Badania

Rodzaje badań:

1. analiza wytopowa

2. badanie twardości

3. próba rozciągania

4. próba roztłaczania

5. próba spłaszczania

6. badanie szczelności

- próba wodna

- próba pneumatyczna

- badanie szczelności hydraulicznej metodą prądów wirowych

g) badanie korozji międzykrystalicznej

- próba laboratoryjna typu A

- próba dźwiękowa

- próba zginania

- próba Huey'a

h) pomiar odchyłek i kształtów

- odchyłka prostości

- odchyłka płaskości

- korytkowatość

- skośność

- skręcenie

- niesymetryczność

- różnościenność

- falistość

- wypukłość

- wklęsłość

- klinowatość

- sierpowatość

- graniastość

i) badania wizualne

j) kontrola wymiarów

k) próba ultradźwiękowa

l) próba rozciągania pierścienia

m) NDT spoiny

n) próba wywijania kołnierza

Próba rozciągania.

Powinna określać:

1. wyraźną granice plastyczności

2. umowną granice plastyczności

3. wytrzymałość na rozciąganie

4. wydłużenie względne

5. przewężenie względne

6. naprężenie rozrywające

W zależności od wymiaru przekroju poprzecznego rury do badań stosuje się następujące rodzaje próbek:

a) wzdłużne, w postaci odcinków rur lub pasków o szerokości bo i grubości a_o równej grubości ścianki rury oraz okrągłe,

b) poprzeczne, płaskie ( o przekroju poprzecznym prostokątnym) o szerokości b_o i grubości a_o równej grubości ścianki rury oraz okrągłe.

Obróbka próbek. Powierzchnie czołowe próbek powinny być prostopadłe do osi rury.

Próbki w postaci odcinków rur oraz próbki płaskie i w postaci pasków powinny zachować naturalne nieobrobione powierzchnie rury, które powinny być wolne od wad.

Badanie należy przeprowadzić w temperaturze 20
^oC.

Obliczenie początkowej powierzchni przekroju poprzecznego próbki So w mm² należy wykonać według wzoru.

Oznaczenie długości pomiarowej.

Próba roztłaczania.

W przypadku stali austenitycznych i austenityczno-ferrytycznych roztłaczany powinien być przekrój rury na jednym końcu przy użyciu stożkowego przyrządu o kącie
=60^o, dopóki maksymalna średnica zewnętrzna roztłaczanego końca nie przekroczy początkowej średnicy zewnętrznej o 25%.

Próba ma na celu wyznaczenie zdolności rur o przekroju okrągłym do odkształcenia plastycznego przez roztłoczenie oraz sprawdzenie czy na powierzchni nie pojawiły się wady. Próba polega na roztłaczaniu końca próbki uciętej z rury za pomocą stożkowego trzpienia w celu osiągnięcia przez maksymalna średnice zewnętrzną roztłaczanej rury wartości określonej w normach wyrobu. Zalecane kąty trzpienia 30^o ,40^o ,60^o. Długość próbki zależy od kąta stożka trzpienia:
≤30⁰ ,L=2D

< 30^o L=1,5D

L- długość próbki

D- początkowa średnica zewnętrzna

Powierzchnia trzpienia powinna być gładka i wypolerowana. Trzpień może być smarowany, nie powinien obracać się w stosunku do próbki w czasie próby. Próba przeprowadzona na prasie lub maszynie wytrzymałościowej w temperaturze otoczenia od 10 do 35^oC . Wynik pozytywny próby - gdy nie ma pęknięć widocznych gołym okiem. Stosowana dla rur o średnicy zewnętrznej mniejszej od 150 mm i grubości ścianki do 10mm.

Schemat próby roztłaczania rur.

Próba rozciągania pierścienia.

Przeprowadza się ją w celu:

1. wykrycia wad na powierzchni rury jak i wewnątrz

2. określenia zdolności rury do odkształceń plastycznych

Wycięty z rury pierścień poddaje się odkształceniu aż do jego rozerwania. Próbę stosuje dla rur o średnicy zewnętrznej większej niż 150mm, a grubości ścianki od 40 mm a średnicy wewnętrznej większej niż 100mm.

Próbkę odkształca się na obwodzie rozrywającym. Podstawowe wyposażenie do badań to:

Dwa okrągłe kołki o równych średnicach i równoległych osiach. One przemieszczają się względem siebie ( cały czas), pozostając jednak względem siebie równoległe.

Średnica tych kołków powinna być minimalna i powinna być przynajmniej 3-krotnie większa od grubości ścianki rury. Próbkę należy założyć na kołki i odkształcać, aż do jej rozerwania - rozsuwając kołki z kontrolowaną prędkością do 5 mm/s. Długość próbki około 15mm. Końce próbki wolne od zadziorów (zaokrąglone lub fazowane)

Próba spłaszczania.

Przeprowadza się aby sprawdzić wytrzymałość szwu.

Stosujemy ją do rur o średnicy zewnętrznej ≥ 600mm grubości ścianki nie większej niż 15% średnicy zewnętrznej.

Polega na tym, że koniec rury lub odcięty jej odcinek (10-100mm) należy poddać spłaszczaniu w kierunku prostopadłym do osi wzdłużnej, między dwiema równoległymi płytami aż do uzyskania odpowiedniej odległości miedzy nimi. Płyty powinny mieć większą szerokość niż próbka po spłaszczeniu. Próba powinna być przeprowadzona w temp. otoczenia

(10^o-35^oC). W trakcie próby sprawdzamy czy na powierzchni zewnętrznej nie wystąpiły pęknięcia lub naderwania oraz wytrzymałość szwu. W przypadku stali austenitycznych, austenityczno-ferrytycznych rury powinny być spłaszczane do momentu uzyskania odległości miedzy płytami wynoszącej 5T( T-grubość ścianki), a spoina powinna być pod kątem 90^o do osi spłaszczania. Przy spłaszczaniu do styku powierzchnie wewnętrzne powinny zetknąć się ze sobą na odcinku co najmniej równym połowie spłaszczanej próbki. Próba wypadnie pozytywnie gdy nie będzie pęknięć widocznych gołym okiem.

Automatyczne badanie ultradźwiękowe spoin rur stalowych spawanych elektrycznie w celu wykrycia nieciągłości wzdłużnych.

Rury przeznaczone do badania powinny być wystarczająco proste i wolne od obcych materiałów, aby zapewnić wiarygodność badania.

Spoina rury powinna być badana techniką ultradźwiękową fal poprzecznych lub fal Lamba w celu wykrycia głównie nieciągłości wzdłużnych.

Prędkość względna podczas badania nie powinna zmieniać się więcej niż +10%.

Jeżeli nie ma innych uzgodnień między zamawiającym a nabywcą, to podczas badania spoina powinna być przeszukiwana wiązkami fal skierowanymi prostopadle do spoiny, i mieścić się w zakresie od 1 do 15 MHz dla fal poprzecznych o od 0,3 MHz do 1 MHz dla fal Lamba, w zależności od grubości i stanu powierzchni badanej rury. Maksymalna szerokość każdego poszczególnego przetwornika, mierzona równolegle do głównej osi spoiny, powinna wynosić 25mm dla fal poprzecznych i 35mm dla fal Lamba. Każda rura powodująca sygnały niższe niż poziom wyzwolenia alarmu powinna być uznana za wyrób, który przeszedł to badanie z wynikiem pozytywnym. Każda rura wytwarzająca sygnały zapoczątkowane w obszarze ±10mm lub ± T/2 linii wtopienia w zależności od tego ,który z tych wymiarów jest większy, gdzie T jest określoną grubością rury, równe lub większe niż poziom przerzutnika alarmu, powinna być oznaczona jako kwestionowana lub, według wyboru wytwórcy, może być zbadana powrotnie. Jeżeli przy ponownym badaniu nie otrzymano sygnału równego lub dwóch przeciwnych kierunkach. W badaniu ultradźwiękowym częstotliwość powinna być większa od poziomu wyzwolenia alarmu, należy uznać, że rura przeszła to badanie bez zastrzeżeń.

Automatyczne badanie metodą prądów wirowych austenitycznych i austenityczno- ferrytycznych rur stalowych i spawanych.

Badanie rur prądami wirowymi zgodnie z normą jest zwykle wykonywane po zakończeniu wszystkich głównych operacji procesu wytwarzania. Badane rury powinny być dostatecznie proste i wolne od obcych ciał, tak aby zapewnić wiarygodność badania. W celu potwierdzenia szczelności hydraulicznej rury powinny być badane metodą prądów wirowych jedną z następujących technik:

1. cewki przelotowej

2. cewki stykowo-segmentowej

3. wirującej rury / cewki stykowej

Kalibracja aparatury powinna być przeprowadzana tak, aby w sposób powtarzalny (np. podczas trzech kolejnych przepustów próbki rurowej przez aparaturę badawczą) otrzymywane były wyraźnie rozpoznawalne sygnały od wzorca. Te sygnały powinny służyć do nastawienia progu czułości układu sygnalizacyjnego.

Kryteria akceptacji:

Rurę, z której sygnały otrzymane podczas badania są mniejsze od progu czułości układu sygnalizującego należy uważać za spełniającą wymagania.

Rurę, z której sygnały otrzymane podczas badania są równe lub większe od progu czułości układu sygnalizującego, należy uznać za zakwestionowaną lub, według uznania wytwórcy, zbadać ponownie.

Jeżeli podczas powtórnego badania takiej rury nie otrzymano sygnałów równych lub większych od progu czułości układu sygnalizującego, to uważa się ją za spełniającą wymagania.

Rury, z których sygnały są równe lub większe od progu czułości układu sygnalizującego należy uważać za zakwestionowane.

Badanie korozyjne w środowisku kwasu azotowegoV przez pomiar ubytku masy(próba Huey`a).

Badanie przeprowadza się w celu:

1. Sprawdzenia wewnętrznej odporności stopu na korozję międzykrystaliczną

Materiał jest badany po obróbce cieplnej zwiększającej podatność na korozję.

2. Sprawdzanie efektywności przesycenia

Badanie kontrolne wykonuje się tylko na wyrobach o małej grubości ścianki, dla których można uzyskać wystarczająco dużą szybkość chłodzenia. Materiał jest badany w stanie dostarczonym użytkownikowi, bez obróbki cieplnej zwiększającej podatność na korozję międzykrystaliczną.

Obróbka cieplna zwiększająca podatność na korozję międzykrystaliczną

Aby sprawdzić wewnętrzną odporność na korozję międzykrystaliczną, należy wykonać obróbkę cieplną w celu zwiększenia podatności stali stabilizowanych i stali o bardzo niskiej zawartości węgla (C≤0,03%).Zwiększenie podatności uzyskuje się zwykle przetrzymując próbkę przez 30 min. W temperaturze 700ºC±10ºC, następnie z szybkim chłodzeniem(w wodzie).Czas nagrzewania nie powinien przekraczać 10 min.

Badania korozyjne

Próbkę do badań przygotowaną zważyć, pięciokrotnie zanurzyć we wrzącym roztworze kwasu azotowego i trzymać w nim przez 48h po każdym zanurzeniu. Kryterium określającym wynik badania jest ubytek masy próbki uzyskany w wyniku ważenia po każdorazowym jej zanurzeniu i przetrzymaniu w kwasie azotowym.

Próba laboratoryjna A odporności na korozję międzykrystaliczną stali odpornych na korozję

Należy stosować kolby stożkowe z szeroką szyjką o pojemności 2000cm³. Na dno kolby stożkowej nasypać warstwę odtłuszczonych i czystych wiórów miedzi, umieścić w niej próbki tego samego gatunku stali tak, aby co najmniej jedna z ich powierzchni stykała się z wiórami, nalać roztworu sporządzonego , aby poziom cieczy sięgał 20 mm ponad górną krawędź próbki lub warstwy wiórów, zaznaczyć kreską poziom roztworu w kolbie, nałożyć chłodnicę zwrotną, przepuścić wodę chłodzącą i gotować. Roztwór utrzymywać w stanie spokojnego wrzenia zachowując stała temperaturę i nie dopuszczając do zagrzania chłodnic. Po przewidzianym czasie gotowania próbki należy wyjąć z roztworu, opłukać bieżącą wodą, wysuszyć.

Próbki badane należy poddać próbie dźwiękowej, próbie zginania oraz badać pod mikroskopem na poprzecznym szlifie.

Próba dźwiękowa polega na porównaniu dźwięku próbek gotowanych i nie gotowanych zrzuconych z wysokości 200-250mm na kamienną płytę.

PRÓBA WTŁACZANIA

Próba ta (PN-53/H-04416) polega na wtłaczaniu próbki (2) w stożkowy otwór matrycy (3) o zbieżności 1:10 lub wyjątkowo 1:5 za pomocą wkładki metalowej (1) (rys.12). Własności próbki są zadowalające, jeżeli po osiągnięciu wymagalnego zmniejszenia średnicy

na jej powierzchni nie występują pęknięcia ani naderwania widoczne nieuzbrojonym okiem.

Schemat próby wtłaczania rur.

PRÓBA WYWIJANIA KOŁNIERZY

Polega ona na wykonaniu kołnierza przy użyciu 2 trzpieni. Podobnie jak w próbach poprzednich obserwuje się występowanie ewentualnych wad. Próbę przeprowadza się na prasie przy prędkości do 50 mm/min. Wykonuje się ją dla rur o średnicy zewnętrznej do 150mm i grubości ścianki do 9mm, na próbkach o wysokości 100mm.

W Polsce jest ona przeprowadzana wg PN-61/H-04418.

Schemat próby wywijania kołnierza: a), b) etapy próby

PRÓBA ZGINANIA RUR

Próba ta (PN-78/H-04414) polega na równomiernym i nieprzerwanym zginaniu do określonego kąta  prostego odcinka rury o średnicy zewnętrznej D ≤ 60 mm wokół krążka z wyżłobieniem odpowiadającym średnicy rury i o promieniu r, . Można również zginać podłużne lub poprzeczne paski z rur o średnicy D > 60 mm w sposób identyczny, jak w próbie technologicznej zginania, tak aby rozciąganiu podlegała zewnętrzna powierzchnia rury

Schemat próby zginania rur.

Schemat próby zginania odcinków poprzecznych i podłużnych rur.

Metody magnetyczne

Wyróżniamy:

1. metodę pomiaru rozproszenia strumienia magnetycznego

2. metodę proszkową

Obydwie metody biorą za podstawę zjawisko, iż linie pola magnetycznego w miejscach o odmiennej przenikalności magnetycznej ulegają odchyleniu. jeśli w takim miejscu przenikalność magnetyczna jest mniejsza niż w niewadliwym materiale, wówczas linie pola magnetycznego wychodzą ponad powierzchnię badanego elementu. Dzieje się tak w przypadku, jeśli w pobliżu powierzchni rury znajduja się rysy, łuski, wtrącenia niemetaliczne i inne nieciągłości struktury, wywołujące gwałtowną zmianę przenikalności magnetycznej.

Przy badaniu rozproszenia strumienia magnetycznego rura zostaje umieszczona w polu magnetycznym. W miejscach wadliwych pomiar rozproszenia strumienia, dokonany za pomocą mikrosondy, pozwala określić wielkość i położenie wady.

W metodzie proszkowej badane miejsca zostaną pokryte bądź suchym proszkiem magnetycznym, bądź jego płynną zawiesiną. Proszek gromadzi się ponad miejscem wadliwym i w ten sposób je uwidacznia.

Wadą obydwu metod jest to, że mają określony zasięg działania, to znaczy wykrycie wady jest tym trudniejsze, im głębiej jest ona położona. Jednakże przy wykrywaniu wad powierzchniowych rur metoda proszkowa jest najczulsza ze wszystkich metod nie niszczących.

Próba szczelności

Próby szczelności rur przeprowadza się pod ciśnieniem wody lub innej cieczy (próba hydrauliczna), a po uzgodnieniu dopuszcza się przeprowadzenie próby szczelności rur ciśnieniem powietrza (próba pneumatyczna) rury należy poddać działaniu określonej wartości ciśnienia próbnego w określonym czasie i sprawdzić, czy nie wykazują one nieszczelności oraz trwałych odkształceń widocznych nieuzbrojonym okiem.

Wartość ciśnienia próbnego dla próby wodnej (hydraulicznej).

Wartość ciśnienia próbnego ( P_{p )} , przy którym należy przeprowadzić próbę, określają normy przedmiotowe lub warunki zamówienia . Jeśli normy przedmiotowe nie podają wartości ciśnienia próbnego , któremu należy poddać rury , wartość takiego ciśnienia w MPa należy obliczyć.

1. dla rur o stosunku
   ≥7,7 wg wzoru P_p=
   

w którym:

D- średnica zewnętrzna rury [mm]

S_min -minimalna grubość ścianki rury [mm]

Kr- dopuszczalne naprężenie w ściance rury, [MPa]

2. dla rur o stosunku
   <7,7 wg wzoru P_p=2,65
   

w którym :

D- średnica zewnętrzną rury [mm]

S_min -minimalna grubość ścianki rury [mm]

Kr- dopuszczalne naprężenie w ściance rury, [Mpa]

Wartość ciśnienia próbnego dla próby powietrznej (hydraulicznej).

Wartość ciśnienia próbnego (P_p), przy którym należy przeprowadzić próbę rur wynosi, 0,6 MPa , jeżeli w normach przedmiotowych lub warunkach zamówienia nie podano inaczej.

Badanie wad powierzchniowych zewnętrznych i wewnętrznych rur za pomocą sondy magnetycznej

1. rury po badaniu , 2 mechanizm obrotu rury, 3-rury do badań , 4- ramiona z sondami , 5-pistolet natryskowy

Polega na namagnesowaniu rury, np. ., przy użyciu przewodu elektrycznego przechodzącego przez jej środek , lub też wirujących elektromagnesów i zarejestrowaniu za pomocą sond rozproszenia pola magnetycznego wywołanego istniejąca wadą. W trakcie badania następuje ciągła zmiana wzajemnego położenia głowicy i rury w wyniku kombinacji ruchu obrotowego i posuwistego. Kontrola ta pozwala na wykrycie wad już od głębokości 0,2 mm.

Próba roztłoczenia pierścienia

Próba polega na równomiernym i nieprzerywalnym wtłaczaniu w próbkę trzpienia stożkowego do momentu osiągnięcia określonego w normach przedmiotowych lub w warunkach zamówienia stopnia roztłaczania lub do zupełnego rozerwania i sprawdzeniu czy na odkształcanej powierzchni próbki nie wystąpiły pęknięcia lub naderwania .W przypadku zupełnego rozerwania sprawdza się ,czy na powierzchni przełomu nie wystąpiły niedopuszczalne wady oraz objawy kruchości.

1- próbki , 2-trzpień , 3-podstawka trzpienia , 4 górna płyta maszyny wytrzymałościowej , 5-dolna płyta maszyny wytrzymałościowej

Próbę przeprowadza się za pomocą trzpieni stalowych o zbieżności 1:10 lub 1:5 zamocowanych na prasie lub uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej. Dopuszcza się stosowanie trzpieni o zbieżności 1:4. Powierzchnia robocza trzpienia powinna mieć twardość większa lub równa 50 HRC , a jej chropowatość nie powinna przekraczać 5µm.Próbkę stanowi odcinek rury o długości L wynoszącej ok. 15 mm. Próbkę należy nałożyć współosiowo na stożkowy trzpień stalowy umieszczony na dolnej podkładce maszyny wytrzymałościowej i wtłaczać do momentu uzyskania wymaganego stopnia roztłaczania X=
lub do pojawienia się pierwszego pęknięcia .Jeżeli nie osiągnięto wymaganego stopnia roztłaczania lub nie rozerwano próbki na jednym trzpieniu ,należy przeprowadzić dalsze roztłoczenie próbki na trzpieniu o tym samym stopniu zbieżności , lecz większych średnicach.. Szybkość roztłaczania nie powinna przekraczać 30mm/s

NAPRĘŻENIA WŁASNE W RURACH CIĄGNIONYCH NA ZIMNO

Naprężeniami własnymi powstałymi w wyniku przeróbki plastycznej metalu nazywamy stan naprężenia utrzymujący się w materiale po zakończeniu odkształcenia przy braku obciążeń zewnętrznych. Powstawanie i występowanie w ciągnionych rurach naprężeń własnych stwarza wiele problemów zarówno producentom rur, jak również ich późniejszym użytkownikom. Wpływ naprężeń własnych na wytrzymałość elementów konstrukcji stalowych i eksploatację urządzeń może być zarówno korzystny, jak też w pewnych przypadkach bardzo szkodliwy. Wynika to z faktu nakładania się pola naprężeń własnych z polem naprężeń pochodzących od zewnętrznych obciążeń statycznych , bądź też zmiennych co do wartości, obciążeń cyklicznych. Jednym z podstawowych parametrów konstrukcji i urządzeń pracujących bardzo często w zmiennych warunkach, jest wytrzymałość zmęczeniowa jej elementów, na którą istotny wpływ wywiera znak, wielkość i rozkład naprężeń własnych w warstwach powierzchniowych. Występowanie naprężeń własnych ściskających w warstwie powierzchniowej powoduje wzrost wytrzymałości zmęczeniowej elementów, zaś naprężenia własne rozciągające obniżają tę wytrzymałość , jednakże o końcowym efekcie będzie decydowało też umocnienie materiału, które wywiera korzystny wpływ na wytrzymałość zmęczeniową elementów stalowych. Naprężenia własne w wyrobach rurowych powstają w wyniku stosowania procesu przeróbki plastycznej na zimno i mogą osiągnąć znaczne wartości. Niekorzystny wpływ naprężeń własnych na jakość wyrobów otrzymanych w procesie ciągnienia potwierdzają liczne badania. Występowanie w warstwach zewnętrznych znacznych wartości obwodowych naprężeń własnych może być przyczyną powstawania pęknięć obserwowanych na końcach rur, bądź wzdłuż całej długości. Pęknięcia te mogą powstać bezpośrednio po ciągnieniu, po prostowaniu rur, a nawet po znacznym upływie czasu. Duże wartości i nierównomierny rozkład wzdłużnych naprężeń własnych powoduje lokalne lub występujące na całej długości skrzywienie rur. Bardzo niekorzystnym zjawiskiem(obniżenie jakości, dyskwalifikacja wyrobu) jest powstanie charakterystycznych pęknięć powierzchniowych tzw. łusek, których przyczyną są rozciągające naprężenia własne.

Wielkość i znak naprężeń własnych uzależnione są głównie od parametrów procesu odkształcenia. Kształt i wymiary geometryczne narzędzi ciągarskich, wielkość i sposób realizacji odkształcenia, rodzaj ciągnionej stali, a także warunki smarowania są najistotniejszymi czynnikami wpływającymi na rozkład i wielkość naprężeń własnych w ciągnionych rurach. Problemem wpływu parametrów procesu ciągnienia na wielkość naprężeń własnych zajmowali się między innymi: Bühler , Kreher, Sachs. Badania tych autorów dotyczą w szczelności ciągnienia drutów i prętów.

Z badań Bühlera i Krehera dotyczących wpływu wielkości stosowanego gniotu i rodzaju smaru na wielkość naprężeń własnych w warstwie powierzchniowej drutu, którego średnica wynosiła 5mm. wynika że maksymalne wartości naprężeń własnych występowały w drutach ciągnionych gniotem 15%, powyżej tego gniotu obserwowano spadek wzdłużnych naprężeń własnych. Na wielkość σ_z w drutach ciągnionych znaczny wpływ wywiera rodzaj stosowanego smaru.

Z badań Sachsa wynika, że wzrost kąta ciągnienia α powoduje wzrost naprężeń własnych w drutach ciągnionych. Przy wzroście stopnia gniotu powyżej 20%, następuje spadek wzdłużnych naprężeń własnych σ_z. Na podstawie przedstawionych w wielkim skrócie rozwiązań i badań różnych autorów, można przypuszczać, że stosowanie narzędzi o odpowiednim kształcie i wymiarach oraz właściwie dobranych warunków ciągnienia może spowodować uzyskanie wyrobów ciągnionych w których naprężenia własne będą znikome, co zdecydowanie poprawi jakość tych wyrobów. Można się spodziewać, że również przy ciągnieniu rur będziemy mieli do czynienia z wpływem warunków procesu ciągnienia na wielkość i rozkład naprężeń własnych w rurach. Do chwili obecnej brak jest jednak wiadomości literaturowych na ten temat, znaleźć natomiast można wyrywkowe badania rozkładu naprężeń w rurach, lub ich wielkość w warstwach powierzchniowych.

Wydaje się, że celowe będzie przeprowadzenie obszernych badań wpływu parametrów procesu ciągnienia rur na korku swobodnym na wielkość i rozkład naprężeń własnych w rurach, jedną z wielu metod pomiaru naprężeń własnych.

Dla metali i stopów, przy uwzględnieniu ich struktury rozróżnia się naprężenia własne pierwszego, drugiego i trzeciego rodzaju. Naprężenia pierwszego rodzaju(makronaprężenia) powodują lub mogą powodować występowanie odkształceń makroskopowych. Naprężenia drugiego rodzaju powodują odkształcenia w obrębie ziarna, są stałe w jego wnętrzu, ale różne w każdym ziarnie. Naprężenia trzeciego rodzaju wywołują odkształcenia wewnątrz kryształu.

W dalszych rozważaniach naprężenia drugiego i trzeciego rodzaju nie będą uwzględniane bezpośrednio, należy jednak podkreślić, że niekiedy mogą one zakłócać właściwe określenie naprężeń pierwszego rodzaju. Określenie drogą analityczną wartości naprężeń własnych w wyrobach ciągnionych jest niemożliwe przy obecnym stanie wiedzy o teorii sprężystości i plastyczności. Pozostają więc jedynie metody doświadczalne. Do pomiaru naprężeń własnych w metalach i stopach, stosuje się obecnie kilka grup metod pomiarowych: metody rentgenograficzne wykorzystujące dyfrakcję promieni X, metody trepanacji polegające na pomiarze odkształceń warstw powierzchniowych przy pomocy pomiarów tensometrycznych, metody magnetyczne bazujące na pomiarach zmian przenikliwości magnetycznej lub strumienia indukcji, metody kruchych pokryć, metody chemicznego i elektrolitycznego trawienia oraz szeroko rozpowszechnione metody mechaniczne polegające na wykonaniu odpowiednich zabiegów(usuwanie warstw metalu, rozcinanie, nacinanie)dokonywanych w ściśle określonym porządku. Zabiegi te wywołują naruszenie stanu równowagi wewnętrznej elementu. Nowy stan równowagi powstaje dzięki odpowiednim zniekształceniom, których pomiar umożliwia obliczanie naprężeń własnych.

Istnieje wiele mniej lub bardziej dokładnych metod mechanicznych do wyznaczania naprężeń własnych w rurach. Główne z nich to metody opracowane przez Sachsa, Sachsa i Espeya, Pomeya, Albeda i Goutela, Dawidenkowa, Fahlmana, Andersena, metoda pomiaru kąta skręcenia oraz metoda skręcenia i pasm. Metoda opracowana przez Sachsa i Espeya w 1941 roku jest jedną z najbardziej zalecanych metod do pomiaru naprężeń własnych w rurach, których grubość ścianki jest co najmniej 3-krotnie mniejsza od promienia rury.

Możliwość wyznaczania trójosiowego stanu naprężenia w warstwach powierzchniowych zewnętrznych i wewnętrznych, możliwość wyznaczania rozkładu naprężeń na grubości ścianki rury, prostota pomiaru przy użyciu nieskomplikowanych przyrządów, dokładność otrzymywanych wyników sprawiło, że metodę tę zastosowano tu do wyznaczenia własnych naprężeń w rurach ciągnionych na korku swobodnym. Metoda ta umożliwia wyznaczenie naprężeń własnych σ_z, σ_θ, σ_r, przy założeniu osiowej symetrii stanu naprężeń własnych oraz jednorodności, izotropowości i liniowej sprężystości materiału badanej rury. Zakłada ona, że rozkład naprężeń własnych we wszystkich przekrojach poprzecznych jest jednakowy, czyli przyjmuje się, że naprężenia zależą jedynie od współrzędnej (r) wzdłuż promienia.

Zmiany wartości naprężeń własnych δ_z, δ_θ, δ_r dla rury mosiężnej poddanej ciągnieniu.

W rzeczywistości w rurach o skończonej długości, naprężenia zależą również w niewielkim stopniu od współrzędnej osiowej (z).

Stan naprężenia opisuje się na elemencie przestrzennym ograniczonym dwiema bliskimi powierzchniami walcowymi, dwiema bliskimi płaszczyznami prostopadłymi do osi rury i dwoma osiowymi przekrojami rury.

Działające w odpowiednich kierunkach naprężenia nazywa się kolejno:

δ_{r -} promieniowym_, δ_θ- obwodowym i δ_z - wzdłużnym naprężeniem własnym.

Schemat działania naprężeń własnych w układzie współrzędnych walcowych r, z, θ.

W położonej w odległości a_i od rozpatrywanej powierzchni warstwie, włókno rury zostaje odprężone w trzech etapach przez: rozcięcie /lub wcięcie beczki/ próbki rury, usunięcie wszystkich warstw przed rozpatrywaną i usunięcie warstwy rozpatrywanej. W oparciu o teorię sprężystości i powyższe założenia wprowadzono następujące związki na określenie naprężeń własnych w rurach.

Całkowite naprężenie obwodowe określa się jako sumę czterech składowych:

δ_θ= δ_θ1 + δ_θ2 + δ_θ3 + δ_θ4

Na podstawie pomiarów rozciętej próbki δ_θ1 wyznaczymy z zależności:

Zmiany ugięć beleczki wspornikowej wywołane przecięciem i usuwaniem warstw metalu.

Po usunięciu warstw poprzedzających rozpatrywaną, wyliczamy dalsze składowe:

a po usunięciu rozpatrywanej warstwy i pomiarze próbki rury, czwartą składową określamy ze związku:

objaśnienia:

-przyrost średnicy warstwy środkowej po przecięciu próbki,

- średnica medialna

- przyrost średnicy warstwy środkowej spowodowany usunięciem warstwy do głębokości a_i i przecięciem próbki,

-zmiana średnicy warstwy środkowej spowodowana usunięciem warstwy do głębokości a_i,

dD_S = d(ΔD) -przyrost średniej warstwy środkowej spowodowany usunięciem warstwy określonej współrzędną a_i,

Wzdłużne naprężenie własne jest sumą czterech następujących składowych:

δ_Z = δ_Z1 + δ_Z2 + δ_Z3 + δ_Z4

które określa się z podanych niżej zależności:

Poszczególne symbole oznaczają:

- ugięcie beleczki o jednostkowej długości,

f ” - ugięcie beleczki wspornikowej po jej wyodrębnieniu,

L - długość beleczki wspornikowej

F' - ugięcie beleczki wspornikowej po jej wyodrębnieniu i po usunięciu

warstwy a_i,

- ugięcie beleczki wspornikowej o długości jednostkowej po jej

wyodrębnieniu i po usunięciu warstwy metalu a_i,

f = f_i - f₀ - ugięcie beleczki o długości jednostkowej wynikłe z usunięcia

warstwy metalu a_i,

Przy wyznaczaniu naprężeń własnych w rurach, których
<0,3 pomija się naprężenia promieniowe δ_r jako bardzo małe w porównaniu z

naprężeniami δ_Z i δ_θ.

Wielkość i rozkład obwodowych naprężeń własnych w znacznej mierze

wpływają na jakość i eksploatację rur ciągnionych.

RODZAJE DOKUMENTÓW KONTROLI JAKOŚCI

CERTYFIKATY PRODUKCYJNE

- rury bezszwowe
wymiary:	D = 3 - 162 mm, t = 0,5 - 12,5 mm
gatunki stali:	St 37.0, St 44.0, St 52.0 - DIN 1629 St 35.8 III, St 45.8 III, 15Mo3, 17 Mn4, 19Mn5 - DIN 17 175 WStE 255, TStE 255 - DIN 17 179 TTSt35N - DIN 17 173 RSt 37-2, St 37-3, St 52-3 - DIN 17 121
	AD W4/TRB100/TRD102/VdTÜV Mbl. 351/2
- łuki rurowe naspawane
	D= 21,3 - 168,3 mm, t = 2,0 - 6,3 mm
	St 37.0, St 44.0 - DIN 1629
	St 35.8 I, St 45.8 I - DIN 17175
przepisy: TRB100/TRD102/VdTÜV Mbl. 1252
- rury spawane o dużych przekrojach ze stali konstrukcyjnej niestopowej
Bureau Veritas
rury stalowe dla kotłów oraz pojemników ciśnieniowych ze stali węglowej oraz węglowo - manganowej:
- walcowane na gorąco :		D = 21,3 - 139,7 mm, t = 2,6 - 12,5 mm
- ciągnione na zimno:		D = 3 - 162 mm, t = 0,5 - 12,5 mm

Germanischer Lloyd

rury walcowane na gorąco oraz rury dokładne ciągnione na zimno ze stali:

St 37.0, St 44.0 - DIN 1629

St 37.4, St 44.0 - DIN 1630

Lloyd's Register of Shipping

rury stalowe o średnicy 140 mm i grubości ścianki do 12,5 mm ze stali węglowych oraz manganowych

API

rury dostarczane zgodnie przepisami API 5L oraz API 5CT

ZETOM Katowice
rury walcowane na gorąco:
- wymiary:	D = 21,3 - 139,7 mm, t = 2,6 - 12,5 mm
- gatunki stali:	St 37.0, St 44.0, St 52.0

Urząd Dozoru Technicznego
- rury stalowe bezszwowe walcowane na gorąco oraz ciągnione na zimno zgodne z normami:
DIN 1629, 1630, 17 121, 17 175
ASTM A53, 106, 179, 209, 210, 213, 334, 335, 556
- wymiary:	rury walcowane: D = 21,3 - 139,7 mm, t = 2,6 - 12,5 mm rury dokładne: D = 6 - 162 mm, t = 0,5 - 12,0 mm
- rury spawane podłużnie o dużych przekrojach zgodne z normami DIN 1626, 17 100, 17 155
- wymiary:	D = 323,9 - 2220,0 mm, t = 5,0 - 25,0 mm
- łuki do wspawania zgodne z DIN 2605, 2609
- gatunek stali:	St 37.0 - DIN 1629 St 35.8, St 45.8 - DIN 17 175
- redukcje rurowe
- wymiary:	D = 21,3 - 114,3 mm
- gatunek stali:	St 37.0 - DIN 1629

Instytut Badawczy Techniki Budowlanej Bratysława
- rury bezszwowe walcowane na gorąco
- wymiary	D = 21,3 - 140 mm, t = 2,6 - 12,5 mm
- normy:	STN 42 5715, 42 5716
- rury dokładne ciągnione na zimno
- wymiary:	D = 3 - 162 mm, t = 0,5 - 12 mm
- normy:	STN 42 6710, 42 6711, 42 6712
- gatunek stali:	11 353, 11 453, 11 523, 11 550, 11 650, 11 503, 12 021, 12 022

---