Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании
Предложен новый подход к оценке величины критического раскрытия трещины в зависимости от величины предварительного деформирования материала трубопровода при вязком разрушении с учетом разработанных ранее критериев механики разрушения применительно к определению характеристик трещиностойкости и стаби...
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Назва видання: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102468 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании / В.А. Троицкий, В.П. Дядин // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 3. — С. 5-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102468 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1024682025-02-23T19:23:11Z Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании Selection of control sections of the main pipelines for diagnostic examination Троицкий, В.А. Дядин, В.П. Научно-технический раздел Предложен новый подход к оценке величины критического раскрытия трещины в зависимости от величины предварительного деформирования материала трубопровода при вязком разрушении с учетом разработанных ранее критериев механики разрушения применительно к определению характеристик трещиностойкости и стабильного роста трещины. Проведен анализ полученных аналитических зависимостей и определены основные параметры,характеризующие их изменения. Предложена инженерная зависимость, позволяющая оценить возможный ростдефекта по результату ударной вязкости образца Шарпи на верхнем шельфе в зависимости от степени пластического деформирования конструкционных сталей и их сварных соединений. На базе разработанных зависимостей предложен принципиально новый подход к выбору мест шурфования при диагностическом обследовании магистальных трубопроводов. A new approach is proposed for assessment of the value of critical crack opening displacement, depending on the extentof pre-deformation of pipeline material at tough fracture, allowing for earlier developed fracture mechanics criteria fordetermination of crack resistance characteristics and stable crack growth. Analysis of the derived analytical dependencieswas performed and main parameters characterizing their changes were determined. An engineering dependence is proposedthat allows assessment of possible defect growth by the result of impact toughness of Charpy sample on the upper shelf,depending on the degree of plastic deformation of structural steels and their welded joints. Proceeding from the developeddependencies, a fundamentally new method is proposed for selection of points for digging holes at diagnostic study ofmain pipelines. 2011 Article Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании / В.А. Троицкий, В.П. Дядин // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 3. — С. 5-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102468 621.120.30 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Троицкий, В.А. Дядин, В.П. Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Предложен новый подход к оценке величины критического раскрытия трещины в зависимости от величины предварительного деформирования материала трубопровода при вязком разрушении с учетом разработанных ранее критериев механики разрушения применительно к определению характеристик трещиностойкости и стабильного роста трещины. Проведен анализ полученных аналитических зависимостей и определены основные параметры,характеризующие их изменения. Предложена инженерная зависимость, позволяющая оценить возможный ростдефекта по результату ударной вязкости образца Шарпи на верхнем шельфе в зависимости от степени пластического деформирования конструкционных сталей и их сварных соединений. На базе разработанных зависимостей предложен принципиально новый подход к выбору мест шурфования при диагностическом обследовании магистальных трубопроводов. |
| format |
Article |
| author |
Троицкий, В.А. Дядин, В.П. |
| author_facet |
Троицкий, В.А. Дядин, В.П. |
| author_sort |
Троицкий, В.А. |
| title |
Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании |
| title_short |
Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании |
| title_full |
Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании |
| title_fullStr |
Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании |
| title_full_unstemmed |
Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании |
| title_sort |
выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102468 |
| citation_txt |
Выбор контрольных участков магистральных трубопроводов при диагностическом обследовании / В.А. Троицкий, В.П. Дядин // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 3. — С. 5-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT troickijva vyborkontrolʹnyhučastkovmagistralʹnyhtruboprovodovpridiagnostičeskomobsledovanii AT dâdinvp vyborkontrolʹnyhučastkovmagistralʹnyhtruboprovodovpridiagnostičeskomobsledovanii AT troickijva selectionofcontrolsectionsofthemainpipelinesfordiagnosticexamination AT dâdinvp selectionofcontrolsectionsofthemainpipelinesfordiagnosticexamination |
| first_indexed |
2025-11-24T15:44:25Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:44:25Z |
| _version_ |
1849687084533547008 |
| fulltext |
УДК 621.120.30
ВЫБОР КОНТРОЛЬНЫХ УЧАСТКОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ
ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ ДИАГНОСТИЧЕСКОМ ОБСЛЕДОВАНИИ
В. А. ТРОИЦКИЙ, д-р техн. наук, В. П. ДЯДИН, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Предложен новый подход к оценке величины критического раскрытия трещины в зависимости от величины пред-
варительного деформирования материала трубопровода при вязком разрушении с учетом разработанных ранее
критериев механики разрушения применительно к определению характеристик трещиностойкости и стабильного
роста трещины. Проведен анализ полученных аналитических зависимостей и определены основные параметры,
характеризующие их изменения. Предложена инженерная зависимость, позволяющая оценить возможный рост
дефекта по результату ударной вязкости образца Шарпи на верхнем шельфе в зависимости от степени пласти-
ческого деформирования конструкционных сталей и их сварных соединений. На базе разработанных зависимостей
предложен принципиально новый подход к выбору мест шурфования при диагностическом обследовании магис-
тальных трубопроводов.
A new approach is proposed for assessment of the value of critical crack opening displacement, depending on the extent
of pre-deformation of pipeline material at tough fracture, allowing for earlier developed fracture mechanics criteria for
determination of crack resistance characteristics and stable crack growth. Analysis of the derived analytical dependencies
was performed and main parameters characterizing their changes were determined. An engineering dependence is proposed
that allows assessment of possible defect growth by the result of impact toughness of Charpy sample on the upper shelf,
depending on the degree of plastic deformation of structural steels and their welded joints. Proceeding from the developed
dependencies, a fundamentally new method is proposed for selection of points for digging holes at diagnostic study of
main pipelines.
В настоящее время существенно ужесточены тре-
бования к срокам остановки газопроводов для про-
ведения капитального ремонта по результатам ди-
агностики. Так, некоторые участки газопроводов
могут быть остановлены лишь на короткий период
и в сроки, определяемые не готовностью к про-
ведению ремонтных работ, а возможностью обес-
печения транспортировки необходимых объемов
газа. В то же время в связи со старением тру-
бопроводной системы и для обеспечения надеж-
ности и безопасности ее эксплуатации необходимо
увеличивать объемы диагностических и ремонт-
ных работ.
В сложившейся ситуации разработка оптималь-
ных подходов к поиску потенциально опасных учас-
тков трубопроводов имеет первостепенное значе-
ние. Правильный выбор таких участков повысит на-
дежность и сократит сроки простоя магистрали.
Вместе с тем существует множество факторов,
которые являются причиной аварий в трубопро-
водном транспорте. Так, в Японии [1] был про-
веден анализ 384 случаев аварий трубопроводов
и металлоконструкций различного назначения, эк-
сплуатируемых в течение 30–50 лет. Основные
причины повреждений исследованного оборудо-
вания, находящегося в критическом состоянии, и
их количество по состоянию на 2008 г. показаны
на рис. 1.
По оценке специалистов доля повреждений
оборудования и трубопроводов по причине фи-
зического характера и человеческого фактора зна-
чительно доминируют над остальными.
© В. А. Троицкий, В. П. Дядин, 2011
Рис. 1. Причины повреждения оборудования, находящего в
критическом состоянии, и их количество (в скобках) [1]: 1 —
поломка; 2 — авария; 3 — неудовлетворительное качество
работ; 4 — ошибки в проектировании; 5 — коммуникации;
6 — хулиганство; 7 — землетрясение; 8 — не выяснены; 9 —
при проверке; 10 — нарушение гарантированных условий;
11 — неправильное проведение работ; 12— причины физи-
ческого характера; 13 — другие причины; 14 — несоблюде-
ние правил приемки; 15 — неудовлетворительный
визуальный контроль; 16 — неправильная эксплуатация;
17 — коррозионные повреждения; 18 — человеческий фак-
тор; 19 — количество аварий
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011 5
В общем случае, если исключить человеческий
фактор, практически все дефекты можно разбить
на две основные группы: технологические — свя-
занные с изготовлением и монтажом трубопро-
вода, и эксплуатационные — развивающиеся в
процессе эксплуатации.
В подавляющем большинстве случаев возникно-
вение предаварийных и аварийных ситуаций в тру-
бопроводном транспорте происходит из-за наложе-
ния технологических и эксплуатационных причин.
Так, анализ результатов диагностических работ
показывает, что стресс-коррозионные и корро-
зионные дефекты располагаются вдоль газопро-
водов не равномерно, а группируются на отдель-
ных локальных участках протяженностью от
20…30 м до нескольких километров. Практичес-
ки на всех таких участках при детальном их об-
следовании наблюдаются отклонения прочност-
ных свойств труб, связанные с нарушениями тех-
нологии их изготовления или монтажа.
В случае своевременного обнаружения этих от-
клонений от нормы более 90 % таких дефектов
могут быть устранены без выбраковки труб (кон-
тролируемой шлифовкой или заваркой), что поз-
волило бы значительно сократить трудоемкость,
время ремонта и количество заменяемых труб.
Коррозионные повреждения как одна из при-
чин аварии чаще всего наблюдаются в трубопро-
водах с тепловой изоляцией, что затрудняет их
контроль в процессе эксплуатации и требует но-
вых эффективных способов [2, 3], например, так
называемых низкочастотных методов УЗ-контро-
ля, не требующих сканирования поверхности про-
тяженного объекта [3].
Даже использование диагностического обору-
дования в полном объеме по всей протяженности
газопровода не дает гарантии выявления всех ти-
пов дефектов. Например, несплошности, располо-
женные по линии сплавления продольных свар-
ных швов с основным металлом труб и залегаю-
щие на различных глубинах, плохо выявляются
внутритрубными снарядами-дефектоскопами, ко-
торые являются основными средствами техничес-
кой диагностики магистральных трубопроводов.
Отсюда следует, что даже при применении сов-
ременных средств диагностики для всей магист-
рали существует достаточно большая вероятность
пропуска отдельных, в том числе и опасных де-
фектов. Поэтому важно проанализировать особен-
ности монтажа и условия эксплуатации трубоп-
ровода и выделить участки, где возможно разви-
тие того или иного типа дефекта.
Выделение таких областей позволит миними-
зировать выбор необходимого диагностического
оборудования, сконцентрировать его на опреде-
ленных участках трубопровода, уменьшить веро-
ятность пропуска опасного дефекта.
В настоящее время выбор мест шурфования
для диагностического контроля трубопроводов
определяется состоянием его изоляции и интуи-
цией инспектора без учета технологических и эк-
сплуатационных особенностей. Это касается как
трубопроводов, так и других ответственных со-
оружений.
В данной статье предлагается с учетом сущес-
твующих критериев механики разрушения учесть
некоторые технологические особенности изготов-
ления и монтажа трубопровода, которые могут
вызвать как появление, так и рост дефекта в про-
цессе его эксплуатации.
Известно, что наиболее распространенной
проблемой сварных конструкций является не
только наличие дефектов в сварном шве, но и
снижение прочностных свойств, значений удар-
ной вязкости в околошовной зоне сварного сое-
динения. К основным причинам, вызывающим
данные изменения, в первую очередь следует от-
нести влияние термического воздействия и тер-
мопластических деформаций, протекающих в око-
лошовной зоне, подгибку кромок при их вальцов-
ке и возможную деформацию труб при монтаже.
Все это является причиной появления основной
массы дефектов в процессе эксплуатации именно
в этих зонах.
Частично данная проблема рассмотрена в ра-
боте [4], где дана оценка величины ударной вяз-
кости av образца Шарпи в зависимости от степени
предварительного пластического деформирова-
ния металла.
Работа [4] является продолжением работ [5, 6],
где исследуется влияние предварительного дефор-
мирования материала на характеристику вязкости
разрушения δIС, и позволяет связать все характе-
ристики воедино.
Исходя из данных, приведенных в работах [5,
6], деформационные характеристики вязкости раз-
рушения δi и δg на верхней полке (в вязком сос-
тоянии) определяются зависимостями:
δi = 0,5A av,max/σ0,2, (1)
δg = δi + ΔL (σв/σ0,2)(n/(1-n)2), (2)
где δi — критическое раскрытие трещины в момент
ее страгивания в вязком состоянии; δg — значение
критического раскрытия, определенное с учетом
стабильного роста трещины на величину ΔL; A —
коэффициент корреляции (для низколегированных
и малоуглеродистых сталей для простоты даль-
нейших выкладок принимаем его равным 0,1);
σ0,2 — предел текучести материала (кгс/мм2); n =
= εв/(1 + εв) — величина деформационного уп-
рочнения материала; аv,max — значение ударной
вязкости на верхнем шельфе стандартного образца
Шарпи (Дж/см2).
6 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011
Выражения (1), (2) с физической точки зрения
позволяют оценить сопротивление трубных ста-
лей стабильному росту вязкой трещины в зави-
симости от расчетных перемещений берегов тре-
щины δg. Так, на рис. 2 представлен график соп-
ротивления различных классов трубных сталей
стабильному росту трещин в вязком состоянии в
зависимости от их прочностных характеристик.
Как видно, сопротивление сталей росту стабиль-
ной трещины резко падает с ростом характерис-
тики σ0,2/σв.
В случае предварительного деформирования
материала на величину ε характеристики трещи-
ностойкости δi
(ε), δg
(ε) в момент инициирования
вязкого разрушения и стабильного роста трещины
по аналогии с (1), (2) определяются следующими
зависимостями:
δi
(ε) = 0,5A aν,max
⁄ σ0,2
(ε) , (3)
δg
(ε) = δi
(ε) + ΔL (σв
(ε) ⁄ σ0,2
(ε) )(n∗ ⁄ (1 − n∗)2), (4)
где δi
(ε) — критическое раскрытие трещины в мо-
мент ее страгивания после предварительного де-
формирования материала образца на величину ε;
aν,max
(ε) — удельная ударная вязкость на верхней
полке образца Шарпи после предварительного де-
формирования материала на величину ε; sg
(ε) —
значение критического раскрытия, определенное
с учетом стабильного роста трещины на величину
ΔL после предварительного деформирования ма-
териала на величину ε; σ0,2
(ε) — предел текучести
после предварительного одноосного деформиро-
вания материала на величину ε; σв
(ε)— временное
сопротивление после предварительного одноосно-
го деформирования материала на величину ε; n* =
= (εв– ε)/(1+εв– ε).
Следует ожидать, что в случае предваритель-
ного деформирования металла характеристика δi
(ε)
должна падать с ростом ε. Так, сопоставляя вы-
ражения (1), (3) с учетом зависимостей работы
[4] и используя степенной закон упрочнения ма-
териала, можно записать:
δi
δi
(ε)
=
εвσв (1 + εв)
(εв − ε) σ0,2
×
×
k2
⎛
⎜
⎝
σв
σ0,2
⎞
⎟
⎠
(1 + ε) ((1 + 4r ⁄ ρ) ⁄ Kν
2)
− (1 + εв)
1 + 2εв
k2
⎛
⎜
⎝
εв
ε0,2
⎞
⎟
⎠
εв
⁄ (1 + εв)
((1 + 4r ⁄ ρ) ⁄ Kν
2)
− (1 + εв − ε)
1 + 2εв − 2ε∗
…
…
+ 3k1 (1 + εв) ⁄ (1 + 2εв)
+ 3k1 (1 + εв − ε) ⁄ (1 + 2εв − 2ε)
(
ε
εв
)
εв
1 + εв
,
(5)
где ρ — радиус надреза образца Шарпи
(ρ = 0,25 мм); r — расстояние от вершины над-
реза, соизмеримое с характерным средним разме-
ром структурного элемента (r = 0,05…0,1 мм); n —
величина деформационного упрочнения матери-
ала; Kv — коэффициент концентрации упругих
напряжений в вершине надреза образца Шарпи
(Kv = 3,44); εв — деформация, соответствующая
условному временному сопротивлению материала
σв; σ0,2 — предел текучести материала; k1 — коэф-
фициент стеснения для образца Шарпи, равный
1,25; k2 — средний коэффициент стеснения для
стандартного образца Шарпи в момент развития
разрушения, равный 1,26.
Из формулы (5) следует, что отношение дефор-
мационных характеристик δi/δi
(ε) зависит от че-
тырех параметров εв, ε/εв, σв/σ0,2 и r, что нес-
колько затрудняет детальный ее анализ.
Вместе с тем, как было отмечено в работе [4],
изменение величины r в представленном диапа-
зоне (0,05…0,1 мм) незначительно влияет на зна-
чения аv,max/aν,max, что позволяет в ряде случаев
для упрощения дальнейших оценок принять ее
равному некоторому среднему размеру
(r ≈ 0,06 мм). Кроме того, для наиболее распрос-
траненных конструкционных низкоуглеродистых
и низколегированных сталей параметр σв/σ0,2
можно выразить следующей упрощенной зависи-
мостью через деформацию εв [4]:
σв/σ0,2 = 4,5 εв/(1+εв) + 0,82. (6)
В этих случаях зависимость (6) может быть
еще более упрощена.
Зависимость (5) представлена в графическом
виде на рис. 3, из которого видно, что с ростом
относительной пластичности материала ε/εв, ве-
личина отношения критических раскрытий тре-
щины δi/δi
(ε) может значительно возрастать, что
не учитывается при выборе материала при про-
ектировании и последующей эксплуатации раз-
личного оборудования и сварных конструкций.
Рис. 2. Сопротивление трубных сталей стабильному росту
трещины в зависимости от расчетных перемещений бере-
гов дефекта: 1 — углеродистые стали (σт/σв ≤ 0,75); 2 —
низколегированные стали (σт/σв ≤ 0,8); 3 — дисперсионнот-
вердеющие стали (σт/σв ≤ 0,85); 4 — стали контролируе-
мой прокатки (σт/σв ≤ 0,9)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011 7
Особенно это касается сварных соединений и ка-
танных по различным технологическим режимам
баллонов и трубопроводов, поскольку отсутствие
площадок текучести в этих случаях и без того су-
щественно снижает запас по пластичности εв ма-
териала и, как следствие, приводит к резкому рос-
ту ε/εв даже при незначительных пластических де-
формациях ε.
Как пример в табл. 1 представлены результаты
испытаний на растяжение образцов МИ-12, изго-
товленных из листовой стали марки 09Г2С-Ш
(ГОСТ 6996–66) после предварительного дефор-
мирования заготовок на различные значения ε.
Диаметр рабочей части образца составлял 6 мм,
определение деформации осуществлялось на базе
30 мм при помощи датчиков перемещения.
В данном случае за нулевую предварительную
пластическую деформацию принимается значение
ε = 0,2 % + εупр, соответствующее деформации при
стандартном определении предела текучести σ0,2.
Из таблицы видно, что даже при начальном
значительном пластическом запасе на равномер-
ную пластичность εв = 0,19 отношение критичес-
ких раскрытий трещины δi/δi
(ε) в рассматриваемом
диапазоне ε меняется более чем в четыре раза.
С позиций механики разрушения физический
смысл негативного роста отношения δi/δi
(ε) мож-
но пояснить следующим образом. Несмотря на
казалось бы положительный рост прочностных
свойств материала после его предварительного де-
формирования, такой участок в конструктивном
элементе может попасть в зону высоких локаль-
ных упругопластических деформаций (сварные
соединения, подвижка грунта в местах пролегания
трубопроводов, подгибка кромок при сварке и т.
д.), где сопротивление материала характеризуется
уже его деформационной способностью к «сгла-
живанию» пиковых напряжений в местах концен-
траций. Деформационный критерий δi как раз и
характеризует эту способность материала. При
этом принято считать, что в случае удовлетворе-
ния требованиям критерия δi, при «сглаживании»
пиковых напряжений в зонах концентрации не
должно происходить дальнейшего нарушения
сплошности металла. Что же будет происходить
в нашем случае?
Для того, чтобы раскрытие трещины δg
(ε) удов-
летворяло начальному требованию δi трещина
должна подрасти. Из полученной ранее зависи-
мости (4) это условие можно записать в следую-
щем виде:
δi – δi
(ε) = ΔL (σв
(ε)
./σ0,2
(ε))(n*/(1– n*)2). (7)
Для упрощения дальнейших выкладок обозна-
чим правую часть выражения (5) через F(ε, εв).
Используя (5), условие (7) может быть предс-
тавлено уравнением:
δi
ΔL
= εв (1 −
ε
εв
) (
ε
εв
)−
εв
1 + εв
F(ε, εв)
F(ε, εв) − 1
. (8)
Зависимость (8) в графическом виде показана
на рис. 4, из которого видно, что при увеличении
ε/εв, значение δi/ΔL стремительно уменьшается.
Так, при ε/εв = 0,5 в зависимости от εв, величина
ΔL достигает 20 δi, что, в свою очередь, свидетель-
Т а б л и ц а 1. Прочностные и деформационные характеристики исследуемой заготовки из стали О9Г2С-Ш после различных
предварительных деформаций
Предварительная
пластическая
деформация ε, %
σ0,2
(ε) ,
МПа
σв
(ε),
МПа
εв(ε) εв − ε
(0) e/εв(0) δi/δi
(ε)
по ф.(5)
Относительное
удлинение δ(ε), %
εψ
(ε)
0,2 + εупр 280 450 0,190 0,190 0,021 1,00 39,1 0,201
5 392 475 0,145 0,140 0,263 2,55 35,6 0,211
7,5 435 483 0,106 0,115 0,395 3,38 28,6 0,180
10 474 502 0,096 0,09 0,526 4,54 26,6 0,170
Примечание: εв
(ε) — фактическая равномерная деформация после предварительного деформирования материала на величину ε;
δ(ε) — относительное удлинение после предварительного деформирования материала на величину ε; εψ
(ε) — составляющая не-
равномерной деформации в относительном удлинении после предварительной деформации материала на величину ε; εв
(0) — равно-
мерная деформация при ε = 0. В дальнейшем εв
(ε) = εв– ε; εв
(0) = εв).
Рис. 3. Отношения критических раскрытий трещин δi/δi
(ε) в
зависимости от величин εв и ε/εв по формуле (5) с учетом (6)
8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011
ствует о возможном значительном росте стабильной
трещины.
Для большей наглядности на рис. 5 представ-
лен график зависимости ΔL/δi от величины εв при
предварительном деформировании материала на
2, 4 и 5 %. Из рисунка видно, что чем больше
запас по равномерной пластичности εв, тем выше
сопротивление металла росту трещины после его
предварительного деформирования.
В приведенных в отечественной нормативной
документации требованиях к величине относи-
тельного удлинения δ(ε) запас по равномерной
пластичности учитывается только формально. Это
связано с тем, что в данный параметр входит и
составляющая неравномерной деформации εψ
(ε),
которая по своему значению может значительно
превышать характеристику εв
(ε) что, в свою оче-
редь, не дает возможности определить точки пе-
региба представленных на рис. 5 кривых в связи
с большой погрешностью оценки характеристики
εв по характеристике δ(ε) (%).
В общем виде связь между относительным уд-
линением δ(ε), % и εв
(ε) , %, εψ
(ε), % можно записать:
δ(ε) = εв
(ε) + εψ
(ε). (9)
На рис. 6 представлена гистограмма распреде-
ления составляющих εв
(ε), %, εψ
(ε) , % в относитель-
ном удлинении δ(ε), % из табл. 1.
Как видно из табл. 1 и рис. 6 составляющая
неравномерной деформации εψ
(ε) в общем относи-
тельном удлинении слабо зависит от величины
предварительного деформирования материала, из
которого были изготовлены образцы на растяже-
ние, в то время как величина εв
(ε) значительно
Т а б л и ц а 2. Механические свойства металла швов, выполненных проволоками Св-08Г2С, Св-10ГСМТ, Св-10Г2, Св-08А под
флюсом АН-43
Сварочные
материалы
Tисп., °С σв, МПа σ0,2, МПа Относительное
удлинение δ, %
Относительное
сужение δψ, %
eв, по
формуле (6)
δi, по
формуле (1)
Св-08Г2С +20 610 487 25,3 67,9 0,105 0,17
Св-10ГСМТ +20 574 464 26,6 72,5 0,101 0,2
Св-10Г2 +20 484...481
482
402...378
387
30,7...25,6
28,5
75,0...66,0
70,8 0,104 0,21
Св-08А +20 551...512
532
470...403
436
25,0...21,0
22,8
62,0...59,9
60,9 0,092 0,19
Рис. 5. Расчетные кривые по формуле (8) значений ΔL/δi в
зависимости от величины временной деформации εв при раз-
личном предварительном деформировании материала: 1 —
на 2; 2 — на 4; 3 — на 5 %
Рис. 6. Гистограмма распределения равномерной εв
(ε) и нерав-
номерной εψ
(ε) деформаций в относительном удлинении δ(ε)
после предварительного деформирования стали 09Г2С-Ш на
0, 5, 7,5 и 10 %
Рис. 4. Зависимость δi/ΔL от величин εв и ε/εв при условии
стабильного роста трещины по формуле (8)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011 9
уменьшается. При предварительном деформиро-
вании материала на 10 % величина неравномерной
составляющей εψ
(ε) практически превышает значе-
ние εв
(ε) в два раза, в то время как при ε = 0 они
близки.
Полученные данные свидетельствуют о том,
что для материалов, претерпевших предваритель-
ное пластическое деформирование, при изготов-
лении различного вида деталей и оборудования
без последующей нормализации и глубокого от-
пуска к характеристике относительного удлине-
ния δ(ε) необходимо относиться крайне осторожно.
Это же относится и к возможным деформациям кон-
струкций при их монтаже и эксплуатации.
В табл. 2 и на рис. 7 представлены результаты
стандартных механических испытаний и ударной
вязкости образцов Шарпи наиболее широко ис-
пользуемых сварных соединений, выполненных
проволоками Св-08Г2С, Св-10ГСМТ, Св-10Г2,
Св-08А под флюсом АН-43.
Как видно из табл. 2 и рис. 5, уже в случае
5 % предварительного деформирования исследу-
емых сварных швов сварное соединение, выпол-
ненное из проволоки Св-08А, значительно усту-
пает остальным на предмет возможного сопротив-
ления росту трещины в процессе эксплуатации.
Так, для сварного шва, выполненного проволокой
Св-08А, характеристика ΔL/δi в этом случае дос-
тигает 20.
Для магистральных трубопроводов выражение
(8) дает возможность внести поправочные коррек-
тивы в проектные расчеты по выбору конструк-
ционных сталей и сварных соединений с
необходимыми свойствами, учитывающими воз-
можность предварительного деформирования
стенки трубы как при ее изготовлении, так и в про-
цессе эксплуатации. Кроме того, для диагностики
трубопроводов выражение (8) позволяет еще на
стадии ознакомления с проектной документацией
выявить наиболее предрасположенные его участки
к возможному росту дефектов.
Выводы
Показано, что еще на стадии изучения проектной
и эксплуатационной документации, применяя за-
коны механики разрушения, можно выявить учас-
тки трубопроводов с пониженными сопротивле-
ниями стабильному росту трещин.
Выполнен аналитический анализ сопротивле-
ния трубных сталей и их сварных соединений ста-
бильному росту трещин в зависимости от степени
предварительного пластического деформирова-
ния металла.
Рис. 7. Температурные зависимости ударной вязкости и процент волокна в изломе при испытании сварных швов на стандар-
тных образцах Шарпи, выполненных различными проволоками под флюсом АН-43: а — Св-08Г2С; б — Св-10Г2; в —
Св-10ГСМТ; г — Св-08А; — экспериментальные значения; х — средние значения процента волокна в изломе образца
Шарпи Fv, %
10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011
Полученные результаты показывают, что для
вскрытия участков трубопроводов необходимо,
кроме сведений, полученных от внутритрубных
снарядов, данных по изоляции, учитывать воз-
можные изменения прочностных свойств металла
и сварных соединений при изготовлении, монтаже
и эксплуатации труб.
При ремонте дефектных зон необходимо учи-
тывать остаточную пластичность трубопровода,
поскольку термопластические деформации в про-
цессе сварки могут существенно снизить сопро-
тивляемость трубной стали и сварных соединений
возможному росту трещин.
1. Hidou R. Screening corrosion inspection for thermal insulati-
on piping // J. of Japanese Society for Non-Destructive In-
spection. — 2010. — 59, № 12. — P. 606–609.
2. Troitskij V. A., Beloev M., Mihovaki M. Alternative solutions
for nondestructive testing of pipeline welds // 2-nd South
East Evropean IIW International Congress. — Oct. 2010,
Sofia. — P. 301–311.
3. Jackson P., Luidge P., Daniel I. Pipeline corrosion control: a
historical perspective and guided wave ahhroach to the futu-
re // Ibid. — Oct. 2010, Sofia. — P. 118–123.
4. Дядин В. П. Влияние предварительного деформирования
на ударную вязкость образца Шарпи // Автомат. сварка.
— 2007. — № 1. — С. 28–34.
5. Гиренко В. С., Дядин В. П. Зависимости между ударной
вязкостью и критериями механики разрушения δIC и KIC
конструкционных сталей и их сварных соединений //
Там же. — 1985. — № 9. — С. 13–20.
6. Гиренко В. С., Дядин В. П. Корреляция характеристик
трещиностойкости материалов и сварных соединений с
результатами стандартных механических испытаний //
Там же. — 1990. — № 6. — С. 1–4.
Поступила в редакцию
29.03.2011
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011 11
|