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大口徑厚壁埋弧直縫焊管殘余應力測試試驗

來源:
南京聚航科技
日期:
2020年3月20日
現在大口徑厚壁埋弧直縫焊管在鋼結構工程中運用越來越多,對承載力、穩定性、疲勞強度等相關性能也越來越重視。大口徑厚壁埋弧直縫焊管除了焊接過程會產生殘余應力以外,厚板的冷彎成型也會產生很高冷彎殘余應力。而殘余應力對鋼構件的性能有不利影響,因此在使用之前,要了解大口徑厚壁埋弧直縫焊管在焊接和冷彎成型過程中產生的縱向和環向殘余應力的大小與分布。
本試驗檢測所用方法為盲孔法,該方法是一種應用廣泛且精度較好的檢測鋼構件殘余應力的方法。
測試方法
測量試件:在選定截面上粘貼應變片,殘余應力測試儀調試好后,即可打孔測試,測量打孔前后應變的變化。孔徑d=2mm,孔深取1.2d,按2.5mm考慮。標定試件:在測點部位粘貼應變片,將試件就位于萬能試驗機上,加載到100KN,持荷、打孔,測出打孔前后的應變差,然后每200KN為一荷載等級加到500KN,共3級,記下每一級荷載下打孔前后應變片的讀數。
試驗概況
本試驗共制造2個試件,一個為測量試件,另一個為標定試件。測量試件為直縫焊管φ850,壁厚為40mm,長度L=1500mm,鋼號為Q390GJC-Z15,用于測試厚壁(40mm)直縫焊接鋼管截面上的殘余應力分布。標定試件用于標定測量試件打孔后應變釋放系數,考慮到試驗機夾持端的板件厚度要求,對試件兩端進行了銑薄處理。試驗鉆孔設備采用南京聚航JHZK精密鉆孔裝置,試驗數據采用JHMK-30自動采集。測量試件選擇3個截面進行測量,在焊縫周圍測點布置比較密集,在焊縫兩側36°以外布置較為稀疏,內外表面沿環向各布置24個應變花。為考慮加載偏心的影響,標定試件在兩面各布置4個間距為40mm的三向應變花,兩側面各布置2個單向應變片。
試驗結果分析
A.鋼管焊縫兩側的縱向和環向殘余應力基本保持對稱,符合正常規律。
B.鋼管內外表面基本上均為拉應力,僅有極小部分存在壓應力,整個截面上內、外表面縱向應力和環向應力在焊縫處附近部位較大,在距焊縫較遠處應力分布逐漸趨于均勻。
C.由于鋼管在冷彎過程中主要產生環向殘余應力,縱向殘余應力主要是由焊接過程產生,因此鋼管表面的環向應力高于縱向應力,這與試驗結果一致;
D.鋼管的焊接使鋼管內外表面均產生拉應力,而鋼管的冷彎成型使鋼管外表面受拉,而內表面受壓,這樣兩內力疊加,就會造成鋼管的內表面的殘余應力小于外表面的殘余應力,即會產生與試驗結果一致的結論。
總結
經過試驗證實,盲孔法測應力是一種簡單方便的應力測試方法,這種方法可以有效地測出大口徑厚壁埋弧直縫焊管內部殘余應力的大小與分布,并且規律明顯,數據準確。

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