[发明专利]厚壁大直径焊接钢管残余应力值及其分布的盲孔测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用盲孔法对厚壁大直径焊接钢管的残余应力值及其分布进行测试的方法。适用于直径≥600mm，壁厚≥12mm，成型焊接方式为：螺旋埋弧焊、UOE和JCOE的焊接钢管。

背景技术

残余应力通常指的是在无工作载荷作用的情况下，存在于构件内部且保持平衡的应力。焊管制造过程中的许多工序，如管体成型和焊接，都会导致在最终的焊管管体里产生残余应力。残余应力对焊管制造质量和使用性能将产生影响，是产生管体应力腐蚀和各种焊接裂纹的主要力学因素之一；在不同程度下，尤其是低温及动载荷条件下，降低焊管的承载能力和使用寿命；此外还会影响焊管的尺寸稳定性。

本盲孔法应力测试方法属于小孔释放法中的一种，其基本原理是在残余应力待测点上钻上一个小盲孔。由于孔壁原有残余应力的释放，在孔附近引起线应变，测量线应变便可换算出孔壁原有残余应力值。该方法是残余应力测量机械法中破坏性最小的一种。美国材料试验协会于1981年首次颁布ASTM标准E837-81“用钻孔应变测量决定残余应力的标准方法”。表明小孔释放法已可应用于工业。

随着管道建设迅速向长距离、高输送压力以及复杂地域发展。大直径、厚壁输送用焊管已成为当今油气输送管道的发展方向。因而，测量其残余应力值及其分布，分析产生的工艺因素，以便在制管工艺过程中控制和消除残余应力，显得十分重要。焊管残余应力产生的主要因素有2个，一个是管体成型产生的成型残余应力；另一种是焊接产生的焊接残余应力。

焊接钢管残余应力值及其分布的测量，首先要确定截取测量管段的长度，使之能有效、完整地在一定范围内保留被测管体原始残余应力状态。测量管段截取时，新出现的管端面将使管段的拘束度发生变化，导致管体应力释放和在一定长度范围内的残余应力重新分布。测量管段截取短了，即管体应力释放和残余应力重新分布的长度范围超过了截取管段长度的二分之一时，测量管段内将不存在原始管体的残余应力分布。测量管段截取过长，将造成材料浪费和测量工作量的增加。此外，与薄壁焊接钢管不同，厚壁焊接钢管在成型和焊接中，残余应力状态将有可能从2维转为3维，在壁厚方向上出现应力的梯度变化，应力在管壁内外出现正负变化，且物理中性线与几何中心线不重合。采用常规的盲孔法及测点布置，无法反映这种变化。

发明内容

本发明的目的：测量管段截取长度的确定；管体内、外壁的测点设计；焊缝区、整管测点的布置；测点位置间距要求；以及测量用电阻应变花和盲孔直径、孔深的确定等，实现对螺旋管、UOE管和JCOE三种类型厚壁大直径焊接钢管采用盲孔法进行残余应力值及其分布的测量。

本发明的目的是通过以下技术要求和措施来实现：

(1)测量管体截取长度：UOE、JCOE成型焊接钢管测量管段长度为管体直径的2.5倍；螺旋埋弧焊焊接钢管测量管段长度为2个完整的螺旋焊缝螺距；且测量管段长度不小于2米；

(2)残余应力测点选取：测点分布在截取测量管体的内、外表面，内、外表面的测点个数相等，测点的位置一一对应，在管壁厚度中心线上呈镜面对称，同一表面上测点的距离不小于40mm；

(3)焊缝区测点布置：焊缝区的测量点布置在截取管段1/2长度和焊缝交叉点为中心的区域，沿焊缝长度方向呈对称或不对称排列布置，焊缝区测量宽度范围以焊缝为中心不小于60mm，测点个数不少于5个点；

(4)整管测点布置：

1)螺旋埋弧焊焊接钢管的测量点分别布置在一条直线和一道环线上，直线穿越管体1/2长度和焊缝的交叉点并垂直于焊缝，在一个螺距板宽上的测点个数应为管体成型轧辊的整倍数；环线位于管体端部20～60mm范围内，测点按圆周等距分布，为偶数，不少于8个，对称分布；

2)UOE和JCOE成型焊接钢管的测量点分别布置在管体轴线不同位置的数条圆周环线上，测量环线不少于3道，每环上不少于8个测量点，其中1个测点在焊缝上，其余测点等距分布在圆周上，各条环线上的测点数量和在圆周上的位置一致；

(5)盲孔法残余应力测量：测量过程按盲孔法残余应力测量的有关规定和程序进行，测量用电阻应变片采用X、Y、45°的3向电阻应变花；粘贴时，X、Y方向与被测管体的焊缝平行和垂直，对于直缝焊接钢管UOE和JCOE成型焊接钢管是与管体的轴向及周向重合，盲孔直径范围φ1.2～1.5mm，深度范围2～2.5mm，同一个管体上盲孔直径和深度要求一致；将测量所得数据与标定得到的应力释放系数一起代入盲孔法应力测量公式就可获得各个测点残余应力值的大小及方向，采用图表或线性回归方法，分别代入测点位置及对应位置的测量数据，获得对被管体各部位或整管的残余应力分布描述。

发明的效果