоконструкций на основе достоверного дефектоскопического контроля, определения напряженно-деформированного состояния металлоконструкций на любой стадии жизненного цикла оборудования повышенной опасности, и, наконец-то, объективной оценки изменения механических свойств металла в элементах и узлах за время эксплуатации ОПО на основе механики структурного разрушения [1]. Но для этого пришлось пережить ряд техногенных катастроф, аварий, трагедий человеческих судеб.
Объективность оценки технического состояния подъёмного сооружения (ПС) и своевременное предупреждение аварийных ситуаций во многом зависят от результатов оценки напряжённо - деформированного состояния (НДС) металлоконструкций на любой стадии жизненного цикла грузоподъёмной машины (от изготовления до списания).
Бурное развитие компьютерных технологий дало возможность при проведении расчётно-аналитических процедур моделировать и оценивать возникающие напряжения в элементах и узлах металлоконструкций. Но аналитические методы на основе критериев линейной механики разрушения, моделирующей развитие дефектов до критических размеров, не могут учесть изменение структуры металла и соответственно механических свойств при развитии деградационных явлений, связанных с температурными последствиями влияния сварки, эффекта возникновения температурной усталостности металла при эксплуатации кранов в зоне влияния высоких температур и ряда других факторов. Поэтому проблемы оценки риска при эксплуатации ПС напрямую связаны с поиском методов эффектного контроля НДС металлоконструкций и скоростью развития деградационных процессов.
И как всегда, лишь очередная трагедия дала толчок к широкому применению одного из перспективных методов неразрушающего контроля - магнитного (коэрцитиметрического) метода неразрушающего контроля (МТкс) [1] для оценки НДС в сварных металлоконструкциях.
Тогда на ОАО "Северсталь” (Россия) при падении ковша с жидким металлом массой 430 т в бушующем пламени огня заживо сгорели несколько человек. В процессе расследования причин аварии необходимо было так же решить вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации крана, в металлоконструкциях которого началось интенсивное трещинообразование
Основной причиной аварии стал обрыв стальных канатов из-за снижения механических свойств канатов от воздействия восходящих потоков газа при каждом технологическом цикле (доставка ковша с расплавом чугуна массой 430 т к конвертору и заливка жидкого металла в печь).
При этом металлоконструкции крана также подвергались высокотемпературному воздействию раскаленных газов от жидкого металла в течение 15-20 мин. По данным
пирометристов ОАО "Северсталь” отдельные части главных балок и концевая балка нагревались до 380-400°С. Теоретически сталь 09Г2С при таком повышении температуры не должна терять свои прочностные свойства. На практике владельцам кранов эти зоны приходилось ремонтировать в местах расположения усталостных трещин.
При динамическом обратном ударе на главные балки при обрыве канатов возникли новые трещины, как показано на рис. 31, длиной до 350 мм.
Для оценки уровня остаточных напряжений в главных балках и оценки скорости накопления повреждений в металле было решено применить метод МТкс [25].
Источник: Журнал Подъемные сооружения. Специальная техника № 06/2020