Приложение G (справочное). Испытание труб на смятие

Приложение G
(справочное)

Испытание труб на смятие

G.1 Общие положения

При применении испытания для приемки стандартных труб испытание должно проводиться в соответствии с настоящим приложением.

G.2 Образец

Минимальная длина образца для испытания на смятие должна быть равной:

- восьми наружным диаметрам - при номинальном наружном диаметре 244,48 мм и менее;

- семи наружным диаметрам - при номинальном наружном диаметре более 244,48 мм.

Кроме материала пробы для изготовления образца для испытания на смятие, материала пробы должно быть достаточно для изготовления образцов для испытаний на остаточные напряжения и растяжение (см. рисунок G.1).

G.3 Испытательная аппаратура

Испытательная аппаратура должна обеспечивать приложение испытательного давления по всей длине образца и не должна накладывать на образец механические и гидравлические радиальные или осевые нагрузки и вызывать внутреннее давление. При испытании на смятие при совместном действии наружного давления и осевой нагрузки аппаратура должна обеспечивать поддержание осевой нагрузки во время приложения наружного давления с точностью 1% заданного значения.

Испытательная камера должна быть оснащена манометром для отсчета максимального давления, соединенного с камерой во время испытания. Манометр должен быть сертифицирован изготовителем и иметь точность не менее 0,5% шкалы.

Манометр должен быть оснащен системой демпфирования для замедления сброса давления после смятия образца. Манометр должен подвергаться калибровке через каждые 6 мес или чаще, если есть основания сомневаться в его точности. В пределах рабочего интервала погрешность не должна превышать 1%.

G.4 Измерения, проводимые до испытания на смятие

G.4.1 Общие положения

Перед проведением испытания необходимо точно измерить размеры трубы, предел текучести металла и остаточные напряжения, как это описано далее.

G.4.2 Размеры трубы

G.4.2.1 Общие положения

В пяти сечениях, равномерно распределенных по длине трубы (рисунок G.1), измеряют средний наружный диаметр, среднюю толщину стенки, ее овальность и эксцентриситет. Порядок измерения и обработки результатов описан в G.4.2.2 - G.4.2.5.

Рисунок G.1 - Измерения, проводимые перед испытанием трубы на смятие

G.4.2.2 Средний наружный диаметр

Средний наружный диаметр определяют, измеряя окружность трубы.

G.4.2.3 Средняя толщина стенки

Толщину стенки измеряют в одном сечении в 8 точках через каждые 45° и вычисляют среднее значение. Толщину стенки измеряют и регистрируют с точностью до 0,1 мм.

G.4.2.4 Овальность

Овальность измеряют при помощи специального калибра АПИ для измерения овальности или эквивалентного прибора. Измерения следует выполнять по всей окружности, а не через равные интервалы, например 45°. Овальность вычисляют как , где - средний наружный диаметр по G.4.2.2.

G.4.2.5 Эксцентриситет

Эксцентриситет вычисляют как , где и - наибольшая и наименьшая толщина стенки по результатам измерений в одном сечении в 8 точках по окружности, как указано в G.4.2.3, мм, a - средняя толщина стенки, мм.

G.4.3 Предел текучести

Каждый образец для испытания на смятие должен быть также подвергнут испытанию на растяжение. Образец для испытания на растяжение отбирают от трубы рядом с образцом для испытания на смятие (рисунок G.1). Испытание на растяжение проводят в соответствии с ГОСТ Р 53366.

Если металл для испытания на растяжение вырезали газовой резкой, то образец не должен быть изготовлен из металла, находящегося в зоне термического влияния резки.

G.4.4 Остаточные напряжения

G.4.4.1 Измерение и расчет

При каждом испытании на смятие также определяют величину остаточных напряжений, для чего используют метод испытания С-образного образца. С-образный образец отрезают от трубы рядом с концом образца для испытания на смятие (рисунок G.1). Для того чтобы обеспечить точное определение остаточных напряжений, длина образца должна быть не менее двух наружных диаметров трубы, как рекомендуется в [46]. Более короткие образцы показывают заниженные значения остаточных напряжений. Допускается использовать два метода определения остаточных напряжений:

a) на образцах полной длины L/D 2;

b) на коротких образцах (2 > L/D 0,5), при этом полученные остаточные напряжения корректируют по калибровочной кривой для данной трубы с учетом длины образца. Построение и использование калибровочных кривых - по G.4.4.2.

Калибровочная кривая может быть использована при всех дальнейших испытаниях на смятие труб, изготовленных данным производственным процессом. При любом изменении процесса (например, температуры отпуска, метода правки и т.п.) необходимо повторить испытание и пересчитать кривую.

Испытание на смятие проводят в соответствии со стандартом [47] со следующим изменением: остаточное напряжение вычисляют по формуле

,

(G.1)

где E - модуль Юнга, равный 206,9 ГПа;

- средняя толщина стенки трубы, мм;

- средний наружный диаметр трубы до надреза, мм;

- средний наружный диаметр трубы после надреза, мм;

v - коэффициент Пуассона, равный 0,28.

Примечание - Для данной формулы используют фактические значения .

Расчет дает отрицательное значение остаточных напряжений, если наружный диаметр С-образного образца после надреза увеличивается, и положительное напряжение, если он уменьшается. Это соответствует соглашению о знаке напряжений, приведенном в стандарте [3], приложение F.

G.4.4.2 Поправка на длину образца

G.4.4.2.1 Общие положения

Кривые поправок должны быть основаны на результатах испытаний 20 образцов длиной от 0,5D до 2,0D. Испытание проводят на С-образном образце, как описано в G.4.4.1. Длина образцов и их последовательность показаны на рисунке G.2. Все образцы отрезают от одной трубы, поскольку остаточные напряжения примерно одинаковы по длине отдельной трубы, но отличаются для разных труб.

Рисунок G.2 - Порядок отбора образцов от одной трубы

Для каждого отношения L/D определяют среднее остаточное напряжение и делят его на среднее остаточное напряжение для L/D, равного 2,0, таким образом находят зависимость отношения прогнозируемого и фактического напряжений от длины образца, а график этой зависимости представляет собой кривую поправок. Считают, что при L/D, равном 2, линия становится горизонтальной. На рисунке G.3 приведен пример построения кривой. Для каждой группы прочности и каждого типа термообработки должна быть построена своя кривая. Так, трубы группы прочности N80, подвергнутые нормализации, и трубы этой же группы прочности, подвергнутые закалке и отпуску, требуют построения отдельных кривых.

G.4.4.2.2 Пример использования поправок

На С-образном образце длиной 0,75D полученное значение остаточного напряжения равно минус 162,45 МПа. По кривой, заранее построенной для соответствующей группы прочности и режима термообработки (рисунок G.3), поправочный коэффициент (отношение прогнозируемого к фактическому остаточному напряжению) равен 0,804. Поэтому фактическое остаточное напряжение составляет

= -162,45/0,804 = -202,05 МПа.

G.5 Процедура испытания

Наружную поверхность образца подвергают действию гидростатического давления, которое должно возрастать постепенно, чтобы можно было определить давление смятия с допустимой точностью. Испытание может быть проведено с приложением осевой нагрузки или без нее. В первом случае сначала прилагается осевая нагрузка, которая во время приложения давления выдерживается постоянной.

G.6 Регистрация результатов испытания

Регистрацию результатов испытания проводят, как показано в таблице G.1. Геометрические параметры трубы (средний наружный диаметр, средняя толщина стенки, овальность и эксцентриситет) являются средними значениями, определенными в пяти разных сечениях. Рекомендуется оформление данных в электронном формате.

Рисунок G.3 - Пример построения кривой поправок для определения остаточного напряжения

Таблица G.2 - Пример регистрации результатов испытаний на смятие

Номинальный наружный диаметр D, мм

Толщина стенки t, мм

Группа прочности

Процесс изготовления трубы(a)

Термообработка(b)

Предел текучести, МПа

Средний наружный диаметр(c), мм

Овальность(с),(d), %

Средняя толщина стенки, мм

Эксцентриситет (c), (е), %

Правка(f)

Остаточное напряжение(g), МПа

L/D(h)

Осевое напряжение(i), МПа

Давление смятия, МПа

177,80 177,80 177,80 177,80 177,80

9,19 9,19 9,19 9,19 9,19

Р110 Р110 Р110 Р110 Р110

SR SR SR SR SR

QT QT ОТ QT QT

812,92 831,54 814,99 793,61 781,89

178,99 178,92 178,97 178,97 178,89

0,085 0,241 0,185 0,170 0,071

9,25 9,30 9,22 9,30 9,22

12,4 6,8 9,0 22,5 9,9

CG CG CG CG CG

-192,37 -176,51 -193,75 -166,86 -239,26

11,2 11,2 11,2 11,2 11,2

83,43 78,60 0 0 0

56,33 53,37 52,20 52,75 57,30

(а) Процесс изготовления: SP - бесшовная труба, автомат-стан; SM - бесшовная труба, оправочный стан; SR - бесшовная труба, стан с плавающей оправкой; SS - бесшовная труба, редуцированная; SE - бесшовная труба, горячеэкспондированная; WE - электросварная труба; WL - труба, сваренная лазерной сваркой; WS - труба, сваренная дуговой сваркой под флюсом. (b) Вид термообработки или деформационного упрочнения: AR - в состоянии после прокатки, CR - контролируемая прокатка, NR - нормализация, NT - нормализация и отпуск, QT - закалка и отпуск, СР - холодная прокатка, CD - холодное волочение. (с) Среднее значение по окружности. (d) Овальность, рассчитываемая как [100 (максимальный наружный диаметр - минимальный наружный диаметр)/средний наружный диаметр]. (е) Эксцентриситет, рассчитываемый как [100 (максимальная толщина стенки - минимальная толщина стенки)/средняя толщина стенки]. (f) Вид правки: NS - без правки, CG - холодная продольная правка, СХ - холодная поперечная правка, CS - холодная правка со снятием напряжений, HR - горячая ротационная правка. (g) Сжатие по внутренней поверхности считается отрицательным, поэтому остаточные напряжения считаются отрицательными, если наружный диаметр С-образного образца после надреза увеличивается, и положительными, если он уменьшается. (h) L - длина С-образного образца, D - номинальный наружный диаметр. (i) Растяжение считается положительным.