prevenirea ruperii fragile

48
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

Upload: sabyi

Post on 29-Jun-2015

215 views

Category:

Documents


9 download

TRANSCRIPT

Page 1: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 2: Prevenirea ruperii fragile

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.

Page 3: Prevenirea ruperii fragile

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.

Page 4: Prevenirea ruperii fragile

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.

Page 5: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 6: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 7: Prevenirea ruperii fragile

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.

Page 8: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 9: Prevenirea ruperii fragile

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;

Page 10: Prevenirea ruperii fragile

- 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.

Page 11: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 12: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 13: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 14: Prevenirea ruperii fragile

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.

Page 15: Prevenirea ruperii fragile

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.

Page 16: Prevenirea ruperii fragile

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.

Page 17: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 18: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 19: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 20: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 21: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 22: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 23: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 24: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 25: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 26: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 27: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 28: Prevenirea ruperii fragile

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

Page 29: Prevenirea ruperii fragile

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)

Page 30: Prevenirea ruperii fragile

AW n. a. e1 e1

PWHT B e1 e1

Notă! n.a. înseamna ´nu se pot aplica´

Page 31: Prevenirea ruperii fragile

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).

Page 32: Prevenirea ruperii fragile

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.

Page 33: Prevenirea ruperii fragile

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 .

Page 34: Prevenirea ruperii fragile

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