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管線(xiàn)鋼落錘撕裂試驗的能量測試
作者：
時(shí)間：2013-07-03
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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前言：
隨著(zhù)我國石油天然氣事業(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)現著(zhù)跨越式發(fā)展，這也給管線(xiàn)鋼的評價(jià)試驗帶來(lái)了一些新問(wèn)題。對于高韌性、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)際構件中的應力狀態(tài)，而且結果離散性大，不能滿(mǎn)足一些特殊要求。管線(xiàn)鋼落錘撕裂試驗（DWTT）的結果與鋼管全尺寸爆破試驗結果相當吻合，而且容易操作，因此科研人員提出用落錘撕裂試驗的錘斷能量值來(lái)代替夏比沖擊功值，這種能量測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，因此落錘撕裂試驗被廣泛應用于管線(xiàn)鋼斷裂韌性的評價(jià)，成為重要的質(zhì)量驗收指標之一。在《西氣東輸工程用螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件》N.2.2中不但要求對試樣的剪切面積進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)還要求提供落錘撕裂試驗的能量值。但鑒于試驗設備狀況，只有少數科研單位能夠進(jìn)行能量測定，而大多數鋼廠(chǎng)和制管廠(chǎng)都不能提供準確的能量測量值。本文通過(guò)對作者3開(kāi)發(fā)的國產(chǎn)錘撕裂試驗機能量測試系統的研究（在www.testimpact.com網(wǎng)站上作了更詳盡的論述），以及該系統在鞍鋼化檢驗中心的成功應用，展示了該系統的可靠性。該系統的研制成功為定量研究各種因素對管線(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理提供了試驗支持，提高了檢驗水平，健全了試驗方法和手段，填補了國內空白，同時(shí)也提高了國產(chǎn)落錘試驗機的市場(chǎng)競爭力。
1． 能量測量原理［1］
能量的測量一般有三種方法：動(dòng)能差法、勢能差法和微元積分法，本系統采用微元積分法。
通過(guò)安裝在錘頭上的力傳感器測量試驗過(guò)程中瞬時(shí)力值f(t)，同時(shí)通過(guò)安裝在試驗機上的速度傳感器測量出試樣的即時(shí)速度v(t)，通過(guò)系統計算出瞬時(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”。把對應于不同時(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。利用計算機數據采集和分析系統繪出載荷—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．系統的結構設計
整個(gè)測試系統結構如圖1所示，通過(guò)光電傳感器測量出即時(shí)速度，通過(guò)錘頭上的力傳感器測量出瞬時(shí)力值，把這兩方面的數據傳送到信號調理器，再把調理好的信號通過(guò)數據采集卡發(fā)送給計算機，由系統數據采集處理軟件進(jìn)行處理，得出各種測量數據，反饋給計算機打印出試驗報告。 
圖1 測試系統的組成
3．試驗曲線(xiàn)分析
在試驗中可以同時(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)，試驗報告一般使用如圖2所示的合并后的曲線(xiàn)。
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