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南京聚航科技有限公司
主營(yíng)產(chǎn)品： 振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，殘余應(yīng)力檢測(cè)儀，應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量，殘余應(yīng)力消除設(shè)備 |
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主營(yíng)產(chǎn)品： 振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，殘余應(yīng)力檢測(cè)儀，應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量，殘余應(yīng)力消除設(shè)備 |
2021-10-29 閱讀(563)
國(guó)內(nèi)外現(xiàn)發(fā)生不少輸油管段在水壓試驗(yàn)和使用期間突然撕裂的事例，這引起有關(guān)專(zhuān)家及工程技術(shù)人員的重視。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，螺旋焊縫是輸油管道的薄弱部位，由于焊接過(guò)程中的約束和局部加熱，冷卻的收縮效應(yīng)及金屬組織的變化因素，使輸油管道產(chǎn)生殘余應(yīng)力。輸油管道投入使用后，所有螺旋焊縫都要經(jīng)受輸油管運(yùn)輸介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的種種運(yùn)行應(yīng)力，殘余應(yīng)力及迭加力的作用，但焊縫存有缺陷時(shí)，可加速裂紋迅速擴(kuò)展，致使輸油管道的承載能力、使用性能下降，特別是對(duì)油管的低溫脆斷有很大的影響。因此對(duì)輸油管道進(jìn)行殘余應(yīng)力分析研究是十分有必要的。
輸油管的原始情況及試件
輸油管是用9mm厚、1200mm寬的16Mn鋼板，按58°螺旋升角冷卷成φ720mm的鋼管，然后焊成2400mm長(zhǎng)的管材，焊絲為M10-MnSi，采用自動(dòng)焊接，先內(nèi)壁焊半螺距后，外壁再施補(bǔ)焊，焊縫為15mm寬。因卷板工藝的誤差，有些焊縫坡口呈不對(duì)稱(chēng)“X"型，35%左右的焊縫沒(méi)焊透，內(nèi)有φ0.1-φ1.5mm大小不同的孔洞。
為了取得可靠的數(shù)據(jù)，我們從輸油管上割下4塊試板，其中440mm*340mm的1號(hào)試板1塊，550mm*340mm的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號(hào)試板3塊，Ⅰ、Ⅲ號(hào)試板用于小孔法，Ⅱ、Ⅳ號(hào)試板用于切割法。
測(cè)點(diǎn)選擇及布片
螺旋焊縫的形成不同于對(duì)接焊縫，主應(yīng)力方向需測(cè)定，因此選擇兩種應(yīng)變計(jì)測(cè)試。下面是Ⅰ、Ⅳ號(hào)試板的測(cè)試情況和結(jié)果。
殘余應(yīng)力分析的方法有很多，本次我們采用小孔法和切割法進(jìn)行殘余應(yīng)力分析。
小孔法儀器采用JHMK殘余應(yīng)力測(cè)試儀，用JHZK殘余應(yīng)力精密鉆孔裝置在試板上鉆2.4mm深盲孔，標(biāo)定試件取輸油管母材。
切割法采用JHYC切割法應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，經(jīng)φ1.2mm的鋁絲切割。由于線(xiàn)切割機(jī)行程有限，因此切割前試板上距焊縫熔合線(xiàn)3mm處鉆孔φ2mm的通孔以備穿鉬絲切割。*一次切割由A→B，第二次切割由C→D，兩邊聯(lián)結(jié)處分別用鋸割開(kāi)。
殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析
由Ⅰ號(hào)試板測(cè)試結(jié)果可以看出，小孔測(cè)得焊縫1-12點(diǎn)的縱向應(yīng)力σx是拉應(yīng)力，其*大值為115MPa，約0.25σx；垂直焊縫的橫向應(yīng)力σy均為壓應(yīng)力，*大值是-439MPa，約0.9σy。在垂直焊縫的Y截面上，為了考察焊縫熔合線(xiàn)處的應(yīng)力大小，距焊縫中心線(xiàn)18mm處選擇16和17兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。從y截面應(yīng)力分布圖可看出，17點(diǎn)的應(yīng)力σy*大，其值是478MPa，約為1.16σy。16點(diǎn)的應(yīng)力σy是-333MPa，約0.8σy。
由Ⅳ號(hào)試板測(cè)試結(jié)果可看出，切割法測(cè)得焊縫上多數(shù)點(diǎn)的*大主應(yīng)力σ1與0°軸夾角β接近45°，主應(yīng)力σ1和σ2基本上是在焊縫的縱向及垂直焊縫的橫向，1-6點(diǎn)的σ1是拉應(yīng)力，*大值是114MPa，約0.25σ1。σ2均為壓應(yīng)力，*大值為-249MPa，約0.55σ2。σ2的*對(duì)值普遍比σ1的*對(duì)值大，*大剪應(yīng)力rmax為147MPa。
由焊縫殘余應(yīng)力分布曲線(xiàn)可看到，兩種方法測(cè)得的應(yīng)力分布曲線(xiàn)基本形同，垂直焊縫的應(yīng)力數(shù)值很大，分析其原因，主要是輸油管道按58°螺旋升角冷卷成鋼管的過(guò)程中，軸向必然產(chǎn)生回縮力，致使焊縫形成的同時(shí)產(chǎn)生了垂直焊縫的壓應(yīng)力。同時(shí)由于鋼板的反彈作用，在靠近焊縫熔合線(xiàn)處，使母材兩側(cè)的殘余應(yīng)力形成反對(duì)稱(chēng)于焊縫分布的情況。
總結(jié)
1. 輸油管焊縫上的殘余應(yīng)力，其*大、最小主應(yīng)力分別在焊縫縱向及垂直焊縫的橫向上。
2. 應(yīng)力分布特征為焊縫縱向是拉應(yīng)力曲線(xiàn)，焊縫橫向是壓應(yīng)力曲線(xiàn)。
3. 垂直焊縫的y截面，靠近焊縫的熔合線(xiàn)部位的應(yīng)力分布曲線(xiàn)反對(duì)稱(chēng)于焊縫。
4. *大拉應(yīng)力是478MPa，在靠近焊縫的熔合線(xiàn)部位，約1.16σx。*大壓應(yīng)力是-439MPa在焊縫上，約0.97σy。
測(cè)定結(jié)果符合輸油管卷制過(guò)程中螺旋焊縫形成時(shí)的受力狀況?？偟膩?lái)看，沿焊縫縱向應(yīng)力分布特征與對(duì)接焊縫相同，垂直焊縫橫向應(yīng)力分布情況與其不同。
