The article presents the results of comprehensive experimental studies aimed at investigating the relationship between base metal and welding parameters (chemical composition of welded pipes and welding consumables, welding mode), the structure of received weld metal, its basic mechanical properties (strength, ductility and impact strength), and the parameters of static and cyclic cracking strength, used within the force criterion of fracture mechanics. For this purpose, standard and special metal tests have been carried out as well as a study of metal structure after heat treatment over a wide range of cooling rates. The established correlations were confirmed by testing the ring type welded pipe joints and tanks’ steel structures, welded using the most common Transneft technologies. Based on the results obtained, a model has been developed for refining the operability of welded joints according to the initial data of various levels. In particular, the influence of the cooling rate and main parameters of the welded joint metal structure on the change in its basic mechanical properties has been established. In addition, empirical expressions linking a set of mechanical properties (impact strength, relative elongation and proof/ultimate ratio), combined into a complex performance factor, to the metal cracking strength parameters used within the force criterion of fracture mechanics. In order to obtain the greatest practical outcome from the implementation of the developed model, it is proposed to introduce differentiated reduction factors when carrying out strength and durability calculations in accordance with current normative documentation, depending on the level of available data on the welded joint.
В статье представлены результаты комплексных экспериментальных исследований, направленных на изучение взаимосвязи между параметрами основного металла и сварки (химический состав труб и сварочных материалов, режим сварки), получаемой структурой металла сварного соединения, его базовыми механическими характеристиками (прочность, пластичность и ударная вязкость), а также параметрами статической и циклической трещиностойкости, которые используются в рамках силового критерия механики разрушения. Проведены стандартные и специальные испытания металла, а также исследование его структуры после термической обработки в широком диапазоне скоростей охлаждения. Установленные взаимосвязи подтверждены испытаниями кольцевых сварных соединений труб и металлоконструкций резервуаров, сваренных по наиболее распространенным в ПАО «Транснефть» технологиям. На основании полученных результатов разработана модель уточнения работоспособности сварных соединений по исходным данным различных уровней. В частности, установлено влияние скорости охлаждения, а также основных параметров структуры металла сварного соединения на изменение его базовых механических свойств. Кроме того, получены эмпирические выражения, связывающие набор механических свойств (ударная вязкость, относительное удлинение и отношение предела текучести к пределу прочности), объединенных в комплексный коэффициент работоспособности, с параметрами трещиностойкости металла, используемыми в рамках силового критерия механики разрушения. Для получения наибольшего практического эффекта от внедрения разработанной модели предложено ввести дифференцированные понижающие коэффициенты при проведении расчетов на прочность и долговечность в соответствии с действующей нормативной документацией, в зависимости от уровня доступных данных о сварном соединении.
