ERW直缝套管残余应力分布规律的研究

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1、石油机械2003年第31卷第3期CHINAPETROLEUMMACHINERY#1#!试验研究#ERW直缝套管残余应力分布规律的研究XXX徐学利辛希贤石凯李栋才周勇周好斌(西安石油学院)摘要采用盲孔法配合计算机数据采集技术对7种不同规格或状态的ERW直缝套管残余应力分布状态进行了测定。结果表明,ERW直缝套管上存在着较大的残余应力,个别区域的残余应力值达到材料的屈服极限,但焊缝及其附近区域的残余应力值较低;自然时效处理可以显著降低残余应力水平,特别是显著降低焊缝及其附近区域的残余应力水平,但其降低的程度与套管的直径大小有

2、关,在相同条件下,小直径套管残余应力降低的幅度较大;在线热处理对其残余应力大小和分布的影响不明显,甚至有可能使焊缝及其附近区域应力水平升高;国产ERW直缝套管的残余应力水平与日本同类套管相当,可以替代同类进口产品。关键词ERW直缝套管残余应力分布规律影响因素引言测试研究的技术准备ERW直缝套管以其尺寸精度高、壁厚均匀、11ERW直缝套管应力分布状态的盲孔法测试生产率高、抗压溃性能和综合力学性能好以及射孔金属结构内部的残余应力场一般属于二维或三不裂等优点而具有很大的发展潜力和市场竞争力。维应力场,当在该应力场任意位置钻一个

3、一定直径ERW直缝套管的制造过程包括连续钢板成型过程、(2R)和深度(H)的盲孔时,除了该处的金属被焊接过程和随后的机加工过程,前面两个紧密相连切去外,其中的残余应力也被释放,从而使得原有的加工过程双重作用的结果必然在套管的内部造成的残余应力场失去平衡,这时盲孔周围必然产生与很复杂的残余应力,其大小和分布对套管的外观和该释放应力相对应的释放应变,测出这些释放应变内在质量、承载能力以及使用性能和使用寿命都有E1、E2和E3的大小,利用有关弹性理论计算公式就[1]重大影响。最大限度地降低这种残余应力的幅可以计算出该测点处原有

4、残余应力(R1、R2)的大值和改善其分布状态是焊接套管设计者、制造者和[4]小和方向C。使用者所关注的焦点问题之一。残余应力的形成和R1=(E1+E3)/4A+(E1-E3)/4BcosC(1)演变过程比较复杂,影响因素颇多,在理论计算上R2=(E1+E3)/4A-(E1-E3)/4BcosC(2)仍存在着较大困难,采用试验手段测定残余应力的-1C=tg(E1-2E2+E3)/(E1-E3)(3)大小和分布仍然是目前研究残余应力分布规律的有效方法之一[2,3]。笔者采用盲孔法配合计算机试验式中,A、B为在测点钻通孔时的应

5、变释放系数据采集技术对7种不同规格或状态的ERW直缝数,当采用盲孔法测量残余应力时,需要用标定试套管的残余应力分布规律进行测试研究,其研究结验来确定其具体数值。本试验测得的应变释放系数-72-7果对焊接套管的生产制造和实际应用具有一定的参A=-2182@10mm/N和B=-6195@102考价值。mm/N。X国家经贸委/九五0重点项目/ERW直缝电阻焊套管技术0的部分研究内容。XX徐学利,副教授,生于1963年,1985年毕业于西安交通大学机械工程系,现从事材料成型及控制工程的教学、科研工作。地址:(710065)陕西省

6、西安市。电话:(029)8382332。(收稿日期:2002-06-24;修改稿收到日期:2002-09-03)#2#石油机械2003年第31卷第3期各种被测试套管测点的确定均以其焊缝中心为管材料的种类、壁厚和焊缝的形状等,其中壁厚D基准沿圆周方向等距分成8份,形成8条纵向线;的影响尤为明显。一般情况下,当D[20mm时,以分别距管端20mm为基准沿长度方向等距分成4残余应力基本上属于二维应力状态;而当D>25份,形成5条周向线。二者的交点即是所确定的测mm时,残余应力基本上属于三维应力状态。在残点位置。同时,为了深入探

7、讨焊接区域的残余应力余应力状态的分析描述中,通常将沿焊缝方向的应分布规律,在各个被测试套管的焊接区域均采取加力分量称为纵向残余应力,用RL表示,而将垂直密测点(8~10个)的措施。盲孔直径为115mm,于焊缝方向的应力分量称为横向残余应力,用Rt孔深310mm,有关测试数据的修正见文献[3]。[5]表示,其计算式如下。21测试套管的规格、状态及测试设备RL=(R1+R2)/2+(R1-R2)cosC/2(4)被测试ERW直缝套管的规格、状态及编号见Rt=(R1+R2)/2-(R1-R2)cosC/2(5)表1。所采用的主

8、要测试装置有ZDL)II型盲孔法笔者所测试的套管壁厚均小于20mm,其残应力测定装置、YJ)22型转换箱、YJ)27型和余应力均应属于二维应力状态,可以用纵向残余应YJ)22型应变仪、YJD)27PC智能接口、力RL和横向残余应力Rt来描述其分布规律,只是TJ120)115应变花等,测试步骤见文献[4]。此时的纵向为