BADANIA WYCINKA RURY ZE STALI G355 Z GAZOCIĄGU PO 15 LETNIEJ EKSPLOATACJI Część II.: Badania metodami niszczącymi

Transkrypt

1 PL467 BADANIA WYCINKA RURY ZE STALI G355 Z GAZOCIĄGU PO 15 LETNIEJ EKSPLOATACJI Część II.: Badana metodam nszczącym Wtold Szteke, Waldemar Błous, Jan Wasak, Ewa Hajewska, Martyna Przyborska, Tadeusz Wagner Laboratorum Badań Materałowych ZDIEA - Śwerk W referace omówono wynk badań metodam mszczącym wycnka rurocągu ze stal G355, którego badana metodam nenszczącym opsano w I. częśc. Przedstawono równeż analzą otrzymanych wynków z zastosowanem systemu SACC, pozwalającego prognozować dalszą bezpeczną pracę gazocągu. 1. BADANIA REATESTACYJNE MATERIAŁU W ramach badań reatestacyjnych wykonano analzę składu chemcznego metodą spektrometryczną z zastosowanem spektrometru f-my ARL. Wynk analzy potwerdzły, że badany wycnek rurocągu jest wykonany ze stal gatunku G355 (G36) wg normy PN-79/H : Rury stalowe ze szwem przewodowe Przeprowadzono równeż badana strukturalne, które wykazały, że stal, z której wykonano rurocąg, w badanych przekrojach, zawera bardzo lczne, wydłużone zgodne z kerunkem przeróbk plastycznej szare wtrącena prawdopodobne typu sarczków, na których obserwuje sę czarne wtrącena nemetalczne typu tlenków. Struktura stal jest ferrytyczno-perltyczna, o zarnach wydłużonych wzdłuż os rury, tzn. zgodne z kerunkem najwększej przeróbk plastycznej. 2. WYTRZYMAŁOŚĆ STATYCZNA NA ROZCIĄGANIE Badana wytrzymałośc statycznej na rozcągane wykonano w temperaturach od -4 C do +1 C stosując skomputeryzowany system wytrzymałoścowy INSTRON 851. Pomary przeprowadzono zgodne z zalecenam normy: PN-EN 12:1999. Do pomarów stosowano próbk pęcokrotne o średncy do=5 mm długośc pomarowej L O =25 mm. Do badań materału rodzmego (MR) zastosowano próbk o orentacj C, natomast do badań materału ze strefy wpływu cepła (SWC) oraz spony (SP) stosowano próbk o orentacj L. Sposób poberana próbek do badań pokazano na rys. 1. Wynk pomarów zmerzonych wskaźnków wytrzymałośc statycznej na rozcągane wraz z wartoścam średnm oraz odchylenam standardowym podano w tabel 1. Wpływ temperatury badana na wyznaczone wskaźnk pokazano na rys

2 Rys. 1. Sposób poberana próbek do badań a - sposób poberana materału do badań, b - z materału rodzmego, c - z połączena spawanego

3 Tabela 1. Wynk pomarów wskaźnków wytrzymałośc statycznej na rozcągane badanej stal G-355 w funkcj temperatury dla próbek o orentacj L C Badany materał Temp. badana C 1 średna odch. st. R. fmpal 526 7,91 R«fMPal 336 4,74 [GPal 3 5,3 As r% 25 1,89 Z F%1 54,28 Ro.2/,639 Materał rodzmy średna odch. st. średna odch. st 566 3, , ,3 37 3,8 5 1,8 1 7, ,4 29, ,1 54 1,78,641,622 - średna odch. st. 6 2, ,47 4 1,48 3 2, ,78,631-4 średna odch. st 621 7, , 1 1,6 31 2,1 55,87,623 Złącze średna odch. st średna odch. st , , , ,9 21 4, , 16 1,4 18, ,76 62,57,86,726 1 Ul I 8 «BBH 1. 1., * "" Ml H fan - -RD,2 - -E --teen»o -6 -«- 4 6 ac 1 1 Tenpanua poran T [ "C ] Rys.2. Wpływ temperatury badana na wskaźnk wytrzymałoścowe badanej stal G

4 *...I 4 SO Tamparann ponmn T [ %) 1 1 Rys. 3. Wpływ temperatury badana na wskaźnk plastyczne badanej stal 3. POMIARY TWARDOŚCI Pomary twardośc metodą Vckersa (HV1) wykonano na twardoścomerzu Da -Testor typu WP 16 frmy Wolpert. Zmerzono rozkład twardośc poprzez sponę strefy przejścowe do materału rodzmego po obu stronach spony. Pomary wykonano wzdłuż trzech ln na grubośc ścank rury tj. w poblżu powerzchn zewnętrznej - (I), w środku grubośc - (II) oraz w poblżu powerzchn wewnętrznej - (III). Wynk pomarów pokazano na rys.4. \ ^ --*»! I v ^1 1^ /J -^Qlr «- X X 4 Rys.4. Rozkład twardośc HV1 na przekroju obwodowego doczołowego złącza spawanego

5 4. POMIARY UDARNOŚCI Pomary udamośc przeprowadzono przy użycu systemu do badana udamośc frmy Wolpert, typ PW 3/15. Badana prowadzono na próbkach typu Charpy-V o wymarach 1x7,5x55mm głębokośc karbu 2mm, wykonanych zgodne z zalecenam norm: PN-EN 145-1:1994, PN-74/H-4372 PN-74/H Pomary energ łamana KV3/7,5 oraz udamośc KCV3/7,5 materału rodzmego w funkcj temperatury (w przedzale -6 C do +1 C) wykonano na próbkach o orentacj C- L. Natomast dla próbek ze strefy wpływu cepła SWC spony SP (orentacja L-C) pomary wykonano w temperaturze pokojowej w temperaturze C. Wynk pomarów przedstawono na rys.5. MR MR-Średna SWC SWC-fredna e SP SP-feadna Rys.5. Zmana udamośc w funkcj temperatury badana 5. BADANIA METODAMI MECHANIKI PĘKANIA Badana z zastosowanem metod mechank pękana obejmowały: - pomary prędkośc wzrostu pęknęca zmęczenowego przy stałej ampltudze obcążeń, - pomary odpornośc na pękane metodą welokrotnej próbk (CTOD) dla oceny rozwarca szczelny w momence ncjacj jej stablnego rozwoju podczas trójpunktowego zgnana, - pomary odpornośc na pękane w próbe zgnana udarowego.

6 5.1. Pomary prędkośc wzrostu pęknęca zmęczenowego przy stałej ampltudze obcążena Badana wykonano na systeme do badań wytrzymałoścowych Instron 851. Do badań materału rodzmego (MR) zastosowano próbk o orentacj C-L o wymarach 7,5x15x8mm, natomast do badań materału ze strefy wpływu cepła (SWC) oraz spony (SP) stosowano próbk o orentacj L-C wymarach 7xl4x8mm. Wyznaczone parametry równań określających prędkość wzrostu szczelny zmęczenowej podano w tabel 2 a charakterystyk w postac wykresu AK - da/dn pokazano na rys.6 w układze współrzędnych: da/dn - prędkość wzrostu pęknęca zmęczenowego, AK - ampltuda ntensywnośc naprężeń. Tabela 2. Parametry równań określających prędkość wzrostu szczelny zmęczenowej Badany materał Parametry prostej da/dn = c( AK )" Materał rodzmy Strefa wpływu cepła Spona C 1, ,2363 \O* 2,68 W 12 m. 5,6147 3,1399 5,3129,1, 1 J /A,1 t V ':,1 7^/- -/- ',1 1 1 AK [MParn" MR SWC SP 1 - ; ~r~ 1 ; Rys.6. Szybkość propagacj szczelny zmęczenowej dla próbek pobranych z materału rodzmego, strefy wpływu cepła spony U8

7 5.2. Wyznaczene współczynnków ntensywnośc naprężeń K c Pomary metodą CTOD wykonano zgodne z zalecenam normy BS5762:1979 na próbkach belkowych zgnanych trójpunktowo, przy użycu systemu wytrzymałoścowego Instron 851. Do badań materału rodzmego (MR) zastosowano próbk o orentacj C-L o wymarach 7,5x15x8mm, natomast do badań materału ze strefy wpływu cepła (SWC) oraz spony (SP) stosowano próbk o orentacj L-C wymarach 7xl4x8mm. Zmerzone wartośc krytycznego rozwarca szczelny 8 C oraz oblczone granczne współczynnk ntensywnośc naprężeń K c podano w tabel 3. Tabela 3. Wynk pomarów 8 m - Aa dla próbek o orentacj L-R pobranych z materału rodzmego oraz oblczone współczynnk równana regresj Rodzaj badanego materału MR SWC SP Temp. badana [ C] CTOD [mm],73,856,913,179,84,362 K, c [MPan 5 ] 73,6 8, ,84 79,82 152,4 Współczynnk równana prostej 8 m = n Aa+8 wyznaczone metodą regresj lnowej m,1449,1928,687,471,2833,1526 8o,73,856,913,179,84,362 Współczynnk korelacj r,85,4427,938,651,828, Badana odpornośc na pękane wyznaczonej w próbe zgnana udarowego Ku Granczny współczynnk ntensywnośc naprężeń Ku w warunkach zgnana udarowego wyznaczono przy użycu systemu do pomaru udarnośc frmy Wolpert typ PW 3/15. Do badań użyto próbek typu Charpy-V o orentacj C-L dla materału rodzmego oraz L-C dla materału ze strefy wpływu cepła spony ze szczelną przedwstępną. Szczelnę przedwstępną o długośc a/w =,45 -s-,55 wypropagowano zmęczenowo przy użycu systemu wytrzymałoścowego Instron 851, stosując trójpunktowe zgnane próbek przy stałej strzałce ugęca próbk stałej częstotlwośc obcążeń (1 Hz). Warunk obcążeń dobrano tak, aby żądaną długość szczelny uzyskać po mnmum 5.. cykl obcążeń. Pomary grancznego współczynnka ntensywnośc naprężeń KM materału rodzmego wykonano w temperaturze C a dla materału ze strefy wpływu cepła spony pomary wykonano w temperaturze pokojowej oraz C. Wynk pomarów K^ w funkcj temperatury badana podano w forme wykresu (rys.7) w tabel

8 , \.! < 1 ; ^ - \ V 4 UR UR-mdra A SWC SWC-fcatMa < r SP SP-***! eo Rys.7. Wykres wyznaczonych wartośc KM W funkcj temperatury badana Tabela 4. Wynk pomarów odpornośc na pękane KM W próbe zgnana udarowego Badany materał Materał rodzmy SWC SP Temperatura pomaru [ C] -6-1 Wartość średna KM [MPa-m" 2 ] 84, 66,3 62,2 77,4 53,7 86,8 72,6 54,1 77,2 15

9 6. WNIOSKI Z PRZEPROWADZONYCH BADAŃ Pomary twardośc HV1 wykazały nerównomerny jej rozkład, polegający na znacznym obnżenu twardośc w materale spony oraz newelkm podwyższenu w strefe wpływu cepła w porównanu z twardoścą materału rodzmego. Badana wytrzymałośc statycznej na rozcągane wskazują na stablność wyznaczonych wskaźnków stal G355 w zakrese temperatur pomarów -4 C do 1 C. Podobną stablność wykazało połączene spawane badane w temperaturze pokojowej C. Pomary udarnośc wykazały, że kruchość badanej stal ne zmena sę w zakrese temperatur od -4 C do 1 C. Temperaturę przejśca w stan kruchy oszacowano na ok. -5 C. Temperatura, w której badana stal trac swoje własnośc plastyczne wynos -6 C. Pomary odpornośc na pękane poprzez wyznaczene 8 C, metodą CTOD Ku wskazują na nską odporność na pękane badanej stal G355 materału złącza spawanego (SWC, SP). W temperaturze pokojowej C Km* dla badanych obszarów wynos ok. 8MPam 1/2. Wg BS4515:1984 Appendx H dla rur o średncy 7-799mm grubośc ścank 1mm wartość 8 C pownna wynosć powyżej,18mm, co odpowada Kmat =133 MPa.m 1/2. Uzyskane wynk badań śwadczą o prawe dwukrotne nższej odpornośc na pękane materału rodzmego strefy wpływu cepła. Pomary porównawcze prędkośc rozwoju szczelny zmęczenowej da/dn wykonane na próbkach typu bend" wykazały, że materał rodzmy spona mają porównywalną skłonnośc do tworzena pęknęć zmęczenowych, natomast strefa wpływu cepła jest mnej podatna. Pomary grancznego współczynnka ntensywnośc naprężeń K4<j w zakrese temperatur -6-H-1 C wskazują na newelk wpływ temperatury badana na odporność na pękane badanej stal. Pomary w temperaturze pokojowej potwerdzają wynk badań uzyskane metodą CTOD. Na podstawe przeprowadzonych badań wycnka rurocągu ze stal G-355 odporność na pękane materału rodzmego, strefy wpływu cepła spony można oszacować na pozome 8 MPam 1/2 7. ANALIZA WYNIKÓW METODĄ SACC Do określena wymarów krytycznych szczelny dla badanego wycnka rurocągu ze stal G- 355 przyjęto: - Re=36MPa - K c =8 MPa.m 1/2, - Współczynnk bezpeczeństwa 1,6 Założono, że cśnene w gazocągu wynos p=5,5mpa, co wywołuje naprężena obwodowe w ścance c=19mpa. Wynk analzy przedstawono na załączonym wydruku. 151

10 SACC - (a:\pgng.sac) :16:5 Page 4 Summary Load block #: 1/1; ID: Crack Depth Crack Length Note(s) Input 2.5 mm 1. mm - Acceptable! 4. mm I 16. ram - Crtcal 7.9 n 31.7 mm - Falure assessment dagram Load block #: 1/1; ID: 1.5-r / Crtcal / Acceptable o Input Wykres K r =f(l r ) jest sporządzony we współrzędnych bezwymarowych: - K r - funkcja ntensywnośc naprężeń odpornośc na pękane, - L r - funkcja obcążeń własnośc plastycznych materału. Punkt zaznaczony na wykrese wskazuje stan materału opsany w przykładze na str.96. Najbardzej prawdopodobny rozwój szczelny, w opsanych warunkach pracy rurocągu, będze przebegał wzdłuż ln przerywanej czerwono-nebeskej. Gdy szczelna osągne wymary krytyczne może nastąpć pęknęce rury. 152