Что такое разрушающий контроль стальных труб?
Разрушающий контроль — это совокупность механических и металлургических исследований, при которых образец, взятый из отрезка трубы, нагружается, сгибается, подвергается ударам или разрезается до тех пор, пока он не деформируется или не разрушается. Поскольку образец разрушается, испытание описывает поведение материала при нагревании, а не состояние отдельной длины, и поэтому оно проводится на образцах, отрезанных от концов трубы или от жертвуемых отрезков. Разрушающий контроль дополняет не-неразрушающий контроль: радиографический, ультразвуковой, магнитопорошковый и вихретоковый методы обнаруживают несплошности, не повреждая трубу, а разрушающие испытания позволяют количественно оценить прочность, пластичность, ударную вязкость и коррозионное поведение.
Для линейных труб, обсадных труб, насосно-компрессорных труб и напорных труб необходимые испытания определяются руководящими спецификациями, а приемочные значения указаны в одном и том же документе, а не согласовываются в каждом конкретном случае.
Испытание на растяжение
Образец для испытания на растяжение вырезается из тела трубы, сварного шва или зоны термического воздействия, в зависимости от необходимости, и растягивается в осевом направлении на универсальной испытательной машине до разрушения в соответствии с такими процедурами, как ASTM A370 или ISO 6892-1. В ходе испытания определяются предел текучести, предел прочности, удлинение и, при использовании экстензометра, кривая растяжения-деформации, на основе которой рассчитывается отношение текучести-к растяжению.
| Результат записан | Что это говорит спецификатору |
|---|---|
| Предел текучести | Достигнут ли минимальный балл и соблюдается ли верхний предел |
| Предел прочности | Устойчивость к грубым пластическим перегрузкам и основа формулы удлинения |
| Удлинение | Пластичность, оцениваемая по значению, рассчитанному по поперечному сечению трубы. |
| Отношение текучести-к-растяжению | Деформационная способность важна для трубопроводов в сейсмических зонах или районах вечной мерзлоты. |
Геометрия образца имеет значение. Образец полного- сечения, вырезанный из трубы малого диаметра, и полосовой образец, взятый из трубы большого диаметра, могут иметь несколько разные значения удлинения, поэтому применимый тип образца указан в спецификации и должен быть записан в сертификате испытаний.
Испытания на удар и ударную вязкость
При испытании с V-надрезом по Шарпи измеряется энергия, поглощаемая при разрушении образца с надрезом качающимся маятником при контролируемой температуре в соответствии со стандартами ASTM E23 или ISO 148. Для трубопроводной трубы PSL 2 испытание требуется на основном металле, металле сварного шва и зоне термического-воздействия отдельно при определенной температуре испытания, поскольку эти три зоны могут вести себя совершенно по-разному. Обычным критерием приемки является минимальная средняя поглощенная энергия для набора из трех образцов, а также отдельный минимум для каждого отдельного образца.
Испытание на разрыв падающим грузом является дополнительным требованием для магистральных трубопроводов, где необходимо продемонстрировать устойчивость к распространению пластических разрушений. Прессованный образец с надрезом разрушается под действием падающего груза, и полученная площадь сдвига измеряется в процентах от поверхности излома с минимальной площадью сдвига и, для некоторых спецификаций, максимальным пределом бокового расширения.
Гидростатические испытания и испытания на разрыв
При гидростатическом испытании внутреннее давление воды применяется к всей длине или участку, удерживая его в течение определенного времени, пока поверхность проверяется на предмет утечек и, в некоторых случаях, измеряется перемещение трубы. Для сварных труб проверяется целостность корпуса трубы и сварного шва под давлением. Испытание на разрыв идет дальше, повышая давление до тех пор, пока труба не выйдет из строя, и используется для аттестации производственного маршрута или процедуры сварки, а не для планового выпуска продукции. Давление обычно регистрируется в зависимости от рассчитанного окружного напряжения, поэтому результаты испытаний сопоставимы для стенок различной толщины.
Изгиб, сплющивание и испытание на твердость
Испытание на управляемый изгиб позволяет оценить пластичность сварного шва и его зоны термического-влияния путем сгибания подготовленного образца на заданный угол.
Испытание на сплющивание сжимает участок трубы между параллельными пластинами на заданное расстояние и показывает, появляются ли трещины в сварном шве или корпусе.
Испытание твердости по методам Бринелля, Роквелла или Виккерса позволяет проверить сварной шов и зону термического-влияния на соответствие пределам, применимым к кислой среде и к определенным маркам сплавов.
Рассечение с помощью макроскопического исследования выявляет отсутствие провара, неполное проваривание или проблемы с геометрией сварного шва, которые сохраняются при рентгенографии.
Твердость особенно важна для материалов обсадных труб, труб и трубопроводов, предназначенных для работы с влажным сероводородом, где твердая зона сварного шва может инициировать сульфидное растрескивание под напряжением, даже если результаты растяжения приемлемы.
Коррозионная и металлографическая оценка
Если труба предназначена для коррозионного воздействия, проводятся ускоренные испытания на коррозию в средах, имитирующих рабочую среду, и регистрируются скорость коррозии, морфология и поведение при проникновении. Металлографическое исследование полированного и протравленного сечения подтверждает размер зерен, микроструктуру и наличие полос, обезуглероженных или неотпущенных областей, которые не могут быть выявлены при механических испытаниях. Вместе с фрактографией эти исследования объясняют, почему результат выходит за пределы допустимых значений, и обычно требуются, когда исследуется плавка, а не обычно производится выброс.
Практика отбора проб и приемки
Приемка основана на отборе проб с определенной периодичностью, обычно по одному комплекту для каждой плавки и производственного цикла для испытаний, указанных для марки, с записью положения и ориентации трубы. Если образец выходит из строя, большинство спецификаций допускают повторное испытание на дублирующем наборе, взятом из одной и той же длины или из соседних отрезков, а повторный отказ приводит к браковке партии. Поскольку при разрушающем испытании расходуется материал, который не отгружается, отрезанные концы обычно остаются дольше в производственных заказах, требующих проведения испытаний. В сертификатах испытаний должны быть указаны номер плавки, идентичность трубы, ориентация образца и температура испытания, чтобы результаты можно было отследить по поставленной длине.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос. В чем разница между разрушающим и не-неразрушающим контролем?
Не-неразрушающий контроль исследует трубу, не изменяя ее, и обнаруживает разрывы. Разрушающее испытание нагружает разрезанный образец до тех пор, пока он не выйдет из строя, и, следовательно, количественно определяет прочность, пластичность, ударную вязкость и коррозионное поведение.
Вопрос: Какие испытания обычно требуются для трубопроводов PSL 2?
Испытание на растяжение и испытание на удар по Шарпи с V-надрезом основного металла, сварного шва и зоны термического воздействия-при указанной температуре испытания, а также гидростатическое испытание, применяемое для каждой длины.
Вопрос: Зачем проверяют твердость сварных швов труб?
Твердые зоны сварного шва или зоны-теплового воздействия могут треснуть при работе с влажным сероводородом, поэтому ограничения по твердости применяются для защиты трубопроводов кислого-обслуживания и скважинных труб.
Вопрос: Что показывает тест на разрыв с падающим грузом?
Он измеряет площадь сдвига разрушенного образца и показывает сопротивление трубы распространению пластичного разрушения, что важно для линий передачи высокого-давления.
Вопрос: Можно ли заменить образец, не прошедший испытания?
Большинство спецификаций допускают повторное тестирование дублированного набора той же или смежных длин. Если повторное испытание также окажется неудачным, партия отбраковывается.
Вопрос: Почему в сертификате должна быть указана температура испытания?
Энергия удара резко падает при падении температуры, поэтому результат не имеет смысла, если не известна температура испытания и не сравнена с минимальной расчетной температурой металла.
