Методы испытаний труб стальных бесшовных горячедеформированных

 

3. Контролируемые показатели качества

Сортамент всех горячедеформированных  бесшовных труб полностью регламентируется Госстандартом, а именно – ГОСТ 8732-78.[3] Важно, чтобы предельные отклонения в длине труб не превышали определенной отметки. Таковая в изделиях мерной длины вместе с трубами кратной мерной длины не должна превышать уровня в 10 мм, при условии, если длина трубы до шести метров. Если же трубопроводная арматура в длину более 6 метров, или имеет наружный диаметр более 152 мм, то максимальное отклонение составляет 15 мм, не более. Качество трубопроводной арматуры также имеет свою градацию и свои характеристики. В частности, ее делят на пять групп, которые обозначены первыми пятью буквами русского алфавита.

Группа «А» включает в себя трубы, которые выполнены из стали марок  Ст6сп, Ст5сп, Ст4сп и Ст2сп. Нормирование механических свойств данных изделий  регламентируется по ГОСТ 380-88.

Группа «Б» включает в себя изделия  из той стали, которая обозначена в ГОСТ 19281, ГОСТ 380, ГОСТ 4543 и ГОСТ 1050. Здесь регламентируется норма  химического состава.

Третья же группа качества – «В»  – регулируется тем же Госстандартом, что и изделия группы «Б». Здесь  задается не просто химический состав, но и механические свойства. Сталь  используется тех же марок, что и  в предыдущей группе.

Четвертая группа качества – «Г». В эту группу входят трубы по ГОСТ 19281, ГОСТ 4543 и ГОСТ 1050. Главная характеристика данной группы – контроль механических свойств изделий на тех образцах, которые прошли термическую обработку. К эксплуатации допускаются лишь те изделия, которые соответствуют  заданным стандартам качества стали.

Последняя группа – «Д». Здесь не уделяется столь серьезное внимание химическому составу и механическим свойствам. Основной акцент сделан на испытание гидравлического давления.

 

4. Методы испытаний труб

            Рассмотрим подробнее основные методы испытаний. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные подвергаются следующим испытаниям:

 

1. Метод испытания на загиб

Настоящий стандарт ГОСТ 3728-78 распространяется на металлические трубы круглого сечения и устанавливает метод  испытания на загиб по заданным размерам и форме при температуре 20  С. [4]

Для испытания на загиб труб с  наружным диаметром D  до 60 мм включительно отбирают образцы в виде отрезка трубы полного сечения (рис. 2), труб с наружным диаметром свыше 60 мм - образцы в виде поперечных или продольных полос. Образец в виде отрезка трубы отрезают от конца трубы длиной, достаточной для его загиба на заданный угол и радиус. При толщине стенки трубы  5 мм ширина продольных полос и поперечных образцов должна быть 10 мм. При толщине стенки трубы  5 мм ширина образца должна быть 2a. При массовых контрольных испытаниях труб с толщиной стенки свыше 5 мм в целях упрощения изготовления образцов для групп образцов различной толщины допускается устанавливать одинаковую ширину, равную удвоенной максимальной толщине образца этой группы. Разбивку по толщинам рекомендуется производить с интервалом 5 мм. Образцы в виде продольных полос и поперечные образцы от сварных труб вырезают за пределами зоны термического влияния сварного шва. Продольные полосы должны вырезаться из участка основного металла на угол не менее 90° от положения сварного шва.

Загиб отрезков труб	Загиб поперечных    образцов
1- образец-патрубок; 2 - цилиндрическая оправка; R- радиус загиба трубы на средней  линии	1 - оправка, 2 -       поперечный образец; 3 -опора,   - расстояние между опорами

Рис. 2. Образцы труб для испытания  на загиб

Испытание проводят путем плавного непрерывного загиба образца вокруг желобчатого ролика или оправки  заданного радиуса r до определенного  угла. Профиль желобка или оправки  должен соответствовать наружному  диаметру испытуемого образца. При  наличии в нормативно-технической  документации на трубы требований по ограничению величины овализации поперечного  сечения трубы в процессе испытания  допускается проводить испытания  с применением внутренней оправки  или наполнителя. Угол загиба   образца принимают равным 90°, если в нормативно-технической документации на трубы не установлен другой угол. Радиус загиба в виде отрезка трубы указывают в нормативно-технической документации на трубы. При отсутствии таких указаний радиус загиба труб из сталей с относительным удлинением не менее 21% устанавливают в соответствии с табл. 1.

Таблица 1 – Радиус загиба труб из сталей с относительным удлинением не менее 21%

Соотношение толщины стенки трубы к наружному диаметру трубы	Наружный диаметр трубы  , мм	Радиус загиба R, мм
0,1 и более	до 50	2
	свыше 50	3
менее 0,1	до 60 включ.	3

При испытании сварных труб положение  сварного шва должно быть указано  в нормативно-технической документации на изделие. Если это указание соответствует, сварной шов должен находиться в  зоне сжатия и располагаться под  углом 45° к плоскости изгиба.

Испытание металла шва и металла  зоны термического влияния на загиб  проводят по ГОСТ 6996-66. [5]

Испытание на загиб поперечных образцов (рис. 2) (полосы в виде части кольца) проводят по ГОСТ 14019-2003. [6] Радиусы оправки для загиба продольных полос и поперечных образцов r в зависимости от толщины стенки трубы должны соответствовать указанным в табл. 2. При этом растягивающим усилиям должна подвергаться сторона образца, являющаяся наружной поверхностью трубы. Загиб поперечных образцов производят таким образом, чтобы увеличилась начальная кривизна образца.

Таблица 2 – Радиусы оправки для загиба продольных полос и поперечных образцов

Толщина стенки трубы, мм	Радиус оправки, мм
1,0 – 1,2	2,5
1,4 – 1,5	3,0
1,6	3,5
1,8 – 2,0	4,0
2,2	4,5
2,5	5,0

Продолжение таблицы – 2

2,8	5,5
3,0	6,0
3,2	6,5
3,5	7,0
4,0	7,5
4,5	8,5
5,0	9,0
5,5	9,5
6,0	10,5
6,5	11,0
7,0 – 7,5	12,0
Свыше 7,5	2а

Образец считается выдержавшим  испытание, если после загиба на нем  не будет визуально обнаружено нарушение  целостности металла с металлическим  блеском. 

Недопустимость гофров должна быть оговорена в нормативно-технической  документации на трубы.

 

2. Метод испытания на сплющивание

Настоящий стандарт ГОСТ 8695-75 распространяется на металлические бесшовные и сварные трубы с наружным диаметром не более 400 мм и с толщиной стенки не более 15% от наружного диаметра трубы и устанавливает метод испытания на сплющивание при температуре 20±10°С.

Для испытания труб на сплющивание  применяют образцы в виде отрезка  трубы длиной 20-50 мм, а при разногласиях в оценке качества - длиной 1,5 D_ВН (внутренний диаметр образца, мм), но не менее 10 мм и не более 100 мм. Испытание может проводиться непосредственно на трубе с предварительным её надрезом перпендикулярно продольной оси на глубину не менее 0,8D (рис. 3). Плоскость реза должна быть перпендикулярна оси трубы. Заусенцы на кромках образца должны быть удалены. На образце допускается снимать поверхностные слои (внутренний и наружный), если это установлено в стандартах на конкретную продукцию.[7]

 

 

 

Рис. 3. Надрез перпендикулярно продольной оси на глубину не менее 0,8D

Для испытания образец  помещают между двумя гладкими жесткими и параллельными плоскостями  и плавно сплющивают его, сближая  сжимающие плоскости до заданного  расстояния между параллельными  плоскостями в конце испытания, мм (рис. 4 ).

 

 

 

 

Рис. 4. Сплющивание образца  до заданного расстояния

 

Ширина сжимающих плоскостей всегда должна быть больше, чем ширина образца после сплющивания. Сварной шов при испытаниях располагается примерно под углом 90° к оси приложения нагрузки (рис. 5).

 

 

 

 

 

Рис. 5. Сварной шов

 

Скорость сплющивания  образца при разногласиях в оценке качества испытания должна быть не более 25 мм/мин.

Признаком того, что образец  выдержал испытание, служит отсутствие после сближения сжимаемых поверхностей до величины Н на внешней и внутренней поверхностях трещин или надрывов с металлическим блеском, определяемых визуально.

 

3. Метод испытания гидравлическим давлением

Настоящий стандарт ГОСТ 3845-75 распространяется на трубы из стали, чугуна, цветных металлов и устанавливает метод испытания их внутренним гидравлическим давлением для проверки прочности и плотности основного металла труб и сварных швов. [8]

 Наибольшая величина пробного давления должна рассчитываться по формулам, приведенным ниже.

Пробное давление для круглых монометаллических бесшовных труб диаметром до 550 мм и сварных труб диаметром до 480 мм включительно (Р₁), МПа (кгс/см²), и (Р₂), МПа (кгс/см²), вычисляют по формулам:

 

                                 ;             (1)

;

                           ;           (2)

 

,

где s - минимальная (с учетом минусового допуска) толщина стенки трубы, мм;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

R - допускаемое напряжение в стенке трубы при испытании, МПа (кгс/мм²);

 D_p - расчетный диаметр трубы, мм, в качестве которого может быть

использован: средний диаметр D_p = D - s (для бесшовных, в том числе котельных, свертнопаяных и сварных труб с отношением ).

Формулы (2) применяются для  бесшовных, в том числе котельных, свертнопаяных и сварных труб с отношением .

Расчет пробного давления (Р₃), МПа (кгс/см²), при испытании труб на прессах различной конструкции с осевым подпором производят по формуле (3), что является эквивалентным пробному давлению без осевого подпора Р₁.

 

                           ;           (3)

;

 

               где N - коэффициент, учитывающий напряжения изгиба, возникающие под действием массы трубы и наполняющей жидкости;

 

,                                                                             (4)

 

l - наибольшее расстояние между опорами, удерживающими трубу в процессе гидроиспытания, либо максимальная длина трубы при отсутствии опор, м;

К - коэффициент, учитывающий осевой подпор, зависящий от способа герметизации полости сварной трубы на время гидравлического испытания, равный:

для гидропрессов с торцовым упорным уплотнением

К = 0,97,

для гидропрессов с манжетным  уплотнением со слежением

,                                                           (5)

                            

для гидропрессов с торцовым распорным уплотнением

,                                                           (6)

где 0,07 - коэффициент, гарантирующий  герметизацию внутреннего объема трубы;

              D_r - внутренний диаметр подвижной части уплотняющей головки пресса, мм;

              D - диаметр центрального цилиндра подачи воды, мм.

В качестве наполнителя, передающего  давление на стенку трубы, должна применяться  вода, эмульсия или другая жидкость. Перед испытанием воздух из трубы должен быть вытеснен наполняющей жидкостью.

Нарастание давления при  испытании всех труб и сброс давления при испытании особотонкостенных  труб ( 0,01 при D £ 102 мм) должны производиться плавно (без гидравлических ударов).

Стальные сварные трубы  диаметром 530 мм и более, во время выдержки их при испытательном давлении должны механизированным способом обстукиваться молотками или роликами массой 0,5-0,8 кг.

Труба считается выдержавшей  испытание, если при испытании не будет визуально обнаружено течи рабочей жидкости и после испытания  остаточной деформации (выпучивания) стенки, выводящей диаметр трубы за предельные отклонения.