DE2704021A1 - Preventing propagation of cracks in pipes - by intermediate ring with transverse metal texture welded into pipe - Google Patents

Preventing propagation of cracks in pipes - by intermediate ring with transverse metal texture welded into pipe

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DE2704021A1
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Guenter Dr Phil Marci
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ABB Reaktor GmbH
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Babcock Brown Boveri Reaktor GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L57/00Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear
    • F16L57/02Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear against cracking or buckling

Abstract

A device for limiting the length of cracks in a pipeline consists of an intermediate ring or rings welded into the pipe, each ring being of the same material as the rest of the pipe but having its rolling or forging texture oriented perpendicularly to that of the main part of the pipe. Pref. the intermediate ring is thicker than the remainder of the pipe, with a gradual transition from the standard pipe thickness to the increased thickness of the ring itself. Used in particular for pipes and ducts in nuclear power plant, to prevent the propagation of brittle fractures along the pipe. With nuclear power plant, in particular, diffulties arise if other conventional methods of preventing crack propagation, such as jackets or reinforcing sleeves around the pipe, are used. These impede access for routine testing and surveillance. The method obviates this difficulty and enables the entire pipe to be inspected.

Description

Anordnung zur Rißlängenbe#renzung in RohrleitungenArrangement to limit crack length in pipelines

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Rißlängenbegrenzung in Rohrleitungen.The invention relates to an arrangement for limiting the length of cracks in pipelines.

Im Anlagenbau, wie beispielsweise in Kernkraftwerken, kommen Rohrleitungen zum Einsatz, die Medien fuhren, welche mit hohem Druck und/oder hoher Temperatur ausgestattet sind.In plant construction, such as in nuclear power plants, pipelines are used used, the media lead, which with high pressure and / or high temperature are equipped.

Infolge lokaler Spannungskonzentration und eventuell vorhandener Materialschwächungen können Sprödbrüche auftreten, welche sich dann aufgrund des langsameren Spannungsabbaues in axialer Richtung des Rohres, meist mit hoher Geschwindigkeit, ausbreiten. Bei Versorgungsrohrleitungen sind schon Längsrisse von mehreren hundert Metern aufgetreten. Dieser Umstand ist darauf zurückzuführen, dass bei nahtlosen als auch bei geschweißten Rohren die Rißebene als Normale zur Membranspannung auftritt und die Rißausbreitung in axialer Richtung erfolgt. Es bestand daher schon lange das Problem, die mögliche Rißlänge auf ein bestimmtes Maß zu begrenzen.As a result of local stress concentration and possibly existing material weaknesses brittle fractures can occur, which then occur due to the slower stress reduction in the axial direction of the pipe, usually at high speed. at Supply pipelines have already cracked several hundred meters in length. This fact is due to the fact that both seamless and welded Pipes the crack plane occurs as normal to the membrane tension and the crack propagation takes place in the axial direction. The problem, the possible one, has therefore existed for a long time Limit crack length to a certain level.

Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, die Spannungen durch Vergrößerung der Rohrwand, durch Überziehen von Manschetten oder durch das Überziehen eines Zweitrohres zu vermindern. Diese Maßnahmen haben insbesondere beim Reaktorbau den Nachteil, dass die zerströrungsfreie Prüfung behindert bzw. unmöglich gemacht wird.To solve this problem, it is known to increase the voltage by means of magnification the pipe wall, by pulling on collars or by pulling on a second pipe to diminish. These measures have the disadvantage, especially in reactor construction, that the non-destructive testing is hindered or made impossible.

Weiterhin können Spannungsspitzen durch das veränderte Temperaturprofil und den veränderten Spannungsverlauf auftreten. Es ist weiterhin bekannt, den Rißarrest-Bruchzähigkeitswert der Rohrleitung durch Verwendung eines Werkstoffes mit einer anderen chemischen Zusammensetzung zu erhöhen. Hier hat es sich als nachteilig gezeigt, dass die gute Schweißbarkeit verlorengeht und somit die Qualität von notwendigen Verbindungsschweißungen gemindert wird.Furthermore, voltage peaks can be caused by the changed temperature profile and the changed voltage curve occur. It is also known, the crack arrest fracture toughness value the pipeline by using a material with a different chemical Increase composition. Here it has been shown to be disadvantageous that the good Weldability is lost and thus the quality of the necessary joint welds is reduced.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Rohrleitung zu schaffen, welche die Rißlänge auf ein wählbares Maß begrenzt und die aufgezeigten Nachteile vermeidet.The invention has the task of creating a pipeline, which limits the crack length to a selectable level and the disadvantages shown avoids.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass in Achsrichtung der Rohrleitung gesehen Zwischenringe eingeschweißt sind, dass die Zwischenringe aus dem gleichen Werkstoff wie die übrigen Rohrleitungsteile bestehen und dass die Walz- bzw. Schmiedetexturen der Zwischenringe etwa rechtwinklig zu den Texturen der übrigen Rohrleitungsteile verlaufen.The problem is solved in that in the axial direction of the pipeline seen intermediate rings are welded in that the intermediate rings are made of the same Material like the other pipeline parts and that the rolling or forging textures of the intermediate rings approximately at right angles to the textures of the other pipeline parts get lost.

Die Erfindung geht dabei von den Erkenntnissen der Bruchmechanik aus, die besagen, dass der Rißarrest-Bruchzähigkeitswert durch die in einem Werkstoff vorhandene Gefügetextur beeinflusst wird. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird der Rißarrest-Bruchzähigkeitswert im Bereich der Zwischenringe um ca. 50% gegenüber den restlichen Rohrleitungsteilen erhöht.The invention is based on the findings of fracture mechanics, which state that the crack arrest fracture toughness value by the in a material existing microstructure is influenced. The measure according to the invention is the crack arrest fracture toughness value in the area of the intermediate rings by approx. 50% the remaining pipeline parts increased.

Der Fortschritt gegenüber dem Bekannten ist weiterhin darin zu sehen, dass keine Schweißprobleme auftreten und dass die Zugänglichkeit für eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung gewährleistet ist.The progress compared to the known can still be seen in that no welding problems occur and that the accessibility for a non-destructive Material testing is guaranteed.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Wanddicke der Zwischenringe verstärkt ausgeführt ist und dass der Übergang von der Wanddicke der übrigen Rohrleitungsteile zur verstärkten Wanddicke der Zwischenringe allmählich erfolgt.In a further embodiment it is proposed that the wall thickness the intermediate rings are reinforced and that the transition from the wall thickness the remaining pipeline parts gradually to the increased wall thickness of the intermediate rings he follows.

Durch diese Maßnahme wird einmal erreicht, dass die Membranspannung gegenüber der Membranspannung der restlichen Rohrleitungsteile erniedrigt wird und zum anderen durch das allmähliche Ansteigen der Wanddicke Spannungsspitzen sowie eine Ablenkung eines laufenden Sprödbruchs in radiale Richtung vermieden werden.This measure achieves once that the membrane tension is decreased compared to the membrane tension of the remaining pipeline parts and on the other hand, through the gradual increase in wall thickness, stress peaks as well a deflection of an ongoing brittle fracture in the radial direction can be avoided.

Anhand schematischer Zeichnungen wird die erfindungsgemäße Rohrleitung erläutert.The pipeline according to the invention is illustrated by means of schematic drawings explained.

Es zeigen: Fig. 1 einen Teilbereich der erfindungsgemäßen Rohrleitung Fig. 2-4 verschiedene Ausbildungen eines Zwischenringes gemäß einem Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 Die Fig. 1 zeigt den Teilbereich einer Rohrleitung 1, die aus Rohrleitungsteilen 2 und aus eingeschweißten Zwischenringen 3 besteht. Je nach dem Einsatzgebiet der Rohrleitung können die Rohrleitungsteile 2 eine Länge bis zu mehreren hundert Metern aufweisen, bevor wieder ein Zwischenring 3 eingesetzt wird, dessen Breite ca. 30 cm in der Regel nicht übersteigt. Die Texturen 4 des Werkstoffgefüges der Rohrleitungsteile 2 verlaufen in Achsrichtung der Rohrleitung 1 bzw. als Normale zur Membranspannung der Rohrleitungsteile 2.1 shows a partial area of the pipeline according to the invention 2-4 show different configurations of an intermediate ring according to a section the line A-A of Fig. 1 Fig. 1 shows the portion of a pipeline 1 which consists of pipeline parts 2 and welded-in intermediate rings 3. Depending on the area of application of the pipeline, the pipeline parts 2 can have a length of up to to have several hundred meters before an intermediate ring 3 is used again whose width usually does not exceed approx. 30 cm. The textures 4 of the The material structure of the pipeline parts 2 run in the axial direction of the pipeline 1 or as a normal for the membrane tension of the pipeline parts 2.

Dagegen verlaufen die Texturen 5 des Werkstoffgefüges des Zwischenringes 3 etwa rechtwinklig zu den Texturen 4 der Rohrleitungsteile 2 bzw. parallel zur Membranspannung des Zwischenringes 3. Die gewünschte Richtung der Texturen 5 des Zwischenringes 3 wird durch die entsprechende Deformationsrichtung bei der Herstellung erzielt. Da der Zwischenring relativ schmal ausgelegt ist, kann er verzugsweise als ausgewalzter Ring hergestellt werden. Die geringe Breite des Zwischenringes erlaubt das Einbringen hoher Deformation und eine gute Durchvergütung. Der Rißarrest-Bruchzähigkeitswert des Zwischenringes, der durch die Lage der Textur 5 bereits um ca. 50% gegenüber dem Rißarrest-Bruchzähigkeitswert der Ubrigen Rohrleitungsteile 2 erhöht ist, kann durch die vorgenannte hohe Deformation und die gute Durchvergütung noch verbessert werden.In contrast, the textures 5 of the material structure of the intermediate ring run 3 approximately at right angles to the textures 4 of the pipeline parts 2 or parallel to Membrane tension of the intermediate ring 3. The desired direction of the textures 5 of the Intermediate ring 3 is determined by the corresponding deformation direction during manufacture achieved. Since the intermediate ring is designed to be relatively narrow, it can be preferred can be manufactured as a rolled-out ring. The small width of the intermediate ring allows the introduction of high deformation and good through-hardening. The crack arrest fracture toughness value of the intermediate ring, which due to the position of the texture 5 is already about 50% compared the crack arrest fracture toughness value of the remaining pipeline parts 2 is increased, can further improved by the aforementioned high deformation and the good through-hardening will.

Zur weiteren Erhöhung des Rißarrest-Bruchzähigkeitswertes wird die Wanddicke des Zwischenringes verstärkt ausgeführt. Die Kontur der Verstärkung a t kann beispielsweise die Form der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausbildung aufweisen. Wie aus diesen Figuren zu ersehen ist, erfolgt der Übergang von der Wanddicke ~ t der übrigen Rohrleitungsteile 2 zur verstärkten Wanddicke des Zwischenringes allmählich, um Spannungsspitzen und eine Ablenkung eines laufenden Sprödbruches in radiale Richtung zu vermeiden.To further increase the crack arrest fracture toughness value, the The wall thickness of the intermediate ring is reinforced. The contour of the reinforcement a For example, t can have the shape of the embodiment shown in FIGS. As can be seen from these figures, the transition takes place from the wall thickness ~ t of the remaining pipeline parts 2 gradually increasing the wall thickness of the intermediate ring, around stress peaks and a deflection of an ongoing brittle fracture in the radial direction to avoid.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wurde mit einfachen Mitteln eine wirkungsvolle Rißlängenbegrenzung für Rohrleitungen geschaffen.With the arrangement according to the invention, a effective crack length limitation for pipelines created.

Claims (2)

Patentansprüche Anordnung zur Rißlängenbegrenzung in Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass in Achsrichtung der Rohrleitung (1) gesehen Zwischenringe (3) eingeschweißt sind, dass die Zwischenringe (3) aus dem gleichen Werkstoff wie die Ubrigen Rohrleitungsteile (2) bestehen und dass die Walz- bzw. Schmiedetexturen (5) der Zwischenringe (3) etwa rechtwinklig zu den Texturen (4) der übrigen Rohrleitungsteile (2) verlaufen.Claims arrangement for crack length limitation in pipelines, characterized in that seen in the axial direction of the pipeline (1) intermediate rings (3) are welded in that the intermediate rings (3) are made of the same material as the other pipeline parts (2) exist and that the rolling or forging textures (5) of the intermediate rings (3) approximately at right angles to the textures (4) of the remaining pipeline parts (2) run. 2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke der Zwischenringe (3) verstärkt ausgeführt ist und dass der Übergang von der Wanddicke (t) der übrigen Rohrleitungsteile (2) zur verstärkten Wanddicke der Zwischenringe (3) allmählich erfolgt.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the wall thickness the intermediate rings (3) are reinforced and that the transition from the wall thickness (t) the remaining pipeline parts (2) to increase the wall thickness of the intermediate rings (3) done gradually.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0178248A2 (en) * 1984-10-10 1986-04-16 MANNESMANN Aktiengesellschaft Steel pipe as a crack stopper for gas main

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0178248A2 (en) * 1984-10-10 1986-04-16 MANNESMANN Aktiengesellschaft Steel pipe as a crack stopper for gas main
EP0178248A3 (en) * 1984-10-10 1987-09-16 MANNESMANN Aktiengesellschaft Steel pipe as a crack stopper for gas main

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