管線(xiàn)鋼落錘撕裂試驗(yàn)的能量測(cè)試
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時(shí)間：2013-07-03
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隨著我國(guó)石油天然氣事業(yè)的發(fā)展，管線(xiàn)鋼的冶煉和焊接技術(shù)正以前所未有的速度實(shí)現(xiàn)著跨越式發(fā)展，這也給管線(xiàn)鋼的評(píng)價(jià)試驗(yàn)帶來(lái)了一些新問(wèn)題。對(duì)于高韌性、大壁厚的管線(xiàn)鋼來(lái)說(shuō)，普通夏比沖擊試樣尺寸過(guò)小，不能反映實(shí)際構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)，而且結(jié)果離散性大，不能滿(mǎn)足一些特殊要求。管線(xiàn)鋼落錘撕裂試驗(yàn)（DWTT）的結(jié)果與鋼管全尺寸爆破試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)吻合，而且容易操作，因此科研人員提出用落錘撕裂試驗(yàn)的錘斷能量值來(lái)代替夏比沖擊功值，這種能量測(cè)試方法更能接近材料的使用狀態(tài)，反映其斷裂的真實(shí)情況，因此落錘撕裂試驗(yàn)被廣泛應(yīng)用于管線(xiàn)鋼斷裂韌性的評(píng)價(jià)，成為重要的質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)之一。在《西氣東輸工程用螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件》N.2.2中不但要求對(duì)試樣的剪切面積進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)還要求提供落錘撕裂試驗(yàn)的能量值。但鑒于試驗(yàn)設(shè)備狀況，只有少數(shù)科研單位能夠進(jìn)行能量測(cè)定，而大多數(shù)鋼廠(chǎng)和制管廠(chǎng)都不能提供準(zhǔn)確的能量測(cè)量值。本文通過(guò)對(duì)作者3開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)錘撕裂試驗(yàn)機(jī)能量測(cè)試系統(tǒng)的研究（在www.testimpact.com網(wǎng)站上作了更詳盡的論述），以及該系統(tǒng)在鞍鋼化檢驗(yàn)中心的成功應(yīng)用，展示了該系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)的研制成功為定量研究各種因素對(duì)管線(xiàn)鋼斷裂韌性的影響以及從理論上研究管線(xiàn)鋼承受沖擊載荷的斷裂機(jī)理提供了試驗(yàn)支持，提高了檢驗(yàn)水平，健全了試驗(yàn)方法和手段，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，同時(shí)也提高了國(guó)產(chǎn)落錘試驗(yàn)機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1． 能量測(cè)量原理［1］
能量的測(cè)量一般有三種方法：動(dòng)能差法、勢(shì)能差法和微元積分法，本系統(tǒng)采用微元積分法。
通過(guò)安裝在錘頭上的力傳感器測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中瞬時(shí)力值f(t)，同時(shí)通過(guò)安裝在試驗(yàn)機(jī)上的速度傳感器測(cè)量出試樣的即時(shí)速度v(t)，通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算出瞬時(shí)位移s(t)，由f(t)和s(t)可以得到任一瞬時(shí)力和變形的關(guān)系F(S),這樣每一時(shí)刻的力值F(S)）與其變形的微分dS的乘積就是每一瞬時(shí)的“即時(shí)功”。把對(duì)應(yīng)于不同時(shí)刻的功值積分即可得到試樣從變形開(kāi)始到完全斷裂所吸收的所有功值。利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)繪出載荷—變形曲線(xiàn)，曲線(xiàn)下的面積即為落錘打擊試樣過(guò)程中落錘作用于試樣上的載荷所作的功，即試樣吸收的能量；所以，根據(jù)載荷—變形曲線(xiàn)，可以繪出能量—變形曲線(xiàn)。
w=∫F(S)dS
式中：w—試樣吸收的能量（J）
F(S) —試樣所受的力（N）
2．系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過(guò)光電傳感器測(cè)量出即時(shí)速度，通過(guò)錘頭上的力傳感器測(cè)量出瞬時(shí)力值，把這兩方面的數(shù)據(jù)傳送到信號(hào)調(diào)理器，再把調(diào)理好的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送給計(jì)算機(jī)，由系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理軟件進(jìn)行處理，得出各種測(cè)量數(shù)據(jù)，反饋給計(jì)算機(jī)打印出試驗(yàn)報(bào)告。
圖1 測(cè)試系統(tǒng)的組成
在試驗(yàn)中可以同時(shí)獲得兩個(gè)曲線(xiàn)（載荷—變形曲線(xiàn)和能量—變形曲線(xiàn)），也可以把兩條曲線(xiàn)合并在一起。為了方便起見(jiàn)，試驗(yàn)報(bào)告一般使用如圖2所示的合并后的曲線(xiàn)。
評(píng)論