close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

116691

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Прокофьев Алексей Александрович
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ
СТОЙКОСТИ РЕЗЬБ
НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ
Специальность 05.02.07 – технология и оборудование механической и
физико-технической обработки
(технические науки)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Москва – 2013
1
Работа выполнена
в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Московский государственный индустриальный университет» (МГИУ).
Научный руководитель:
Доктор технических наук, профессор,
Суслов Анатолий Григорьевич
Официальные оппоненты:
Федонин Олег Николаевич
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВПО Брянский Государственный
Технический Университет,
Директор учебно-научного технологического
института, профессор кафедры
автоматизированные технологические системы
Говоров Игорь Витальевич
доктор технических наук, доцент
ООО «ЧТПЗ-Инжиниринг»
Директор департамента
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный
авиационный технический университет»
Защита состоится «30» мая 2013 года в 16.15 часов на заседании совета
Д 212.129.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный индустриальный
университет» по адресу: 115280, Москва, ул. Автозаводская, д. 16, ауд. 1804.
С диссертацией можно ознакомиться
государственного индустриального университета.
в
библиотеке
Московского
Автореферат разослан «29» апреля 2013 года.
Учёный секретарь
диссертационного совета
Иванов Юрий Сергеевич
2
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования:
В диссертации рассматриваются вопросы, связанные с решением задачи
технологического обеспечения коррозионной стойкости резьб насоснокомпрессорных труб.
Выбор данной темы обусловлен, тем что несмотря на существование
большого числа различных методов обеспечения коррозионной стойкости
НКТ при их изготовлении, отсутствует целостная методика рационального
выбора метода обеспечения требуемой коррозионной стойкости изделий с
учетом их себестоимости, что неизбежно приводит к неоправданно большим
экономическим потерям из-за коррозии при их.
По данным промысловой статистики, доступным на сегодняшний день,
количество аварий с НКТ в ряде случаев достигает 80 процентов от общего
числа аварий скважинного оборудования. При этом затраты на ликвидацию
неблагоприятных последствий коррозионных разрушений составляют до 30
процентов от затрат на добычу нефти и газа.
В большинстве случаев «доминирующими» - порядка 50 процентов,
являются отказы НКТ, связанные с отказом резьбовых соединений. По
данным Американского нефтяного института (API) по причине разрушения
резьбовых соединений количество аварий НКТ составляет 55 процентов. Это
свидетельствует об актуальности проблемы повышения коррозионной
стойкости
резьб
НКТ.
Было
установлено,
что
долговечность
НКТ
определяется герметичностью, которая в свою очередь определяется
коррозионной стойкостью.
Все это говорит об актуальности задачи повышения коррозионной
стойкости резьб насосно-компрессорных труб.
3
Состояние и степень разработанности проблемы:
Изучением вопроса коррозии и технологии защиты от нее занималась
большая
группа
В.И. Похмурский,
советских
(Т.В. Акимов,
П.Т. Коломыцев,
О.Н.
Я.М. Колотыркин,
Федонин,
М.А. Шлугер,
П.А. Акольязин, Ю.Н. Михайловский) и зарубежных ученых (Г. Улиг,
Р. Реви, Г. Кеше, М. Фонтан, Р. Стейл). Проблем коррозии в машиностроении
касались также в своих работах такие советские ученые как А.Г. Суслов,
Ю.Г. Шнейдер.
Ими
накоплен
большой
объем
теоретических
и
экспериментальных данных в данной области.
Изучением вопроса технологии изготовления резьб – работы Кузнецова
В.П., Киричека А.В., Биргера И.А., Ланщикова А.В.,
Меньшакова В.М. , Петрикова В.Г. ,
Матвеева В.В.,
Стешкова А.Е. , Фрумина Ю.Л. ,
Якухина В.Г., Ямникова А.С.
Цель работы: повысить срок службы резьбовых соединений насоснокомпрессорных труб за счет повышения коррозионной стойкости их резьб.
Задачи диссертационной работы:
1.
Исследовать влияние глубины резания и радиуса скругления
режущей кромки на коэффициент упрочнения поверхностного слоя
при чистовой нарезке резьбы.
2.
Установить радиус скругления режущей кромки резцов при
чистовой нарезке резьбы, обеспечивающий наименьший коэффициент
упрочнения и определить его изменение при эксплуатации.
3.
Установить влияния различных методов обработки резьб на
коррозионную стойкость.
4.
Определить наиболее приемлемый метод нанесения покрытий на
резьбы НКТ, позволяющий повысить их коррозионную стойкость.
5.
Установить взаимосвязь коррозионной стойкости резьб НКТ с
режимами их чистового нарезания и термодиффузионного цинкования.
4
6.
Определить наиболее приемлемые условия чистового точения
резьб НКТ и их термодиффузионного цинкования, обеспечивающие их
коррозионную стойкость.
7.
Дать
технологические
рекомендации
для
повышения
коррозионной стойкости резьбы НКТ при ее изготовлении и
реализовать некоторые полученные результаты.
Объект исследования: резьбовые соединения насосно-компрессорных труб.
Предмет исследования: технологические методы повышения коррозионной
стойкости резьб НКТ.
Методологические основы исследования:
Экспериментальные исследования базируются на современных методах
математической
статистики,
математических
методах
обработки
экспериментальных данных, теории планирования экспериментов и широком
применении ЭВМ.
При выполнении работы применялись современные методы оценки
характеристик процессов механической обработки, параметров качества
поверхностных слоев деталей, а также показателей, характеризующих
коррозионную стойкость деталей.
Положения, выносимые на защиту:
1. Научно техническое решение задачи повышения коррозионной
стойкости резьб НКТ из конструкционных
сталей за счет
оптимизации условий чистовой лезвийной обработки резьб и их
термодиффузионного цинкования.
2. Методологический
подход,
позволяющий
научно-обоснованно
подойти к выбору метода обеспечения коррозионной стойкости,
нормированию параметров качества поверхностного слоя и условий
обработки исходя из условия обеспечения требуемой коррозионной
стойкости НКТ с наименьшей себестоимостью изготовления.
5
3. Установление требуемой глубины резания при чистовом рабочем
ходе
нарезаемой
резьбы
и
условий
термодиффузионного
цинкования, обеспечивающих повышение коррозионной стойкости
резьб НКТ.
Научная новизна:
1. Впервые теоретически и экспериментально установлено, что
основное влияние на упрочнение поверхности при чистовом точении
оказывает влияние соотношения радиуса скругления режущей
кромки и глубины резания.
2. Впервые установлена минимально допустимая глубина чистового
точения деталей, обусловленная радиусом скругления режущей
кромки, обеспечивающая повышение коррозионной стойкости
обрабатываемой поверхности. Так при чистовом точении деталей из
углеродистых сталей эта глубина должна быть t
.
3. Впервые получена зависимость коррозионной стойкости резьбы
НКТ от режимов термодиффузионного цинкования с учетом
режимов предшествующей лезвийной обработки.
Практическая значимость:
1. На основе выработанных положений разработана методика и
алгоритмы для технологического обеспечения
и повышения
требуемой коррозионной стойкости резьб насосно-компрессорных
труб.
2. Разработаны
нормативно-справочные
данные
для
реализации
предложенной методики обеспечения требуемой коррозионной
стойкости резьб насосно-компрессорных труб.
3. Разработанные
рекомендации
по
ТДЦ
позволили
повысить
долговечность резьбы НКТ 60 в 3 раза, т.е. увеличить срок их
службы с 2-х до 6-и лет.
6
Достоверность и надёжность полученных результатов:
Достоверность и надёжность результатов работы обеспечены применением
современных методов и средств планирования, организации и проведения научных
исследований и обработки данных. Материалы исследования использовались в
практике действующих организаций, были получены повторяющиеся результаты,
укладывающиеся в рамки предложенных понятийных и методологических схем.
Апробация результатов исследования:
Результаты исследований докладывались на 2-х конференциях:
3-ей Международной научно-технической конференции «Модернизация
машиностроительного
комплекса
России
на
научных
основах
технологии
машиностроения (ТМ-2011)» г.Брянск, 2011г.
Международной научно-практической конференции «Итоги и перспективы
интегрированной системы образования в высшей школе России: образование-наука
– инновационная деятельность» (г. Москва, 2011г.).
Диссертационная работа докладывалась на технологической секции БГТУ,
научном семинаре и на заседании кафедры «Технология и металлорежущие
системы автомобилестроения » ГОУ МГИУ.
Результаты исследования нашли своё отражение в 4 публикациях, в том числе
в 2-х статьях, включенных в список ВАК Минобразования РФ.
Структура работы:
Диссертация состоит из содержания, введения, пяти глав, основных выводов
по работе, библиографического списка. Диссертация изложена на 105 страницах.
Основной текст содержит 44 рисунка и 15 таблиц. Библиографический список
содержит 101 наименования, из них 1 — на иностранных языках.
II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении раскрыты актуальность темы, научная новизна, теоретическая и
практическая
значимость
исследования;
отражены
теоретические основания, цель, объект, предмет,
методологические
и
методы и экспериментальные
исследования; описаны основные положения, выносимые на защиту, апробация
работы.
В главе 1 «Анализ состояния проблемы обеспечения коррозионной стойкости
резьб насосно-компрессорных труб» представлены литературный обзор и
7
анализ проблемы обеспечения коррозионной стойкости резьбы НКТ, как на
отечественных заводах производителях, так и на зарубежных.
Колонна НКТ предназначена для транспортирования нефти и газа из
продуктивного пласта. Состоит из труб путем их последовательного
свинчивания. Трубы имеют резьбу с обоих сторон, на один конец трубы
обычно в заводских условиях накручивается муфта. Колонна НКТ
подвешивается на фонтанной арматуре или пьедестале, закрепленном на
устье скважины. К нижней части колонны НКТ могут быть прикреплены
погружные насосы.
НКТ работают в сложных условиях, под действием температур,
агрессивных
сред. Поэтому к их
качеству предъявляются
высокие
требования. Различные сочетания этих факторов требуют создания высоко
герметичных и высокопрочных соединений.
В процессе эксплуатации происходит потеря герметичности резьбовых
соединений из-за коррозии резьбовы НКТ. Таким образом, для повышения
долговечности НКТ одной из первостепенных задач является повышение
коррозионной стойкости резьбы НКТ.
Коррозия металлов определяется многими факторами, которые в
соответствие с ГОСТ 5272-68 можно разделить на внутренние и внешние. К
внутренним факторам относятся: химический состав, структура металла и
качество его поверхностного слоя.
На коррозионную стойкость резьбовы НКТ также влияют следующие
факторы:
- наличие ингибиторов коррозии.
- наличие покрытий на их поверхности.
Так же анализировались наукоемкие способы повышения коррозионной
стойкости резьбовых соединений, такие как нанесение метализационных
покрытий.
Для защиты от коррозии используются следующие покрытия:
1. Защитные покрытия, предназначенные для защиты изделия от
8
коррозии. По характеру защиты от коррозии они могут быть анодными или
катодными.
К анодным покрытиям по отношению к стали относятся цинковые и, в
некоторых условиях, кадмиевые.
Катодные покрытия образуют большинство металлов: олово, свинец,
никель, хром и их сплавы.
При наличии дефекта покрытия анодное покрытие, растворяясь
(корродируя), будет обеспечивать защиту в местах несплошности покрытия,
катодное, наоборот – стимулировать коррозионное действие среды на детали.
Растворение
анодного
покрытия
вблизи
дефекта
приводит
к
постепенному увеличению обнаженной поверхности основы и снижению
эффективности защиты от коррозии.
2. Композиционные электрохимические покрытия (КЭП) представляют
собой осадки металлов (никеля, меди, хрома), содержащие диспергированные
(0,1-1,0 мкм) частицы до 10% (массы) токонепроводящих материалов –
нитридов, боридов, корунда, каолина, оксида кремния.
3. Химические покрытия получают методом электрокаталитического
восстановления металлов (меди, никеля, олова, серебра, золота) из растворов
без наложения электрического тока.
Наиболее подходящим методом защиты резьбовых соединений НКТ от
коррозии можно считать термодиффузионное цинкование.
Проведенный литературный обзор позволяет сделать следующие выводы:
1. Долговечность резьбовых соединений НКТ определяется их
герметичностью, которая зависит от поверхностной коррозии резьб.
2. Недостаточно исследовано влияние чистового точения резьб на их
коэффициент упрочнения, оказывающий отрицательное влияние на их
коррозионную стойкость.
9
3. Не установлена взаимосвязь влияния глубины резания и радиуса
скругления режущей кромки резца на упрочнение поверхности нарезаемой
резьбы.
4. Не исследовано влияние различных методов обработки резьб на их
коррозионную стойкость.
5. Нет исследований по перспективным методам термодиффузионного
цинкования с учетом предыдущей лезвийной обработки на повышение
коррозионной стойкости резьб НКТ.
В главе
2
«Методология
проведения
исследований»
рассматриваются методы, использованные в работе для исследования
влияния режимов обработки на коррозионную стойкость резьб НТК.
Необходимость
решения
проблемы
технологического
обеспечения
коррозионной стойкости резьб НКТ обуславливает проведение комплекса
исследований. Данные исследования предполагают на первом этапе обзор
литературных данных по вопросам:
1) технологического обеспечения коррозионной стойкости изделий
машиностроения различными методами;
2) формирования коррозионной стойкости изделий машиностроения
при их изготовлении;
3) зависимости коррозионной стойкости изделий машиностроения от
условий обработки.
Обобщение и анализ полученных данных позволили поставить цель и
сформулировать задачи исследования, решение которых обеспечивает
достижение поставленной цели.
Цель и задачи исследований позволяют научно-обоснованно выбрать
объекты исследований, на которых можно решить поставленные задачи.
Второй этап исследований предполагает разработку методологии
экспериментальных исследований, объектов исследований и проведений
теоретических исследований с целью разработки основных положений
10
формирования коррозионной стойкости НКТ. В результате этого должны
быть получены экспериментальные модели и зависимости процессов
коррозии и механической обработки.
Таким образом, в результате обобщения литературных данных,
проведенных
экспериментальных исследований должна быть разработана
методика технологического обеспечения требуемой коррозионной стойкости
НКТ,
подкрепленная
необходимыми
расчетными
зависимостями
и
нормативно-справочными данными. Таким образом для решения проблемы
технологического повышения долговечности НКТ, необходимо проведение
комплекса исследований, структурная схема которых представлена на рис.1.
Рис.1 Общая структурная схема проведения исследования
11
В главе
«Исследования
3
влияния
условий
обработки
на
упрочнение и коррозионную стойкость образцов» изложены теоретический
анализ влияния условий чистового точения на коррозионную стойкость и
экспериментальные исследования влияния глубины резания и радиуса
скругления режущей кромки на упрочнение поверхности детали при
чистовом точении, изменение радиуса скругления режущей кромки резца при
эксплуатации,
а
также
влияние
различных
методов
обработки
на
коррозионную стойкость..
В соответствии с результатами исследований д.т.н. Федонина О.Н.
процесс коррозии углеродистых сталей является функцией упрочнения
поверхностного слоя.
,
(1)
Для уменьшения поверхностного упрочнения при окончательном
чистовом точении, как правило, прибегают к уменьшению глубины резания.
При этом иногда не учитывают соотношение этой глубины резания с
радиусом скругления режущей кромки инструмента, который вызывает
процесс пластических деформаций в зоне резания. При определенных
соотношениях радиуса скругления режущей кромки и глубины резания
процесс чистового точения может перейти в процесс поверхностного
пластического деформирования, а, следовательно вызывать упрочнение
поверхностного слоя.
Это соотношение, в соответствии с теорией Крачельского И.В.,
применительно к процессу резания можно описать уравнением:
(
где
)
(2)
t – глубина резания;
– радиус скругления режущей кромки инструмента;
– соответственно предел прочности на сдвиг и предел
текучести обрабатываемого материала детали.
12
Анализ
этого
уравнения
позволяет
ориентировочно
установить
предельно минимальную глубину резания, при известном радиусе скругления
режущей кромки инструмента, обеспечивающей процесс резания, а не
пластические деформации и упрочнение обрабатываемой поверхности, а,
следовательно увеличение ее коррозии.
Так для углеродистых сталей получим:
(
)
,
(3)
Таким образом можно теоретически утверждать, что при чистовом
точении, для повышения коррозионной стойкости, глубина резания должна
быть больше
.
Для подтверждения вышеизложенных утверждения было произведено
несколько серий экспериментальных исследований:
1. Экспериментальное исследование изменения коэффициента упрочнения
от условий лезвийной обработки.
Задачей этого эксперимента являлось исследование влияния глубины
резания и радиуса скругления режущей кромки пластинки на коэффициент
упрочнения поверхностного слоя заготовки. Для определения Kнисх образцы
подвергались
полированию.
отжигу,
обработке
Измерение
шлифовальной
микротвердости
шкуркой
вручную,
полученных
образцов
производилось на микротвердомере мод. ПМТ-3 использованием косых
шлифов.
Образцы обрабатывались на токарно-винторезном станке модели
16К20, резцом с пластинами из твердого сплава на следующих режимах:
V=100м/мин;
S=0,08 мм/об;
t1 = 0,03мм;
t2=0,07мм;
r1=20мкм;
r2=50мкм
Для проведения экспериментов была составлена матрица планирования:
13
Таблица 1. Матрица планирования экстремальных экспериментов.
Номе
Закодированные
р
значения входных
опыт
данных
Кодированные значения
Коэффициент
коэффициента
упрочнения
упрочнения
а
X1
X2
к1
к2
к3
к
Y1
Y2
Y3
̅
1
+
+
1,09
1,07
1,11
1,09
2,39
2,34
2,41
2,39
2
+
-
1,18
1,21
1.17
1,19
2,47
2,49
2,46
2,48
3
-
+
1,03
1,02
1,06
1,04
2,33
2,32
2,36
2,34
4
-
-
1,07
1,03
1,07
1,06
2,37
2,33
2,37
2,36
Величину коэффициента упрочнения вычисляли по формуле:
(4)
где,
пол–
величина поверхностной микротвердости образца-эталона,
пол –
величина поверхностной микротвердости полученных
образцов;
Производя обработку результатов экспериментальных исследований была
получена эмпирическая зависимость упрочнения от условий чистового
точения:
(5)
Полученное уравнение позволяет определить коэффициент упрочнения
деталей из стали 30 при известных условиях точения и радиуса скругления
режущей кромки, а так же решить обратную технологическую задачу
определения условий обработки поверхности и радиуса скругления режущей
кромки для обеспечения минимального коэффициента упрочнения на
поверхности.
Как
видно
из
табл.1
наибольшему
упрочнению
подвергается
поверхность, обработанная на режимах: r=0,05 мм; t=0,03мм; а наименьшему,
обработанной на режимах: r=0,02мм; t=0,07мм.
14
Это подтверждает теоретический вывод, что при малых глубинах
резания
меньших
радиуса
скругления
режущей
кромки
происходит
пластическое оттиснение и образуется наклеп. Таким образом, для
повышения коррозионной стойкости при точении необходимо избегать
величины радиуса скругления режущей кромки превышающей глубину
резания. Известно, что радиус скругления режущей кромки изменяется, как
правило, увеличивается в процессе резания, поэтому представляет интерес
установить
закономерность
изменения
радиуса
режущей
кромки
от
пройденного пути резания.
2. Экспериментальные исследования влияния пройденного пути резания
на радиус скругления режущей кромки пластинки.
Для проведения данных экспериментов использовались прутки из стали
30 диаметром 30 мм. Точение проводилось на следующих режимах:
V=100м/мин;
t = 0,05 мм;
S=0,08 мм/об;
Путь резания разбивался на следующие участки: 200, 400, 600, 800 и
1000м.
После каждой отметки производилось измерение радиуса режущей
кромки резка. Каждый эксперимент имел 3-х кратное повторение. Измерение
радиуса режущей кромки, так же производилось и в начале экспериментов.
Результаты экспериментов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Влияние пройденного пути резания на величину радиуса скругления радиуса
режущей кромки.
№ п/п
Радиус
исх.
200м
400м
600м
800м
1000м
1
17 мкм
25 мкм
32 мкм
45 мкм
57мкм
скол
2
21 мкм
27 мкм
35 мкм
49 мкм
65мкм
73мкм
3
19 мкм
31 мкм
38 мкм
43 мкм
скол
скол
15
Как видно из табл.2 на резцах №1 и №3 на отметках 800м и 600м
соответственно образовались сколы. А резец № 2 на отметке в 800 метров
имел радиус скругления 65 мкм, как показал предыдущий опыт, такой радиус
является не желательным на пластинах, так как на малых глубинах резания
приводит к образованию упрочнения на деталях, что негативно сказывается
на их коррозионной стойкости.
Результаты этих экспериментов говорят о том, что путь резания при
чистовом нарезании резьбы не должен превышать 600 метров.
3. Экспериментальные
исследования
влияния
различных
методов
обработки на коррозионную стойкость.
Для проведения данных экспериментальных исследований резьба
образцов окончательно обрабатывалась различными методами (табл. 3), а
затем образцы помещались в водородный коррозиметр, для исследования
коррозионной стойкости.
В соответствии с ГОСТ 9.905-82 параллельно проводились 3
эксперимента, чтобы суммарная площадь поверхности образцов была не
менее 50 см2 и в коррозиметр заливалось 1,5 л электролита.
Таблица 3. Количество выделяющегося водорода.
№
образца
1.1
1.2
1.3
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
4.1
4.2
4.3
5.1
5.2
5.3
0,5 ч
2,8
3,1
3,4
2,3
2,8
2,1
2,9
2,8
2,8
5,6
6,4
5,5
0,2
0,4
0,1
Количество выделяющегося водорода (мл/м2)102
1ч
2ч
3ч
4ч
5ч
8,3
23,5
36,7
46,3
61,7
8,9
19,7
35,1
49,2
60,8
8,6
21,3
33,2
45,2
59,1
6,7
15,1
26,5
35,9
51,3
6,5
16,3
27,9
38,5
51,5
6,9
14,2
25,8
37,9
54,1
8,7
25,6
39,1
51,7
65,8
7,9
26,3
38,2
52,3
67,5
7,5
25,4
37,3
50,0
65,3
17,3
32,7
46,1
64,7
76,9
18,8
33,6
48,5
63,6
78,3
16,8
31,0
45,1
61,2
75,7
0,7
1,3
1,8
2,1
2,7
0,9
1,3
1,5
1,7
2,9
0,5
0,9
1,3
1,5
1,9
16
6ч
75,6
74,1
73,9
62,8
62,2
65,3
77,9
79,9
76,4
93,1
91,3
88,9
3
3,2
2,8
Где,
Резьбы образцов 1.1-1.3 –обработаны чистовом точением;
Резьбы образцов 2.1-2.3 – обработаны шлифованием;
Резьбы образцов 3.1-3.3 – обработаны пескоструйкой;
Резьбы образцов 4.1-4.3 –обработаны дробеструйкой;
Резьбы
образцов
–
5.1-5.3
обработаны
термодиффузионным
цинкованием.
Анализ экспериментальных данных показывает, что наибольшее
количество водорода выделяется при дробеструйной обработке, что
доказывает
отрицательное
коррозионную
стойкость,
влияние
а
коэффициента
наименьшее
при
упрочнения
на
термодиффузионном
цинковании.
Глава 4
«Повышение
коррозионной
стойкости
резьб
насосно-
компрессорных труб на примере НКТ 60мм» .
Для проведения экспериментальных исследований была составлена
матрица планирования экстремальных экспериментов (табл.3), в которую
были внесены результаты исследования коррозии резьб НКТ:
Таблица 3.
Матрица планирования полнофакторного экстремального эксперимента
п
№ Закодирован
Относительная
ные значения
площадь коррозии
входных
о
данных
̅̅̅
X1 X2 X3 X4 Fk1 Fk2 Fk3
Кодированные
значения коррозии
Y1
Y2
Y3
̅
1
+
+
+
+
1%
1%
1%
1%
2,3
2,3
2,3
2,3
2
+
+
+
-
1%
3%
2%
2%
2,3
3,4
2,9
2,9
3
+
+
-
+
4%
1%
1%
2%
3,7
2,3
2,3
2,9
17
4
+
+
-
-
9%
5%
4%
6%
4,5
3,9
3,7
4,10
5
+
-
+
+
10%
12%
9%
10%
4,6
4,8
4,5
4,6
6
+
-
+
-
55%
53%
52%
53%
6,31
6,27
6,25
6,27
7
+
-
-
+
15%
13%
14%
14%
5
4,85
4,9
4,9
8
+
-
-
-
53%
58%
54%
55%
6,27
6,36
6,31
6,3
9
-
+
+
+
6%
6%
9%
7%
4,1
4,1
4,5
4,25
10
-
+
+
-
1%
5%
6%
4%
2,3
3,9
4,1
3,6
11
-
+
-
+
5%
5%
5%
5%
3,9
3,9
3,9
3,9
12
-
+
-
-
12%
8%
7%
9%
4,8
4,4
4,25
4,5
13
-
-
+
+
11%
17%
14%
14%
4,7
5,1
4,9
4,9
14
-
-
+
-
54%
51%
51%
52%
6,29
6,23
6,23
6,25
15
-
-
-
+
9%
12%
12%
11%
4,5
4,8
4,8
4,7
16
-
-
-
-
61%
57%
59%
59%
6,41
6,34
6,38
6,3
X1, X2, X3, X4 – кодированные значения входных факторов, соответственно
V, t, T и Q. Причем, учитывая что влияние этих режимов обработки на
18
коррозию, как показали предварительные эксперименты, носят нелинейный
характер, то для кодирования использовались следующие зависимости:
(5)
Аналогичные зависимости для кодирования глубины резания t,
температуры T и времени Q. При этом Vmin=100м/мин.,
Vmax=150м/мин.,
tmin=0,03мм., tmax=0,07мм., Tmin=3900С, Tmax=4500С, Qmin=180 мин., Qmax= 240
мин., при этом радиус скругления режущей кромки ρ=50 мкм.
Y1, Y2, Y3 – кодированные значения коррозии для трехкратно повторяемых
экспериментов, в каждом опыте. При кодировании также применялось
логарифмирование.
(6)
̅ - среднее значение логарифма относительной площади коррозии ̅̅̅̅.
В линейном закодированном виде уравнение взаимосвязи коррозии резьбы
НКТ с режимами их обработки и термодиффузионного цинкования имеет
следующий вид:
̅
(8)
где b0 – свободный член
∑
̅
(9)
b1, b2, b3 и b4 – коэффициенты при закодированных входных факторах,
соответственно X1, X2, X3 и X4
19
∑
̅
(10)
Аналогичные зависимости для b2, b3 и b4.
где X1i, X2i, X3i и X4i – закодированные (+1 или -1) значения V, t, T и Q в
i-ом опыте.
Подставляя полученные значения коррозии в закодированном виде в
уравнение (10), а затем полученные значения кодированных коэффициентов в
уравнение (8) получим зависимость коррозии резьбы НКТ от условий
обработки и термодиффузионного цинкования в закодированном виде:
̅
(11)
Раскодировав входные факторы и производя потенцирование, получим
эмпирическую зависимость коррозии резьбы НКТ от режимов чистового
точения и термодиффузионного цинкования:
(12)
Полученное уравнение позволяет определить величину коррозии резьб
НКТ из стали 30 при известных условиях чистовой нарезки резьбы: V и t; и
термодиффузионного цинкования: T и Q, а так же решить обратную
технологическую задачу определения условий обработки резьбы НКТ и ее
термодиффузионного цинкования для обеспечения допустимой коррозии.
В главе 5. Реализация результатов исследований и расчет
экономического эффекта
были даны предложения по повышению
долговечности НКТ:
1. Ограничиваться только методами механической обработки для
обеспечения коррозионной стойкости резьб НКТ следует только в
случае, если использование методов снижения скорости коррозии по
каким-либо причинам не допускается.
2. Глубина чистового рабочего хода при нарезании резьбы НКТ должна
быть
выше
0,8
скругления
20
режущей
кромки
пластинки.
Экономический эффект от повышения коррозионной стойкости резьб
насосно-компрессорных труб составляет 85960 руб. на одну тонну труб
по ГОСТ 633-80.
3.
Использовать
лезвийную
обработку
целесообразно
на
технологических НКТ, т.к. при катастрофическом коррозионном износе
трубы имеется возможность срезать резьбовой конец и заново нарезать
новый, что не представляется возможным при ТДЦ.
4.
Использовать
ТДЦ
целесообразно
при
длительных
сроках
эксплуатации НКТ (в эксплуатационных НКТ).
Общий экономический эффект от повышения коррозионной
стойкости резьб для 1т. насосно-компрессорных труб составляет 85960
руб.
III. ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1.
На основании проведенных исследований и разработок автора
научно-технически решена задача повышения коррозионной стойкости
резьб НКТ из конструкционных сталей за счет оптимизации условий
чистовой лезвийной обработки резьб и их термодиффузионного
цинкования, имеющая важное народнохозяйственное значение.
2.
Установлено,
что
наибольшее
влияние
на
коррозионную
стойкость резьб оказывает коэффициент упрочнения поверхностного
слоя, который при чистовом точении определяется соотношением
глубины резания и радиуса скругления режущей кромки. При этом
необходимо учитывать его увеличение при работе.
3.
Получена эмпирическая зависимость коэффициента упрочнения
поверхностного слоя от глубины резания и радиуса скругления
режущей кромки инструмента при чистовом точении.
4.
Установлено влияние методов чистовой обработки резьб на их
коррозионную стойкость.
21
5.
Установлена эффективность повышения коррозионной стойкости
резьб НКТ за счет их термодиффузионного цинкования.
6.
Получена эмпирическая зависимость коррозионной стойкости
резьб натурных НКТ из стали 30 от режимов термодиффузионного
цинкования с учетом предшествующих режимов чистового точения.
7.
В результате испытаний на коррозионную стойкость натурных
резьб НКТ установлено, что за счет оптимизации режимов чистовой
обработки можно увеличить коррозионную стойкость в 1.15 раза и в 3
раза при оптимизации режимов ТДЦ и чистового точения резьб.
IV. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1.
2.
3.
4.
Прокофьев А.А. Влияние технологической наследственности на
коррозионную стойкость резьбовых соединений НКТ.//Наукоемкие
технологии в машиностроении// М.: Машиностроение 11(17)-2012. –
С.39-42.
Прокофьев А.А. Обеспечение коррозионной стойкости деталей при
чистовом точении..//Наукоемкие технологии в машиностроении// М.:
Машиностроение 2(20)-2013. – С. 34 - 36.
Суслов А.Г., Прокофьев А.А., Цуканов И.Ю. Повышение
долговечности неподвижных и подвижных резьбовых соединений.
Les problems contemporains du technosphere et de la formation des cadres
d’ingenteurus. Труды международной конференции в Табарке (Тунис)
(6-15 октября 2011 г.). С 204-207
Прокофьев А.А. Влияние качества поверхностного слоя подложки
на технологическое обеспечение оптимальной долговечности
резьбовых соединений насосно-компрессорных труб. Сборник трудов
3-й
Международной
научно-технической
конференции
«Модернизация машиностроительного комплекса России на научных
основах технологии машиностроения (ТМ-2011)». Брянск: Десяточка,
2011г.
22
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
577 Кб
Теги
116691
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа