złączy spawanych pracujących w warunkach pełzania

Podobne dokumenty
Janusz Dobrzański, Adam Zieliński. Trwałość resztkowa i resztkowa rozporządzalna. Instytut Metalurgii Żelaza, Gliwice. /t r

BADANIA URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH ELEMENTEM SYSTEMU BIEŻĄCEJ OCENY ICH STANU TECHNICZNEGO I PROGNOZOWANIA TRWAŁOŚCI

Trwałość resztkowa materiału rurociągów parowych, pracujących w układzie kolektorowym, po przepracowaniu obliczeniowego czasu pracy

Obliczeniowa trwałość rozporządzalna w praktyce jest

RECENZJA rozprawy doktorskiej mgr inż. Artura Jasińskiego pt.

Pełzanie jako zjawisko ograniczające długotrwałą eksploatację rurociągów parowych 1)

OCENA TRWAŁOŚCI ELEMENTÓW CZĘŚCI CIŚNIENIOWEJ KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH W PROCESIE DOPUSZCZANIA DO EKSPLOATACJI POZA OBLICZENIOWY CZAS PRACY

Pełzanie jako zjawisko ograniczające długotrwałą eksploatację rurociągów parowych 15 sierpnia 2013

Diagnostyka i ocena trwałości elementów kotła ze stali 16Mo3 pracującego w warunkach pełzania

Degradacja mikrostruktury stali 13CrMo4-5 pracującej w warunkach pełzania w kontekście trwałości konstrukcji kotłowych

DIAGNOSTYKA ELEMENTÓW URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH PRACUJĄCYCH POD DZIAŁANIEM CIŚNIENIA W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE

Maria DZIUBA-KAŁUŻA, Janusz DOBRZAŃSKI, Hanna PURZYŃSKA, Zofia KANIA-PIFCZYK, Radosław ROZMUS

Wymogi UDT stawiane urządzeniom ciśnieniowym eksploatowanym ponad obliczeniowy czas pracy w warunkach pełzania 1)

OCENA STANU TECHNICZNEGO RUROCIĄGÓW WYSOKOPĘŻNYCH - DOBÓR KRYTERIÓW

NIEKTÓRE WŁASNOŚCI SPAWANYCH ZŁĄCZY MIESZANYCH STALI P91 ZE STALĄ 13HMF W STANIE NOWYM I PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

trwałości stali dla energetyki

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

i sposoby ich eliminacji

Artur Jasiński, Zakład Chemii i Diagnostyki, ENERGOPOMIAR Sp. z o.o.

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

OCENA STANU MATERIAŁU ELEMENTÓW KRYTYCZNYCH CZĘŚCI CIŚNIENIOWEJ KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH Z FERRYTYCZNEJ STALI 12Cr-lMo-V PRACUJĄCYCH W WARUNKACH PEŁZANIA

ANALIZA WPŁYWU SZYBKOŚCI CHŁODZENIA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI STALIWA L21HMF PO REGENERUJĄCEJ OBRÓBCE CIEPLNEJ

Kontrola jakości materiałów i wyrobów Quality control of materials and products. Liczba godzin/tydzień: 2W, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Wpływ pełzania na uszkodzenia złącza spawanego rurociągu pary świeżej

EKSPLOATACJA RUROCIĄGÓW PARY DIAGNOSTYKA I WNIOSKI EKSPLOATACYJNE

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

Nazwa przedmiotu INSTRUMENTARIUM BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Instrumentation of research in material engineering

... Definicja procesu spawania gazowego:... Definicja procesu napawania:... C D

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

SPRAWOZDANIE ĆWICZENIE SP-1. LABORATORIUM SPAJALNICTWA Temat ćwiczenia: Spawanie gazowe (acetylenowo-tlenowe) i cięcie tlenowe. I.

System diagnostyczny jako sposób na wydłużenie czasu bezpiecznej eksploatacji rurociągów parowych

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

NIENISZCZĄCE BADANIA GAZOCIĄGÓW PRZESYŁOWYCH - ZAŁOŻENIA DO PROCEDURY BADANIA OBIEKTU - WYMAGANIA NORMY WYROBU EN 12732

Wytrzymałość Materiałów

Wyniki badań niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej stali WELDOX 900

SPAWANIE ELEKTRONOWE I SPAWANIE TIG BLACH Z TYTANU TECHNICZNEGO

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne złącza spawanego stali 12HMF po długotrwałej eksploatacji

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Przedmiotowy system oceniania

WPŁYW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ TAŚM ZE STALI X6CR17 NA ICH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ

Walidacja procesu spawania jako narzędzie zarządzania jakością

Badanie właściwości i struktury połączeń spawanych nowej i eksploatowanej stali 14 MoV6-3 (13HMF)

PEŁZANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

Kompleksowe podejście do zapewnienia bezpieczeństwa urządzeń technicznych. Michał Karolak Urząd Dozoru Technicznego

ANALIZA TECHNICZNO-EKONOMICZNA POŁĄCZEŃ NIEROZŁĄCZNYCH

BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH 1. Próba rozciągania metali w temperaturze otoczenia (zg. z PN-EN :2002)

Rys. 1. Próbka do pomiaru odporności na pękanie

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

Konferencja UDT. Mechanizmy degradacji i ocena stanu technicznego elementów kotłów i rurociągów pracujących w warunkach pełzania

OBRÓBKA CIEPLNA STALIWA Cr Mo V PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

KONSTRUKCJE METALOWE

... Definicja procesu spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną (MMA):... Definicja - spawalniczy łuk elektryczny:...

TRWAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA A RODZAJ POŁĄCZENIA SPAWANEGO STALI S650MC I S700MC

POMIARY ODPORNOŚCI NA PĘKANIE STALI NISKOSTOPOWEJ METODĄ CTOD ZGODNIE Z ZALECENIAMI BS

... Definicja procesu spawania łukowego w osłonie gazu obojętnego elektrodą nietopliwą (TIG):...

Program ramowy Energetyka 200+

Opis przedmiotu zamówienia dla części 2

DIAGNOSTYKA I CHEMIA DLA ENERGETYKI

ĆWICZENIE 1 STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA METALI - UPROSZCZONA. 1. Protokół próby rozciągania Rodzaj badanego materiału. 1.2.

Hotel Wodnik, Słok koło Bełchatowa 5-8 październik Pana Mieczysława Borowskiego. Pana Henryka Warkocza

SPRAWOZDANIE ĆWICZENIE NR SP

... Definicja procesu spawania łukowego elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (MIG), aktywnego (MAG):...

Porównanie właściwości złączy spawanych ze stali Domex 700 MC i Alform 700 M

Energetyczne rurociągi wysokoprężne instalacje po długoletniej eksploatacji

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

OKREŚLENIE MOŻLIWOŚCI OCENY JAKOŚCI ZŁĄCZY SPAWANYCH Z TWORZYW SZTUCZNYCH NA PODSTAWIE ICH OBRAZU RADIOGRAFICZNEGO

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 10

Badanie właściwości mechanicznych złączy z niskowęglowych stali Cr-Mo spawanych laserowo

Ermeto Original Rury / Łuki rurowe

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

POŁĄCZENIA SPAWALNICZE ELEMENTÓW NADWOZIA WYKONYWANE PODCZAS NAPRAW POWYPADKOWYCH POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

WPŁYW PARAMETRÓW ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO NA STRUKTURĘ i WŁAŚCIWOŚCI STOPU MAGNEZU AM50

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 4

Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych

ANALIZA WYKRYWALNOŚCI WAD POŁĄCZEŃ SPAWANYCH METODAMI ULTRADŹWIĘKOWĄ I MPM

Konstrukcje spawane : połączenia / Kazimierz Ferenc, Jarosław Ferenc. Wydanie 3, 1 dodruk (PWN). Warszawa, Spis treści

SPECYFIKACJA TECHNICZNA DLA OSIOWYCH KOMPENSATORÓW MIESZKOWYCH PRZEZNACZONYCH DO STOSOWANIA W WARSZAWSKIM SYSTEMIE CIEPŁOWNICZYM

Kryteria odbiorowe złączy spawanych w gazociągach przesyłowych

Wpływ kierunku walcowania blach ze stali obrobionej termomechanicznie na jakość złączy spawanych

Trwałość eksploatacyjna złączy spawanych z nadmierną szerokością spoiny

KONFERENCJA WYBRANE ZAGADNIENIA Z PROJEKTOWANIA, WYTWARZANIA I EKSPLOATACJI KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH, PRZEMYSŁOWYCH I CIEPŁOWNICZYCH

Właściwości mechaniczne niejednorodnego złącza spawanego stali VM12/X20 po wyżarzaniu

NOWE PROPOZYCJE OŚRODKA KSZTAŁCENIA I NADZORU SPAWALNICZEGO INSTYTUTU SPAWALNICTWA

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

ZMĘCZENIE MATERIAŁU POD KONTROLĄ

BADANIA STRUKTURY POŁĄCZEŃ SPAWANYCH PRZY WYKORZYSTANIU TRANSMISYJNEGO MIKROSKOPU ELEKTRONOWEGO (TEM)

Ich właściwości zmieniające się w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego (rys) i technologii wytwarzania wyrobu.

ZGRZEWANIE TARCIOWE STOPU ALUMINIUM EN AW-6005A METODĄ FSW

SPAWANIE RUR W GATUNKU GR. C/6/X52 DRUTEM PROSZKOWYM M. STANKIEWICZ 1, H. JONDERKO 2, D. KIJOWSKI 3, W. PSONKA 4

OCENA STANU I PRZYDATNO CI DO DALSZEJ PRACY MATERIA U RUROCI GÓW PAROWYCH EKSPLOATOWANYCH POWY EJ OBLICZENIOWEGO CZASU PRACY

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

Spawanie staliwa Cr-Mo z dodatkiem pierwiastków ziem rzadkich metodą TIG

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY PROJEKT DYPLOMOWY INŻYNIERSKI

Transkrypt:

Michał Kwiecień, Adam Zieliński przeglad Diagnostyka złączy spawanych pracujących w warunkach pełzania Welding Technology Review DOI:.http://dx.doi.org/10.26628/ps.v89i11.832 Diagnostics of welded joints working under creep conditions Streszczenie W referacie przedstawiono wyniki badań nieniszczących oraz niszczących złącza spawanego rurociągu parowego pracującego w warunkach pełzania. Opisano sposób podejścia do oceny stanu technicznego materiału złączy spawanych rurociągów wysokoprężnych pary pracujących powyżej obliczeniowego czasu pracy oraz metodykę oceny wyników badań. Przedstawiono wyniki badań niszczących złącza spawanego usuniętego z instalacji na podstawie negatywnych wyników badań nieniszczących. Analizy te obejmowały badania metalograficzne wykonane na mikroskopie skaningowym, badania własności mechanicznych oraz skrócone próby pełzania. Zwrócono uwagę na wpływ jakości wykonania złączy spawanych na bezpieczeństwo eksploatacji urządzeń energetycznych. Słowa kluczowe: pełzanie; diagnostka Abstract The paper presents the results of non-destructive and destructive testing of the welded joint of the steam pipeline working under creep conditions. The purpose of this study is to describe the approach to assessment of technical condition of material of welded joints of hp steam pipelines in operation beyond the design work time and to define the methodology for assessing test results. The paper provides the results of destructive testing of the welded joint removed from the installation due to the negative results of nondestrutive testing. The analysis comprises metallographic examination by means of a scanning electron microscope, the evaluation of mechanical properties and abridged creep tests. Particular attention is paid to the influence of quality of welded joints on operational safety of power equipment. Keywords: creeping; diagnostics Wstęp Spawanie to podstawowa metoda łączenia elementów kotłów i rurociągów wysokoprężnych pary stosowanych w energetyce. Złącza spawane, jako jedne ze składowych części urządzeń wytwarzających parę, poddawane są obciążeniom związanym z ciśnieniem i temperaturą czynnika roboczego czy powstającymi momentami skręcającymi i zginającymi. Oddziałujące długotrwale na materiał danego elementu obciążenia są przyczyną spadku jego właściwości mechanicznych i skracają czas bezpiecznej eksploatacji [1 11]. Dotyczy to przede wszystkim elementów pracujących powyżej temperatury granicznej, gdzie zachodzi proces ciągłego, powolnego odkształcenia plastycznego przy naprężeniach niższych od granicy plastyczności [2,3]. Możliwości eksploatacyjne złączy spawanych pracujących w warunkach pełzania uzależnione są również od jakości ich wykonania. W warunkach przemysłowych wykonanie złącza spawanego o wysokiej klasie jakości wymaga wysokiej kultury technicznej personelu oraz stosowania odpowiednio dobranych materiałów dodatkowych. Końcowa weryfikacja, która pozwala dopuścić dane złącze spawane do eksploatacji, wymaga doboru odpowiedniego programu badań diagnostycznych, aby ocenić rzeczywisty stan techniczny złącza. Opiera się ona głównie na badaniach nieniszczących oraz tam, gdzie wymaga tego sytuacja na badaniach niszczących [7 11]. Badania nieniszczące Zachowanie bezpiecznej eksploatacji urządzeń energetycznych wymaga wykonywania okresowych badań, które mają na celu uzyskanie informacji na temat ich rzeczywistego stanu technicznego. Zdobyte informacje pozwalają na określenie możliwości dalszej pracy badanych elementów. W przypadku złączy spawanych pracujących w warunkach pełzania jest to szczególnie istotne, ponieważ ich możliwości eksploatacyjne są często nawet o połowę mniejsze niż elementów łączonych. Przy zastosowaniu odpowiedniego programu badań nieniszczących, opartego na wieloletnich doświadczeniach, oraz wytycznych UDT można zagwarantować odpowiednie bezpieczeństwo eksploatacji takich złączy, Michał Kwiecień ENERGOPOMIAR Sp. z o.o., dr hab. inż. Adam Zieliński Instytut Metalurgii Żelaza Autor korespondencyjny/corresponding author: mkwiecien@energopomiar.com.pl PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 89 11/2017 37

a także określić konieczne do wykonania naprawy oraz prace zapobiegawcze. Program diagnostyczny może obejmować następujące rodzaje badań: badania wizualne powierzchni zewnętrznych złączy spawanych oraz powierzchni wewnętrznych, badania magnetyczno-proszkowe oraz penetracyjne, które umożliwiają wykrycie uszkodzeń powierzchniowych, badania objętościowe ultradźwiękowe lub radiograficzne umożliwiające wykrycie wad wewnętrznych, badania metalograficzne metodą replik, za pomocą których dokonuje się oceny stanu technicznego materiału oraz jego stopnień wyczerpania (określenie przydatności do dalszej eksploatacji). W przypadku rurociągów istotnym elementem oceny jest stan techniczny systemu zamocowań. Zachowanie poprawnej pracy systemu związane jest z prowadzeniem regularnych przeglądów oraz wykonywania na bieżąco koniecznych napraw. Brak takich działań może prowadzić do lokalnego wzrostu poziomu naprężeń w materiale, co sprzyja przyspieszonemu zużyciu. Na rysunkach 1 4 przedstawiono przykłady wad złączy spawanych wykrytych podczas badań nieniszczących. Diagnostyka złączy spawanych nie sprowadza się jedynie do wykonania samych badań. Obejmuje ona również ocenę rzeczywistego stanu technicznego złączy i określenie perspektywy dalszej bezpiecznej ich eksploatacji. Główne znaczenie mają tutaj badania metalograficzne z wykorzystaniem mikroskopu skaningowego pozwalające oszacować Rys. 3. Badania magnetyczno-proszkowe. Pęknięcie na spoinie pachwinowej króćca odwodnienia [1] Fig. 3. Magnetic particle tests. Cracking on the fillet weld of the drain nozzle [1] Rys. 4. Badania magnetyczno-proszkowe. Pęknięcie w miejscu wykonania wcześniejszej naprawy [1] Fig. 4. Magnetic particle tests. Cracking at the place of previous repair [1] bezpieczny czas pracy. Metodykę oceny wyników badań złączy oraz pozostałych elementów pracujących w warunkach pełzania przedstawiono na rysunku 5. Rys. 1. Badania wizualne za pomocą wideoendoskopu. Fragment spoiny obwodowej. Punktowy brak przetopu [1] Fig. 1. Visual inspection with the use of video endoscope. Fragment of the circumferential weld. Spot missing joint penetration [1] Rys. 2. Badania wizualne za pomocą wideoendoskopu. Fragment spoiny obwodowej. Wklęsłość grani spoiny i podtopienia [1] Fig. 2. Visual inspection with the use of video endoscope. Fragment of the circumferential weld. Concavity of the weld root and its shrinkage [1] Badania niszczące Opracowanie wytycznych do badań niszczących, które umożliwiają ocenę stanu materiału złącza spawanego po eksploatacji w warunkach pełzania wymaga wyznaczenia szeregu wskaźników wytrzymałościowych, oprócz wymaganych normami przedmiotowymi dla materiału w stanie wyjściowym, oraz ujawnienia stanu struktury. W praktyce ocena sprowadza się do wyznaczenia trwałości resztkowej i resztkowej trwałości rozporządzalnej oraz przyporządkowaniu im stopnia wyczerpania, które odniesione do parametrów roboczych dalszej eksploatacji (pr, Tr) określają przydatność do dalszej pracy. Wybór metody badań niszczących lub ich kombinacji zależy od rodzaju i dostępu do analizowanego elementu, usytuowania w nim miejsc o największym wytężeniu oraz względów ekonomicznych. W grupie metod oceny trwałości resztkowej polegających na niszczących badaniach materiałów po eksploatacji można wyróżnić: próby pełzania, statyczne, udarowe i zmęczeniowe próby mechaniczne, badania metalograficzne, badania własności fizycznych, badania szybkości odkształcania materiału. 38 PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 89 11/2017

BADANIA NDT POMIAR UGIĘCIA f WYNIK NEGATYWNY WYNIK POZYTYWNY NIEMOŻLIWA f > fdop NIEMOŻLIWA f < fdop POMIAR GRUBOŚCI ŚCIANKI grz OBLICZANIE MIN. grz < gmin GRUBOŚCI ŚCIANKI gmin grz > gmin POMIAR ODKSZTAŁCENIA OBLICZENIE ODKSZTAŁCENIA ε OBLICZENIE PRĘDKOŚCI PEŁZANIA εp ε εp ε > εdop ε < εdop εp > εdop POMIAR GRUBOŚCI WARSTWY TLENKÓW Ew εp < εdop OBLICZENIE RÓWNOWAŻNEJ TEMPERATURY ŚCIANKI TN OBLICZANIE WYMAGANEJ GRUBOŚCI ŚCIANKI DO PRZEWIDYWANEGO CZASU EKSPLOATACJI gmin/τ BADANIA METALOGRAFICZNE STRUKTURY MATERIAŁU POMIAR TWARDOŚCI MATERIAŁU grz < gmin/τ grz > gmin/τ MOŻLIWA EKSPLOATACJA DO CZASU < τ MOŻLIWA DALSZA EKSPLO- ATACJA > τ OCENA STRUKTURY KLASA STRUKTURY KLASA 7 KLASA 1 6 WYZNACZENIE STOPNIA WYCZERPANIA trz/tmax OKREŚLENIE POZOSTAŁEJ TRWAŁOŚCI trz/tmax > 0,8 trz/tmax < 0,8 Rys. 5. Metodyka oceny wyników badań elementów pracujących w warunkach pełzania materiału [12] Fig. 5. Evaluation method for test results of elements operating under material creeping conditions [12] Na podstawie danych literaturowych i wieloletnich doświadczeń z badań diagnostycznych stwierdzono przydatność szeregu metod badań niszczących, a w szczególności: badań właściwości wytrzymałościowych w temperaturze pokojowej i podwyższonej, badań udarności w celu wyznaczenia progu kruchości, długotrwałych prób pełzania do zerwania bez pomiaru wydłużenia w czasie trwania próby, długotrwałych prób pełzania z pomiarem wydłużenia w czasie trwania próby, przyspieszonych prób pełzania, badań struktury i twardości na zgładach litych próbek. Niszczące badania materiałowe elementów po eksploatacji wymagają bezpośredniego dostępu do elementu oraz możliwości pobrania reprezentatywnych próbek do badań. Stosowane metody badań niszczących do oceny stanu materiału i dopuszczenia do dalszej eksploatacji elementów ciśnieniowych pracujących w warunkach pełzania sprowadzają się do wyznaczenia trwałości resztkowej i resztkowej trwałości rozporządzalnej. Badania takie umożliwiają dokładną ocenę stopnia wyczerpania i stopnia uszkodzenia badanego materiału bez znajomości historii warunków dotychczasowej eksploatacji, a zwłaszcza naprężeń roboczych i rzeczywistej temperatury pracy oraz bez wykorzystywania standardowych danych materiałowych (dla stanu wyjściowego). Badania własności wytrzymałościowych w temperaturze pokojowej i podwyższonej Badania własności wytrzymałościowych materiałów po długotrwałej eksploatacji pracujących w warunkach pełzania i zmęczenia przeprowadzane są w próbach rozciągania w temperaturze pokojowej i podwyższonej celem wyznaczenia: wytrzymałości na rozciąganie R m, granicy plastyczności R e, wydłużenia A 5, granicy plastyczności R et. Wyniki takich badań pozwalają stwierdzić czy badany materiał spełnia wymagania w zakresie wyżej wymienionych wskaźników wytrzymałościowych dla wymagań norm przedmiotowych na wyroby hutnicze z badanego gatunku stali. Nie znaleziono korelacji pomiędzy badanymi wskaźnikami wytrzymałościowymi a własnościami na pełzanie materiałów po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania, której to korelacji nie ma również dla materiałów w stanie dostawy hutniczej. Wyniki badań właściwości wytrzymałościowych (R m, R e, A 5, R et) w powiązaniu z obrazem struktury, odniesionym do posiadanych charakterystyk wytrzymałości na pełzanie materiałów po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania i odpowiadającego mu stopnia wyczerpania, pozwalają na ocenę stanu materiału i szacowanie jego przydatności do dalszej pracy. Badania udarności w celu wyznaczenia progu kruchości W celu oceny trwałości resztkowej materiału po długotrwałej eksploatacji wykonuje się badania udarności na próbkach z karbem V, wykonanych w różnej temperaturze badania. W porównaniu ze stanem dostawy temperatura przejścia w stan kruchy dla większości materiałów badanych elementów ze stali Cr-Mo i Cr-Mo-V jest przesunięta do wyższych wartości. Tylko w nielicznych przypadkach materiał PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 89 11/2017 39

po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania charakteryzuje się poziomem udarności o wartościach wyższych niż minimalna wymagana dla materiału w stanie dostawy hutniczej. Na podstawie własnych doświadczeń i danych literaturowych zauważono, że wartość udarności nie zależy wyłącznie od rozwoju procesów wydzieleniowych w wyniku pełzania, ale również od rozwoju wewnętrznych uszkodzeń i powstałych w czasie eksploatacji nieciągłości struktury. Można zatem stwierdzić, że metoda badań udarności na materiale po eksploatacji w warunkach pełzania jest tylko pośrednio przydatna do oceny trwałości resztkowej i wyznaczenia stopnia wyczerpania. Może jednak posłużyć do oceny zdolności materiału do przenoszenia obciążeń związanych z wykonywanymi próbami ciśnieniowymi oraz odstawieniami i uruchomieniami instalacji w procesie jej dalszej eksploatacji. Dane literaturowe i własne doświadczenia w diagnostyce elementów ciśnieniowych kotłów potwierdzają: konieczność przeprowadzania dla materiału po eksploatacji ciśnieniowych prób wodnych w temperaturze wyższej niż 30 C z zachowaniem statycznego sposobu napełniania wodą badanego układu, konieczność ścisłego przestrzegania dopuszczalnych szybkości wzrostu temperatury układu przy rozruchach oraz jej spadku przy odstawieniach. Dochowanie przyjętych procedur przy prowadzeniu wodnych prób ciśnieniowych oraz w czasie rozruchów i odstawień umożliwia dalszą bezpieczną eksploatację elementów po długotrwałej eksploatacji, co potwierdza przydatność tych badań w praktyce diagnostycznej. Przedmiot badań Przedmiotem badań była spoina obwodowa pobrana z rurociągu pary wysokoprężnej łączącego kocioł typu OP-230 z turbozespołem. Podstawowe parametry eksploatacyjne rurociągu przedstawiono w tablicy I. W wyniku przeprowadzonych okresowych badań nieniszczących rurociągu stwierdzono na jednym ze złącz obwodowych ø237,0x32,0 obecność wad w postaci porów lica, które obejmowały odcinek o długości ok. 30 mm (rys. 6). Podjęto próbę usunięcia wad przez szlifowanie, która nie dała oczekiwanych rezultatów, ponieważ w późniejszym czasie pojawiały się wady w postaci pęcherzy oraz zażużleń. Po wybraniu materiału spoiny na głębokość 10 mm podjęto decyzję o konieczności usunięcia złącza i wykonaniu naprawy przez zamontowanie wstawki o długości ok. 1000 mm. Takie rozwiązanie pozwoliło uniknąć wprowadzenia niekorzystnego stanu naprężeń w rurociągu. Badania niszczące złącza Przeprowadzone badania niszczące złącza spawanego obejmowały m.in.: badania struktury w skaningowym mikroskopie elektronowym; badania właściwości wytrzymałościowych w temperaturze pokojowej i podwyższonej zbliżonej do temperatury pracy; pomiar twardości; Tablica I. Podstawowe dane techniczne rurociągu [1] Table I. Basic technical data of the pipeline [1] Ciśnienie obliczeniowe [MPa] Temp. obliczeniowa [ C] Ilość godzin pracy [h] 16,2 540 224 000 ø [mm] 327,9 273,0 Wymiary Grubość ścianki [mm] 60 32 Materiał podstawowy 10H2M 13HMF Rys. 6. Schemat rurociągu oraz lokalizacja wadliwej spoiny [1] Fig. 6. Pipeline diagram and the location of the defective weld [1] skrócone próby pełzania celem wyznaczenia rozporządzalnej trwałości resztkowej, która jest czasem bezpiecznej eksploatacji w założonych parametrach dalszej pracy. Wyniki badań metalograficznych Przeprowadzone wyniki badań struktury materiału badanego złącza wykazały, że materiał rodzimy posiada strukturę ferrytyczno-bainityczną. Obszary bainityczne są w większości skoagulowane, a na granicach ziarn ferrytu zauważyć można zróżnicowanej wielkości wydzielenia, niektóre znaczne. Wydzielenia występują również w ziarnach ferrytu. Są bardzo drobne i równomiernie rozmieszczone. Nie zaobserwowano nieciągłości i mikropęknięć w strukturze materiału rodzimego, a także zapoczątkowania procesów uszkodzenia. Stopień wyczerpania struktury materiału rodzimego po obu stronach złącza zakwalifikowano do drugiej klasy głównej, co daje stopień wyczerpania materiału na poziomie 0,3 0,4 wg klasyfikacji Instytutu Metalurgii Żelaza (IMŻ). W przypadku samej spoiny również nie zaobserwowano nieciągłości i mikropęknięć w jej strukturze. Nie stwierdzono również procesów uszkodzenia. W przypadku strefy wpływu ciepła po jednej ze stron spoiny stwierdzono obecność procesów uszkodzenia, co przedstawiono na rysunku 7. Badania właściwości mechanicznych Badania właściwości mechanicznych (wytrzymałościowych), w tym wytrzymałość na rozciągania R m, granicę plastyczności R e i R et, wydłużenia A 5 oraz przewężenie Z przeprowadzono w temperaturze pokojowej oraz w temperaturze podwyższonej tj. 500 C. Wyniki tych badań przedstawiono w tablicy II. Z uzyskanych wyników badań wytrzymałościowych wynika, że granica plastyczności dla próby wykonanej w temperaturze pokojowej nie spełnia warunków stawianych przez PN-74/H-74252, która określa właściwości wytrzymałościowe dla materiału w stanie wyjściowym. Pozostałe wyniki nie budzą zastrzeżeń. Pomimo spadku właściwości 40 PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 89 11/2017

Rys. 7. Obrazy struktury złącza spawanego rurociągu pary świeżej ze stali 13HMF po długotrwałej eksploatacji [1] Fig. 7. Images of the welded joint structure of the 13HMF steel main steam pipe after long-term operation [1] Tablica II. Wyniki badań wytrzymałościowych badanego złączą spawanego [1] Table II. The results of the strength tests performed on the inspected welded joint [1] Nazwa elementu Gatunek stali Temperatura badania [ C] Właściwości wytrzymałościowe R m [MPa] R eh [MPa] A 5 [%] Z [%] Złącze spawane 13HMF (14MoV63) 13HMF 20 494 (min. 490) 293 (min. 365) 21 (min. 20) 78 500 300 234 (min. 186) 23 84 plastycznych złącze takie może być eksploatowane, ponieważ elementy pracujące w warunkach pełzania projektowane są na podstawie naprężenia dopuszczalnego, uwzględniającego średnią czasową wytrzymałość na pełzania lub granicę pełzania na obliczeniowy czas pracy. Należy jednak uwzględnić taką informację podczas planowania próby wodnej, która może mieć w tym przypadku charakter próby szczelności, a nie próby wytrzymałościowej. Skrócone próby pełzania Skrócone próby pełzania przeprowadzono dla pięciu poziomów temperatury badania, od 600 do 680 C ze stopniowaniem co 20 C, przy stałym poziomie naprężenia badania σ b=const odpowiadającym eksploatacyjnemu. Zastosowany sposób skrócania czasu wykonania prób pełzania polega na przyspieszeniu procesu pełzania poprzez podwyższenie temperatury badania T b znacznie ponad poziom temperatury właściwej dla eksploatacji T e, w próbkach prowadzonych przy stałym naprężeniu badania odpowiadającym eksploatacyjnemu σ b=σ r=const. Pozwalają one na wykreślenie prostej nachylonej do osi czasu do zerwania t r. Trwałość resztkową wyznacza się przez ekstrapolację uzyskanej prostej w kierunku niższej temperatury odpowiadającej eksploatacyjnej T e. Wyniki badań prób pełzania obwodowego złącza spawanego przedstawiono na wykresie (rys. 8) w postaci zależności logt z=f(t b) przy σ b=const, gdzie t z jest czasem do zerwania w próbie pełzania. PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 89 11/2017 41

1 000 000 Tablica III. Prognozowana trwałość resztkowa na podstawie skróconych prób pełzania [1] Table III. Estimated residual service life based on the shortened creep testing [1] Czas do zerwania tr, h 100 000 10 000 1 000 Oznaczenie Złącze spawane 13HMF (14MoV63) Przyjęte naprężenie robocze σ r [MPa] 55 Przyjęta temp. dalszej eksploatacji T r [ C] Oszacowana trwałość [h] 1) resztkowa rozporządzalna resztkowa 540 50 000 30 000 530 80 000 48 000 100 10 540 560 580 600 620 640 660 680 700 Temperatura badania T b, C 1) Pod warunkiem, że wielkość trwałego odkształcenia po dotychczasowej długotrwałej eksploatacji nie przekracza 1%. Rys. 8. Rozporządzalna trwałości resztkowa dla naprężenia roboczego w zależności od poziomu temperatury roboczej dla materiału obwodowego złącza spawanego rurociągu pary po długotrwałej eksploatacji [1] Fig. 8. Available residual service life for working tension depending on the operating temperature level for circumferential material of the welded joint of the steam pipe after long-term operation [1] Podsumowanie Zmiany w obrazie mikrostruktury badanego materiału rurociągu i jego jednorodnego złącza spawanego świadczą o ich zróżnicowanej degradacji wskutek długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania. W strefie wpływu ciepła badanego złącza spawanego stwierdzono zapoczątkowanie procesów uszkodzeń wewnętrznych i nieciągłości struktury w postaci nielicznych pustek. Uzyskane wyniki badań wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności w temperaturze pokojowej oraz podwyższonej materiału złącza spawanego rurociągu pary spełniają wymagania dla materiału w stanie wyjściowym z wyjątkiem granicy plastyczności w temperaturze pokojowej, która tych wymagań nieznacznie nie spełnia. Trwałość resztkowa wyznaczona w skróconych próbach pełzania dla temperatury roboczej T r =540 C oraz naprężenia roboczego σ r=55 MPa złącza spawanego rurociągu pary wynosi 50 tys. godzin. Natomiast trwałość rozporządzalna, będąca czasem dalszej bezpiecznej eksploatacji dla ww. parametrów, wynosi 30 tys. godzin. Wykonane badania złącza spawanego wykazały, że czas jego dalszej bezpiecznej eksploatacji (ponad obliczeniowy czas pracy) był niewielki. Wynika to z prowadzonej dotychczasowej eksploatacji złącza w warunkach pełzania, ale w dużej mierze spowodowane to jest również jakością jego wykonania. Część.zamieszczonych.wyników.uzyskane.zostały.w.ramach.badań.współfinansowanych.przez.Narodowe.Centrum.Badań.. i.rozwoju.na.podstawie.umowy.nr.pbs/b5/42/2015..projekt:. Metodyka,.ocena.i.prognoza.eksploatacji.powyżej.obliczeniowego. czasu.pracy.złączy.spawanych.elementów.ciśnieniowych.kotłów.energetycznych. Literatura [1] Sprawozdania i wyniki prac pomiarowych i badawczych z lat 2014-2016, opracowania ENERGOPOMIAR Sp. z o.o., Zakład Chemii i Diagnostyki (niepubl.). [2] Dobrzański J.: Materiałoznawcza interpretacja trwałości stali dla energetyki, Open Access, Library, 2011, Vol. 3. [3] Hernas A., Dobrzański J.: Life-time and Damage of Boilers and Steam Turbines Elements, Publishing House of the Silesian University of Technology, Gliwice 2003. [4] Dobrzański J., Sroka M., Zieliński A.: Methodology of classification of internal damage the steels during creep service, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2006, vol. 18, pp. 263-266. [5] Zieliński A., Dobrzański J., Krztoń H.: Structural changes in low alloy cast steel Cr-Mo-V after long time creep service, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2007, vol. 25, Issue 1, pp. 33-36. [6] Dobrzański J., Krztoń H., Zieliński A.: Development of the precipitation processes in low-alloy Cr-Mo type steel for evolution of the material state after exceeding the assessed lifetime, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2007, vol. 23, Issue 2, pp. 19-22. [7] Zieliński A.: Wpływ długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania na własności mechaniczne staliwa Cr-Mo-V, VIII Międzynarodowa Konferencja Naukowa Nowe technologie i osiągnięcia w metalurgii i inżynierii materiałowej, Częstochowa 25 maja 2007, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, tom II, s. 717-721. [8] Zieliński, A., Dziuba-Kałuża, M., Dobrzański, J., Sroka M.: The impact of repair welded joint on the life of Cr-Mo-V steel steam pipeline after service under creep conditions, Materials Science and Engineering, 2014, vol. 68(1), pp. 36-44. [9] Dziuba-Kałuża, M., Dobrzański, J., Zieliński, A.: Mechanical properties of Cr-Mo and Cr-Mo-V low-alloy steel welded joints after long-term service under creep conditions, Archives of Materials Science and Engineering, 2013, vol. 63.1, pp. 5-12. [10] Sroka M., Zieliński A., Mikuła J.: The service life of the repair welded joint of Cr-Mo / Cr-Mo-V, Archives of Metallurgy and Materials, 2016, vol. 61, pp. 969-974. [11] Zieliński A., Golański G., Sroka M.: Comparing the methods in determining residual life on the basis of creep tests of low-alloy Cr-Mo-V cast steels operated beyond the design service life, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2017. [12] Instrukcja badań i oceny stanu technicznego rurociągów pracujących w warunkach pełzania, opracowanie ENERGOPOMIAR Sp. z o.o., Gliwice styczeń 2012 (niepubl.). [13] Jasiński A.: System diagnostyczny jako sposób na wydłużenie czasu bezpiecznej eksploatacji rurociągów parowych, Energetyka, 2012, nr 9. [14] Kwiecień M., Goławski A.: Pełzanie jako zjawisko ograniczające długotrwałą eksploatację rurociągów parowych, Energetyka, 2013, nr 7. [15] Jasiński A.: Jak typować elementy do badań w przypadku rurociągów wysokoprężnych, Energetyka, 2015, nr 9. [16] PN-75/H-84024: Rury stalowe bez szwu kotłowe, 1975. [17] PN-75/H-84024: Stal do pracy przy podwyższonych temperaturach Gatunki, 1975. 42 PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 89 11/2017