РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Вибір матеріалу труб та розробка методики корозійно-механічних випробовувань
Об'єктом досліджень вибрано електрозварні прямошовні труби зі сталі 10 з товщиною стінки 6 мм, які використовуються для будівництва підземних газопроводів [46].
Аналіз сучасних методів дослідження корозії під напруженням показує [47-56], що для створення напружень в зразку використовується два методи: прикладання до зразка постійного навантаження та надання зразку постійної деформації (згин). Отримав також поширення метод прискорених випробовувань з повільним неперервним збільшенням навантаження [47, 57].
Створення напружень розтягу шляхом прикладання постійного навантаження здійснюється переважно на установках важільного типу
(рис. 2.1) [57]. Незалежно від конструкції установки та форми зразка робоче напруження легко встановити, виходячи з поперечного перерізу зразка та ефективного зусилля безпосередньо на захватах установки. В процесі експерименту напруження в зразку зростають в результаті зменшення його робочого перерізу через розвиток тріщин та загальну корозію металу.
При випробовуваннях зразків трубних сталей з постійною деформацією найпоширенішими є схеми триточкового та чотириточкового навантаження (рис. 2.2). Найбільший прогин в точці прикладання навантаження Р (рис. 2.2, а) складає
де E - модуль Юнга,
?max - нормальні напруження в крайньому волокні,
h - товщина зразка,
l - відстань між опорами.
Рис. 2.1. Кінематична схема установки ДП-40:
1 - зразок; 2, 3 - тяги; 4 - захвати; 5 - підйомна плита; 6 - натяжні гвинти;7 - важелі; 8 - вантажі; 9 - ванна.
Найбільший прогин посередині між точками прикладання навантаження при чотириточковому згині відносно лінії опор знаходять з виразу
де а - відстань від опори до точки прикладання сили.
На відміну від триточкового, при чотириточковому згині, внаслідок того, що між точками прикладання навантаження М = const, створюються умови, при яких отримані результати випробовувань правильно характеризують матеріал і не залежать від можливих неоднорідностей зразка (зокрема структурних) в області максимального згинального моменту.
Рис. 2.2. Схеми випробовування з епюрами моментів М при триточковому (а) та чотириточковому (б) згині
При випробовуваннях з постійною деформацією в корозійно-активних середовищах відбувається закономірне зменшення робочого перерізу зразка і, відповідно, діючих напружень. У випадку нерівномірної корозії з утворенням пітів розрахунок напруженого стану значно ускладнюється [58-60].
Для дослідження корозійних процесів під напруженням нами розроблено комп'ютеризовану установку КН-1 (рис. 2.3) [4], створену на базі установки МВ-1К [61-63]. Випробовування зразків з матеріалу труб газопроводів на повітрі та в рідких робочих середовищах проводили в режимі статичного та повторно-статичного навантаження чистим згином з автоматичною реєстрацією прогину зразка та зміни електродного потенціалу за допомогою ЕОМ, використовуючи 24-бітне аналого-цифрове перетворення.
Рис. 2.3. Схема установки КН-1
1, 2 - поворотні плити, 3, 4 - затискачі, 5 - експериментальний зразок, 6 - хлорсрібний електрод порівняння, 7 - знімна робоча камера, 8 - тяга, 9 - змінні вантажі.
Розроблено оригінальне програмне забезпечення, яке дозволяє, крім стандартних можливостей запису вимірюваних величин у файл та одночасної побудови графічних залежностей в режимі реального часу, регулювати частоту вимірів в залежності від швидкості зміни вимірюваного параметра. Це дозволяє якісно відстежити швидкоплинні процеси і, одночасно, не засмічувати вихідний файл записом великої кількості значень.
Використовували плоскі зразки (рис. 2.4), виготовлені за розробленою в ІФНТУНГ технологією [62] з матеріалу різних ділянок лінійної частини газопроводу. Така технологія забезпечує високу точність та задану шорсткість робочих поверхонь при використанні механообробки із запрограмованою зміною подачі. Конструкція установки дозволяє змінювати довжину робочої частини зразка lр в межах 20...50 мм та співвідношення ширини В і товщини b від 1 до 10.
Рис. 2.4. Зразок для випробовувань на установці КН-1.
В процесі статичного навантаження та повзучості неперервно реєструється параметр, за яким можна визначити стрілу прогину зразка ?. Параметри ?, довжина робочої частини lp та мінімальний радіус кривизни зразка ?min зв'язані співвідношенням
Відносну деформацію крайнього волокна визначали за формулою
де b - товщина зразка.
Умовну границю текучості при ступінчастому навантаженні чистим згином визначали за способом [64], який полягає в тому, що спочатку за експериментальними точками будують діаграму згину, потім визначають кут нахилу ділянки пружної деформації ОА (рис. 2.5)
? = arctg E, де Е - модуль Юнга матеріалу. Далі, з точки О проводять пряму під кутом ?1 = arctg E1. Величину Е1 задаємо, а саме , або Е1= 0,998 Е.
Рис. 2.5. Визначення умовної границі текучості
Тоді пластична деформація
??пл = ?т • 0,002,
де ?т - відносна деформація, що відповідає умовній границі текучості при чистому згині .
Параметри ??пл, та Е взаємозв'язані:
Для прогнозування корозійної поведінки трубопроводів необхідний комплексний аналіз внутрішніх і зовнішніх факторів, що характеризують швидкість корозії матеріалу труб в експлуатаційному середовищі.
Основним показником швидкості корозійного руйнування як при частковій, так і при рівномірній корозії є глибина проникнення. В обох випадках глибина корозійного руйнування вимірюється в міліметрах за рік незалежно від виду металу чи сплаву. Для відносної характеристики корозійної поведінки металів розроблена шкала корозійної стійкості
(ГОСТ 13819-68).
При рівномірній корозії за допомогою глибини корозійного проникнення (КП, мм/рік) втрату маси матеріалу (ВМ) визначають за формулою
г/м2?год
де ? - питома вага (г/см3);
8,76 - перевідний коефіцієнт.
Співставлення величини максимального корозійного руйнування, знайденого за глибиною
- Київ+380960830922