Разрушение вызывается

Квазихрупкий излом включает в себя характерные признаки вязкого и хрупкого разрушения и образуется возникновением макроскопической деформации, не превышающей 10-15%. Предельная деформация (относительное сужение кромок разрыва) вязкого разрушения составляет более 10-15%. Основной причиной вязкого разрушения является явление потери устойчивости (образование шейки) общей (макроскопической) или локальной пластической деформации (рис. 2.1). Как будет показано ниже, предельная равномерная деформация (до момента образования шейки) составляет около (0,6-1,0)п, где п - коэффициент деформационного упрочнения металла. Для многих сталей п = 0,1-0,4. Следовательно, вязкое разрушение трубопроводов и сосудов должно сопровождаться заметным утонением стенок (более 15%) вдали от разрыва при соот-

Соединение труб между собой осуществляется с помощью тройников или сваркой. Присоединительная арматура (гайки, штуцеры, ниппели, угольники, тройники и т. д.) унифицирована. Весьма важным моментом в изготовлении трубопроводовявляется гибка труб. Она производится на специальных гибочных станках или станках-автоматах. Опыт эксплуатации гидрофицированных машин показывает, что разрушение трубопроводов происходит в местах их наибольшей кривизны и вблизи ниппелей. Это объясняется тем, что во время гибки труб в металле возникают микротрещины, которые развиваются под действием пульсаций давления жидкости и вибраций, вызванных двигателем и колебаниями металлоконструкции. Вблизи ниппелей трубы разрушаются в связи с изменением структуры металла в период сварки.

Весьма важный технологический метод борьбы с коррозией газонефтепроводов — создание режима течения потока, обеспечивающего его однородность. Это может быть достигнуто за счет скоростного напора при повышении объемного расхода водонефтегазовой смеси или уменьшением диаметра трубы. Разрушение трубопроводов, транспортирующих влажный газ или нефтяную эмульсию, при фазовом расслоении приобретает локальный характер и концентрируется в основном на нижней образующей трубопровода, а зоны наибольших повреждений сосредотачиваются на пониженных участках его трассы.

Большую опасность для подземных трубопроводов представляют блуждающие токи электрифицированных железных дорог. Они вызывают интенсивное коррозионное разрушение трубопроводов

Приведенные выше силы включают в себя как стационарные, так и зависящие от времени составляющие. Вклад вибрационных воздействий, происходящих на фоне основных эксплуатационных нагрузок, в накопление повреждений и разрушение трубопроводов в ряде случаев может оказаться решающим [7]. Не менее важным этот вопрос оказывается и в проблеме снижения уровня шумов.

«Холодное» зависание оборотов ТРД вызывается недостаточной подачей топлива в двигатель для его разгона и происходит из-за отказа в работе узлов, обеспечивающих приемистость двигателя (например, разрушение трубопроводов подвода давления воздуха к автомату приемистости, засорение дросселирующего жиклера в этом трубопроводе). На ТРД, имеющих ограничитель нарастания давления (ОНД), зависание оборотов может происходить вследствие негерметичности манжеты поршня ОНД и по причине зависания золотника ОНД во втулке. Вероятность возникновения «холодного» и «горячего» зависания оборотов увеличивается при даче встречной приемистости.

Ситуация на сегодняшний день такова, что значительная часть трубопроводных систем (до 50 - 65 %) исчерпала установленный ресурс и вступает в период интенсификации потока отказов. При этом следует отметить, что одной из основных причин высокой аварийности технологических трубопроводных систем являются коррозионные повреждения (по литературным данным до 30 % от общего количества аварий). Проблема усугубляется еще и тем, что по условиям эксплуатации трубопровод, как правило, воспринимает одновременное воздействие механических нагрузок (деформаций) и коррозионно-активных сред. Такое совместное воздействие может вызвать ускоренное коррозионно-механическое разрушение трубопроводов в виде общей механохимической коррозии, коррозионного растрескивания, коррозионной усталости и др., которое значительно интенсифицируется под влиянием полей блуждающих токов.

Как будет показано ниже, предельная равномерная деформация (до момента образования шейки) составляет около (0,6 -*- 1)п, где п -коэффициент деформационного упрочнения металла. Для многих сталей п = 0,14-0,4. Следовательно, вязкое разрушение трубопроводов

Таким образом, в зависимости от качества металла, условий и характера нагружения разрушение происходит по механизму вязкого или хрупкого разрушения. Вязкое разрушение реализуется в результате макроскопической или локальной потери устойчивости пластических деформаций. Деформации, предшествующие вязкому разрушению, достаточно велики и составляют более 10-15 %. При нормальных условиях эксплуатации трубопроводов и сосудов вязкое разрушение возможно лишь при наличии макроскопических дефектов. Излом при вязком нарушении волокнистый, иногда имеет ши-ферность, древовидность, слоистость. Хрупкое разрушение трубопроводов и сосудов возможно при существенном охрупчивании металлов и наличии микро- и макроскопических дефектов. Хрупкое разрушение характеризуется кристалличностью, наличием радиальных рубцов в изломе, малым значением утяжки (менее 20 %) и оста-

Выявление причин факторов, влияющих на разрушение трубопроводов

Ускоренное разрушение трубопроводов, в том числе наличие канавочной коррозии со скоростью более 1-1,5 мм/год, можно объяснить эрозионным разрушением защитных пленок продуктов коррозии скоростным потоком жидкости, содержащей механические примеси. В результате чистый металл постоянно контактирует с коррозионной средой, вызывающей механохимическую коррозию. При достаточно высокой скорости потока эрозионному разрушению может подвергаться сам металл. На ускоренный рост канавки могут влиять различные факторы: действие гальванопары «оголенный металл - металл, покрытый сульфидом железа», повышенное напряженное состояние в области первоначального утончения металла, которое инициирует механизм хрупкого разрушения стали вследствие коррознонно-усталостных и водородиндуцированных трещин.

Существенное отличие неметаллических материалов от металлов сэстоит в том, что они (за небольшим исключением) мало или iовсе не электропроводны, и поэтому характер коррозии этих материалов отличен от характера коррозии металлов и сплагов: их разрушение вызывается химическими или физико-ме-хани> ескими факторами, но не электрохимическими процессами.

2. Проектирование контактирующих поверхностей с полным устранением проскальзывания (например, пескоструйная обработка поверхности). Полностью устранить скольжение достаточно трудно, так как разрушение вызывается очень малым относительным перемещением поверхностей — на расстояние порядка размера атомов. Увеличение нагрузки дает эффект, когда она достаточна для полной остановки скольжения; в противном случае нагрузка крайне вредна.

1. Дренаж. Как видно из рис. 11.1, коррозию блуждающими токами можно полностью устранить, если соединить трубу В с рельсами С металлическим проводником с низким сопротивлением. Такой способ называется дренажем. Если разрушение вызывается системой катодной защиты, в линию дренажа можно включить резистор, чтобы избежать большого изменения потенциала незащищенной части системы при включении и выключении тока катодной защиты. Такое сопротивление в значительной мере предохраняет незащищенную часть системы от разрушения. В то же время оно позволяет избежать большого увеличения катодного тока, необходимого для защиты дополнительных конструкций, присоединяемых дренажем. Если по какой-то причине блуждающие токи периодически меняют направление, в дренажную линию включают выпрямляющее устройство (диод), тогда ток любого направления безопасен для конструкции.

Берковитц-Мэттук и сотрудники [11] изучали окисление MoSi2 при 450—600°. В атмосферах N2, С02, СО и Аг разрушения не наблюдалось. В поликристаллических образцах MoSi2 имелись трещины различного типа: заключенные в отдельных зернах, пересекающие границы зерен и следующие по ним. Плотность трещин возрастала с увеличением времени выдержки. Рентгенограммы Лауэ показывают, что, по крайней мере частично, разрушение вызывается транскристаллитным раскалыванием. В температурном интервале «чумы» при выдержках в кислороде не наблюдалось сколько-нибудь значительных изменений параметров решетки дисилицида, что свидетельствует об исключительно низкой растворимости кислорода в MoSi2.

Скорость нагружения под действием переменной нагрузки периодически изменяется и равна нулю при каждом максимальном и минимальном напряжении, поэтому можно предположить, что усталостное разрушение вызывается средней скоростью нагружения, которая определяется путем деления амплитуды напряжения на время '/4 цикла:

3) наличие многолопастного характера разрушения, ярко выраженного для всех углеродистых и низколегированных сталей и обусловленного развитием в начальный период разрушения множества разветвленных усталостных трещин (рис. 1); при периодическом погружении в отсутствие среды разрушение вызывается развитием лишь одной трещины;

Шлифовка хрупкого сплава требует внимательности и осторожности; лучшие методы шлифовки для вязких и хрупких сплавов могут весьма сильно различаться. Хрупкие составляющие имеют тенденцию откалывать частицы, оставляя отверстия и места слабины, по которым может происходит дальнейшее разрушение. Это разрушение вызывается выпавшими частицами, оставшимися на шлифовальной бумаге, или частицами абразива, если они достаточно велики. Поэтому нужно избегать шлифовки на грубой бумаге и на первых стадиях шлифовки образец следует держать в руке, перемещая его только в одном направлении, так что со стола для ручной полировки образец следует поднимать всякий раз, как он достигает его конца; можно также надеть шлифовальную бумагу на медленно вращающийся круг. Шлифовальная бумага должна быть смочена керосином, и образец следует немедленно снимать, как только обнаружится выкрашивание, которое указывает на появление трещин и на необходимость чистки шлифовальной бумаги. После получения ровной поверхности шлифовку следует продолжать на бумаге с более тонким абразивным слоем при слабой нагрузке; здесь может быть использован механический держатель. Для этой цели существует много конструкций. В некоторых случаях после перехода на тонкую бумагу при полировке можно применить движение вперед и назад.

Шлифовка хрупкого сплава требует внимательности и осторожности; лучшие методы шлифовки для вязких и хрупких сплавов могут весьма сильно различаться. Хрупкие составляющие имеют тенденцию откалывать частицы, оставляя отверстия и места слабины, по которым может происходит дальнейшее разрушение. Это разрушение вызывается выпавшими частицами, оставшимися на шлифовальной бумаге, или частицами абразива, если они достаточно велики. Поэтому нужно избегать шлифовки на грубой бумаге и на первых стадиях шлифовки образец следует держать в руке, перемещая его только в одном направлении, так что со стола для ручной полировки образец следует поднимать всякий раз, как он достигает его конца; можно также надеть шлифовальную бумагу на медленно вращающийся круг. Шлифовальная бумага должна быть смочена керосином, и образец следует немедленно снимать, как только обнаружится выкрашивание, которое указывает на появление трещин и на необходимость чистки шлифовальной бумаги. После получения ровной поверхности шлифовку следует продолжать на бумаге с более тонким абразивным слоем при слабой нагрузке; здесь может быть использован механический держатель. Для этой цели существует много конструкций. В некоторых случаях после перехода на тонкую бумагу при полировке можно применить движение вперед и назад.

заданной амплитудой деформаций (ea=const). С инженерной точки зрения важным оказывается достаточно широкий диапазон числа циклов до разрушения - от 10° до 1012. В этом диапазоне для конструкционных металлов выделяют характерные интервалы чисел циклов: 10°-г5-104 - малоцикловая усталость, когда разрушение вызывается преимущественно циклическими упругопла-стическими деформациями; 105-107 - пластическая многоцикловая усталость, когда разрушение происходит при упругих деформациях в макрообъемах в сочетании с микропластическими деформациями в объемах микрострукгурных элементов; 108-1012 - усталость на сверхбольших базах при напряжениях ниже предела упругости, обусловленная дислокационными механизмами в субзеренных элементах. По экспериментальным данным, при жестком нагружении циклически стабильных металлов разрушающее число циклов N связано степенной зависимостью с амплиту-

малости по сравнению со слагаемым, содержащим 1/Уг. Величины /С], Кп и Ки] называются коэффициентами интенсивности поля напряжений у вершины трещины или просто коэффициентами интенсивности напряжений. Они характеризуют концентрацию напряжений у вершины трещины. Физически Kt, Кп и /СП1 можно интерпретировать как интенсивность передачи нагрузки через область вершины трещины в теле. Поскольку разрушение вызывается полем напряжений у вершины трещины, коэффициенты интенсивности напряжений являются основными параметрами, практически используемыми при анализе.

При определении характеристик циклического разрушения, как и при получении диаграмм циклического деформирования, используют два основных режима нагружения — с заданной амплитудой напряжений (аа = const — мягкое нагружение) и с заданной амплитудой деформаций (еа = const — жесткое нагружение). С инженерной точки зрения важным оказывается достаточно широкий диапазон числа циклов до разрушения — от 10° до 1012. В этом диапазоне для конструкционных металлов выделяют характерные интервалы чисел циклов: 10°-5 • 104 — малоцикловая усталость, когда разрушение вызывается преимущественно циклическими упруго-пластическими деформациями; 105-107 — классическая много цикловая усталость, когда разрушение происходит при упругих деформациях в макрообъемах в сочетании с микропластическими деформациями в объемах микроструктурных элементов; 108-1012 — усталость на сверхбольших базах при напряжениях ниже предела упругости, обусловленная дислокационными механизмами в субзе-ренных элементах. По экспериментальным данным при жестком нагружении циклически стабильных материалов разрушающее число циклов N связано степенной зависимостью с амплитудой пластической еар и упругой еае деформаций (закон Мэнсона — Коф-фина — Лангера):