scan 2 (20)

kolana I®

1,7-3,2

^max

a

Rys. 1. Odkształcenie e w funkcji czasu pełzania f o — przy stałej temperaturze Ti różnych naprężeniach a, b — przy stałym naprężeniu a i różnych temperaturach T. Prędkość odkształceń e* rośnie z naprężeniem i temperaturą. Czasy: t_a, t_b, i t_c, to wyznaczane tu czasy do momentu pękania Fig. 1. Strain e in the creep time function t a — at constant temperaturę Tand various stresses b — at constant stress o and various temperatures T. Velocity of strains £* increases along with stress and temperaturę, Times: t_a, t_b, and t_c are the times determined here until the moment of fracture

Wprowadzenie

Istnieje wiele materiałów przeznaczonych do pracy w podwyższonych temperaturach. Na ogół są one właściwie wykorzystywane przez projektantów i konstruktorów. Mimo to, niektóre elementy wykonywane z tych materiałów ulęgają uszkodzeniu rażąco szybko. Przykładem takich elementów mogą być kolana rurociągów parowych [1, 2] oraz miejsca połączeń kolan z prostymi odcinkami rurociągu [3].

Istnieje powszechne przekonanie, że podstawową przyczyną przedwczesnego uszkadzania kolan jest panujący w nich, podwyższony poziom naprężeń. Jak wynika z [4] rzeczywiste naprężenia w niektórych punktach zewnętrznego łuku kolana mogą przekraczać wartość naprężenia nominalnego, występującego w prostoliniowych odcinkach rurociągu ponad trzykrotnie: max odcinka prostoliniowego

Za podstawową przyczynę takiego stanu rzeczy uważa się zmiany grubości ścianki kolana w strefie owalizacji rury [5, 6],

Z analizy map mechanizmów pełzania [7] wynika, że nawet 3-krotny wzrost naprężenia nie jest w stanie usprawiedliwić wielokrotnie wyższego wzrostu prędkości odkształceń (prędkości pełzania) i nieoczekiwanie przedwczesnego rozwoju pęknięć ww. kolanach.

Wyjaśnienie i opanowanie problemu przedwczesnego uszkadzania wyrobów hutniczych jest więc istotne nie tylko ze względów czysto poznawczych, ale przede wszystkim z uwagi na aktualne dążenie do przedłużania czasu eksploatacji urządzeń energetycznych ze 100 000 do 350 000 godzin [8-rlOj.

Osiągnięcie tego celu wymaga gruntownej analizy oraz rewizji poglądów na temat przyczyn pojawiania się uszkodzeń już po 50 000 godz., a nawet szybciej. Wiele wskazuje na to, że uszkodzenia te mają związek ze zmianą wielkości ziaren podczas łączenia (spawania) kolan z prostoliniowymi odcinkami rurociągów. Brakuje natomiast pełnego wyjaśnienia przyczyn pękania kolan w miejscach owalizacji ich kształtu. Jak już wspomniano wyżej, aktualne wyjaśnienia nie wytrzymują próby konfrontacji tych wyjaśnień z aktualnym stanem wiedzy na temat mechanizmów i prędkości odkształceń przy pełzaniu.

Analiza skutków stosowania dotychczasowych metod ustalania dopuszczalnego czasu eksploatacji materiałów podlegających pełzaniu

Aktualnie wymagany czas bezawaryjnej pracy urządzeń energetycznych to nawet 350 000 godz., czyli 40 lat [9]. Oznacza to, że prędkość odkształceń w podwyższonych temperaturach powinna wynosić

ś = 10"¹¹ (lO¹² )s“¹

Tyle też powinno trwać doświadczalne potwierdzanie zdolności materiału do tak wolnego odkształcania się, np. do wartości e = 1 %.

Dlatego też, w praktyce stosuje się badania skrócone, realizowane przy znacznie wyższych prędkościach odkształceń (ś ponad 10~⁸ s"¹), a uzyskane wyniki ekstrapoluje się. Rysunek 1 ilustruje uzyskiwane w ten sposób krzywe pełzania i zasadę określania czasu do uszkodzenia (pękania). Metodyka ta jest powszechnie znana, a jej szczegółowy opis można znaleźć miedzy innymi w pracach [1CH-13].

Ustalony w powyższy sposób czas do pękania, w zależności od naprężenia i temperatury jest wykorzystywany do wyznaczania bezpiecznego zakresu naprężeń i temperatur, co ilustruje rysunek 2.

Czas (t) do zerwania próbki

b

Czas (t) do zerwania próbki

638