ГЛАВА 2
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристики материалов и образцов.
Таблица 2.1.
Химический состав металла исследуемых труб
МеталлМассовое содержание элементов, %CSiMnCuAlPSCэОсновной0.08-0,100,22-0,250,94-0,990,27-0,300,026-0,0330,008-0,010,001-0,0020,27-0,28Продольный шов0,07-0,090,22-0,260,95-0,980,26-0,300,027-0,0330,008-0,010,001-0,0020,26-0,28Примечания: 1. В основном металле и продольном шве содержатся 0,03% Nb, 0,1 % Ni, следы хрома и молибдена.
2. Сэ - эквивалент углерода. Исходя из поставленных в настоящей работе цели и задач, исследование напряженного состояния сварных соединений проводилось как на промышленных объектах: трубопроводы 530?8, 530?9 (сталь 17Г1С), 5800?22 (сталь 20), баковые конструкции, диаметр которых составлял 50 м, высота - 5 м (сталь 09Г2С), так и на образцах, изготовленных из низкоуглеродистых конструкционных сталей марок Ст 3, Ст 20, 09Г2С, 17Г1С, а также стали класса прочности Х46 японской поставки. Предел текучести сталей варьировался в пределах от 240 до 440 МПа. При изготовлении образцов труб с кольцевыми швами соблюдались следующие условия:
- длина образца должна быть не меньше двух диаметров трубы, из которой он изготовлен, кольцевой шов располагается по центру образца;
- режим сварки образца должен соответствовать режиму, принятому при промышленном изготовлении трубопроводов из труб данной номенклатуры или определен специалистами ИЭС им. Е.О. Патона;
Таблица 2.2.
Механические свойства металла исследуемых труб
Металл, МПа, МПа, %Ударная вязкость
при -5 , Дж/см2DWTT, %Образцы ШарпиОбразцы МенажеОсновной530-560430-46024-2632,2-32,325,9-35,2100Продольный шов570-600Не опр.Не опр.Не опр.7,3-14,2Не опр.Примечание к таблице 2.2: DWTT - показатель, полученный при испытании на ударный отрыв, представляющий собой отношение площади зоны вязкого разрушения к общей площади поверхности разрыва образца.
- качество образцов и сварного шва должно соответствовать нормам, принятым при производстве трубопроводов из труб данной номенклатуры.
Таблица 2.3.
Режим сварки кольцевого стыка труб
Марка
электродаДиаметр электрода, ммСварочный ток,
АКорневой и подварочный слой (1-ый и 2-ой)ЛБ-52У2,670Заполняющие слои
(3-ий и 4-ый)ЛБ-62Д4,0140Облицовочный слой
(5-ый)ЛБ-62Д4,0140 Особое внимание было уделено изготовлению образцов, предназначенных для разработки технологии ОВз кольцевых швов трубопровода транспортировки неочищенного газа с содержанием сероводорода около 6 % объема от месторождения до газоперерабатывающего завода Оренбургского газоконденсатного месторождения. Образцы использовались как для определения напряженного состояния кольцевых швов в исходном после сварки состоянии и после различных видов обработки, так и для исследования их коррозионной стойкости. Эксперименты проводились на электросварных трубах японской поставки из стали класса прочности Х46 контролируемой прокатки. Диаметр труб O720?17,2 мм. Химический состав и механические свойства металла труб и продольного шва, выполненного в заводских условиях двусторонней автоматической сваркой под флюсом, приведены в табл.2.1 и 2.2.
Участки труб длиной по 800 мм состыковывали и сваривали по технологии, принятой при сооружении указанного газопровода, электродами японской поставки марок ЛБ-52У и ЛБ-62Д с покрытием основного типа. Режим сварки представлен в табл. 2.3.
Исследование влияния интенсивного импульсного воздействия на стойкость металла к водородному поражению проводили на образцах из сталей сталь Ст3, сталь 10, сталь 20, химический состав которых приведен в табл. 2.4.
Таблица 2.4.
Химический состав исследуемых сталей
Марка сталиСодержание элементов, % вес.CMnSiPSCrNiCuAlMoСт30,020,420,0290,0110,030,080,070,060,020,03100,120,510,0350,0140,020,080,060,070,020,03200,240,630,2200,0320,030,130,080,120,020,03
2.2. Разрушающие методы исследования напряженного состояния.
Разрушающие методы исследования напряженного состояния основаны на измерении деформаций металла на базовом участке, происходящих в результате разгрузки этого участка от действующих в нем напряжений вследствие вырезки его из объекта. В общем случае определение всех шести компонентов тензора напряжений представляет собой довольно трудоемкую и сложную задачу, но поскольку напряженное состояние в исследуемых в настоящей работе образцах и конструкциях можно рассматривать как плоское (толщина объектов гораздо меньше их длины и ширины) и принимая за известное направление действия главных напряжений (вдоль шва и поперек шва), в нашем случае задача сводилась к измерению двух величин - деформаций вырезанного базового участка вдоль и поперек шва.
Главные напряжения по измеренным деформациям рассчитывали по формулам , где , - главные деформации; - коэффициент Пуассона; - модуль упругости.
Измерение деформаций проводили с использованием механических деформометров с ценой деления шкалы мм и мм с конусными или шариковыми ножками, соответственно базовые углубления наносились сверлением или кернами. Деформации по результатам измерений рассчитывались по формуле , где , - показания деформометра до и после вырезки базового участка из объекта измерения, - величина базы измерения (расстояние между углублениями для установки ножек деформометра).
Рис. 2.1. Схема вырезки баз при измерении напряжений механическим деформометром
Наибольший объем измерений (2880 точек измерения) был проведен на трубах 720?17,2 мм, характеристики которых приведены в разделе 2.1 настоящей главы. Деформации измеряли на внутренней и наружной поверхностях труб на четырех различных участках по периметру кольцевого шва по схеме, приведенной на рис. 2.1. Вырезка базового участка осуществлялась вначале механическим способом (высверливанием по контуру) или газокислородной резкой по линии, находящейся на расстоянии не менее 250 мм от базового участка, а затем фрезой на малых скоростях реза с интенсивным охлаждением эмульс
- Киев+380960830922