让我们坦率地说:疲劳;或者,管道变得如此累,它失败了

我决定我应该辞职选择缺乏管理风格和回到一些技术主题。每个人都喜欢一个好的咆哮,但有其局限性。尽管我永远不会停止(咆哮,我的意思是…)。

疲劳是有趣的我作为许多原因的失效机理。首先,它约占80%的工业的失败。想一想,第二。考虑到疲劳失败你见过在你的职业生涯。

也很有趣,因为它很难探测到,在某些情况下,它通过墙。的机制,可以快速去灾难性的,忽略了设计原理我们都爱——“泄漏之前失败。”

历史上的一些更有趣的失败是fatigue-driven,但更多一点。

现在,让我们去评估疲劳。打开API 571卢比。有一段热疲劳。不太有利于其他疲劳机制,但可以理解的,因为它不是一个特定的损伤机制,石化行业。

央行也许会有所帮助。不——疲劳特别不是有效的覆盖下,评估系统。

失败的一个重要来源是中未涉及的有效方法的许多我们日常使用的工具。这是一个问题,我们似乎缺乏信息?新人员,绝对。我看到疲劳失效树桩很多人和组织的解决方案。

事实上,我认为疲劳和蠕变是知之甚少的列表的顶部失败完整世界的机制。也许在蠕变是为了一篇文章。

疲劳是什么?

教科书定义如下:

“疲劳是材料裂缝或发生故障的地方由于反复循环荷载,通常在压力低于UTS(极限抗拉强度),甚至材料的屈服强度。疲劳失效发生的循环应力必须有一个拉伸组件。

材料的循环应力水平不能被称为疲劳强度。应力水平越高(即。,接近材料的极限抗拉强度)更少数量的周期需要导致材料的失败。

在给定的加载和表面(应力梯级)条件下,可以通过建立疲劳寿命疲劳测试。疲劳测试块周期失败的数量在给定压力水平(S / N图-压力/周期)。”

一切都很好,但是它并没有真正帮助检查员,或者有人试图计划检查潜在的或已知的疲劳问题。有一些更多的事情我们应该看一看。

疲劳失败通常开始在一个高度强调区域表面上的组件。外加应力下的裂纹传播通过材料直到发生断裂。疲劳失败进步骨折经常显示特征海滩标志(翻盖或逮捕标志)。海滩是围绕一个共同的点对应于疲劳裂纹起源。起源的多个点,说一起改变OD轴或沿着脚趾的焊缝具有高最终帽由于焊接不良行为,导致这些标志的变化被称为“棘轮标志”。

海滩是可以被认为是进步的启动/停止的位置经过循环荷载裂缝。每个周期需要通过材料的裂纹一步,直到剩下的材料不足以容纳部分和上的负载突然快速的故障。各个步骤通常太小,但更大的逮捕点使这些海滩马克断裂表面特征。

骨折(海滩)外观变化取决于应力水平,类型的压力,部分的形状和应力集中的程度。一个失败的例子螺栓的一个仪器配件如下所示:

因为疲劳失败通常开始在部分表面应力集中器、表面任何因素的变化将对疲劳强度有很大影响。

表面变化的一些例子包括:

• 应力集中导致的改变形状、键槽、线程、可怜的焊接概要文件的根或脚趾帽,等等。
• 表面粗糙度,例如划痕。抛光表面疲劳强度高于约加工表面。
• 冶金夹杂物而中断(即表面连续性。灰口铸铁中石墨的片)
• 残余应力模式。引入残余压应力(即。、喷丸、渗碳、感应或火焰淬火)提高抗疲劳强度,表面为压缩(减少或消除表面的拉应力)。
• 大气——引入腐蚀性环境会导致表面周期性强调部分的变化。这些表面的变化作为压力浓度大大加速失败。材料表现出明确的耐力极限如果测试空气中改变他们的形状s (n(强度比失败的周期数)图当测试在腐蚀性介质。考虑影响氯离子应力腐蚀裂纹会在立管压力。

显然,作为一名检验员,你想检查疲劳是最可能开始。表面检测技术应用到任何上述高危地点和场景是一个好的起点,当已知循环荷载的存在。

让我们看一些不同的疲劳失败我看到在我的职业生涯上订婚什么都是被这看似无辜的词:

案例# 1:管道失败

我开始我的职业生涯通过咨询公司做失效分析,主要是代表保险公司。早期的工作涉及酸气管道的疲劳失效。管道从气田通过一些相当偏远地带,一度走在河生态敏感。几年前,他们已经成双成对的河下的线,阀门和仪器如果泄漏了河床下的成双成对的线路之一,将关闭在这个部分。河床下的线被埋;最初不知道有多深,但它成为了一个有争议的问题。

一个小水坝倒塌上游由于异常高的雪,紧随其后的是大雨由于冰雪融化。这引起了大规模的水河冲毁河床和暴露这成双成对的管道。这些线现在自由悬挂和摇曳在当前。有你的循环荷载。

上游线有焊接缺陷,特别是一个沉重的弧光放电,导致物理草皮OD墙的管道。这个循环加载和应力集中引起疲劳裂纹形成,最终导致了上游线破解失败的一半。

仪器拿起压降的线段,关上,把所有流向下游。运营商看到这个报告,在第二天出去检查发生了什么。

不幸的是——这就是为什么保险公司参与的两半失败的上游管在下游管和导致它失败。自动防故障装置的设计者没有预料到泄漏线的两部分,所以在成双成对的部分装阀未关闭时,它开始向河中泄漏。

我想这个故事也是一个理由为什么质量控制是非常重要的,因为没有弧光放电可能意味着没有压力感应器和更高的疲劳强度。

案例# 2:小孔连接大行

我见过比我更小直径合适的失败由于疲劳想关心。最大的问题通常在运行泵的振动传输到连接管道。

一直坚持我是仪表油管焊接支管台到10英寸生产线。油管总是振动由于邻近的泵。故障发生在油管连接,油管被压缩配件得分。响应是使油管连接防弹通过钳形加强剂,曾将疲劳裂纹的影响从焊接支管台管道焊接。

案例# 3:工艺流程方面的考虑

过程(即闪烁。通过控制阀的压力降)会引起振动。有一个局势加氢处理装置原工艺设计要求产品闪现一段分离塔。然而,管道变化和增加插装孔法兰把闪回8英寸线流入分馏器。

这种变化开始过度导致线移动。最糟糕的是,我记录了3英寸的垂直运动上游弹簧吊架。这引起了小口径的排水连接失败。维护解决方案是让这个小口径焊连接刚性地狱的袖子。这并延长疲劳寿命略,但随后其袖子没有焊接,然后再小口径的连接失败。

这是重新设计固定管道把闪回塔按原单位设计和振动的来源。

案例# 4:热循环

我最喜欢的例子极端热循环加载来自焦化装置单元。切换时鼓,淬火水被添加到冷却鼓通过鼓给水管路将被清空。程序说等到它冷却了一些,但是因为时间就是金钱,这不是。环境温度的水会被倾倒到给水管路运行的科克虽然仍几乎全工作温度。

这闪蒸汽时,它会导致线跳3到6英尺。这是正确的——脚!可以想象,疲劳失败很常见在线路是固定的,在一定的焊接接头。

奖金:哈维兰DH106彗星

以及我个人的例子,一些著名的失败情况下负责我们当前对疲劳的理解。我想看看一个你可能没有听说过,但大大改变了我们的疲劳和了解飞机的设计和测试。

的哈维兰DH106彗星是世界上第一个生产商用喷气客机,1952年进入服务。以鬼涡轮喷气发动机在翼根,密封驾驶室,广场的大窗户。任何人想压力感应器吗?

在一年之内的彗星进入服务,问题开始出现。三个彗星飞机坠毁在12个月高调事故看似分裂后的飞行。其中两个崩溃是由于金属疲劳,一个机制,当时不是很清楚。哈维兰退出服务的彗星和做了一些广泛的全面的加载测试,包括诸如弯曲的翅膀,通过压力周期把小屋。皮肤铆钉的问题存在,但他们很快发现,真正的问题是压力感应器在方形的创建windows和其他机会。他们的变化来消除这些问题,以及建立检验间隔区域确定为全面风险的循环荷载测试。

哈维兰从来没有恢复其民用市场份额(没有人信任他们了,即使更改)在这些崩溃,但波音公司和其他竞争对手的注意,把它们投入生产之前,修改他们的设计。这次事故还导致了要求所有新平面设计需要经过全面的疲劳测试的一部分获得批准。

说句题外话,军事版本的“新和改进”彗星飞到1997年没有重大事件。

我们如何解决疲劳?最喜欢的答案我从机械工程师是增加加强筋,并使其更严格!这工作吗?很少。大多数时候,不客气。失败它移动到另一个位置在组装或可能购买更多的时间的加劲肋会失败。据我所见,不解决或隔离振动的根源往往只是一个临时解决。

有限元分析(FEA)和疲劳寿命评估可以帮助,如果应用得当,所有数据,由工程师/咨询公司,知道他们在做什么。如果做得正确,这也是一个很大的帮助检查员在疲劳裂纹的识别是最有可能开始和多少个周期可能要失败。信息合并成一个检验计划,你知道什么时候申请检查和在什么位置。它还可以帮助解决一个实际的修复再造系统如果是划算的。

记住,当你感到疲劳时,你可以倒了。当工艺管道变得疲劳,可以炸毁。