image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 3 2017

Сварка

01.03.2017 10:00 Оптимизация норм оценки допустимости дефектов сварных соединений, выявляемых по результатам радиографического контроля
В отраслевой нормативной документации отсутствуют критерии классификации несплошностей, обнаруженных по результатам радиографического контроля. Это снижает достоверность результатов неразрушающего контроля и приводит к увеличению необоснованных ремонтов сварных соединений. Кроме того, установление различных норм отбраковки для типов дефектов, определяемых по результатам анализа их проекций на рентгеновском снимке, приводит к отсутствию удовлетворительной повторяемости результатов контроля. Таким образом, в настоящее время актуальным является вопрос об изменении критериев оценки качества за счет установления однозначных правил принятия решения об отнесении изображения несплошности к определенному типу. Для установления единых норм для дефектов различного типа, имеющих сходные изображения на рентгеновских снимках, были проведены: компьютерное моделирование процесса нагружения сварного соединения с дефектами, возникающего при эксплуатации магистральных трубопроводов; механические испытания образцов, вырезанных из натурных сварных соединений; испытания натурных образцов на долговечность и статическую прочность, имитирующие работу трубопровода в течение 30 лет. Полученные результаты позволили провести оптимизацию норм оценки допустимости дефектов типов «несплавление», «шлаковое включение», «пора» и «цепочка пор» в кольцевых сварных соединениях с учетом опасности разрушения при наличии таких дефектов и возможности их выявления радиографическим контролем.
Ключевые слова: сварные соединения, радиографический контроль, компьютерное моделирование, натурные образцы, долговечность.
Ссылка для цитирования: Филиппов О.И., Колесников О.И., Куркин А.С. Оптимизация норм оценки допустимости дефектов сварных соединений, выявляемых по результатам радиографического контроля // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. No 3. С. 84–89.
Открыть PDF


Несмотря на развитие различных методов контроля, радиографический остается основным методом оценки качества сварных стыков при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов.

Его главные достоинства – возможность получения большого объема достоверной информации о форме и размерах дефектов в сварных соединениях и относительно слабое влияние субъективных факторов на результаты контроля. Важно и то, что этот метод является традиционным методом приемочного контроля трубопроводов, накоплен многолетний опыт его практического применения. Недостатками являются получение, как правило, лишь одной проекции дефекта и низкая выявляемость трещиноподобных дефектов. Главный недостаток методики контроля, требующий устранения, – отсутствие в отраслевой нормативной документации критериев оценки опасности обнаруженных несплошностей. Это снижает достоверность результатов контроля и приводит к необоснованным ремонтам сварных соединений. Следует иметь в виду, что каждый такой ремонт – это не только дополнительные затраты, но и риск появления новых дефектов.

1_1_1.png

Согласование критериев оценки дефектов затрудняет столкновение интересов специалистов по строительству и по эксплуатации нефтепроводов.
В существующих отраслевых нормах не учитывается степень нагруженности конструкции, поэтому их основной функцией остается поддержание технологической дисциплины при строительстве и ремонте. Стремясь избежать ремонта, строители обычно выступают за ослабление норм. Специалисты по эксплуатации опасаются аварий и требуют ремонта всех найденных несплошностей. Проведенные в ходе НИР расчеты и эксперименты были нацелены на то, чтобы обеспечить безопасность и при этом избежать перебраковки.

В нормативных документах предусмотрено выявление по результатам контроля множества разнообразных дефектов. Рис. 1 показывает, насколько трудно по рентгенограмме различить подрез, зашлакованный карман и несплавление.

1.png

Это затруднение испытывают не только рядовые работники, но и высококвалифицированные специалисты. Расшифровки снимков, проведенные различными дефектоскопистами независимо друг от друга, показали, что лишь для нескольких разновидностей дефектов (пора, скопление пор) согласованность результатов превышает 70 %, а для некоторых оказывается ниже 30 % [2]. Таким образом, большой ассортимент трудноразличимых дефектов снижает объективность результатов контроля.

Между тем степень опасности этих разновидностей дефектов различна, и их допустимые размеры в нормативной документации существенно различаются. Целесообразно всем дефектам, дающим одинаковые изображения на снимке, присвоить единое название и установить для них одну и ту же норму, ориентируясь на худший из возможных вариантов.

Для оценки опасности различных дефектов в процессе эксплуатации были проведены расчеты долговечности трубопровода с такими дефектами с помощью программного комплекса «Ресурс сварных конструкций», разработанного в МГТУ им. Баумана [3]. Исходными данными были размеры дефекта, найденного при контроле, свойства материала и эксплуатационная нагрузка. Рассмотрен рост трещин под действием циклических изменений внутреннего давления, приводящий к разрушению трубы.

1_1.png

Согласно отраслевым нормам возможен сброс давления в нефтепроводе до нуля в среднем один раз в сутки, что дает 10 тыс. циклов за 30 лет эксплуатации. Кроме внутреннего давления в расчете были учтены другие нагрузки, включая сварочные остаточные напряжения. Для получения свойств материала была проведена серия испытаний образцов из сварных соединений стали К56.

1_1_2.png

Мерой опасности трещиноподобного дефекта является коэффициент интенсивности напряжений (КИН). Как показали расчеты, наибольшее влияние на опасность дефектов оказывают размеры в направлении толщины стенки трубы: высота дефекта (рис. 2) и его расстояние от ближайшей поверхности (рис. 3). Именно эти размеры труднее всего определить средствами радиографического контроля.

На рис. 2 представлены результаты расчета для трубы диаметром 1000 мм с толщиной стенки 20 мм при уровне напряжений вдали от дефекта 250 МПа. КИН растет по мере увеличения высоты дефекта. При постоянном размере дефекта его расположение в глубине сечения незначительно влияет на КИН, но при приближении к поверхности КИН резко возрастает. При расчете для каждого дефекта прослеживали историю его развития: от начала роста трещины до выхода на поверхность и прорастания насквозь (рис. 4).

1_1_3.png

Рассматривали также взаимное влияние дефектов в цепочке или скоплении. Наибольшую опасность представляет дефект, выходящий на поверхность, такой как подрез. В этом случае для трубы с толщиной стенки 8 мм при длине дефекта вдоль поверхности 40 мм опасный размер дефекта по толщине составляет менее 2 мм (рис. 5).

Расчеты показали, что при постоянных размерах дефекта его опасность снижается по мере роста толщины стенки трубы (рис. 6). Таким образом, наибольшую опасность представляют дефекты в тонкостенных трубах. При высоте дефекта менее 1,5 мм необходимая долговечность достигается вне зависимости от его расположения в сечении и для любой трубы с толщиной стенки 8 мм и выше.

Для проверки проведенных расчетов были изготовлены и испытаны сварные образцы с дефектами (рис. 7). Для создания дефектов заданного размера была разработана специальная методика, позволяющая имитировать появление несплавлений, шлаковых включений и пор.

1_1_4.png

Проведенные испытания позволили обосновать предлагаемые изменения норм оценки допустимых размеров несплошностей. Была подтверждена возможность существенного увеличения допустимых размеров дефектов, но только в случае применения дополнительных методов контроля, позволяющих оценивать высоту и глубину залегания дефекта. Были также сварены натурные образцы для циклических гидроиспытаний с заложенными дефектами заданных размеров в кольцевом сварном шве. Они успешно прошли испытания на стенде АО «Транснефть-Диаскан».

Основное направление изменений, вносимых по результатам проведенных исследований в отраслевые нормы допустимости дефектов, выявленных по результатам радиографического контроля, – унификация и сокращение ассортимента дефектов (рис. 8).

1_1_5.png

Их предлагается разделить на три класса (непротяженные, протяженные и группа дефектов). Протяженным называется дефект с отношением максимального размера на снимке к размеру в перпендикулярном направлении больше 3.

Отдельно следует рассмотреть различные цепочки и скопления дефектов.
В существующих документах предусмотрена сложная процедура оценки их размеров, приводящая иногда к объединению весьма удаленных друг от друга дефектов. В новых нормах группой называются три и более дефекта, если расстояние между ближайшими краями каждой пары дефектов – не более трех максимальных размеров дефектов этой пары, в противном случае дефекты являются одиночными.

1_1_6.png

Результаты проведенных расчетов свидетельствуют также о возможности существенного увеличения допустимой длины несплошности. В действующих нормах она установлена, как правило, на уровне удвоенной толщины стенки трубы. Из рис. 9 видно, что увеличение длины в два раза, до четырех толщин равноценно увеличению глубины поверхностного дефекта на 25 %. Дальнейшее увеличение длины практически не влияет на долговечность. Эти расчеты были также подтверждены натурными испытаниями.

1_1_7.png

Допустимую высоту несплошности также можно заметно увеличить, но только если дополнить радиографический контроль ультразвуковым. Метод контроля должен обеспечивать достаточную точность измерения высоты и глубины залегания дефекта.



← Назад к списку


im - научные статьи.