а – дефект на трубе; б – механическая обработка дефекта; в – схема изложения сварных швов; 1 – наплавочный слой; 2 – заполняющие слои; 3 – контурный шов;
4 – облицовочный шов.
Ремонту сваркой подлежат трубы, имеющие отдельно расположенные единичные дефекты, которыми считаются дефекты, имеющие расстояние между собой:
ü не менее 300 мм при максимальном размере дефекта менее или равном 35 мм;
ü не менее 500 мм при максимальном размере дефекта от 35 до 60 мм.
При этом количество дефектов на один погонный метртрубы не должно превышать двух.
Ремонту сваркой не подлежат следующие дефекты на трубах:
ü дефекты, размеры которых превышают значения, приведены в табл. 9.7; коррозионные каверны и
ü раковины, расположенные на соединительных узлах и деталях;
ü дефекты, расположенные на расстоянии менее 300мм от продольных и кольцевых сварных швов;
ü дефекты, имеющие трещины или видимое расслоение металла, а также расположенные на вмятинах. Заварка дефектов на трубах выполняется ручной электродуговой сваркой электродами основного типа.
Перед заваркой дефект обрабатывается механическим способом (шлифовальной машинкой или фрезой) с целью (рис. 9.9.б):
· получения формы кратера, обеспечивающего равномерное и качественное положение металла;
· полного удаления продуктов коррозии и возможных поверхностных микротрещин.
Прилегающие к кратеру участки зачищаются до металлического блеска на ширину не менее 15 мм с предварительным удалением остатков изоляционного покрытия, ржавчины, грязи, масляных пятен.
Подогрев металла труб перед сваркой устанавливается согласно табл. 9.8.
Таблица 9.8
Предварительный подогрев металла труб
Подогрев труб осуществляется, как правило, электрическими или газовыми нагревателями. Контроль температуры выполняется приборами типа ТП-1.
Заварка дефектов труб с пределом прочности от 42 до 55 кгс/мм 2 производится с использованием электродов марок УОНИ 13/55, «Гарант», LВ52A(И) диаметром 2,5¸4,0 мм, заварка дефектов труб с пределом прочности 55-57 кгс/мм 2 – электродами марок «Шварц 3К», ВСФ-60 или аналогичных.
Наплавка металла на дефект включает: первый наплавочный слой, заполняющие слои, контурный шов, облицовочный шов (рис. 9.9.в). Первый наплавочный слой и контурный шов выполняются электродами диаметром 2,5¸3,25 мм, заполняющие и облицовочный – электродами диаметром 3,0¸4,0 мм на сварочных режимах, приведенных в табл. 9.9.
Таблица 9.9
Режим заварки дефектов
При заварке дефектов количество направляемых слоев должно составлять не менее двух (без учета контурного слоя шва). Сварка выполняется валиками шириной не более 20мм с взаимным перекрытием не менее3 мм. Контурный слой шва выполняется с колебаниями перпендикулярно к граничной линии (рис. 9.9.г), при этом ширина данного шва , составляет от 8 до 14 мм. Сварные швы накладываются плотно с мелкой чешуйчатостью (0,5¸0,7 мм), что обеспечивает плавный переход к основному металлу трубы.
 |
После завершения заварки дефектного участка трубы наружная поверхность наплавки обрабатывается механическим методом, при этом поверхность должна быть ровной, без видимой чешуйчатости, усиление – равномерным по всей площади. Высота усиления должна находиться в пределах от 0,7 до 1,5мм (рис. 9.10) и контролироваться с помощью индикатора.
Рис. 9.10. Механическая обработка наплавленного участка
Таким образом, производится сварка (заварка) одиночных каверн.
Групповыми кавернами считается скопление каверн не менее 10 на 100 см 2 поверхности трубы.
При диаметре и глубине групповых каверн, заметно ослабляющих стенку трубы, часть стенки трубы с кавернами вырезается и на ее место вваривается заплатка заподлицо с поверхностью трубы, .
Заплатка для вварки заподлицо с поверхностью труб изготавливается овальной формы из труб с толщиной стенок, равной толщине стенок ремонтируемого газопровода, из стали той же марки или с такими же физико-механическими характеристиками. Размеры заплат должны быть шириной не более 250мм (по кольцу трубы), но не более половины диаметра трубы, и длиной не более 350 мм (по оси). Минимальный размер заплат: ширина – 100 мм, длина – 150 мм (по тем же направлениям). Во всех случаях между длиной и шириной заплаты должна быть разница в пределах 50¸100 мм.
Размеры ввариваемых заплат при ремонте газопроводов различных диаметров приведены в табл. 9.10.
Таблица 9.10
Размеры ввариваемых заплат
Края ввариваемых заплат обрезаются со скосом кромок. Отверстие в трубе вырезается по форме заплаты также со скосом кромок. На кромках заплаты и отверстия делается притупление. Для обеспечения полного провара заплаты ввариваются с подкладными кольцами (рис. 9.11.а).
Подкладное кольцо изготавливается из листовой стали толщиной 3¸4 мм и шириной 20¸30 мм и приваривается к заплатке с внутренней стороны так, чтобы его края выступали за края заплаты на 10¸12 мм. Зазор между кромками заплаты и трубы для обеспечения провара должен составлять 2¸5 мм. Заплата заваривается электродами типа УОНИ 13/55. При толщине заплаты до 12 мм сварной шов заваривается в три слоя. Корень шва выполняется электродами диаметром 3 мм, последующие слои – электродами диаметром 3¸4 мм. Сварка выполняется обратно – ступенчатым швом по всему периметру заплаты в три-четыре ступени (рис. 9.11.б). Для прижатия заплаты к трубе на время прихватки используются устанавливаемым над отверстием приспособлением, представляющим собой П-образную скобу с винтом посередине, снабженным захватным устройством. На заплате для этого также приваривается маленькая скоба.
Рис. 9.12. Схема расположения надрезов и заплат:
А =В =С =500 мм; D =1500 мм; L =9360 мм
расстояние между концентраторами по периметру – 200 мм
Для исследований была отобрана труба диаметром 820 и толщиной стенки 9 мм, изготовленная из стали 19Г и находившаяся в эксплуатации 27 лет, со следующими характеристиками:
ü продольные напряжения s т = 407 МПа, s вр =555 МПа;
ü поперечные напряжения s т = 456 МПа, s вр = 557 МПа.
На наружную поверхность трубы было нанесено 5 одинаковых надрезов: с длиной – 200; глубиной – 3,5 и шириной 3 мм. Схема нанесения надрезов показана на рис. 9.12.
Для приближения к условиям эксплуатации трубу подвергли гидравлическим испытаниям в циклическом режиме. Размах циклов составлял: P min = 2,0 МПа; P max = 4,0 МПа.
Анализ состояния трубы проводился поэтапно после выдержки под нагрузкой в 200 циклов.
Надрез №5 был заверен до начала испытаний последовательно на каждом этапе заваривался один надрез, вырезалось окно размером 150´200 мм и вваривалась заплата. После 600 циклов были заварены четыре надреза (№№ 2,3,4,5) и вварены заплаты №№ 6,7,8. Затем трубу подвергли нагрузке в 5000 циклов, после чего надрез №1 был вырезан и вместо него была вварена заплата. Последовательность ремонта надрезов и вварки заплат приведена в табл. 9.11.
Студент д о л ж е н:
З н а т ь: классификацию дефектов линейной части трубопроводов, виды дефектов
v м е т ь: определять очередность ремонта дефектов по их параметрам
Методические указания
Дефекты линейной части магистральных нефтепроводов подразделяются по виду: дефекты изоляционных покрытий; дефекты трубы; дефекты, связанные с изменением проектного положения трубопровода, его деформаций и напряженного состояния.
Дефекты трубы по степени опасности классифицируются по двум категориям: дефекты подлежащие ремонту (ДПР); дефекты первоочередного ремонта (ПОР).
В качестве критерия опасности дефекта приняты величина разрушающего давления на уровне испытательного давления и геометрические параметры.
Параметры, по которым классифицируют дефекты трубы, приведены в табл. 1.
Табл. 1. Классификация дефектов по очередности ремонта
| Описание дефекта | Дефекты, подлежащие ремонту (ДПР) | Дефекты первоочеред- ного ремонта (ПОР) |
| Дефект геометрии без дополнительных дефектов и примыкания к сварным швам | Глубиной, равной или более 3,5 % диаметра трубы | |
| Дефект геометрии, примыкающий к сварному шву или расположенный на сварном шве | Глубиной более 6 мм | Глубиной, равной или более 1 % диаметра трубы |
| Дефект геометрии в комбинации с риской, задиром, трещиной, потерей металла | Все дефекты | Глубиной, равной или более 1 % диаметра трубы, но не менее 6 мм |
| Потеря металла (внешняя и внутренняя) | Глубиной равной или более 20 % от толщины стенки трубы | Глубиной, равной или |
| более 50 % толщины | ||
| трубы. | ||
| Опасные по результатам расчета на статическую прочность | ||
| Риска, царапина, задир | Все дефекты | Глубиной, равной или |
| более 0,2 мм | ||
| Трещины по телу трубы или в сварном шве | - | Все дефекты |
| Расслоение | ||
| Расслоение в около- | Размером более 20 мм вдоль продольного и спирального швов в зоне 10 мм от линии сплавления и размером более 3,2 мм вдоль кольцевого шва в зоне 25 мм от линии сплавления | То же |
| шовной зоне | ||
| Расслоение с выходом на поверхность | Все дефекты | « |
| Аномалия поперечного | Суммарной длиной по окружности, равной или более 1/6πДн размерами, превышающими допустимые значения по СНиП IIIи ВСН | Суммарной длиной по окружности равной или более 1/З πДн Опасные по результатам расчета на статическую прочность |
| шва | ||
| Несплошность плоскостного типа поперечного шва | Суммарной длиной по окружности, равной или более 1/6 πДн | |
| Несплошность плоско- стного типа поперечного шва | Размерами, превышающими допустимые значения по СНиП Ш-42-80 и ВСН 012-88 | Опасные по результатам расчета на статическую прочность |
| Смещение поперечно- го шва | Размерами, превышающими допустимые значения по СНиП Ш-42-80 и ВСН 012-88 | Глубиной, равной или более 25 % толщины стенки трубы, и длиной по окружности трубы, равной или более 1/ЗπДн Опасные по результатам расчета на статическую прочность |
| Аномалия продольного (спирального) шва | Один дефект длиной по оси трубы более 13 мм на длине 150 мм по оси трубы или два дефекта длиной по оси трубы более 7 мм на длине 150 мм по оси трубы | Длиной по оси трубы, равной или более 2√Днt Опасные по результатам расчета на статическую прочность |
| Несплошность плоско- стного типа продольного (спирального) шва | Глубиной равной или более 10 % от толщины стенки трубы | Длиной по оси трубы, равной или более 2√Днt, при любой глубине. Опасные по результатам расчета на статическую прочность |
| Смещение продольно- го (спирального) шва | Глубиной равной или бо- лее 10 % от толщины стен- ки трубы | Длиной по оси трубы, равной или более 3√Днt, при любой глубине смещения. Опасные по результатам расчета на статическую прочность |
Дефектность изоляционных покрытий по степени опасности регламентируется согласно ГОСТ. В качестве интегрального критерия предельного состояния изоляционных покрытий используется минимальная величина переходного сопротивления изоляции Rn = 103 Ом-м2. Кроме того, оцениваются эксплуатационные параметры: толщина изоляционных покрытий, влагопроницаемость, водопоглощение, сплошность, стойкость к отслаиванию под действием катодного тока, адгезия, термостойкость и долговечность, которые должны находиться в пределах нормативных требований.
Дефект магистрального нефтепровода - это отклонение геометрического параметра трубы, сварного шва, качества материала трубы, не соответствующее требованиям действующих нормативных документов и возникающее при изготовлении трубы, строительстве или эксплуатации нефтепровода, а также недопустимые конструктивные элементы и соединительные детали, установленные на магистральные нефтепроводы и обнаруживаемые внутритрубной диагностикой, визуальным или приборным контролем или по результатам анализа исполнительной документации объекта.
Согласно действующей НТД все дефекты делятся на следующие группы: дефекты геометрии трубы; дефекты стенки трубы; дефекты сварного шва; комбинированные дефекты; недопустимые конструктивные элементы.
Дефекты геометрии трубы связаны с изменением ее формы. К ним относятся следующие:вмятина - локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси трубопровода; гофр - чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода; овальность - дефект, при котором сечение трубы имеет отклонение от цилиндрической формы, а наибольший и наименьший диаметры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях.
К дефектам стенки трубы относятся: потеря металла - изменение номинальной толщины стенки трубы, характеризующееся локальным утонением в результате механического или коррозионного повреждения или обусловленное технологией изготовления; риска (царапина, задир) - потеря металла, происшедшая в результате взаимодействия стенки трубы с твердым телом при взаимном перемещении; расслоение - несплошность металла стенки трубы; расслоение с выходом на поверхность (закат, плена прокатная) - расслоение, выходящее на внешнюю или внутреннюю поверхность трубы; расслоение в околошовной зоне - расслоение, примыкающее к сварному шву; трещина - дефект в виде узкого разрыва металла стенки трубы.
Дефекты сварного шва - это дефекты непосредственно в сварном шве или в околошовной зоне, типы и параметры которых установлены нормативными документами, и выявленные любыми методами наружной и внутритрубной диагностики. К дефектам сварного шва относятся: трещины, непро-вары, несплавления, поры, шлаковые включения, подрезы, превышения проплава и др.
Комбинированными дефектами являются различные комбинации из дефектов, приведенных выше.
Недопустимые конструктивные элементы - это элементы или соединительные детали, не соответствующие требованиям действующих НТД: тройники, плоские заглушки и днища, сварные секторные отводы, переходники, вварные и накладные заплаты всех видов и размеров.
Вопросы для самоконтроля
1.Виды дефектов линейной части трубопроводов
2.Классификация дефектов по очередности ремонта
3.Виды дефектов геометрии трубы
4.Виды дефектов стенки трубы
5.Дефекты сварного шва
6.Комбинированные дефекты
7. Недопустимые конструктивные элементы
1.5 Дефекты трубопроводных конструкций и причины их возникновения
Дефект – это любое несоответствие регламентированным нормам. Главной причиной появления дефектов является отклонение рабочего параметра от нормативного значения, обоснованного допуском.
Дефекты трубопроводных конструкций подразделяются на:
Дефекты труб;
Дефекты сварных соединений;
Дефекты изоляции.
Различают следующие дефекты труб:
Металлургические – дефекты листов и лент, из которых изготавливаются трубы, т.е. различного рода расслоения, прокатная плена, вкатанная окалина, поперечная разнотолщинность, неметаллические включения и др.
Технологические – связаны с несовершенством технологии изготовления труб, которые условно можно разделить на дефекты сварки и поверхностные дефекты (наклеп при экспандировании, смещение или угловатость кромок, овальность труб)
Строительные – обусловлены несовершенством технологии строительно-монтажных работ, нарушениями технологических и проектных решений по транспортировке, монтажу, сварке, изоляционно-укладочным работам (царапины, задиры, вмятины на поверхности труб).
Причины возникновения дефектов труб
Существующая технология прокатки металла, технология непрерывной разливки стали на отдельных металлургических заводах является одной из причин изготовления некачественных труб. Нередки случаи разрушения по причине расслоения металла.
На трубных заводах входной контроль сырья несовершенен или полностью отсутствует. Это приводит к тому, что дефекты сырья становятся дефектами труб.
При изготовлении труб приходится подвергать металл нагрузкам, при которых он работает за пределом текучести. Это приводит к появлению наклепа, микрорасслоений, надрывов и других скрытых дефектов. Из-за кратковременности последующих заводских испытаний труб (20…30 с) многие скрытые дефекты не выявляются и «срабатывают» уже в процессе эксплуатации МТ.
В недостаточной степени контролируется заводами и геометрическая форма труб. Так, на трубах диаметром 500…800мм смещение кромок достигает 3мм (при норме для спирально-шовных труб 0,75…1,2мм), овальность – 2%
Механические воздействия при погрузочно-разгрузочных, транспортных и монтажных операциях приводят к появлению на трубах вмятин, рисок, царапин, задиров
При очистке трубопроводов скребками-резцами возникают дефекты пластической деформации локальных участков поверхности трубы – риски, подрезы и т.д. Эти концентраторы напряжений являются потенциальными очагами развития коррозионно-усталостных трещин. Очистка трубопроводов с помощью проволочных щеток исключает повреждения труб в виде подрезов, но при определенных режимах обработки приводит к деформациям поверхности металла, снижающим его коррозионную стойкость.
Коррозионные повреждения труб (внешние - в местах нарушения сплошности изоляции, а внутренние - в местах скоплений воды)
Дефект сварного соединения – это отклонения разного рода от установленных норм и технических требований, которые уменьшают прочность и эксплуатационную надежность сварных соединений и могут привести к разрушению всей конструкции. Наиболее часто встречаются дефекты формы и размеров сварных швов, дефекты макро- и микроструктуры, деформация и коробление сварных конструкций.
Нарушение формы и размеров шва свидетельствуют о наличии таких дефектов, как наплывы (натеки), подрезы, прожоги, незаваренные кратеры.
Наплывы – чаще всего образуются при сварке горизонтальными швами вертикальных поверхностей, в результате натекания жидкого металла на кромки холодного основного металла. Они могут быть местными (в виде отдельных застывших капель) или протяженными вдоль шва. Причинами возникновения наплывов являются большая сила сварочного тока, длинная дуга, неправильное положение электрода, большой угол наклона изделия при сварке на подъем и спуск.
Подрезы – представляют собой углубления, образующиеся в основном металле вдоль края шва. Подрезы образуются из-за повышенной мощности сварочной горелки и приводят к ослаблению сечения основного металла и разрушению сварного соединения.
Прожоги – это проплавление основного или наплавленного металла с возможным образованием сквозных отверстий. Они возникают вследствие недостаточного притупления кромок, большого зазора между ними, большой силы сварочного тока или мощности горелки при невысоких скоростях сварки. Особенно часто прожоги наблюдаются в процессе сварки тонкого металла и при выполнении первого прохода многослойного шва, а также при увеличении продолжительности сварки, малом усилии сжатия и наличии загрязнений на поверхностях свариваемых деталей или электродах (точечная и шовная контактная сварка).
Незаваренные кратеры – образуются при резком обрыве дуги в конце сварки. Они уменьшают сечение шва и могут явиться очагами образования трещин.
К дефектам макроструктуры относят дефекты: газовые поры, шлаковые включения, непровары, трещины, выявляемые с помощью средств оптики (увеличение не более чем в 10 раз).
Газовые поры – образуются в сварных швах вследствие быстрого затвердевания газонасыщенного расплавленного металла, при котором выделяющиеся газы не успевают выйти в атмосферу.
Рисунок 2 – Газовые поры
Такой дефект наблюдается при повышенном содержании углерода в основном металле, наличии ржавчины, масла и краски на кромках основного металла и поверхности сварочной проволоки, использовании влажного или отсыревшего флюса.
Шлаковые включения – результат небрежной очистки кромок свариваемых деталей и сварочной проволоки от окалины, ржавчины и грязи, а также (при многослойной сварке) неполного удаления шлака с предыдущих слоев.
Они могут возникать при сварке длинной дугой, неправильном наклоне электрода, недостаточной силе сварочного тока, завышенной скорости сварки. Шлаковые включения различны по форме (от сферической до игольчатой) и размером (от микроскопической до нескольких миллиметров). Они могут быть расположены в корне шва, между отдельными слоями, а также внутри наплавленного металла. Шлаковые включения ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и являются зонами концентрации напряжений.
Рисунок 3 – Шлаковые включения
Непровары – местное несплавление основного металла с наплавлением, а также несплавление между собой отдельных слоев шва при многослойной сварке из-за наличия тонкой прослойки окислов, а иногда и грубой шлаковой прослойки внутри швов.
Рисунок 4 – Непровары
Причинами непроваров являются: плохая очистка металла от окалины, ржавчины и грязи, малый зазор в стыке, излишнее притупление и малый угол скоса кромок, недостаточная сила тока или мощности горелки, большая скорость сварки, смещение электрода в сторону от оси шва. Непровары по сечению шва могут возникнуть из-за вынужденных перерывов в процессе сварки.
Трещины – в зависимости от температуры образования подразделяют на горячие и холодные.
Рисунок 5 – Трещины
Горячие трещины появляются в процессе кристаллизации металла шва при температуре 1100 – 1300 С. Их образование связано с наличием полужидких прослоек между кристаллами наплавленного металла шва в конце его затвердевания и действием в нем растягивающих усадочных напряжений. Повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, водорода и никеля также способствует образованию горячих трещин, которые обычно располагаются внутри шва. Такие трещины выявить трудно.
Холодные трещины возникают при температурах 100 – 300 С в легированных сталях и при нормальных (менее 100 С) температурах в углеродистых сталях сразу после остывания шва или через длительный промежуток времени. Основная причина их образования – значительное напряжение, возникающее в зоне сварки при распаде твердого раствора и скопление под большим давлением молекулярного водорода в пустотах, имеющихся в металле шва. Холодные трещины выходят на поверхность шва и хорошо заметны.
К дефектам микроструктуры сварного соединения относят
Микропоры,
Микротрещины,
Нитридные, кислородные и другие неметаллические включения,
Крупнозернистость,
Участки перегрева и пережога.
Дефекты изоляции - нарушение сплошности; адгезия; заниженная толщина; гофры; морщины; задиры; царапины; проколы.
Основные причины образования дефектов изоляционного покрытия на трубопроводах:
при хранении и подготовке материалов – засорение битума и обводнение готовой мастики и ее составляющих;
при приготовлении грунтовки и мастики – небрежная дозировка составляющих; несоблюдение режима разогревания котла; недостаточное размешивание битума при приготовлении грунтовки;
при нанесении грунтовки и битумной мастики – загустение грунтовки; образование пузырьков на поверхности трубопровода; оседание пыли на поверхность труб; пропуски грунтовки и мастики на поверхности трубопровода и особенно около сварных швов; неровное нанесение мастики; охлаждение мастики; конструктивные недостатки изоляционной машины;
при нанесении армирующих и оберточных рулонных материалов – нарушение однородности покрытия; выдавливание слоя мастики; недостаточное погружение стеклохолста в мастику;
при нанесении полимерных лент – сквозные отверстия в ленте; несплошной клеевой слой; неравномерность толщины ленты в рулоне; неправильная регулировка намоточной машины; нарушение температурного режима нанесения ленты; плохая очистка поверхности труб;
при укладке трубопровода – нарушение технологии укладки, особенно при раздельном способе укладки; захват изолированных труб тросом; трение трубопровода о стенки траншеи при укладке; отсутствие подготовки дна траншеи; отсутствие подсыпки не менее 10см дна траншеи на участках с каменистыми и щебенистыми грунтами; плохое рыхление мерзлых грунтов и особенно отсутствие регулировки изоляционных машин;
при эксплуатации трубопровода – действие грунта; вес трубопровода; почвенные воды; микроорганизмы; корни растений; температурные воздействия; агрессивность грунта.
Ущерба. Рисунок 3.6 - Схема процесса формирования дерева событий и поиска пути движения по нему. 4. Программное обеспечение ситуационного управления безопасностью магистральных газопроводов 4.1 Описание программы управления безопасностью магистральных газопроводов Программа предназначена для работы в операционных средах MicroSoft Windows 98/NT/XP. Windows обеспечивает удобный и...
КВт (2200 л.с.) разработки этой же фирмы. С конца 1940-х гг. ГТД начинают применяться для привода морских судовых движителей, а с конца 1950-х гг. - в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на магистральных газопроводах для привода нагнетателей природного газа. Таким образом, постоянно расширяя область и масштабы своего применения, ГТД развиваются в направлении повышения единичной мощности, ...
При изготовлении холоднодеформированных стальных труб возможно появление дефектов в виде брака, причинами которых могут быть: применение некачественной исходной заготовки (бесшовной или сварной), нарушение деформационно-скоростных режимов прокатки и волочения, режимов формовки и сварки труб, нарушение режимов термической обработки, правки, резки и других отделочных операций, применение изношенного технологического инструмента.
На рис. 83- 85 показаны дефекты холоднодеформиронанных стальных труб. При неправильной настройке стана на трубах возможно появление самых разных дефектов. Так, при больших зазорах между калибрами на станах ХПТ металл затекает в них во время рабочего хода клети. При этом на поверхности рабочего конуса появляются острые боковые выступы (усы), которые при обратном ходе клети вдавливаются в металл, образуя на поверхности труб глубокие рванины, расположенные по спирали в соответствии с yглом поворота заготовки и называемые закатами. При установке завышенной подачи на трубах возможны закаты, волнистость по наружной поверхности (выводящая трубы за пределы допусков по диаметру и овальности), а также разностенность.
Рис.83 – Виды брака бесшовных холоднокатаных стальных труб:
а – усы; б – наружная волнистость; в – вмятины
Рис.84 – Виды разрушения труб при прокатке на стане ХПТ
Рис.85 – Трещины и морщины на внутренней поверхности особотолстостенных труб после безоправочного волочени (сечение на фото справа, ×100)
При смещении одного калибра относительно другого на поверхности труб образуются вмятины. Обычно они появляются на поверхности трубы по спирали в соответствии с углом поворота трубы.
Задиры на внутренней поверхности образуются при прокатке труб из низколегированных и коррозионностойких сталей в результате налипания частиц металла на поверхность оправки.
Завышенные обжатия по диаметру и толщине стенки (иногда при отсутствии необходимого инструмента) могут привести к трещинам на поверхности труб (рис. 84).
Неправильная настройка механизма поворота, в результате которого поворот происходит слишком рано (труба еще не освободилась от калибров) или поздно (на трубу уже начали накатываться калибры), приводит к поперечным рискам (задирам) на наружной поверхности труб.
Неправильная установка оправки в очаге деформации, когда ее передний конец попадает в предкалибрующий участок и наносит острыми кромками на внутренней поверхности трубы кольцеобразные отпечатки, также является причиной брака. При холодной прокатке очень важно выполнение требования по чистоте заготовок и смазки: попавшие частицы окалины «схватываются» с оправкой, а на внутренней поверхности труб образуются задиры и раковины. Применение инструмента некачественного, - изготовленного с отступлением от требований нормалей или же вышедшего из строя при эксплуатации, также приводит к браку.
Например, установка на стан калибров с недостаточной шири-ной ручья или несоответствие профиля ручья калибров конусности оправки являются причиной закатов. При износе калибрующего участка калибров на трубах появляются вмятины.
В табл. 35 приведены основные виды брака труб при прокатке на станах ХПТ, ХПТР и меры устранения дефектов.
Таблица 35. Основные виды брака при холодной прокатке стальных труб на станах ХПТ, меры предупреждения и устранения
| Виды брака | Причины брака | Меры предупреждения и устранения |
| Закат | Образование закатов усов при прокатке из-за чрезмерных зазоров между калибрами большой подачи, недостаточной ширины ручья или несоответствия профиля ручья калибров конусности оправки | Уменьшить зазоры между калибрами, проверить глубину ручья, его ширину и развалку, уменьшить подачу и избегать бросков; сменить калибры, если закаты продолжаются |
| Вмятины | Вдавливание реборд калибра в трубу, смещение калибров относительно другого в горизонтальной плоскости, резкий переход от глубины к ширине ручья | Установить нормальный зазор между калибрами, выровнять калибры в горизонтальной плоскости, проверить развалку калибра и подшлифовать калибр |
| Волнистость на наружной поверхности | Чрезмерная подача, плохая обработка перехода зева поворота к калибрующему участку, изношенность калибрующего участка, смещение оси патрона относительно оси прокатки | Уменьшить подачу, проверить калибровочный участок на конусность, устранить несовпадение оси патрона относительно оси прокатки, проверив износ катков и опорных брусьев |
| Граненность | Изношенность калибров с образованием пологих продольных углублений из-за обжатия в одних и тех же местах утолщенной стенки, соответствующей выпускам калибров | Сменить калибры, для предупреждения граненности применять калибры с достаточной твердостью после термической обработки |
| Кольцеобразные отпечатки | Неправильное положение оправки – ее конец находится в конце предотделочного участка, поломка оправки или образование на ней трещин | Следить за тем, чтобы передний конец оправки при крайнем положении относительно калибров находился у зева поворота, контроль за состоянием оправки |
| Поперечные риски и трещины | Чрезмерная деформация металла, пережим стенки между поверхностью ручья и оправки при неправильной расточке ручья | Проверка соответствия калибров и калибровке оправки, правильности расточки ручья, режима термообработки, которому была подвергнута труба |
| Отклонение размеров за пределы допусков | По толщине стенки: чрезмерное или недостаточное выдвижение оправки, повышенная подача заготовки, несоответствие размеров калибра и оправки. По наружному диаметру: неправильный зазор между калибрами, чрезмерная или недостаточная глубина ручья | Правильный подбор технологического инструмента, регулярная периодическая проверка размеров труб в процессе изготовления и размеров ручья в процессе его износа |
| Наружная волнистость | Большая поперечная и продольная разрозненность заготовки, чрезмерная развалка ручья, износ ручья калибра | Подбор инструмента в соответствии с калибровкой, установление правильного зазора между калибрами, применение заготовки с допусками по техническим условиям |
При волочении труб возможно появление брака разных видов, причиной которых являются: низкое качество трубной заготовки (передельной трубы), нарушение технологического процесса волочения, низкое качество изготовления технологического инструмента (волок и оправок), неисправность волочильных станов и др. Ниже рассмотрены основные виды дефектов на трубах, которые встречаются при волочении.
Обрывы концов труб происходят в результате неправильно со-ставленного маршрута волочения (чрезмерно большие обжатия), неправильной настройки стана и калибровки технологического инструмента, отсутствия смазки, нарушения режима нагрева при забивке головок, высокой скорости волочения во время захвата трубы, неправильного выбора волок и оправок и т. д. Риски и задиры при волочении труб - из-за некачественной химической обработки, плохой подготовки труб к волочению, некачественной забивки головок, перекоса волоки, несоосности волочения, бракованного инструмента, налипания металла на инструмент, попадания твердых частиц в очаг деформации и т. д. В процессе настройки стана на первых трубах эти дефекты сразу же выявляются, и их необходимо устранить. Превышение допусков по диаметру труб происходит из-за неправильного выбора размеров волоки или оправки. Брак по диаметру иногда исправляют переназначением труб на другой (меньший) размер. Повышение допусков по толщине стенки является причиной неправильно выбранного размера технологического инструмента волок и оправок). Овальность труб образуется при правке труб, а также волочении в овальной волоке. Этот брак исправляют дополнительной правкой в правильных станах, однако требуется контроль абсолютного размера диаметра, так как при правке возможно изменение диаметра. Разностенностъ поперечного сечения труб обусловлена только наличием ее на заготовке. При короткооправочном волочении исходная поперечная разностенность почти не изменяется, а при волочении без оправки и на плавающей оправке она уменьшается. При волочении на длинной оправке разностенность определяется условиями обкатки, поэтому при изготовлении готовых труб после волочения на длинной оправке применяют безоправочное волочение. Поперечная разностенность появляется также из-за овальности волоки или оправки или несовпадения оси трубы с осью волочения. В этом случае работа стана должна быть остановлена и устранены причины, вызывающие разностенность труб. Пропуски в виде необжатых мест на трубах, подвергнутых справочному волочению, появляются из-за большой кривизны заготовки, а также неправильной настройки стана. Кольцеватость на трубах появляется из-за упругой деформации стержня, особенно при волочении длинных труб (Lr = 8...12 м) на короткой оправке. Дрожание труб происходит в процессе волочения на короткой оправке из-за некачественной смазки и плохой сушки труб перед волочением. Дрожание проявляется больше всего при волочении труб большой длины и с малым внутренним диаметром, т е. когда стержень оправки тонкий, но большой длины, и имеет большие продольные упругие деформации. Оправка перемещается периодически в очаге деформации, а на трубах образуются кольца. Этот дефект не всегда является браковочным признаком, но значительно снижает производительность стана и повышает обрывность труб. Устранить его можно повторной подготовкой труб или переходом на другой способ волочения, например, на плавающей оправке. Продольные трещины (растрескивание труб) образуются при волочении особотолстостенных труб без оправки, при превышении допустимой разовой или суммарной деформаций; при волочении труб без термической обработки за несколько проходов (см. рис.3). Объясняется это наличием больших (превышающих допустимые) остаточных тангенциальных растягивающих напряжений на наружной поверхности труб. Указанный вид брака характерен только для безоправочного волочения и исправлению не подлежит. При оправочном волочении неравномерность деформации по толщине стенки почти отсутствует и растрескивания труб не наблюдается. Для избежания появления этого дефекта на трубах следует строго придерживаться технологического маршрута изготовления труб.
Продольные складки от головки труб образуются при волочении тонкостенных и особотонкостенных труб без оправки в результате потери устойчивости трубы. Для устранения данного дефекта следует уменьшить степень деформации при безоправочном волочении или использовать другой способ волочения. Местное сужение поперечного сечения в виде ужимов образуется на наружной поверхности тянутых труб из-за вмятины на заготовке, волнистости, неравномерной по длине термической обработки и некачественной обкатки при длиннооправочном волочении. Данный дефект образуется при безоправочном волочении труб.
Возможны и другие виды брака, например, по газопроницаемости и проч., устранение которых требует лучшего качества заготовки и проведения специальных дополнительных операций.
Ремонт и улучшение поверхности бесшовных труб выполняют удалением местных дефектов, а также применением операций обточки, расточки, шлифовки и полировки наружной поверхности труб. Очищают внутреннюю поверхность труб продувкой сжатым воздухом под давлением 0,3…0,55 МПа. Длинномерные трубы (> 4 м) продувают воздухом с двух сторон, что обеспечивает более качественную очистку внутренней поверхности труб. После обезжиривания труб осматривают их внутреннюю поверхность, пользуясь перископом.
На рис. 86 - 90 показаны дефекты холоднодеформированных сварных труб.
Рис.86 – Разрушение концов стальных сварных труб при холодной прокатке
Рис.87 – Дефекты в виде задиров и рисок на внутренней поверхности труб после холодной прокатки (а) и волочения (б). (заготовка получена индукционной сваркой)
Рис.88 – Дефект в виде заката в месте сварного шва на внутренней поверхности холоднокатаных труб
Рис.89 – Характер расположения трещин на внутренней поверхности холоднокатаных сварных труб
Рис.90 – Дефекты глубиной до 0,2 мм и более на сварных трубах после короткооправочного волочения: а – микротрещина; б – закат, который образуется из-за непровара и смещения кромок на исходной заготовке
Контроль качества труб.
Для обеспечения соответствия качества труб требованиям ГОСТов и технических условий трубы подвергают контролю и испытаниям, большинство методов которых стандартизовано. Многие из них общие для всех видов металлопродукции, другие специфичны - используются для контроля качества труб специального назначения и обусловлены условиями применения труб и изделий из них.
Некоторые виды труб в соответствии с требованиями стандартов проходят испытание на гидравлическое давление в специальных прессах, где концы труб фиксируются в зажимах; внутрь трубы подается вода под давлением. Величина давления определяется стандартами в зависимости от назначения труб.
Готовые трубы подвергаются, в соответствии с требованиями ГОСТа, механическим и технологическим испытаниям на прочность и удлинение при растяжении, на твердость, раздачу, сплющивание, бортование, ударную вязкость, коррозионную устойчивость.
Контроль размеров готовых труб - наружного и внутреннего диаметров, толщины стенки, овальности наружной и внутренней поверхности, эксцентриситета, продольной и поперечной разностенности, кривизны, длины, отклонений фактических размеров и формы от номинальных выполняется измерительным инструментом - толщиномерами, длинномерами или ультразвуковыми методами.
Готовые трубы по качеству и химическому составу контролируют различными дефектоскопами, стилоскопами и другими приборами.
Помимо геометрических размеров к готовым трубам предъявляют также требования по шероховатости поверхности, химическому составу, структуре (макро- и микроструктуре) металла, межкристаллитной коррозии, загрязненности металла неметаллическими включениями. Контроль химического состава, макроструктуры межкристаллитной коррозии, микроструктуры, загрязненности металла неметаллическими включениями относится к общим методам испытаний металлопродукции. Поэтому в процессе производства таких труб контроль их качества выполняют с применением ультразвуковой дефектоскопии и дефектоскопии вихревыми токами, а также люминесцентным методом с использованием проникающих жидкостей.
Ультразвуковой метод контроля позволяет оценить точность геометрических размеров, качество наружной и внутренней поверхности труб, сплошность металла, величину зерна и другие параметры.
Для производства парогенераторных труб, применяемых в ядерно-энергетических установках с водой под высоким давлением, применяют стали и сплавы, обладающие высокой коррозионностойкостью и имеющие наименьшую склонность к образованию трещин и коррозии под напряжением.
Необходимо, в первую очередь, обнаружить повреждения и дефекты на внутренней и внешней стороне трубы. Они являются своеобразными «маячками», показывающими специалистам слабые места в эксплуатации газопровода. Существует классификация подобных изъянов. Все повреждения и дефекты на металлической газовой трубе подразделяются на следующие группы:
- осевые трубные отклонения от проектных решений;
- брак и повреждения, влияющие на форму поперечного сечения металлической трубы;
- механические повреждения и .
К осевым отклонениям трубы, в свою очередь, относятся следующие объекты трассы: всплывшие, выпучины и арочные выбросы, а также просадки и провисы.
Если часть газового магистрального трубопровода находится в обводненном грунте и при этом имеет выход на поверхность, то он классифицируется как всплывший участок. Техническая диагностика подобных объектов подробно прописана в соответствующей нормативной документации.
Газопроводные участки, в которых произошло отклонение оси от проектных решений, а труба вышла на поверхность, называются арочными. Их форма может соответствовать следующим видам:
- несимметричный и симметричный (одна полуволновая синусоида);
- ось, смещенная в вертикальном положении (на косогоре);
- горизонтальная «змейка» (более двух полуволн).
В момент сильного промерзания газовой трубопроводной сети происходит процесс выпучивания грунтов. Это свойственно местам, где талые грунты подвергаются воздействию холодных температур.
Классифицируемые как провисные, имеют оголенные места, которые не соприкасаются с землей. Это, как правило, происходит при оттаивании грунтов, расположенных в зоне вечной мерзлоты и при карстовых процессах.
В лесных зонах, а также в глинистых местах зачастую происходят так называемые просадки газопроводной трубы ниже уровня, положенного по проекту. Этот процесс связан с влажностью грунта, выше нормативного или его оттаивания в холодных регионах.
Существуют факторы, влияющие на поперечные сечения газопроводных труб и изменяющие его форму. В результате она становится овальной, с гофрами или вмятинами.
Овальное сечение трубопровода является дефектом, который получается в результате механического изменения кольцевого сечения трубы в эллипсообразное. Причиной подобного процесса является существенное радиальной давление на металлическую поверхность объекта.
Также на трубе могут появиться вмятины разнообразной формы и длины. Они появляются из-за контакта объекта с внешним телом твердой основы без острых углов и кромок. Давление на поверхность трубы может быть осуществлено как динамически, так и статически. Это повреждение, как правило, носит плавное соприкосновение с сопряженными участками трубы и не приводят к высоким напряжениям участка в зоне поражения.
Технического состояния линейной части магистрального газопровода необходимо более внимательно осматривать нижнюю поверхность трубы. Именно в этом месте в процессе прокладки трубопровода и его эксплуатации чаще всего появляются вмятины.
Складки на металлической поверхности газопровода называются гофрами. Они появляются в результате холодного изгиба труб, а также в процессе их укладки и осуществлении изоляционных работ. Иногда они образуются непосредственно при эксплуатации в местах изгиба газопроводной трассы, в совокупности со слабонесущими грунтовыми породами, высоким температурным режимом и давлением.
Существует еще одна группа повреждений и дефектов труб – на это раз их стенок, в том числе мест сварных соединений и швов. Они возникают в результате не регламентированной транспортировки, прокладки газопровода, а также его эксплуатации. Повреждения на стенках газопроводной трубы могут быть следующими:
- Небольшие повреждения (как сквозные, так и несквозные) узкой формы в виде трещин. Они обычно имеют угол близкий к 90 градусам и направление в сторону поверхности стенки трубы.
- Расслоение металла и образование параллельных слоев.
- Отсутствие сплошности металла большой длины в направлении прокатки (закат).
- Металлическое отслоение, имеющее различную толщину и величину. Оно проходит в сторону прокатки и одной стороной соединяется с основным металлом (плена).
- Разрыв металла, имеющий различную раскрытую форму. Он окисленный и располагается сверху или под углом в сторону прокатки (рванина).
- Содержание в трубе неметаллических веществ (ликвация).
- Канавка на металлической поверхности трубы, имеющая продольную форму. Она образуется в результате соприкосновения в процессе прокатки металла трубы с острыми выступами.
Все эти дефекты связаны с производственным металлургическим браком. Но дефекты образуются также и в результате транспортировки труб, их прокладки и эксплуатации. Они классифицируются следующим образом:
- Сверхнормативное уменьшение толщины стенок металла на значительной территории трубопровода.
- Единичные и локальные дефекты на поверхности газопроводной трубы.
- Линейные дефекты протяженной формы.
Утончения стенок металла на трубопроводе, как правило, вызван коррозионными повреждениями, имеющими сплошной равномерный и неравномерный характер. Критическим критерием при технической оценке пораженной коррозией зоны газопровода является не столько величина поврежденной площади объекта, сколько фиксация минимальной толщины стенки металла.
Дефекты трубы, имеющие линейно-протяжную форму, представляют собой повреждения, в которых длина больше ширины и глубины. К ним относятся задиры и царапины, которые, как правило, образуются в результате механических воздействий на объект. Возможность эффективной и безопасной эксплуатации газопроводной трубы с подобными повреждениями зависит от напряженности металла в зоне дефекта.
Указанные дефекты и повреждения металлической поверхности трубопровода, рассмотрены, с точки зрения качественной оценки, а не количественной, которая также имеет свою классификацию и основывается на специально разработанных нормативных стандартах.
