Труба — Критическая трещина

Рис. 31.12. Критические диаграммы для трубы со сквозной трещиной (1 — при 20 °С 2 — при—ЮСС).

Таким образом, упомянутые ранее натурные эксперименты основывались на хорошо известной концепции, что трещина данного размера в сосуде под давлением или трубе останется устойчивой до тех пор, пока в цилиндре не будет достигнуто критическое давление. При достижении критического давления трещина внезапно становится неустойчивой, и будет инициироваться разрушение. Для дефектов различных размеров в определенном материале данной вязкости, конечно, требуются разные критические давления. С другой стороны, данному уровню действующего напряжения (которое может включать и остаточные напряжения вследствие сварки, изменения температуры, повторной гибки и т. д., а также напряжения от первоначального пробного давления) соответствует определенный критический размер трещины. Зависимости размера критической трещины от разрушающего напряжения меняются с изменением уровня вязкости разрушения материала. [c.153]

Наглядным примером концепции критической трещины служат снятые на пленку кадры реальной трещины на участке трубы, находящейся под давлением. Прокатанный лист из углеродистой стали свертывается в обечайку с продольным сварным швом. Диаметр трубы 762 мм, толщина стенки 9,5 мм и предел текучести 42 кгс/мм . Длина сквозной продольной трещины 84 мм. Ее конфигурация показана на рис. 1. Трещина на концах была прорезана ювелирной пилкой шириной 0,15 мм, обеспечивающей радиус надреза 0,075 мм. Трещина герметизировалась изнутри, и в трубе создавалось давление до разрушения. [c.154]

Эти данные указывают на то, что при определенных значениях вязкости и номинального напряжения большим диаметрам соответствуют более длинные критические трещины. Таким образом, при данном показателе вязкости трещине данной длины будет соответствовать более высокое разрушающее напряжение в трубе или сосуде большего диаметра. Так как в уравнение входит произведение Л то это замечание справедливо в отношении толщины стенки. [c.165]

Эти данные подтверждают что более толстостенные трубы при всех прочих равных условиях имеют более длинную критическую трещину при данном уровне напряжения. Предполагается, что трещина данной длины будет иметь более разрушающее напряжение в сосудах с большей толщиной стенки при прочих равных условиях. [c.165]

Сквозные дефекты. Экспериментальные данные подтвердили обоснованность теоретической формулы для определения критической трещины в тонкостенной трубе и сосудах высокого давле- [c.170]

Циклическая вязкость разрушения, или критический коэффициент интенсивности напряжения, рассчитана по результатам феррозондового метода определения нестабильного роста усталостной трещины для ряда сталей бурильных труб групп прочности Д , К , Е , Ем . На рис. 2 показана зависимость критического размера усталостной трещины от величины приложенного напряжения испытания при постоянной для каждой группы прочности циклической вязкости разрущения. Построен- [c.113]

Определение сопротивления кольцевых сварных соединений многослойных труб инициированию трещин осуществлялось также на основе критерия нелинейной механики разрушения (величины критического раскрытия вершины трещины). Образцы для испытаний сечением t X 2 t (рис. 3, б) вырезались поперек кольцевого шва. Механический надрез, заканчивающийся усталостной трещиной, располагался в металле шва. Нагружение образцов, измерение перемещений берегов трещины, а также вычисление критических зна- [c.285]

Описаны технологические особенности процесса механизированной сварки кольцевых швов многослойных труб в защитной газовой смеси Аг Oj + Oj. Приведены результаты оценки склонности металла сварных швов к хрупкому разрушению по данным определения ударной вязкости и величины критического раскрытия вершины трещины. [c.382]

Испытания с заданной цикловой базой (8300 охлаждений для элемента из углеродистой и 5400 охлаждений для элемента из аустенитной стали) двух элементов показали, что образование трещин происходит при определенной критической суммарной деформации, зависящей от контактирующей с металлом среды. Для углеродистых труб критическая деформация поверхности со стороны пара в 2 раза превосходит упругую, а со стороны воды образование трещин наблюдается при деформациях, меньших или равных упругой. При нагреве аустенитной стали паровой средой критическая деформация в 3,5 раза превышает упругую, а при охлаждении химически очищенной водой — примерно в 2 раза. [c.27]

Надо отметить, что в этих опытах величина механической нагрузки была слишком незначительной (2,2—3,8 кгс/мм ) и не могла существенно повлиять на долговечность и характер разрушения материала. Трещины в трубах имели усталостный характер и определялись термическими напряжениями. Обнаруженное снижение величины критической деформации при образовании трещин на внешней поверхности труб объясняется явлением коррозионно-термической усталости. [c.27]

Критическая глубина трещины зависит от многих параметров. Для случая разрушения нефтегазопроводов 1 р может быть определена через толщину стенки трубы (5) как 1 р = 0,7-5. Коэффициент интенсивности напряжения определялся по известной зависимости для полосы с краевой поперечной трещиной. [c.18]

При увеличении глубины надреза кривая напряжение разрушения — температура сдвигается к границе AT, которую ( AT) можно рассматривать как температуру, настолько высокую, что она задерживает распространение трещины. Здесь надрез ие ведет к разрушению — трещина останавливается. Когда длина трещины критическая и величина нагрузки сохраняется примерно-одинаковой, остановки трещины не происходит и выше AT. Это наблюдается, например, в наполненных газом баллонах и трубах. В этом случае разрушение развивается нестабильно — возможно неожиданное (преждевременное) разрушение. Ti САТ-кривая достигает предела текучести точка пересечения называется FTE (критическая температура разрушения при переходе от упругой деформации). Ti. точка пересечения с пределом прочности при растяжении — FTP (критическая температура разрушения при переходе от пластической деформации) [c.100]

Данные, которые легли в основу построения кривых, приведенных на рис. 4, согласуются с результатами расчетов по уравнению (15). На основании результатов первого натурного испытания (труба RR1 с пазом длиной 222 мм) по уравнению (15) определен уровень вязкости Ксг = 994 кгс мм /% и для всех значений длины трещины установлена зависимость разрушающего напряжения от критической длины трещины (сплошная кривая, рис. 4). Она совпадает с результатами испытания труб серии RR (все [c.161]

Результаты экспериментов по определению влияния критической длины трещины на трубе диаметром 762 мм с толщиной стенки 9,5 мм [c.162]

Металл исследуемой трубы обладает высоким сопротивлением хрупкому разрушению критическая температура хрупкости, определенная по наличию в изломе 50% вязкой составляющей, -15 С. Работа распространения вязкой трещины достигает 98 Дж/см , что свойственно стали 20 в нормализованном состоянии высока и работа зарождения вязкой трещины (53 Дж/см ). Эти характеристики обусловливают [c.43]

Как указывалось выше, осуществление процесса прошивки без образования полости является основным условием при построении процесса. Поэтому более показательной характеристикой служит величина обжатия металла в месте встречи его с оправкой. От этой величины в первую очередь зависят напряжения в сердцевине заготовки, которые приводят к нарушению сплошности металла. Следовательно, величина обжатия перед оправкой не должна превосходить некоторых критических значений, так как в противном случае происходит преждевременное вскрытие полости, приводящее к образованию внутренних плен или трещин, остающихся на готовых трубах. [c.198]

Если критическое обжатие какой-то стали или сплава оказывается меньше минимального значения, определяемого условиями захвата, то процесс прошивки можно осуществить только с предварительным вскрытием полости перед оправкой, что приводит к возникновению на внутренней поверхности гильзы трещин, рванин или плен. Доброкачественные трубы из такой стали или сплава получить косой прокаткой нельзя. [c.45]

Справедливость модели была подтверждена натурными испытаниями пластин и труб с поверхностными трещинами при напряжениях ниже предела текучести нетто-сечения. Сравнение анализа новой модели с поправкой на пластичность и эксперимента показало ее пригодность для расчета критического раскрытия трещины TOD до 0,2 мм, что представляет большой интерес в разработке кривых для допустимых размеров трещин. Полученные кривые допустимых размеров трещин можно применять для разработки нормативно-технической документации, руководящих документов, инструкций для оценки труб большого диаметра, кольцевых швов газонефтепроводов и для экспертных инженерных заключений [7] по их авариям и отказам. [c.149]

В связи с отсутствием Специальных средств диагностики и дефектоскопии, позволяющих выявлять стресс-коррозионные дефекты на магистральных газопроводах, газовая промышленность оказалась не подготовленной к эффективному решению указанной проблемы. Поэтому в 1993-1994 гг. единственно возможным, но дорогостоящим и трудоемким способом выявления опасных критических трещин в Краснотурьинском ЛПУ, явились гидравлические переиспытания газопроводов повышенным давлением (превышающим заводское испытательное давление для труб). [c.197]

Величину К с вычисляют по экспериментально найденной критической длине (глубине) трещины, при которой разрушение превращается из стабильного в нестабильное, и разрушающему максимальному брутто-напряжению материала. Критическая интенсивность напряжений является характеристикой микропластиче-ской прочности материала. Критическая длина (глубина) усталостной трещины при испытании лабораторных цилиндрических и натурных образцов из бурильных труб определялась по фрактографическому излому (размеру усталостного пятна), соответствующему началу стадии нестабильного роста трещины обобщенной диаграммы усталости, построенной феррозондовьш методом контроля. [c.111]

Кроме оценки механических свойств сварных соединений традиционными методами на стандартных образцах в программу механических испытаний входила также оценка стойкости металла шва против хрупкого разрушения по критериям механики разрушения. В качестве оценочного критерия использовалась величина критического раскрытия вершины трещины бс, учитывающая развитое пластическоз течение в области дефекта [4—61. ИспользОйались стандартные образцы, вырезанные из плоских сварных стыковых соединений, а также из сварных соединений натурных труб. [c.180]

На основе критерия нелинейной механики разрушения (величины критического раскрытия вершины трещины) исследовано влияние толш ины металла на его сопротивление инициированию вязкого разрушения. Показано, что тонколистовая рулонная сталь 09Г2СФ, специально созданная для многослойных труб, превосходит по трещиностойкости трубные материалы в больших толщинах, содержащие дефицитные легирующие элементы. Приведены результаты оценки трещиностойкости многослойных сварных соединений, выполненных но различным технологиям. [c.388]

Стыковое сварное соединение цилиндра с цилиндром наиболее важно для труб парогенератора. Возникающие при этом дефекты представляют серьезную проблему из-за большого числа сварных швов в парогенераторе. Основными из них являются непровар, пористость и воздушные пузыри (рис. 7.5) [6]. Большинство обычно используемых материалов не подвержено трещинообразо-ванию, однако трещины могут возникнуть при сварке мартенсит-ных и стареющих аустенитных сталей. Некоторые стали, относительно редко применяемые в парогенераторах, особенно чувствительны к трещинам. В частности, образование трещин в зоне термического влияния очень трудно предотвратить в мартенсит-ной стали с 12% Сг, потому что объемные изменения связаны с мартенситным переходом. Никелевые стали также склонны к трещинообразованию как в сварном шве, так и в зоне термического влияния. Трещинобразование в сталях с 12% Сг можно предотвратить, используя их предварительный нагрев, а в никелевых сплавах — используя специальный присадочный металл, например проволоку 1псо А , и в обоих случаях можно свести к минимуму при ограничении тепловой мощности дуги и использовании высококачественных проволочных электродов или при применении пульсирующей дуги. Очень серьезная проблема при сварке труб парогенератора связана с наплавом, получающимся на внутренней стороне трубок. Обычно его пытаются удалить при протяжке, но этот способ не очень эффективен, особенно когда сварной шов находится в центральной части длинной трубы. Первоначально многие сварные узлы такого рода получали контактной стыковой сваркой, причем в критический момент в трубу под давлением подавали инертный газ, чтобы предотвратить натек металла внутрь. К сожалению, уловить четкую грань между образованием наплава и полным требуемым проплавлением в этом случае очень трудно, так как даже случайные колебания элект- [c.75]

Хотя барабаны-сепараторы и не работают в таких критических условиях, как корпуса, при использовании их в парогенераторах с многократной циркуляцией возникают проблемы, связанные с большими размерами их, толстыми стенками и очень большим числом патрубков. Современные барабаны-сепараторы созданы на основе конструкций, в которых широко использовалось завальцо-вывание труб в стенки. Некоторые барабаны-сепараторы в процессе эксплуатации катастрофически разрушались из-за возникновения трещин по причине концентрации в щелях гидроокиси натрия, которая способствовала развитию трещин до критических размеров. Проведение ежегодного неразрушающего контроля позволило определить начальную стадию зарождения трещин. Однако разрушений барабанов-сепараторов атомных электростанций отмечено не было, а развальцовка была заменена сваркой. Большое преимущество было получено благодаря использованию листов таких [c.172]

В настоящей работе излагается метод оценки устойчивости циркуляции в установках испарительного охлаждения металлургических печей [3]. Этот метод позволяет в ходе проектирования предусмотреть мероприятия по подавлению автоколебаний. Необходимость таких мероприятий обусловлена тем, что автоколебания снижают величину критических тепловых нагрузок, при которых начинается пленочное кипение [4, 5]. Кроме того, в горизонтальных парогенерирующих трубах автоколебания способствуют появлению усталостных трещин [6]. [c.37]

В процессе эксплуатации нефтепроводов возможны технологические и аварийные отключения насосных агрегатов или изменение режима их работы. Вызываемые этим колебания давления в трубопроводе приводят к циклическому изменению напряжений в теле трубы. При одновременном действий коррозионной среды в зонах концентраторов напряжений возникают условия для ма-лоцикловой коррозионной усталости металл труб. Долговечность трубопроводных систем в этом случае будет определяться временем до зарождения усталостной трещины и скоростью ее роста. На первой стадии происходит накопление микроповреждений кристаллической решетки вследствие движения дислокаций и последующего зарождения трещины. На второй стадии трещина стабильно растет до критического размера и переходит в третью стадию механического разрыва. Продолжительность каждой стадии зависит от напряженного состояния металла труб, частоты изменения давления и температуры перекачиваемого продукта, действия коррозионных сред и поляризации металла при катодной защите магистральных нефтепроводов. Таким образом, для оценки истинного ресурса трубопровода необходимо учитывать циклический характер изменения напряженного состояния металла и особенности коррозионного разрушения сварных соединений. [c.9]

Другой важный аспект инициирования трещины касается расчета надежности конструкции. Если дефект незначительного размера при его росте проходит сквозь стенку счосуда или трубы то в этом случае дефект может вызвать течь и снижение внутреннего давления вместо инициирования неустойчивого быстро развивающегося разрушения. При наиболее неблагоприятных условиях необходимо знать размеры критического дефекта, для того чтобы оценить, ожидается ли утечка прежде чем дефект достигнет критического размера (критерий утечки перед разрушением). [c.152]

Хотя в реальных случаях толщину стенки трубы или сосуда высокого давления выбирают так, что не достигается ни плосконапряженное, ни плоскодеформированное состояние, полезно знать, как теоретические предельные случаи влияют на зависимость критической длины трещины от разрушающего напряжения, выраженную уравнением (15). [c.166]

Раскрытие трещины и общий механизм хрупкого разрушения. Трудность применения метода линейной механики разрушения к сравнительно вязким конструкционным сталям низкой и средней прочности объясняется тем, что в этих случаях разрушение может быть связано со значительной локальной пластичностью. В таких материалах во время испытания образцов стандартных размеров с надрезом при нормальных скоростях деформации перед разрушением впереди напряженной трещины может распространяться пластическая зона. Вследствие этого невозможно проанализировать упругое напряженное состояние и вычислить показатель вязкости разрушения Кс- Уэллс (1969 г.) разработал метод, приняв, что неустойчивое распространение дефекта происходит при его критическом раскрытии около вершины (критическое раскрытие трещины или OD). Он предполагал, что это значение одинаково для реальных конструкций к образцов небольших размеров подобной толщины. Экспериментальное подтверждение было получено несколькими специалистами. Например, результаты определения разрушающих напряжений для охрупченных труб высокого давления из сплава циркония хорошо согласовывались с данными испытаний на изгиб образцов небольших размеров с надрезом для исследования критического раскрытия трещины (Фернихауф и Уоткинс, 1968 г.). Хорошее соответствие наблюдалось между поведением материалов при инициирующих испытаниях широкого листа и на изгиб образцов натурной толщины для выявления величины критического раскрытия трещины (Бурде-кин и Стоун, 1966 г.). В условиях малой пластической деформации можно показать, что усилие распространения трещины G есть произведение предела текучести Оу и критического раскрытия трещины б [c.236]

Переходя к обзору результатов исследований поведения многосвязных оболочек, остановимся прежде всего на работах, посвященных изучению влияния трещин различного типа на напряженно-деформированное состояние цилиндрических труб. Димарогонас [78] рассмотрел задачу об устойчивости длинной трубы (кольца), находящейся под действием внешнего давления. Считалось, что труба имеет продольную щель с глубиной,, не пр-ёвышающей толщину стенки. В работе получено трансцендентное уравнение для критического давления, решение которого представлено в функции от глубины трещины. Автором получены также формы потери устойчивости трубы с внутренними и наружными трещинами. На основе проведенной работы делается вывод о том, что трещины приводят к значительному понижению устойчивости труб. Следует отметить, что сегодня весьма актуальной является пробл ема влияния трещин на динамические параметры элементов несущих конструкций. Исследованию такой задачи посвящена работа Дитриха [79]. В ней приведены результаты исследования изменения собственных частот и форм колебаний труб при появлении различных трещин в сварных щвах. Теоретический анализ выполнен с помощью метода конечных элементов. В работе приведены полученные с помощью ЭВМ графики изменения частот восьми низших тонов изгибных колебаний трубы в зависимости от длины трещины. Соответствующие этим частотам формы колебаний представ- лены в трехмерной форме. [c.301]

Всякому усталостному разрушению, как известно, предшествует подготавливающая его местная пластическая деформация, приводящая по мере накопления числа циклов к разрыхлеида металла, нарушению его сплошности, затем к появлению микротрещин. В процессе хрупкого разрушения такая деформация сильно локализуется в элементарных объемах и достигает критического значения в узкой зоне зарождения и распространения трещины, являющейся выраженным концентратором напряжений. Местоположение и масштабы указанной зоны определяются неоднородностью накапливания усталостной повреждаемости в микрообъемах. При термоциклическом нагружении до уровня, в целом меньшего предела текучести, часть мягких зерен металла, имеющих благоприятную ориентировку для активации скольжения, может претерпевать циклическую деформацию за счет перемещения свободных дислокаций [80]. Значительные температурные градиенты, возникающие в металле при нагреве и охлаждении, вызывают внутренние напряжения, резко меняющиеся как от точки к точке, так и в каждой точке во времени. При этом, с одной стороны, усиливается неоднородность накапливаемой усталостной повреждаемости, с другой — возникает присущая термической усталости многоочаговость разрушения. Циклические перепады температуры на 70 °С в стенке экранной трубы, изготовленной из углеродистой стали, могут вызвать ее разрушение при числе циклов менее 6-10 [82], а при нарушении нормального режима кипения в экранных трубах котлов с давлением 15,5 МПа возможны в 1,5—3 раза большие колебания температур. [c.86]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...