Магнитно-импульсная обработка для повышения прочностных свойств дефектных участков нефте- и газопроводов

Abstract

Актуальность. В процессе эксплуатации нефте- и газопроводов в структуре металла их стенок возникают дефекты сплошности (поры, расслоения, трещины различной природы и др.). Особенность данных дефектов обусловлена тем, что при эксплуатационных нагрузках в их вершинах возникает концентрация напряжений, что приводит к росту количества дефектов и геометрических размеров с последующим слиянием последних и образованием крупных дефектов и, как следствие, снижению прочностных свойств металла трубопроводов. Раннее выявление дефектов сплошности металла и их устранение до того, как они достигнут критического размера, являются актуальными задачами, решение которых повысит надежность и прочностные свойства металла трубопроводов, а также продлит их ресурс. Цель: исследование эффективности магнитно-импульсной обработки для повышения прочностных характеристик металла стенки бывших в эксплуатации нефте- и газопроводов путем уменьшения размеров дефектов. Объекты: дефектные участки магистральных нефте- и газопроводов. Методы: магнитно-импульсная обработка образцов из стали 17Г1С бывшего в эксплуатации магистрального газопровода диаметром 720 мм, содержащих коррозионное растрескивание под напряжением, на магнитно-импульсной установке МИУ-10- СГАУ, определение изменений температуры, вызванных магнитно-импульсной обработкой, испытание образцов на ударную вязкость, определение влияния магнитно-импульсной обработки на прочностные свойства металла газопровода, исследование поверхности излома образцов после испытаний на ударную вязкость. Результаты. Экспериментально было установлено повышение на 14 % ударной вязкости обработанных магнитно-импульсной обработкой образцов по сравнению с необработанными образцами. Снимки распределения температуры при магнитно-импульсной обработке показали значительное повышение температуры вблизи вершин трещин. Было выявлено, что разрушение металла образцов, подвергнутых магнитно-импульсному воздействию, приобрело более вязкий характер.

The relevance. During the operation of oil and gas pipelines, continuity defects (including point and linear defects such as delamination, cracks of various nature, etc.) occur in their structure. The peculiarity of material continuity defects is caused by the fact that in the process of loading the defects cause stress concentration near their tops, which leads to a rapid increase in their number and geometric dimensions, followed by the merging of the latter and the formation of large discontinuities, and as a consequence, the strength properties of pipelines decrease. Consequently, early detection of metal continuity defects and their elimination before they reach a critical size are urgent tasks. The solution of which will significantly improve the operational and strength properties of the working elements of pipelines and extend their lifespan. The main aim of the research is to study the effectiveness of magnetic-pulse treatment to improve the strength properties of used oil and gas pipelines by reducing the defects size. Objects: defective sections of main oil and gas pipelines. Methods: magnetic pulse treatment of samples on a magnetic-pulse unit MPU-10-SSAU 10, determination of temperature changes caused by magnetic-pulse treatment, testing samples for impact strength on a pendulum-testing machine, comparison of the obtained results for treated and untreated samples, determination of the effect of magnetic-pulse treatment on the strength properties of gas pipeline metal, study of the fracture surface of samples after impact tests. Results. It was established experimentally that the impact strength of the treated samples increased by 14 % compared to the untreated samples. Snapshots of the temperature distribution during the magnetic-pulse treatment showed a significant increase in temperature near the crack tips. It was found that destruction of the metal subjected to magnetic-pulse action acquired more viscous character.