Введение к работе
За последнее время достигнут значительный прогресс в разработке и освоении качественных сталей для трубопроводов ответственного назначения; создана и внедрены новые технологические приемы изготовления труб. Несмотря на это» статистика отказов свидетельствует о тон, что проблема предотвращения хрупких, коррозионных, усталостных и прочих разрушений остается исключительно актуальной. Это связано с тем, что существующие иориы а правила расчета аа прочность не учитывать в комплексе всего многообразия конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов, в частности, двухосного напряженного состояния в трубе, повторно-сгатичоского характера нагруавния, наличия раа» лячного рода дефектов, изменения физяхо-маханических свойств материала под влиянием длительно действующих тамнературно-сн-лоаых полей и коррозионно-активных сред. Очевидно, что о цельп повышения' точности и достоверности применяемые расчетные метода должны дополняться результатами экспериментального изучения закономерностей развития разрушения в трубопроводных материалах. В этой связи, одной из важнейших задач в деле обеспечения прочности, долговечности и вкологической безопасности трубопроводов является задача совершенствования критериев и методов оценки работоспособности металла и сварных соединений труб в условиях,'. наиболее полно отражающих реальные.
Цель работы.- развитие методов и средств оценки циклической трещиностойкостя металла и сварных соединений труб, эксплуатирующихся в наводороживавдих средах, с учетом двухосности нагружения в сочетании с конструктивно-технологическими факторами, а также получение и обобщение достоверной информации о
коррозионяо-цикличвской трещиностойкости трубных сталей Ж сварных соединении.
В соответствии с целью задачами исследования являются;
-
Критический анализ состояния исследовании по теме работы.
-
Разработка образцов-моделей, обладающих совокупностью конструктивно-технологических признаков трубы и моделирующих при нагружении характерное для трубопроводов двухосное напряженное состояние.
-
Разработка методики оценки коррозиояно-цикличвской трещиностойкости металла и сварных соединений труб в наводо-роживающих средах с учетом двухосности нагружеаия в сочетании с конструктивно-технологическими факторами.
-
Исследование циклической трещиностойкости трубных сталей и сварных соединений на воздухе н ори наводорожнвании в зависимости от вида напряженного состояния и режимов яспшаняй. Обобщение полученных результатов.
Объекты и метода исслаковянид. Объектом исследования при разработке консгрукции образцов-моделей служили отрезки натурных труб различных типоразмеров. В качестве объекта для изучения влияния вида напряженного состояния на трешиностойкость материалов были выбрани сталь 20, используемая для производства газонефтепромысловых труб; сталь 45, применяемая для изготовления обсадных и насосно-компрессоряых труб, а также сварные соединения стали 20. Выбор указанных сталей, существенно различающихся по физико-механическим свойствам, обусловлен стремлением оценки роли материала в изменении тревдноотойкости при переходе к более жестким схемам нагружения.
В работе использовали: метод многоточечного электротензо-
метрирования; метод разности электрических потенциалов для измерения скорости роста трещины; фрактографяческии метод анализа поверхностей разрушения.
В работе был осуществлен комплекс усталостных и корро-вионно-усталостних испытании.
Натчная новизна:
-
Разработаны образцы-модели, являющиеся частью реальной трубы и в связи о этим, обладающие ее толщиной.кривизной поверхности, масштабностью, всем комплексом технологической наследственности; конструкция образцов позволяет при нагружении воспроизводить в их центральной части двухосное напряженное состояние, характерное для трубы под давлением.
-
Разработана методика оценки коррозионно-циклической трещиностойкобти металла я сварных соединений труб, предусматривающая проведение испытаний образцов-моделей с поверхностными дефектами, построение кинетических диаграмм усталостного разрушения и на основе сопоставления скоростей роста трещин выбор материалов, обладающих лучшей трешиностойкостью .
-
Впервые дана качественная и количественная оценка циклической трещиностойности трубных сталей и сварных соединений в зависимости от вида напряженного состояния. Показано, что степень влияния двухосносги нагружения определяется исходными прочностными свойствами материала, воздействием наво-Дороживаюшей среды, наличием остаточных сварочных напряжений.
-
Экспериментально показано, что одновременное воздействие двухосного нагружения и водорода оказывает более сильное влияние, чем их суммарное, но раздельное действие. В рамках существующей модели развития трещины в металлах под воздействием водорода дано феноменологическое обоснование полу-
ченному результату.
5. Обнаружено, что независимо от среды испытания переход от одноосного напряженного состояния к двухосному сопровождается качественным изменением строения изломов, а именно: они приобретают более хрупкий характер.
Практическая ценность. Практическим выходои работы является создание методики оценки циклической трещиностойкости металла и сварных соединений груб в наводороживанцкх средах. В связи с тем, что методика отражает в комплексе влияние неблагоприятных конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов становится возможный более обосновано подходить к выбору сталей, сварных соединений, режимов термообработки для spyб ответственного назначения.
Дпробашя работы. Основные положення диссертационной работы в результаты исследований докладывались: на VIH зональной научао-методаче'ском совещании-семинаре по теоретической механике вувов Северо-Кавказского региона / сентябрь 1990 г., г. Владикавказ/; на Всесоюзном совещании "Проблемы защиты от коррозии, нефгегазопромысдового оборудования" / сентябрь 1991 г., г,Смоленск/; на научно-технической конференции "Обеспечение экологической н безопасной эксплуатации газотранспортной системы Украины" / май 1992 г., гЛеркассы/; на научно-техническом семинаре кафедры "Сварка и зашита от коррозии" ГАНГ им. И.Ы.Губкина /ишь 1992 г., г.Москва/; на I Международном конгрессе Всесоюзной ассоциации коррозионистов "Защита - 92" / сентябрь 1992 г.,<г.Москва/} на I Международной конференции "Экологические проблемы горных территорий" / октябрь 1992 г., г.Владикавказ/.