prevenirea ruperii fragile
TRANSCRIPT
CUPRINS
CAPITOLUL 1
Cerinţele pentru prevenirea ruperii fragile
1.1 Generalităţi
CAPITOLUL 2
Selecţia materialului si cerinţele energiei de rupere
2.1 Generalităţi
2.2 Metoda 1 - Codul de practică
2.3 Metoda 2 - Codul de practica dezvoltat de mecanica ruperii
2.4 Metoda 3 – Analiza mecanicii ruperii
CAPITOLUL 3
Cerinţe generale de încercare
3.1 Generalităţi
3.2 Epruvete sub-dimensionate
CAPITOLUL 4
Sudurile
BIBLIOGRAFIE
CAPITOLUL 1
CERINŢELE PENTRU PREVENIREA RUPERII FRAGILE
1.1 Generalităţi
Această anexă prezintă trei metode alternative pentru stabilirea criteriilor in vederea
evitării ruperii fragile la temperaturi scăzute a materialelor sub formă de placă, bandă,
ţeavă, fiting, piese forjate, piese turnate, flanşe, supape, elemente de fixare folosite la
recipientele sub presiune.
Criteriile se bazează pe necesarul energiei de rupere la temperaturi specificate pentru
materialul de bază, zona influenţată termic (inclusiv linia de sudură) si metale sudate.
Cele trei metode sunt:
Metoda 1 – Cerinţele tehnice dezvoltate din experienţa de operare si care se pot aplica
tuturor materialelor metalice, dar limitate la anumite grosimi pentru care există o
experienţă (tabelul 1.1)
Metoda 2 – Cerinţele tehnice dezvoltate de la principiul de mecanica ruperii si de la
experienţele de operare dar numai aplicabile oţelurilor carbon, CMn si oţelurilor slab
aliate feritice cu o limită de curgere 460 N/mm². Această metodă poate fi aplicată unei
mai largi game de grosime decât metoda 1 şi este mai puţin restrictivă decât metoda 1
pentru materialele mai subţiri.
Metoda 3 – Analiza unei aplicaţii a mecanicii ruperii. Această generală indrumare este
aplicabilă cazurilor care nu fac parte din cazurile recomandate de metodele 1 şi 2.
Această metodă poate fi aplicată pentru a justifica abaterile de la cerinţele metodei 1 şi 2.
Ghidul general este dat cu privire la utilizarea acestei metode care va fi utilizată in acord
cu parţile implicate.
Fiecare din aceste trei metode poate fi folosită independent. Este necesar sa satifacă
numai cerinţele unei metode.
CAPITOLUL 2
SELECŢIA MATERIALULUI SI CERINŢELE ENERGIEI DE RUPERE
2.1 Generalităţi
Metodele specificate la punctete 2.2, 2.3 si 2.4 vor fi folosite pentru a determina
rezistenţa la energia de rupere necesară pentru evitarea ruperii fragile.
2.2 Metoda 1 - Codul de practică
Metoda 1 are la bază cerinţele tehnice rezultate din experienţa acumulată prin operarea
în diverse condiţii cu recipientele metalice sub presiune, criteriile de prevenire a ruperii
fragile formulate în cadrul acestei metode fiind aplicabile la toate materialele metalice, cu
anumite limitări în ceea ce priveşte grosimea peretelui recipientelor sub presiune.
La aplicarea acestei metode se utilizează datele prezentate în tabelul 1.1, parcurgându-se
următoarele etape:
- se alege tipul de material metalic adecvat pentru recipientul sub presiune ce se
proiectează, se adoptă clasa de rezistenţă a acestuia, exprimată prin nivelul limitei de
curgere convenţionale Rp şi, ţinând seama de solicitările mecanice şi de caracteristicile
constructive, se stabileşte valoarea de referinţă a grosimii peretelui recipientului ;
- se stabilesc temperaturile caracteristice şi , ţinând seama de condiţiile tehnice de
lucru ale recipientului sub presiune ce se proiectează;
- se adoptă din tabelul 1.1 nivelul minim al energiei de rupere KV, ce trebuie asigurat
de către materialul din care urmează să se realize recipientul sub presiune, pentru
prevenirea ruperii fragile şi temperatura , la care trebuie efectuată încercarea de
încovoiere prin şoc, pentru a verifica dacă materialul ales are un nivel al tenacităţii
superior celui minim necesar unei comportări ductile.
Metoda 1 este singura metodă recomandată în prescripţiile tehnice ISCIR PT C4/2 –
2003, pentru oţelurile carbon, slab aliate şi microaliate cu rezistenţă mecanică ridicată şi
granulaţie fină, utilizate cu precădere la fabricarea recipientelor sub presiune, cerinţele de
tenacitate impuse de această metodă reprezentând formulări ale principiului general
definit în Directive 97/23/EC: “Un oţel este suficient de ductil pentru a fi utilizat la
realizarea unui recipient sub presiune dacă alungirea procentuală după rupere,
determinată prin încercarea sa la tracţiune, este Ar ≥ 14 %, iar energia de rupere,
determinată prin încercarea sa la încovoiere prin şoc, la o temperatură mai mică sau
egală cu 20 °C, dar nu mai mare decât cea mai mică temperatură ce se poate atinge în
cursul funcţionării recipientului, este KV ≥ 27 J”.
Cerinţele energiei de rupere pentru materialele date in tabelul 2.1 trebuie sa fie în
conformitate cu tabelul 1.1 si tabelul 1.2. Cerinţele energiei de rupere KV trebuie sa fie
întâlnite în materialul de bază, zona influenţată termic şi sudura materialului la
temperatura de încercare .
Valorile temperaturii de referinţă de proiectare vor fi calculate din temperatura
metalului utilizând valorile temperaturii de ajustare , date in tabelul 2.2.2.
Tabelul 1.1 – Cerinţe generale pentru prevenirea ruperii fragile cu
grosimea de referinţă > 5 mm
Materialul Energia de
rupere minimă
KV
Temperatura de
încercare
Grosimea de
referinţă
Observaţii
Oţeluri feritice,
inclusiv oţeluri
aliate cu
1,5…5,0 % Ni
27 J Construcţii
sudate, fără
tratamente
termice
postsudare şi cu
≤ 30 mm
Rp 310
N/mm²
27 J Construcţii
sudate, cu
tratamente
termice
postsudare şi cu
≤ 60 mm
310 N/mm²
Rp
460 N/mm²
Oţeluri aliate cu
9 % Ni
40 J 196 °C - -
Materiale de
sudură pentru
oţeluri
austenitice şi
piese turnate
fabricate din
oţeluri
austenitice
40 J 196 °C oricare -
Oţeluri
inoxidabile
austenito -
feritice
40 J 30 mm Limitare la
30 °C
Tabelul 1.2 Cerinţele generale pentru prevenirea ruperii fragile
cu grosimea actuală ≤ 5 mm
Materialul (a) Temperatura minimă a
metalului
Observaţii (b)
Oţeluri aliate cu nichel cu <
3,5 % Ni
-60 AW PWHT
Oţeluri aliate cu nichel cu
≥3,5 % Ni; <5 % Ni
-100 AW PWHT
Oţeluri aliate cu nichel cu
≥5 % Ni; <9 % Ni
-120 AW PWHT
Oţeluri aliate cu nichel cu
≥ 9 % Ni
-200 AW PWHT
Oţeluri feritice Potrivit temperaturii de
încercare pentru KV = 27 J
nesudate
Oţeluri inoxidabile
austenito-feritice
Numai pentru materiale
nesudate şi
nesudate
a – conţinutul de Ni este nominal
b – AW – construcţii sudate
PWHT – tratate termic după sudare
2.2.2 Termenul de ajustare a temperaturii
este o ajustare de temperatură care poate fi folosită în condiţiile date în tabelul 2.1
Tabelul 2.1 Termenul de ajustare a temperaturii
Raportul dintre tensiunea mecanică de membrană
produsă de presiune şi tensiunea mecanică maximă
de proiectare a recipientului
Tensiunea de
membrană
≤ 50 MPa (b)
Condiţii 75 % 50 % 75 % 50 % 50 N/mm²
Nesudate,
Sudate şi tratate
termic
postsudare
0 °C 10 °C 25 °C 50 °C
Sudat, netratat
termic
postsudare şi cu
grosimea
de referinţă
< 30 mm
0 °C 0 °C 0 °C 40 °C
(a) – se pot aplica şi echipamentelor unde duzele şi accesoriile ne-temporar sudate sunt
mai întâi sudate la componentele recipientului şi aceste subansamble sunt tratate termic
după sudură, înainte sa fie asamblate în echipamente de către maşinile de sudură, dar
cusăturile principale nu sunt ulterior tratate termic după sudură
(b) – membrana de stres trebuie sa ţină seama de presiunile interioare şi exterioare şi de
greutatea „moartă”. Pentru pereţii şi ţevile schimbătoarelor de căldură, restricţiile de
deplasare a capătului liber al conductelor schimbătorului de căldură ar trebui de asemenea
sa se ia în considerare.
2.2.3 Proceduri suplimentare pentru şuruburi şi piuliţe feritice
Pentru şuruburi şi piuliţe, o energie de rupere de minim 40 J este necesară la =
pentru ≤ -10 °C. Dacă este mai mic decât 10 °C o energie de rupere de
minim 40 J este necesară la .
2.2.4 Cele mai mici temperaturi pentru oţelurile inoxidabile austenitice
Oţelurile inoxidabile austenitice nu se aplică la o temperatură de metal mai mică decât
cea dată in tabelul 2.2
Tabelul 2.2 Oţeluri inoxidabile austenitice şi cele mai mici temperaturi
metalice ale lor,
Materialul Numărul materialului (în °C)
X1NiCrMoCu 1.4563
270
X1CrNiMoN 25-22-2 1.4466
X1CrNi 25-21 1.4335
X2CrNiMoN 17-13-3 1.4429
X2CrNiMoN 17-11-2 1.4406
X2CrNiMoN 18-12-4 1.4434
X2CrNiMo 18-15-4 1.4438
X2CrNiN 18-10 1.4311
X2CrNiMo 18-14-3 1.4435
X2CrNi 19-11 1.4306
X6CrNiTi 18-10 1.4541
X1CrNiMoCuN 25-25-5 1.4537
X1NiCrMoCuN 25-20-7 1.4529
X1CrNiMoCuN 20-18-7 1.4547
X1NiCrMoCu 25-20-5 1.4539
X2CrNiMoN 17-13-5 1.4439
X6CrNiMoTi 17-12-2 1.4571
196
X3CrNiMo 17-13-3 1.4436
X6CrNiMoNb 17-12-2 1.4580
X2CrNiMo 17-12-3 1.4432
X5CrNiMo 17-12-2 (a) 1.4401
X2CrNiMo 17-12-2 1.4404
X6CrNiNb 18-10 1.4550
X5CrNi 18-10a 1.4301
X2CrNi 18-9 1.4307
(a) – a se vedea, se ademenea, restricţiile din tabelul 2.1
2.3 Metoda 2 - Codul de practica dezvoltat de mecanica ruperii
2.3.1 Generalităţi
Metoda 2 are la bază cerinţele tehnice rezultate din experienţa acumulată prin operarea
în diverse condiţii cu recipientele metalice sub presiune şi din aplicarea principiilor
mecanicii ruperii la definirea cerinţelor privind tenacitatea materialelor metalice, criteriile
de prevenire a ruperii fragile formulate în cadrul acestei metode fiind aplicabile numai la
oţelurile carbon, slab aliate şi microaliate, cu clasa de rezistenţă limitată la nivelul
≤ 460 MPa (denumite în tabelul 2.2 oţeluri feritice). Pentru aplicarea acestei metode
se utilizează datele prezentate în tabelul 2.3, stabilite prin interpretarea diagramelor din
standardul EN 13445:2002, parcurgându-se următoarele etape:
- se alege oţelul adecvat pentru recipientul sub presiune ce se proiectează, se adoptă
clasa de rezistenţă a acestuia, exprimată prin nivelul limitei de curgere convenţionale
şi, ţinând seama de solicitările mecanice şi de caracteristicile constructive, se stabileşte
valoarea de referinţă a grosimii preretelui recipientului ;
- se stabilesc temperaturile caracteristice şi , ţinând seama de condiţiile tehnice de
lucru ale recipientului sub presiune ce se proiectează;
- se adoptă din tabelul 2.3 nivelul minim al energiei de rupere KV ce trebuie asigurat de
către oţelul din care urmează a se realize recipientul sub presiune pentru prevenirea
ruperii fragile şi se calculează temperatura la care trebuie efectuată încercarea de
încovoiere prin şoc pentru a verifica dacă oţelul ales are un nivel al tenacităţii superior
celui minim necesar unei comportări ductile.
Standardul EN 13445 propune utilizarea unor diagrame de calcul a căror transpunere
analitică a condus la formula:
= + n(s), (2.1)
în care m = 1 pentru recipientele nesudate sau sudate şi tratate termic postsudare,
respectiv m = 1,053 pentru recipientele sudate şi netratate termic postsudare, iar
parametrul n(s), dependent de grosimea peretelui recipientului s, se determină cu
formula:
n(s) = – min(s; 60 mm), (2.1)
pentru recipientele nesudate sau sudate şi tratate termic postsudare (cu grosimea s ≤ 110
mm) şi cu formula:
n(s) = a + bexp(-s/c), (2.2)
pentru recipienetele sudate şi netratate termic postsudare (cu grosimea s ≤ 35 mm),
coeficienţii , a, b şi c având valorile precizate în tabelul 2.3.
Metoda 2 reprezintă o procedură alternativă a tabelului 1.1 pentru oţelurile feritice (C,
CMn şi oţeluri cu granulaţie fină) şi oţeluri aliate cu 1,5 % până la 5 % Ni.
Tabelul 2.3 Cerinţele de tenacitate impuse de metoda 2 pentru prevenirea ruperii fragile
la recipientele sub presiune
Clasa derezistenţă aoţelului feritic,MPa
Energia de
rupere
necesară KV
(pe piesele de
incercare de 10
mm x 10 mm)
J
Temperatura de încercare ( ) = + n( ), °C
în mm
Construcţii
nesudate sau
construcţii
sudate şi tratate
termic
postsudare,
cu ≤ 110
mm*
m = 1;
n( ) = a +
Construcţii sudate şi netratate
termic postsudare, cu ≤ 35 mm
m = 1,053; n( ) = a + b exp(−
/c)
b a b c
Rp ≤ 310 27 60 -1 −23,60929 109,89341 18,86222
310≥ Rp ≤360 40 60 -1 −23,60929 109,89341 18,86222
27 30 -1 −41,87842 108,30043 23,53291
360 < Rp
≤460
40 60 -1 −23,60929 109,89341 18,86222
27 30 -1 −62,93105 108,30043 23,53291
2.3.2 Procedura pentru materialul de bază cu grosimea mai mică de 10 mm
Valorile TR şi TKV trebuie sa fie în concordanţă cu Figurile 4.1 … 4.5. Cerinţele energiei
de rupere sunt specificate în tabelul 2.3.
Pentru grosimea de perete < 10 mm, poate fi utilizată curba de 10 mm.
Energiile necesare pentru epruvetele sub-dimensionate sunt date în tabelul 3.1.
2.4 Metoda 3 – Analiza mecanicii ruperii
Metoda 3 constă în aplicarea directă a unei analize bazate pe conceptele şi principiile
mecanicii ruperii materialelor, această metodă fiind utilizată dacă: materialul metalic
adoptat pentru realizarea recipientului sub presiune nu face parte din gama materialelor
recomandate în standardul EN 13445:2002, cerinţele de tenacitate impuse de aplicarea
metodelor 1 sau 2 nu pot fi satisfăcute de materialul metalic ales pentru realizarea
recipientului sub presiune, este probabilă existenţa în materialul ales a unor imperfecţiuni
(defecte) de dimensiuni superioare celor maxim acceptate de standardul EN 13445:2002,
recipientul sub presiune are grosimea de referinţă mai mare decât cea maximă admisă de
metodele 1 şi 2 pentru evitarea ruperii fragile la .
Aplicarea acestei metode la proiectarea unui recipient sub presiune asigură cea mai
bună fundamentare ştiinţifică a condiţiilor de tenacitate ce trebuie impuse materialului
recipientului pentru prevenirea ruperii fragile, deoarece analiza bazată pe conceptele
mecanicii ruperii permite luarea explicită în considerare a tuturor factorilor de care
depinde comportarea sa la solicitări mecanice: temperatura , viteza de solicitare (viteza
de creştere a intensităţii tensiunilor mecanice şi/sau viteza de deformare a materialului),
intensitatea maximă a componentelor şi gradul de triaxialitate ale stării de tensiuni
mecanice generate în corpul recipientului de solicitările la care este supus, grosimea
peretelui recipientului, forma, dimensiunile şi amplasarea defectelor cu efect de
concentratori de tensiuni mecanice.
Modalitatea recomandată pentru aplicarea metodei 3 are la bază utilizarea curbei de
referinţă a tenacităţii la rupere a materialului metalic, adoptat pentru realizarea
recipientului sub presiune, curbă care descrie variaţia în funcţie de temperatură a
factorului critic de intensitate a tensiunilor . Expresia analitică a cubei de referinţă a
tenacităţii la rupere a oţelurilor feritice are forma generală:
(2.2)
în care A, B şi θ sunt constante, iar este temperatura de referinţă a tenacităţii oţelului,
definită de relaţia:
, (2.3)
în care reprezintă temperatura de referinţă de bază, la care trebuie verificate condiţiile
de tenacitate impuse oţelului pentru prevenirea ruperii fragile a recipientului sub
presiune, iar este corecţia de temperatură determinată de viteza de solicitare a
recipientului.
La aplicarea acestei metode se utilizează datele prezentate în tabelul 2.4, parcurgându-
se următoarele etape:
- se alege oţelul adecvat pentru recipientul sub presiune ce se proiectează, se adoptă
clasa de rezistenţă a acestuia, exprimată prin nivelul limitei de curgere convenţionale Rp
şi, ţinând seama de solicitările mecanice şi de caracteristicile constructive, se stabileşte
valoarea de referinţă a grosimii preretelui recipientului ;
- se stabileşte temperatura , ţinând seama de condiţiile tehnice de lucru ale
recipientului sub presiune ce se proiectează;
- se apreciază tipul, mărimea şi amplasările posibile ale defectelor din corpul
recipientului sub presiune, se stabilesc dimensiunile defectelor echivalente de tip fisură
şi, considerând solicitările mecanice ale recipientului la temperatura , se calculează
valoarea factorului de intensitate a tensiunilor la vârful fisurilor
- se defineşte, în funcţie de datele experimentale disponibile, expresia analitică a curbei
de referinţă a tenacităţii la rupere a oţelului, ales pentru realizarea recipientului, stabilind
valorile constantelor A, B, θ şi corecţiei de temperatură şi punând t = .
În cazul considerării = , corecţia de temperatură , se stabileşte ţinând
seama că determinarea experimentală a temperaturii se face în condiţii de solicitare
statică a epruvetelor (viteza de creştere a factorului de intensitate a tensiunilor se menţine
în domeniul 0,5…2,5 MPa m½/s, viteza de creştere a intensităţii forţelor de solicitare este
0,3 … 1,5 kN/s, iar viteza de deformare a materialului epruvetelor este … )
şi că, dacă recipientul sub presiune este solicitat static, şi = 0 °C, dacă
solicitarea recipientului este lentă, şi = 25…35 °C, iar dacă
recipientul este solicitat dinamic, şi = 50 … 60 °C
- se pune condiţia prevenirii ruperii fragile în cursul funcţionării recipientului:
(2.4)
care, făcând notaţiile şi se poate adduce sub forma:
(2.5)
- se înscrie în proiect prescripţia de a se determina experimental temperatura t0 a
oţelului din care se realizează recipientul sub presiune şi de a se verifica dacă aceasta
respectă condiţia (2.5); dacă pentru marca de oţel s-a definit prin programe experimentale
o corelaţie de forma , din condiţia (2.5) se poate determina, la fel ca la
utilizarea metodelor 1 şi 2, temperatura la care trebuie efectuată încercarea de
încovoiere prin şoc pentru a verifica dacă oţelul ales are un nivel al tenacităţii superior
celui minim necesar unei comportări ductile.
2.4.1 Generalităţi
Analiza mecanicii ruperii poate fi utilizată de către constructor ca o bază pentru
determinarea potrivirii anumitor recipiente ce pot fi folosite de următoarele:
a) materialele care nu fac parte din gama materialelor prezentate în tabelul 2.1;
b) acele cazuri unde cerinţele pentru metodele 1 şi 2 pentru aplicaţiile la temperaturi
scăzute nu pot fi satisfăcute;
c) atunci când imperfecţiunile care sunt în afara criteriilor de acceptare pentru testare
non-distructivă, specificate în EN 13445-5, sunt detectate.
d) în cazul în care se propune să se folosească materiale cu grosime mai mare decât
cea permisă de cerinţele temperaturii scazute.
2.4.2 Pentru materialele care nu sunt acoperite de cerinţele metodelor 1 şi 2, un nivel
similar de toleranţă la rupere poate fi obţinută prin specificarea cerinţelor fracturilor dure
determinate de utilizarea procedurilor de evaluare cu un defect al dimensiunii determinate
de către constructor, şi intrări ale unor eforturi echivalente referitoare la starea de
încercare hidraulică, pentru o regiune cu o concetrare a tensiunilor şi supuse tensiunilor
reziduale echivalente cu limita de curgere la temperatura camerei, ale materialului de
bază pentru componente sudate sau 30% din randament pentru componentele tratate
termic după sudare.
2.4.3 Dacă metodele de testare non-destructivă pot permite dimensionarea corectă a
defectelor, aceste valori, împreună cu informaţiile referitoare la starea de tensiuni a
regiunilor critice ale recipientelor, se utilizează cu proceduri adecvate de evaluare a
fracturii pentru a specifica cerinţe mai precise pentru duritate decât cele specificate de
metodele 1 şi 2.
CAPITOLUL 3
CERINŢE GENERALE DE ÎNCERCARE
3.1 Generalităţi
Cerinţele energiei de rupere trebuie să fie îndeplinite de materialul de bază, zona
afectată termic şi metalele sudate. Poziţia epruvetei trebuie să fie în conformitate cu
specificaţiile condiţiilor tehnice de livrare a produsului pentru materialele echipamentelor
supuse presiunii; pentru îmbinări sudate, poziţia epruvetei pentru metalul sudat şi zona
afectată termic trebuie sa fie în conformitate cu EN 288-3:1992.
Din fiecare probă, trei epruvete vor fi testate pentru fiecare dintre poziţiile solicitate şi
temperaturile de încercare.
Valoarea medie a celor trei exemplare trebuie sa fie cel puţin egală cu cerinţele energiei
de rupere. Doar o singură epruveta poate avea valori mai scăzute, dar această valoare nu
trebuie sa fie mai mică de 70% din aceste cerinţe.
Valorile necesare pentru materialul de bază se referă la direcţia transversală. Dacă
proprietăţile liniei transversale nu sunt realizabile, valorile necesare energiei de rupere
vor fi luate în urma testelor pe direcţie longitudinală şi cerinţele minime ale energiei de
rupere specificate pentru încercarea transversală vor fi multiplicate cu 1,5 pentru oţelurile
carbon, CMn, oţelurile cu granulaţie fină şi oţelurile slab aliate cu o limită de fluaj 460
N/mm², în cazul în care valoarea nu este indicată în standardul materialului.
3.2 Epruvete sub-dimensionate
Dacă se utilizează epruvetele sub-dimensionate Charpy, valoarea masurată a energiei
Charpy va fi proporţional convertită la modelul de referinţă cu grosimea de 10 mm.
Tabelul 3.1 arată un exemplu de epruvetă de grosimi 7,5 mm şi 5 mm. În cazul în care
piesele de încercare de cel putin 5 mm laţime nu pot fi obţinute, materialul nu va fi supus
încercării.
Tabelul 3.1 Cerinţele încercărilor pentru epruvetele crestate Charpy dacă
materialul de bază este mai mic de 10 mm grosime
Valoarea de referinţă Epruvetele sub-dimensionate
Geometria eprovetei
mm
10 x10 10 x7,5 10 x 5
Energia minimă de rupere
J
27 20 14
40 30 20
În cazul când mostrele extrase sunt mai mici de 10 mm, ele vor fi testate la o
temperatură de încercare mai mică, pentru a afla modul în care se va comporta un
exemplar de grosime completă. Schimburile de temperatură vor fi în concordanţă cu
tabelul 3.2.
Tabelul 3.2 Cerinţele echivalente ale energiei de rupere cand mostrele sub-
dimensionate sunt extrase din secţiuni mai groase
Energia de
rupere necesară
Geometria
epruvetei
Epruvete sub-dimensionate
KV
J
mm KV
J
Geometria
epruvetei
mm
Schimbul
temperaturii de
încercare ( °C)
27 10 x10 20
14
7,5 x 10
5,0 x 10
- 5
- 20
40 10 x10 30
20
7,5 x10
5,0 x10
- 5
- 20
30 7,5 x10 14 5,0 x10 - 15
20 7,5 x10 20 5,0 x10 - 15
14 5,0 x10 - - -
20 5,0 x10 - - -
CAPITOLUL 4
SUDURILE
Când materialele sunt unite prin sudură, procedeele de sudură trebuie să asigure, în plus
faţă de cerinţele standardului EN 13445-4, că proprietăţile necesare energiei de rupere
sunt indeplinite în materialul de adaos şi în regiunile afectate termic, atunci când sunt
testate în conformitate cu clauza de la punctul 3.
Energia de rupere necesară trebuie să fie cel puţin egală cu energia de rupere specificată
pentru materialul de bază.
Fig. 4.1 Temperatura de referinţă de proiectare şi temperatura de încercare pentru
condiţia tratării termice după sudare pentru şi pentru
a- temperatura de referinţă de proiectare TR
b- grosimea
c- temperatura materialului de încercare TKV
Fig 4.2 Temperatura de referinţă de proiectare şi temperatura de încercare pentru
condiţia de sudură, pentru şi pentru
a - temperatura de referinţă de proiectare TR
b - grosimea
c - temperatura materialului de încercare TKV
Fig 4.3 Temperatura de referinţă de proiectare şi temperatura de încercare pentru
condiţia tratării termice după sudare, pentru
a - temperatura de referinţă de proiectare TR
b - grosimea
c - temperatura materialului de încercare TKV
Fig 4.4 Temperatura de referinţă de proiectare şi temperatura de încercare pentru
condiţia de sudură, pentru
a - temperatura de referinţă de proiectare TR
b - grosimea
c - temperatura materialului de încercare TKV
Fig 4.2 Temperatura de referinţă de proiectare şi temperatura de încercare pentru
condiţia de sudură, pentru
a - temperatura de referinţă de proiectare TR
b - grosimea
c - temperatura materialului de încercare TKV
Tabelul 4.1 Grosimea de referinţă
Detaliul construcţiei Sudate
sau
tratate
termic
post-
sudare
Grosimea de referinţă
Partea
A
Sudura Partea
B
Elemente de grosimi inegale îmbinate prin
sudare
Sudate
(AW)
e1 e2 e2
Tratate
termic
post-
sudare
(PWHT)
e1 e2 e3
Branşament şi duză AW e2 e2 e1
PWHT e2 e2 e1
AW e2 e2 sau
e3
dacă
este
mai
groasă
e1
PWHT e2 e2 sau
e3
dacă
este
mai
groasă
e1
AW
e2 e2 sau
e3
dacă
este
mai
groasă
e1
PWHT e2 e2 sau
e3
dacă
este
mai
groasă
e1
AW e3 e2 sau
e3
dacă
este
mai
groasă
e2
PWHT e3 e2 sau
e3
dacă
este
mai
groasă
e2
AW e2 e2 e1
sau ef/4
dacă
este
mai
groasă
PWHT e2 e2 e1
sau ef/4
dacă
este
mai
groasă
AW e2 e3 e1
sau ef/4
dacă
este
mai
groasă
PWHT e2 e3 e1
sau ef/4
dacă
este
mai
groasă
Plăci de flanşe AW ef/4 e2 e2
PWHT ef/4 e2 e2
AW ef/4 e2 e2
PWHT ef/4 e2 e2
Flanşe, cu gât pentru sudură, turnate sau forjate AW e2 e2 e1
PWHT e2 sau
ef/4
dacă
este
mai
groasă
e2 e1
Pad-type flanges AW e2 e2 e1
PWHT e2 sau
ef/4
dacă
este
mai
groasă
e2 e1
Capete plate AW e1 e1 ef/4
sau e1
dacă
este
mai
groasă
PWHT e1 e1 ef/4
sau e1
dacă
este
mai
groasă
AW e2 e2 e2
PWHT e2 e2 ef/4
sau e2
dacă
este
mai
groasă
Flanşe oarbe şi acoperite AW ef/4 - -
PWHT ef/4 - -
Plăci tubulare AW _n. a._ n. a. n. a.
PWHT ef/4 n. a. n. a.
AW ef/4
sau e2
dacă
este
mai
groasă
e2 e2
PWHT ef/4
sau e2
dacă
este
mai
groasă
e2 e2
Plăci tubulare sudate cu cioturi
AW e2 sau
e3,
dacă
este
mai
groasă
e2
(e3)
e2
(e3)
PWHT ef/4
sau e2
sau e3,
dacă
este
mai
groasă
e2
(e3)
e2
(e3)
AW n. a. e1 e1
PWHT B e1 e1
Notă! n.a. înseamna ´nu se pot aplica´
CONCLUZII
Comportarea fragilă sau ductilă la rupere nu este întotdeauna o însuşire intrinsecă a
fiecărui material metalic (o însuşire dependentă numai de compoziţia chimică şi de
caracteristicile structurale ale materialului). Comportarea la rupere poate fi influenţată
esenţial de factorii ce descriu condiţiile solicitării mecanice care determină ruperea:
a) temperatura materialului în timpul solicitării; b) viteza de solicitare (viteza de
aplicare a sarcinilor şi/sau viteza de deformare a materialului); c) gradul de triaxialitate al
stărilor de tensiuni generate în materialul supus solicitării, dependent de complexitatea
solicitării şi de prezenţa în material a concentratorilor de tensiuni.
Procesul de rupere (fragilă sau ductilă) a unui material metalic are două etape de
desfăşurare: a) iniţierea ruperii, constând din apariţia (germinarea) unor microfisuri
(germeni sau nuclee de rupere) în materialul metalic solicitat mecanic; b) propagarea
ruperii, constând din extinderea (creşterea) microfisurilor în materialul metalic supus
solicitărilor mecanice.
a) Iniţirea ruperii - este controlată (determinată), atât în cazul ruperii fragile, cât şi în
cazul ruperii ductile, de tensiunile tangenţiale create (prin acţiunea solicitărilor mecanice)
în lungul planelor de alunecare ale cristalelor materialului metalic. Aceste tensiuni
realizează deplasarea dislocaţiilor în planele de alunecare, deplasare echivalentă iniţierii
unui proces de deformare plastică a cristalelor. Deplasarea dislocaţiilor determină
posibilitatea ca acestea să interacţioneze (cu alte dislocaţii întâlnite pe parcursul mişcării),
să fie blocate (de dislocaţiile de acelaşi semn, de limitele de cristale sau de alte obstacole)
şi să se acumuleze în jurul barierelor (obstacolelor) întâlnite. Acumularea dislocaţiilor de
acelaşi semn în jurul unui obstacol este echivalentă cu apariţia unei microfisuri, deoarece
determină creşterea locală importantă a distanţelor dintre atomi şi dispariţia forţelor de
legătură interatomică (pierderea coeziunii interatomice).
b) Propagarea ruperii fragile - este controlată (determinată) de tensiunile normale de
întindere, cu direcţia de acţiune perpendiculară pe planul microfisurilor iniţiate în
materialul metalic supus solicitărilor mecanice. Tensiunile normale de întindere tind să
mărească distanţele dintre atomi în jurul microfisurilor iniţiate prin acumularea de
dislocaţii şi să producă extinderea microfisurilor prin pierderea coeziunii între atomii de
la vârful acestora; deoarece efectul (coeficientul) de concentrare a tensiunilor
corespunzător microfisurilor sporeşte odată cu creşterea dimensiunilor acestora,
procesul de propagare a ruperii este continuu accelerat şi se realizează cu viteză din ce în
ce mai mare (ruperea fragilă are o propagare instabilă). Trebuie remarcat că, dacă
tensiunile normale pe planul microfisurilor iniţiate în materialul metalic sunt de
compresiune, procesul de propagare a fisurilor este inhibat (există tendinţa închidereii
fisurilor) şi ruperea fragilă nu se produce.
Standardul EN 13445:2002 recomandă trei metode alternative pentru stabilirea
criteriilor de evitare a ruperii fragile a materialelor metalice utilizate sub formă de table,
platbande, profile laminate, ţevi, fitinguri, piese forjate sau turnate, elemente sudate la
realizarea recipientelor sub presiune.
Metoda 1 - are la bază cerinţele tehnice rezultate din experienţa acumulată prin
operarea în diverse condiţii cu recipientele metalice sub presiune, criteriile de prevenire a
ruperii fragile formulate în cadrul acestei metode fiind aplicabile la toate materialele
metalice, cu anumite limitări în ceea ce priveşte grosimea peretelui recipientelor sub
presiune.
Metoda 2 - are la bază cerinţele tehnice rezultate din experienţa acumulată prin
operarea în diverse condiţii cu recipientele metalice sub presiune şi din aplicarea
principiilor mecanicii ruperii la definirea cerinţelor privind tenacitatea materialelor
metalice, criteriile de prevenire a ruperii fragile formulate în cadrul acestei metode fiind
aplicabile numai la oţelurile carbon, slab aliate şi microaliate cu clasa de rezistenţă
limitată la nivelul Rp ≤ 460 MPa.
Metoda 3 - constă în aplicarea directă a unei analize bazate pe conceptele şi principile
mecanicii ruperii materialelor, această metodă fiind utilizată dacă: materialul metalic
adoptat pentru realizarea recipientului sub presiune nu face parte din gama materialelor
recomandate în standardul EN 13445:2002, cerinţele de tenacitate impuse de aplicarea
metodelor 1 sau 2 nu pot fi satisfăcute de materialul metalic ales pentru realizarea
recipientului sub presiune, este probabilă existenţa în materialul ales a unor imperfecţiuni
(defecte) de dimensiuni superioare celor maxim acceptate de standardul EN 13445:2002,
recipientul sub presiune are grosimea de referinţă mai mare decât cea maximă admisă de
metodele 1 şi 2 pentru evitarea ruperii fragile la .
BIBLIOGRAFIE
EN 13445-2:2002 – Anexa B – Cerinţe pentru prevenirea ruperii fragile
Pupăzescu Al., Zecheru Gh.
Aplicarea prescripţiilor privind prevenirea ruperii fragile din EN 134455:2002 la
proiectarea recipientelor sub presiune,
Volumul Conf. Nationale Echipamente, Instalatii şi Inginerie de proces, 2004, Bucureşti
Zecheru Gh. - Notiţe curs