Установлено, что при проектировании стыков трубо­проводов такой конструкции не учитывались дополни­тельные напряжения вследствие изгиба при утолщении стенки и эксцентриситета на участке стыка. Между тем дополнительные напряжения при изгибе стенки трубы на участке стыка в результате взаимодействия внутрен­него давления измененного сечения трубы могут дос­тигать значительных величин. Эксцентриситет стенки трубы в стыке также может служить причиной появле­ния больших дополнительных напряжений в том случае, когда трубопровод находится под воздействием осевых нагрузок (вызванных температурными деформациями и при перераспределении окружных напряжений по ме­тоду Пуассона). В результате вычисления на ЭВМ максимальное напряжение у края внутреннего шва со­ставило 474 МПа. тогда как предел прочности стали, гарантируемый фирмой-поставщиком, составляет 413 МПа.

Установлено, что при проектировании стыков трубо­проводов такой конструкции не учитывались дополни­тельные напряжения вследствие изгиба при утолщении стенки и эксцентриситета на участке стыка. Между тем дополнительные напряжения при изгибе стенки трубы на участке стыка в результате взаимодействия внутрен­него давления измененного сечения трубы могут дос­тигать значительных величин. Эксцентриситет стенки трубы в стыке также может служить причиной появле­ния больших дополнительных напряжений в том случае, когда трубопровод находится под воздействием осевых нагрузок (вызванных температурными деформациями и при перераспределении окружных напряжений по ме­тоду Пуассона). В результате вычисления на ЭВМ максимальное напряжение у края внутреннего шва со­ставило 474 МПа. тогда как предел прочности стали, гарантируемый фирмой-поставщиком, составляет 413 МПа.
Учитывая, что метод конечных элементов не выяв­ляет возможное перераспределение напряжений в ма­териале трубы, определение распределения напряжений было проведено с помощью тензометров. Тензометры, прикрепленные к стене трубы, были покрыты слоем цементного раствора. После этого трубопровод посте­пенно заполнялся водой с тем, чтобы не повредить тща­тельно протарированиые приборы. Полученные данные (табл. 6) показывают вполне определенную тенденцию распределения напряжений. Они лишний раз подтверж­дают, что наибольшие напряжения сконцентрированы непосредственно по краю шва. Поэтому более близкие к фактическим значения этих напряжений находятся где-то между максимальными величиными, получен­ными по методу конечных элементов (474 МПа) и с по­мощью тензометров (270 МПа).
Анализ данных, полученных по методу конечных элементов и с помощью тензометров, показал, что коэф­фициент концентрации напряжений у края внутреннего шва колеблется от 3,5 до 7. Установлено,что раструб­ный стык труб под воздействием осевой нагрузки будет разрушен при сжатии или растяжении еще до того, как материал трубы достигнет предела прочности.
Поэтому решение проблемы при строительстве таких трубопроводов заключается в устройстве вместо рас­трубных сварных стыков обычных стыковых сварных соединений (рис. 90,91).
После первых двух разрушений было обследовано большое число сварных швов, выполненных в полевых условиях на участке трубопровода, проходящего по поверхности земли. Качество швов оказалось невысо­ким: они неоднородны, сопряжения с основанием имеют ступенчатую форму. Металл наплавлялся в шве круп­ными каплями от основания до верха. Такое качество сварных швов, безусловно, способствовало аварии тру­бопровода. Примененный метод сварки недопустим в этих .условиях, так как он не обеспечивает полную рав­номерную проварку швов. Кроме того, в материал шва попадает окалина и шов получается неоднородным, с частыми уступами у основания—в наиболее напряжен­ной зоне стыка. В результате здесь происходит допол­нительная концентрация напряжений, что вызывает хрупкий излом материала, если труба выполнена из стали, не обладающей требуемой вязкостью.

90. Температурный шов
а — конструкция шва; б — деталь соединения, обеспечивающая воз­можность температурных деформа­ций трубопровода; 1 — наружный диаметр; 2\’—среднее кольцо; S — стяжной болт; 4 — ось соединения; 5 — без упора; 6 — стяжное кольпо; 7—-опора; 8—полиэтиленовая плен­ка 0,25 мм; 9 — наклонный слой гравия 20 см; 10 — ось температур­ного шва; 11 — ось соединения; 12 — ось неподвижной опоры

 

91. Разрушение участка подземного трубопровода
1 — разрыв трубы в пределах рас­труба у границы внутреннего свар­ного шва; 2 —внешний сварной шов; 3 — внутренний сварной шов

 

Специалисты по технологии металла пришли к вы­воду, что разрушение трубопровода в результате хруп­кого излома произошло в связи с фактическим ослаб­лением сечения сварного шва у основания. Это явилось следствием выжигания и зачистки первого неудачного шва, а также неправильного образования повторного шва, когда не был обеспечен плавный переход наплав­ленного металла в шве к внутренней поверхности трубы.
Литература по   сварке   элементов из стали   А-572 указывает на необходимость предварительного нагрева металла, если толщина листа менее 28 мм. Однако, как отмечалось выше, предварительный\’ нагрев сваривае­мых изделий с меньшей толщиной стенки не только по­лезен, но необходим. Без предварительного нагрева нельзя контролировать изменение твердости материала в зоне, подверженной воздействию высоких температур при сварке, с соответствующим снижением вязкости металла.
Высококачественные швы и сохранение характерис­тик материала свариваемых элементов на участках, подверженных воздействию высоких температур, обес­печиваются при применении электродов с низким со­держанием водорода в сочетании с предварительным нагревом участков свариваемых элементов до 95 °С.