<<
>>

Циклические испытания образцов с КРН

Циклические испытания каждого образца производили согласно отраслевой методике [ 16] на испытательной установке, принципиальная схема которой показана на рисунке 2.37, а общий вид на рисунке 2.38.

В центральной рабочей части образца выполняют расчет напряжений в балочном прибли­жении по формуле:

где Mmax - максимальный изгибающий момент в центральной части образца, вычисляемый по формуле:

Приведенный момент сопротивления сечения вычисляется по формуле:

где F - приложенное усилие, (Н); L - длина образца, (м); t - толщина образца, (м); b - ширина рабочей зоны образца, (м); ε - коэффициент уменьшения жесткости сечения образца изгибу вследствие начальной кривизны образца в кольцевом направлении.

формула (2.1) преобразована к следующему виду:

где F - приложенное к образцу осевое усилие (Н); a - расстояние от опоры до точки приложения усилия =75мм; b - ширина образца = 120 мм; t - толщина образца = 16,0±0,1 мм; α - эмпириче­ский коэффициент, рассчитанный по формуле:

На первом этапе по результатам тарировочных испытаний 2-х модельных образцов Т1 и Т2 (таблица 2.13) установлено, что предел текучести цельных образцов без дефектов КРН дости­гается при перемещении захватов испытательной машины Δh0,2 на 2,7 мм при 4-х точечной схеме нагружения. Нагружение тарировочных образцов осуществлялось ступенчато: 0кН-30кН-0кН- 40кН-0кН-50кН-0кН-60кН-0кН-65кН-0кН-70кН-0кН-75кН-0кН-80кН-0кН-85кН-0кН-90кН-0кН- 95кН.

На каждом шаге нагрузки и разгрузки тарировочного модельного образца фиксировалось изменение перемещения захватов испытательной машины. В результате проведения тарировоч- ных испытаний построен график. Достижение состояние общей пластической деформации мо­дельного образца характеризуется точкой, в которой происходит изменение тангенса угла наклона функции (рисунок 2.40). Средняя погрешность определения усилия испытательной ма­шины, необходимого для достижения общей пластической деформации в тарировочных образ­цах, представлена в таблице 2.13.

Рисунок 2.37 - Принципиальная схема испытаний модельных образцов

Рисунок 2.38 - Общий вид образца в захватах испытательной машины

Для расчета усилия, которое необходимо задавать на валу испытательной машины с целью реализации выбранных режимов нагружения модельных образцов, а также расчета напряжений в испытуемом образце в соответствии с используемой схемой нагружения. Теоретический гра­фик изменения режимов нагружения модельных образцов на испытательной машине показан на рисунке 2.39. Нагружения образца производятся от начальной нагрузки 0,1 Ст до конечной нагрузки в соответствии с таблицей 2.14. Переход к следующему режиму нагружения произво­дится на основании критериев, описанных в порядке испытания модельных образцов, путем по­вышения нагрузки на 0,2 Ст. На начальном и конечном этапе реализации режима нагружения производится фиксация фактических начальных условий (время начала/конца 640 циклов, пере­мещение начала/конца 640 циклов, напряжение прироста трещины, время прироста трещины).

Рисунок 2.39 - Теоретический график изменения режима нагружения

Таблица 2.13 - Средняя погрешность определения усилия

№ тарировочного образца Усилие, необходимое для достижения σ0,2 (кН) Средняя погрешность опре­деления усилия, (кН)
Т1 65,5 0,75
Т2 66,0

Перемещение захватов испытательной машины h, мм

Рисунок 2.40 - Тарировочный график зависимости усилия испытательной ма­

шины от перемещения ее захватов

При этом среднее по двум образцам измеренное напряжение текучести стали составляет 502 МПа (по ТУ 14-3-741-78, ТУ 14-3-1050-81 и ТУ 14-3-995-81) нормативные минимальные зна­чения предела текучести стали 421 МПа, предел прочности стали 598 МПа).

После проведения тарировки модельных образцов путем определения соответствия между величиной прикладываемого усилия или перемещения захвата и величиной напряжений, возни­кающих на внешней поверхности образцов, были проведены испытания образца основного ме­талла трубы и образца из области продольного сварного шва с естественными дефектами КРН.

Перед проведением испытаний производилась полировка боковой поверхности каждого образца для последующего измерения и контроля параметров стресс-коррозионных трещин на металлографическом микроскопе. Общий вид стресс-коррозионных трещин, выходящих на бо­ковую поверхность образца, вырезанного из области продольного сварного шва показан на ри­сунке 2.41.

Рисунок 2.41 - Боковой шлиф образца из зоны продольного сварного шва. Шкала слева - остаточная толщина стенки трубы, поврежденной трещиной КРН. Глубина тре­

щин показана в процентах от толщины стенки

На основе данных анализа режимов перепада давления на участке, а также результатов тарировочных операций, рассчитаны режимы испытаний модельных образцов (таблица 2.14).

Таблица 2.14 - Режимы испытаний модельных образцов

Напряжение Бниз, Н F верх,

Н

hβ, мм Кол-во циклов Напряже­ние прироста трещины Время приро­ста тре­щины
Начальное от Ст Конечное от Ст
0,1 0,6 6500 39000 1,8 640 - -
0,1 0,8 6500 52000 2,2 640 - -
0,1 1 6500 6500

0

2,7 640 - -

Испытания каждого отдельного модельного образца выполнены в следующем порядке: сначала производилась предварительная очистка поверхности образца с трещинами с помощью полимерной щетки и органического растворителя. Затем фиксировались с помощью металлогра­фического микроскопа фотоизображение трещины на боковой поверхности образца. Далее про­изводилась установка модельного образца в захваты испытательной машины. При реализации первого цикла, фиксировали начальное значение перемещения захватов испытательной машины ф0низ, h0верх) при Fниз и Fверх, время начала испытаний. Испытания каждого образца произво­дили согласно алгоритму блок-схемы рисунка 2.42 начиная с режима 1-ой строки таблицы 2.15 и так далее, критерием необходимости перехода к следующему уровню нагрузки являлось полное отсутствие прироста трещины на торце модельного образца после 640 циклов (таблица 2.15).

Перед проведением циклических испытаний модельных образцов на разрывной машине, проводили полировку и фиксировали металлографические изображения всех трещин, выходя­щих на боковую поверхность (рисунок 2.43). Для проявления микроструктуры материала в обла­сти трещины использовался 4 % раствор азотной кислоты в этиловом спирте. На рисунке 2.43 а видна полосчатая феррито-перлитная структура, на рисунке 2.43 б материал шва имеет характер­ную видманштеттовую структуру.

Рисунок 2.42 - Блок-схема алгоритма испытаний модельного образца

Рисунок 2.43 - Примеры трещин, выходящих на боковую поверхность образца, на фоне проявленной микроструктуры стали: а - стресс-коррозионная трещина в модельном об­разце из основного металла трубы, б - трещина в модельном образце с продольным свар-

ным швом

Контроль за состоянием стресс-коррозионных трещин проводился на металлографиче­ском микроскопе. Для проведения мониторинга на каждом образце была выбрана одна контроль­ная трещина, фотоизображения которой фиксировались перед началом испытаний, после второй ступени, а также в конце третьей ступени испытаний. Контроль протяженности трещины прово­дился относительно начального состояния программным способом, путем измерения количества пикселей в захватываемом с микроскопа изображении вдоль линии, соединяющей начало и конец трещины. На первом этапе проводились испытания модельного образца, вырезанного из основ­ного металла трубы по описанной в настоящем разделе методики. Результаты изменения пере­мещения захватов испытательной машины на третьей ступени испытаний с изменением нагрузки от 0,1σr до σт приведены в таблице 2.16.

Таблица 2.15 - Результаты испытаний модельного образца из основного металла с КРН на третьей ступени

N циклов ^нач) ^кон) ΔFi (верх) ΔFj (низ) t1, с. t2, с.
0 5,561 4,626 65000 6500 32 38
50 5,840 4,860 65000 6500 619,5 626
100 5,876 4,895 65000 6500 1219,5 1226
150 5,899 4,920 65000 6500 1819,5 1826
200 5,908 4,928 65000 6500 3019,5 3026
250 5,928 4,948 65000 6500 4220 4226
300 5,933 4,953 65000 6500 4820 4826
350 5,944 4,964 65000 6500 5420 5426
400 5,947 4,967 65000 6500 6020 6026
450 5,961 4,980 65000 6500 6620 6626
500 5,966 4,985 65000 6500 7720 7726
550 5,966 4,985 65000 6500 7820 7826
600 5,973 4,991 65000 6500 8420 8426
640 5,979 4,997 65000 6500 9020 9026

Результаты измерения перемещений захватов испытательной машины были нормированы относительного 0-ого цикла по формуле:

График зависимости изменения перемещения захватов испытательной машины Δh от коли­чества циклов N представлен на рисунке 2.44.

Количество циклов, N

Рисунок 2.44 - График зависимости изменения перемещения захватов испытательной ма­шины от количества циклов N

После начального нагружения образца изменений перемещения захватов испытательной машины с увеличением количества циклов испытаний не наблюдается, что показывает отсут­ствие прироста разрушения. Также это подтверждается пошаговым измерением глубины тре­щины по металлографическим снимкам (рисунок 2.45). На изображении видно, что стресс-кор- розионная трещина сохранила свое первоначальное состояние после всех ступеней испытаний. Отсутствуют новые трещины-ответвления и другие изменения в морфологии вершины. Таким образом, в течение трех ступеней испытаний циклов нагрузки - разгрузки при режимах испыта­ний, имитирующих работу реального участка МГ, развитие стресс-коррозионных трещин не про­изошло.

Рисунок 2.45- Результаты пошагового измерения глубины трещины в модельном образце

основного металла

На следующем этапе проводились испытания модельного образца со стресс-коррозион- ными трещинами в области продольного сварного шва. Аналогично испытаниям модельного об­разца основного металла, была выбрана контрольная стресс-коррозионная трещина, состояние которой фиксировалось по снимкам с металлографического микроскопа.

Испытания модельного образца со стресс-коррозионными трещинами в зоне продольного сварного шва осуществлялись в соответствии с режимами изменения нагрузки, показанными на рисунке 2.39.

Результаты изменения перемещения захватов испытательной машины на третьей ступени испытаний с изменением нагрузки от 0,1ст до Ст приведены в таблице 2.16.

Таблица 2.16 - Результаты испытаний модельного образца из основного металла с КРН на третьей ступени

N 50 циклов ^нач) ^кон) ΔFi (верх) ΔFj (низ) t1, c. t2, c.
0 2,356 1,299 65000 6500 15 22
50 2,412 1,333 65000 6500 22 29
100 2,424 1,334 65000 6500 29 36
150 2,433 1,352 65000 6500 36 43
200 2,434 1,352 65000 6500 43 50
250 2,447 1,364 65000 6500 50 57
300 2,455 1,37 65000 6500 57 64
350 2,457 1,372 65000 6500 64 71
400 2,462 1,377 65000 6500 71 78
450 2,458 1,372 65000 6500 78 85
500 2,46 1,375 65000 6500 85 92
550 2,463 1,378 65000 6500 92 99
600 2,463 1,377 65000 6500 99 106
650 2,459 1,373 65000 6500 106 113
700 2,467 1,382 65000 6500 113 120

График зависимости изменения перемещения захватов испытательной машины Δh от коли­чества циклов N представлен на рисунке 2.46.

Рисунок 2.46 - График зависимости изменения перемещения захватов испытательной машины от количества циклов N

Как видно по рисунку 2.46, после начального нагружения образца изменения перемещения захватов испытательной машины с увеличением количества циклов испытаний не наблюдается,

что показывает отсутствие прироста трещины. Также отсутствие прироста трещины подтвержда­ется пошаговым измерением глубины трещины по металлографическим снимкам (рисунок 2.47).

Рисунок 2.47 - Результаты пошагового измерения глубины трещины в модельном образце

с продольным сварным швом

Стресс-коррозионная трещина сохранила свое первоначальное состояние после всех ступе­ней испытаний. Отсутствуют новые трещины-ответвления и другие изменения в морфологии вершины трещины. Таким образом, в течение трех ступеней испытаний циклов нагрузки-раз­грузки при режимах испытаний, имитирующих работу реального участка МГ, развитие стресс- коррозионных трещин не произошло.

2.4.3

<< | >>
Источник: Афанасьев Алексей Викторович. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ОЦЕНКИ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. САМАРА - 2019. 2019

Еще по теме Циклические испытания образцов с КРН:

  1. Результат механических испытаний образцов
  2. Усталостные испытания дефектов КРН
  3. Влияние уровня механических напряжений и циклических изменений давления на развитие трещин КРН
  4. Отбор материалов и образцов труб для исследований
  5. Применение ингибиторов КРН
  6. Создание метода визуальной оценки дефектов КРН
  7. Влияние термоциклических процессов на развитие КРН
  8. Роль среды, провоцирующей КРН
  9. 4.1 Технологический фактор распространения КРН
  10. 1.1. Масштаб и история изучения проблемы стресс-коррозии (КРН)
  11. Электронная микроскопия спектрометрия дефектов КРН
  12. Эффективность ВТД при поиске дефектов КРН
  13. Статистика влияния типа грунтов на распространение КРН
  14. Морфологические формы КРН, обнаруженные при обследовании объектов ЕСГ