Виды труб.
Невозможно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не использовались трубы. По трубопроводам прокачиваются жидкости, газы, гранулированные материалы. В зависимости от назначения трубы изготовляют из черных и цветных металлов, полиэтилена, бетона и других материалов.
Трубы имеют множество критериев их классификации – по форме (круглые, профильные), размеру (диаметру), способу изготовления (горячекатаные, холоднокатаные, литые, бесшовные, паяные, сварные), степени обработки (оцинкованные, никелированные). По области применения подразделяются для общих целей, специальные (бурильные, насосные), магистральные, жаропрочные и т. д.
Наиболее широкое распространение получили металлические трубы. Перед применением, с целью определения их качества и пригодности, они подвергаются испытаниям по различным направлениям:
- Испытание на растяжение;
- Определение твердости;
- Испытание на сжатие;
- Испытание на сплющивание;
- Испытание падающим грузом;
- Испытание под воздействием водорода.
В данном материале рассмотрим методику проведения испытаний труб из металла.
Испытание на растяжение.
Варианты испытаний зависят от формы изделий. Так, трубы маленьких диаметров перед растяжением обжимают на концах. В трубах более крупных размеров для предотвращения повреждений образцов в зажимах применяются специальные стержни. При невозможности использования штатных зажимов из труб вырезается часть стенки для изготовления образца.
Испытания проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 10006-80.
При отборе образцов их вырезку производят на металлорежущих станках. Размеры и отклонения от них определяют по таблице 1:
Длина образца высчитывается математическим путем по специальной формуле. Испытания проводятся на двух образцах.
Оборудование для испытаний подбирается в соответствии с требованиями ГОСТ 28840-90. Допускается применять испытательные разрывные машины с любым типом возбуждения (электромеханические, электрогидравлические) и силоизмерительного устройства (маятникового типа, с торсионным или электрическим силоизмерителем).
При проведении испытаний на разрыв определяются:
- Физический предел текучести;
- Условный предел текучести;
- Временное сопротивление;
- Относительное удлинение после разрыва;
- Относительное сужение после разрыва.
Образец устанавливается в зажимы испытательной машины по схеме 1:
Затем плавно нагружается со скоростью и усилием по ГОСТ 1497-84 до разрушения. Цифровые значения испытаний отображаются на мониторе испытательной машины.
По окончанию испытаний производится обработка полученных результатов с использованием специальных формул. Исходные данные и конечные результаты оформляются протоколом.
Испытание на сжатие.
Этот вид испытаний проводится с целью определения стабильности и пластичности труб. Особую важность эти свойства принимают при прокладке труб в грунте, поскольку непредвиденные сдвиги почвы (землетрясения, ударная волна) могут повредить магистраль трубопровода.
Испытания труб проводятся согласно требованиям ГОСТ 25.503-97.
Размеры образцов подбираются из таблицы 2. Подготавливается 15 образцов.
К оборудованию и аппаратуре для испытания предъявляются требования, изложенные в ГОСТ 28840-90.
Испытательные машины должны быть оснащены преобразователем силы и тензометром, отображающие значения испытываемых характеристик, самопишущим прибором для записи диаграмм.
Стандарт рекомендует использовать приспособление для проведения испытаний на сжатие изображенное на рисунке 1, но допускает применение иных конструкций.
Рисунок 1, где: 1 – пуансон; 2 – направляющая втулка; 3 – основание; 4 – опорная верхняя плита; 5 – образец; 6 – самоустанавливающаяся опора со сменным вкладышем.
При испытании образец закладывается в приспособление, которое фиксируется в испытательной машине. С приложением нагрузки с заданной скоростью производится сжатие образца до его разрушения. Полученные числовые значения во время испытания выводятся на дисплей машины.
Обработка результатов испытания производится по специальным формулам с построением необходимых диаграмм, после чего составляется протокол испытания.
Определение твердости труб.
Испытания на твердость проводят при проверке сварных швов и определении твердости самой трубы в соответствии с требованиями ГОСТ 9012-59.
Сущность метода испытаний заключается во вдавливании стального шарика в образец с приложенным усилием в течение определенного времени с последующим измерением полученного отпечатка.
Образец для испытаний подбираются в результате математических расчетов и табличных данных из Приложения 2 настоящего стандарта.
Требования к испытательной аппаратуре изложены в ГОСТ 23677-79.
Измерение твердости проводится при температуре 23 ± 5 °С. Образец надежно фиксируется на столике или подставке.
Для получения отпечатка по таблицам, приведенным в стандарте, подбирается шарик необходимого диаметра, который вставляется в наконечник испытательного устройства.
При приложении к шарику нагрузки на образце остается отпечаток (см. схему 2):
С помощью микроскопа или др. измерительных приборов замеряются диаметры D и d, а также глубина вдавливания h. Далее, по полученным результатам с применением специальных формул высчитывается твердость металла испытываемой трубы. Конечный результат испытаний оформляется протоколом.
Испытания падающим грузом.
Данному виду испытаний подвергаются трубы, предназначенные для строительства больших нефте- и газопроводов. Руководящий документ – ГОСТ 30456-2021.
Согласно требованиям стандарта испытаниям подлежат трубы диаметром от 508 мм и более с толщиной стенок от 7,5 мм.
Отбор проб осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 7564-97 и ГОСТ 30432-96 в количестве, необходимом для изготовления не менее двух образцов. В зависимости от условий применения труб нормативная документация может содержать другие требования к отбору образцов.
Рисунок 2. Схема отбора проб от прямошовной трубы с одним швом.
Оборудование и материалы для определения количества вязкой составляющей в изломе образца и поглощенной энергии применяют маятниковые и вертикальные копры с запасом энергии, разрушающим образец одним ударом. Для охлаждения образца используют жидкий азот, воздух или нетоксичные жидкости (спирты).
Температура и время охлаждения образца зависят от толщины стенки трубы и выбираются из таблиц настоящего стандарта.
Испытываемый образец устанавливается на опоры копра и закрепляется. Разрушение образца осуществляется ударом бойка по его поверхности. После этого определяется количество вязкой составляющей в изломе расчетным методом или методом сравнения с эталонами.
При применении расчетного метода высчитывается зачетная площадь участков хрупкого излома. Далее ее значение подставляется в специальные формулы и производится окончательный расчет количества вязкой составляющей.
Характер и вид излома имеет различную по форме и содержанию поверхность. В качестве примера рассмотрим поверхность излома в виде "размерной стрелки".
При образовании в изломе участка в виде "размерной стрелки" он считается:
- Участком вязкого излома (поз. а);
- Участком смешанного излома (поз. б).
Результаты испытаний документируются протоколом.
Испытание труб на сплющивание.
Данный вид испытаний проводится с целью проверки качества сварных швов и обнаружения их дефектов. Испытаниям подвергаются трубы с наружным диаметром до 400 мм.
Температура во время испытания должна находиться в пределах 20 ± 10 °С.
Образцы отбираются от испытываемого изделия длиной 20-50 мм, но не менее 10 и не более 100 мм.
Образец размещают в испытательной машине (прессе) и со скоростью не более 25 мм/мин плавно сжимают его до размера H (задается НТД). Сварной шов располагается под углом 90° к прилагаемой нагрузке. (См. схему 3).
После проведения испытания образец осматривается. В случае отсутствия видимых трещин и надрывов на всех поверхностях (наружной, внутренней, торцах) считается, что образец выдержал испытания.
Конечный результат оформляется протоколом.
К специальным, редко применяемым испытаниям металлических труб относятся:
- Испытание труб под воздействием водорода (ГОСТ Р 9.915-2010);
- Испытания труб внутренним гидравлическим давлением (ГОСТ 3845-75);
- Испытания при криогенных температурах (ОСТ 26-04-1221-75);
- Испытание на ползучесть (ГОСТ 3248-81).
Виды и методы определения качества металлических труб определяются потребителем и отражаются в НТД на проведение испытаний.
