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殘余應力對焊接鋼管質量及可靠性的影響(1)

閱讀次數[] 發布時間:2013-1-5 14:01:15

     由成型及焊接過程造成的殘余應力對焊接鋼管的質量及服役可靠性有重要影響,降低焊接鋼管的承壓能力,易造成焊接鋼管的耐腐蝕能力降低,使焊接鋼管產生疲勞破壞,所以降低殘余應力水平、改善焊接鋼管的殲余應力分布是非常有意義的。對焊接鋼管殘余應力的研究方法、研究成果進行了綜述。
焊接鋼管制造一般要經過拆卷、矯直、修邊、成型、焊接等主要工序以及探傷、平頭、試壓等一系列輔助工序。
    焊接鋼管內部存在有塑性變形,成型過程和焊接過程施加在板料上的應力在成型后難以全部釋放,所以各類型焊接鋼管中都不可避免的存在殘余應力。殘余應力的存在對焊接鋼管的疲勞、腐蝕、穩定性、承壓能力都有影響,研究焊接鋼管的殘余應力對提高焊接鋼管的制造質量、保證管道的運行可靠性是十分必要的。
殘余應力的測量技術研究始于二十世紀三十年代,發展至今已形成多種測量方法,概括起來可大致分為兩類:(1)機械測量方法,包括盲孔法,切環法,切塊法等(2)物理測量方法,包括X射線法,磁測法,超聲波法等。另外,數值模擬方法(主要包括有限元法、有限條法)在焊接鋼管的成型及殘余應力研究方法也起到了非常重要的作用。在過去的十幾年中人們對焊接鋼管殘余應力及其測量方法進行了很多的研究。研究結果顯示UOE焊接鋼管的殘余應力較低,JCOE焊接鋼管次之,HSAW 焊接鋼管的殘余應力水平高、分布復雜。其成型方式、成型焊接、水壓試驗、擴徑等對焊接鋼管的殘余應力有重要的影響。
1 殘余應力測量技術
    X射線衍射法是應用最廣泛的無損應力測試方法,其原理是應力使得材料的晶格常數發生變化,通過對其變化量的測量即可得到殘余應力。該方法的優點是不會對構件造成破壞,但測試深度僅有30-40微米,而且受表面狀態的影響非常大。
應力可以改變超聲波的波速,所以通過測量入射超聲波的波速可以計算殘余應力。該方法不僅是一種無損測量方法,而且超聲波可以進行三維的測量,測量深度可達到整個厚度。然而影響超聲波測量殘余應力也受到表面狀態的很大影響。近年來U.S Department of Energy 的國家能源技術實驗室在此方面做了很多工作,開發了新的測裝置。
    利用磁致伸縮效應也可以測量殘余應力,稱為磁測法,無損而且測量深度可達到數毫米,無輻射,測量速度高。僅適用于鐵磁材料,而且測量后會給結構造成余磁。英國開發了可以進行管線的在線測量的磁測裝置。
中子衍射法測量殘余應力是通過測量樣品衍射峰位置的移動,計算材料中沿某一方向的晶面間距相對于應力狀態的變化,得到應變,進面轉換成應力。HAYASHI 等人利用中子衍射、X射線、應變片法測量了碳鋼焊接鋼管的殘余應力,根據測量結果指出中子衍射法是測量結構內部應力的最有效的方法。
    盲孔法是通過鉆削直徑2mm左右的小孔,使得小孔周圍的應變釋放,利用應變片記錄應變,根據該應變計算殘余應力。盲孔法對構件的破壞性小,而且方便在現場進行殘余應力的測量,測得殘余應力為所去除材料的平均應力,測量的嘗試范圍約幾個毫米。在此基礎上人們為了測量更深位置的殘余應力開發了深孔,階梯孔等測試技術。盲孔法的理論基礎扎實,在除焊接鋼管外的其它領域也得了廣泛的應用。
    切塊法在焊接鋼管殘余應力測試中通過從焊接鋼管上切下的塊所釋放的應變計算殘余應力。切塊法測量時切塊的尺寸不能太大,否則焊接鋼管內的殘余應力不能全部釋放,而是在切塊內部產生了重新的平衡,切割過程采用應變片跟蹤計量釋放的應變,切割時應采用冷切割的方法,以免切割過程對所測應變產生影響。

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  產品分類: 大口徑 結構 厚壁 管線 油管 套管