Дипломыч (1220897), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Объемные дефекты сравнительно безопасны в отношении потери работоспособности конструкции. Такие дефекты (поры, шлаки) можно нормировать по размерам или по площади ослабления ими сечения шва. При относительной суммарной площади подобных дефектов в сечении шва до 5-10%, данные дефекты почти не влияют на прочность сварных соединений.
В условиях статических нагрузок при прочности металла шва ниже прочности основного металла усиление стыкового шва может играть положительную роль и наоборот, если прочность сварного соединения больше или равна прочности основного металла, то усиление шва может ухудшать работоспособность конструкции. В сварных конструкциях, работающих в условиях переменных нагрузок, усиление сварных соединений снижает выносливость конструкции в целом. Чем больше усиление шва и, следовательно, чем меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем больше его влияние на предел выносливости. Степень влияния смещения кромок на прочность стыковых соединений зависит главным образом от чувствительности металла шва к концентрации напряжений, а также от характера приложенных нагрузок. При статических нагрузках в сварных соединениях низкоуглеродистых сталей смещение кромок не оказывает существенного влияния на статическую прочность, так как металл шва не чувствителен к концентраторам дефекта при статической нагрузке. Степень снижения прочности зависит от толщины металла и технологии сварки. При переменных нагрузках смещение кромок стыкового шва оказывает существенное влияние на предел выносливости, степень снижения которого зависит от величины смещения кромок и технологии сварки.
В сварных соединениях, нечувствительных к непровару при статических нагрузках ослабление сечения шва непроваром может быть компенсировано усилением шва. Например, в стыках труб из низкоуглеродистой стали с кольцевым непроваром в корне шва по всему периметру усиление шва при статических нагрузках и температуре 20°С практически полностью компенсирует ослабление сечения, создаваемое непроваром глубиной до 20%. Однако при низкой температуре статическая прочность резко падает, также снижается и пластичность соединения.
При переменных нагрузках сварные соединения обладают различной чувствительностью к непровару в зависимости от свойств основного и присадочного металла и технологии сварки. Сопоставление экспериментальных данных позволяет констатировать:
-
непровар в отношении снижения предела выносливости равноценен надрезу;
-
наличие непровара в сварном шве, составляющего менее 10% толщины основного металла вызывает резкое снижение предела выносливости;
-
последующее увеличение непровара вызывает снижение предела выносливости пропорционально уменьшению рабочего сечения шва.
Практика эксплуатации сварных конструкций ответственного назначения показала, что сварные соединения всех металлов и сплавов имеют высокую чувствительность к трещинам, которые являются наиболее опасными дефектами сварных соединений. Особенно резко трещины снижают усталостную и динамическую прочность, поэтому выявленные трещины оставлять без исправления нельзя. Сварные швы, которые не поддаются ремонту подлежат вырезке и вварке на их место катушки. Анализ данных о дефектах технологических трубопроводов показал, что основными типами дефектов при ручной дуговой сварке и сварке в среде защитных газов являются: непровары в корне шва, шлаковые включения, трещины, поры, подрезы, смещения кромок, свищи и кратеры. Также установлено [27], что основной причиной отказов сварных соединений трубопроводов является наличие плоскостных трещиноподобных поверхностных дефектов, локализованных в основном в корне шва. Отказ сварного соединения при этом обычно не является мгновенным процессом, а развивается в течение достаточно длительного промежутка времени. Процесс разрушения проходит три стадии: рост трещины вплоть до сквозной, подрастание сквозной трещины до критических размеров, закритическое развитие трещины, приводящее к разрушению трубопровода.
В результате роста дефекта и образования сквозной трещины имеет место отказ «течь перед разрушением». Дальнейшее развитие сквозной трещины может занимать достаточно длительное время. Скорость подрастания сквозной трещины до критического значения определяется в основном условиями нагружения сварного соединения, трещиностойкостью материала и уровнем остаточных сварочных напряжений. Закритическое распространение трещины происходит со скоростью, близкой к скорости звука в металле, и приводит к полному или частичному раскрытию сварного соединения.
Использование традиционных методов и средств неразрушающего контроля позволяет выявлять обычно все типы дефектов при условии свободного доступа к поверхности или наличии небольшого слоя изоляции, которая удаляется с обследуемой зоны сварной конструкции. Если же имеются ограничения в доступе к поверхности трубопроводов и при этом необходимо выявлять развивающиеся дефекты, расположенные на большом удалении от места доступа к наружной поверхности, то оценка степени опасности дефектов на основе использования большинства методов и средств неразрушающего контроля часто оказывается технически невозможной или требует чрезмерных затрат. Таким образом, актуальным является выполнение работ по оценке технического состояния протяженных труднодоступных сварных конструкций на основе использования такого инструмента исследования, применение которого позволяет определять степень опасности развивающихся дефектов в основном металле, околошовной зоне и в сварных соединениях, расположенных на малых и больших расстояниях от зоны доступа к наружной поверхности трубы.
Сравнение возможностей, достоинств и недостатков различных методов неразрушающего контроля показывает, что существует в настоящее время единственный метод диагностирования протяженных сварных конструкций с ограниченным доступом к их поверхности, наиболее полно отвечающий перечисленным выше требованиям - метод акустической эмиссии.
3.2 Практического использования метода АЭ
Совокупность эксплуатационных нагрузок на трубопровод вызывает местное образование двух главных типов дефектов, которые в конечном итоге приводят к разрушению трубопровода – это трещиноподобные дефекты и дефекты КРН. Важное значение имеет скорость развития повреждений в области дефекта, характеризующая степень его опасности и определяет конечный срок эксплуатации объекта. Поэтому необходима оценка технического состояния трубопровода в потенциально опасных зонах. Также необходимо отметить то, что главной задачей при разработке проектной документация на строительство трубопроводов обеспечение надежности и безопасности протекания технологических процессов, а не удобства их диагностирования. Таким образом, при проведении технической диагностики трубопроводных систем необходимо применение комплексного подхода с использованием интегральных методов НК, которые позволят осуществлять диагностирование опасных повреждений, возникающих в процессе эксплуатации по всей длине диагностируемого участка с ограниченным доступом.
Среди интегральных способов диагностики трубопроводов метод АЭ практически не имеет альтернативы. Отметим, что на основании комплексного диагностического подхода АЭ метод контроля трубопроводной системы позволяет делать обоснованные выводы как о процессах зарождения и развития опасных дефектов, так и о техническом состоянии объекта в целом.
Рассмотрим некоторые особенности практического применения метода АЭ для диагностики трубопроводных систем. Подтверждением достаточно высокой эффективности применения метода АЭ в комплексе с другими методами НК являются итоги проведенных специалистами фирмы ООО "Стратегия НК" работ по контролю качества сварных соединений трубопроводов природного газа [29]. В ходе контроля методом внутритрубной диагностики одного из участков газопровода было выявлено 20 аномальных сварных соединений, которые в дополнении были проверены при помощи радиографического (РК) и акустико-эмиссионного методов контроля [30]. На рисунке 3.1 изображены сравнительные результаты.
Рисунок 3.1– Результаты РК и АЭ контроля сварных соединений газопровода.
Если радиографический метод показал дефекты в 18 из 20 стыков, то по результатам АЭ наибольшую опасность для текущей эксплуатации газопровода представляют всего 6 из 20 сварных соединений. Принципиальное значение имеет тот факт, что близкий к катастрофически опасному источник по АЭ зарегистрированный в сварном шве, является допустимым по радиографическому методу.
Дальнейший металлографический анализ после вырезки данного стыка с послойной вышлифовкой показал наличие развитой трещины c зоной раскрытия 0,2 мм, фотография которого представлена на рисунке 3.2. Данный дефект образовавшейся на вытянутой цепочке пор, и неметаллических включений в центральных слоях сварного шва. Это связано с тем, что предельная чувствительность радиографического контроля не позволяет распознавать на снимке дефекты такого размера.
Рисунок 3.2– Фрагмент внутренней трещины в центральных слоях сварного шва после вышлифовки и контроля проникающими веществами.
Статистика проведенных в течение нескольких лет аналогичных АЭ обследований газопроводов после результатов РК, представленных на рисунке 3.3 показывает, что 35% недопустимых по радиографии дефектов не являются развивающимися и не представляют реальной опасности для эксплуатации объекта. Кроме того, выявлено дополнительно 25% развивающихся источников АЭ, соответствующих опасным производственным дефектам в местах, не обнаруженных по РК. Этот факт свидетельствует о необходимости применения метода АЭ для выявления повреждений технологических трубопроводов, наиболее опасных для эксплуатации объекта, еще на стадии зарождения дефектов, а также определения очередности и сроков ремонта выявленных дефектов.
Рисунок 3.3– Корреляция наличия обнаруженных источников АЭ контроля с дефектами сварных соединений по результатам радиографического метода.
Выявление опасных дефектов другого типа, а именно коррозионных повреждений, с использованием АЭ-контроля было проведено при техническом диагностировании подземных участков технологических нефтепроводов на нефтеперекачивающих станциях. Работы проводились по действующему внутреннему регламенту в рабочем режиме без вывода объекта из эксплуатации с использованием с использованием АЭ-системы A-Line фирмы «ИНТЕРЮНИС», представленную на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4– Многоканальная модульная система семейства A-line производства ООО “ИНТЕРЮНИС”.
Длина диагностируемого участка за один цикл измерения 24-х канальной системой, составила 2 км. Важно отметить, что предельно допустимое расстояние между датчиками АЭ при диагностике трубопроводов составило не более 60 м. В ходе АЭ контроля на основном металле трубной секций была выявлена течь, представленная на рисунке 3.5 и локализованы интенсивные очаги коррозионного поражения, где присутствовали дефекты язвенного и питтингового типа. Результаты применения локальных методов НК по определению параметров выявленных дефектов (величина раскрытия питтингов менее 2 мм, глубина проникновения - порядка 80-90% толщины стенки трубы) позволили сделать вывод о том, что течь образовалась именно на коррозионном питтинге.
Рисунок 3.5– Локализованная течь, образовавшаяся на коррозионном питтинге.
Таким образом, дополнительное применение метода АЭ позволило без полного доступа к поверхности трубы локализовать опасные для эксплуатации дефекты по всей протяженности диагностируемого технологического трубопровода и значительно снизить вероятность пропуска дефектов. Применение данной методики в рабочих условиях обеспечивает оперативное выделение участков трубопровода, подлежащих незамедлительному ремонту и сведение к минимуму объема подготовительных работ и работ по техническому диагностированию.
3.3 Средства технической диагностики акустико-эмиссионного метода.
На сегодняшний день существуют компании, которые производят и поставляют акустико-эмиссионные системы в топливно-энергетической сфере. Также они занимаются усовершенствованием своего оборудования для достижения максимальной эффективности при проведении контроля. Одна из таких компаний — это ООО «ИНТЕРЮНИС», основные направления деятельности которой:
-
проведение экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов, диагностические работы;
-
разработка и внедрение систем комплексного диагностического и коррозионного мониторинга;
-
разработка и производство приборов акустико-эмиссионного контроля;
-
анализ рисков.
-
выполнения измерений и испытаний электрооборудования и электроустановок.
-
разработка и внедрение систем комплексного диагностического и коррозионного мониторинга;
Данная компания представляет такие акустико-эмиссионные системы, как A-LINE 32D (DDM) и A-LINE 32D (PCI-8E), необходимое программное обеспечения и комплектующие. Каждая из этих систем производится в двух исполнениях:
-
компактная переносная АЭ система в индустриальном компьютере, котораяпредназначенна для измерений в полевых условиях;
-
портативная АЭ система сбора данных с возможностью удаленного доступа по стандартному протоколу Ethernet. Предназначена для совместного использования с любыми компьютерами (ноутбуки, ПК), обладающими возможностью работы по протоколу Ethernet.
A-Line 32D (PCI-8E) – многоканальная цифровая система сбора и обработки акустико-эмиссионной информации, применяющая традиционную схему построения систем АЭ, представленную на рисунке 3.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
