Усталостные испытания дефектов КРН

Для того чтобы определить степень влияния механических напряжений, возникающих в трубопроводе при перекачке газа, на развитие дефектов КРН, проводились усталостные цикли­ческие испытания с большой базой.

Размеры образцов прямоугольного сечения выбирались согласно [6]. Для испытаний на машине повышенной мощности они вырезались с сохранением толщины стенки трубопровода с минимальной кривизной в продольном направлении. В связи с тем, что машина малой мощности не развивает достаточных усилий, толщина образцов под нее уменьшалась вдвое с сохранением

геометрического подобия. Схема нагружения и вид образца для испытаний показаны на рисунке

2.48.

Рисунок 2.48 - Схема нагружения при усталостных испытаниях: а - вид образца; б -

схема нагружения

Пересчет действующего давления внутри трубы в нагрузку для испытаний велся по без- моментной теории расчета тонкостенных оболочек. Из имеющихся графиков выбирались самые большие скачки давления и находились минимальные и максимальные окружные напряжения, действующие внутри трубопровода:

где P- давление в газопроводе, R- половина диаметра трубы, δ - толщина стенки оболочки (трубы).

Далее напряжения переводились в кгс/мм², рассчитывались сила нагрузки F, для штока испытательной машины:

где σ - окружные напряжения, действующие на стенку трубопровода, W- момент сопротивления изгибу, в данном случае - прямоугольного сечения, l - длина водила (1 = 481 мм - для УММ-01; и 1 = 660 мм - для УМП-01).

Для усталостных испытаний была установлена база 10х10⁸ циклов нагружения. Испыта­ния проводились непрерывно, в описанном выше режиме до полного разрушения образцов. Эс­киз, внешний вид установок УММ-01 и УМП-01 представлен на рисунке 2.49. Вид разрушенных образцов трубных материалов представлен на рисунке 2.50.

Рисунок 2.49 - Внешний вид установок УММ-01 и УМП-01

Рисунок 2.50 - Образцы для установок УММ-01 и УМП-01

Испытывались образцы, содержащие трещины глубиной от 10 до 37 % толщины стенки. Трубные материалы с КРН на начальном этапе развития показали значительную долговечность при испытательных нагрузках на машинах малой и повышенной мощности. Образцы с трещи­нами отстояли от 1,6 до 7,5 х 10⁶циклов нагружения. При этом в образцах происходило развитие разрушения, приводящее к разрушению образца (рисунок 2.51).

Рисунок 2.51 - Разрушенный при усталостных испытаниях образец и общий вид из­лома трещины КРН с глубиной 37% от толщины стенки.

Переход от окисленной трещины КРН к усталостному излому характеризуется наличием множества усталостных бороздок, ориентированных перпендикулярно к направлению действия наибольших растягивающих напряжений. Излом в полости трещины КРН полностью закрыт окислом (рисунок 2.52 а).

Рисунок 2.52 - Переход от зоны развития трещины КРН в естественных условиях к искусственно выращенной усталостной трещине: а — граница перехода от коррозионной трещины к усталостному разрушению х3000,- б — общий вид разрушения, при увеличении х300,- в — параметры усталостных бороздок, при увеличении х300

Излом в зоне развития усталостной трещины можно охарактеризовать рельефом мелко­кристаллического строения, что соответствует первой стадии усталостного разрушения (пред­ставляет собой участок распространения трещины по плоскостям скольжения) (рисунок 2.52 б). Ширина видимых усталостных бороздок лежит в пределах 30-40 мкм (рисунок 2.52 в).