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1、第32卷第6期化工机械371大口径直缝埋弧焊管内的残余应力刘倩3王立君杨春阁(天津大学)摘要用切块法实测了某大口径X70双面直缝埋弧焊管内的残余应力。测试结果表明,该焊管内周向残余应力的峰值主要受焊管成型过程影响,轴向残余应力的峰值直接受焊接工艺影响。机械扩径对焊管内成型的和焊接的残余应力均有显著的削峰作用,使焊管内的残余应力降低,分布趋于平缓。关键词直缝焊管残余应力机械扩径中图分类号TQ05316文献标识码A文章编号025426094(2005)0620371204西气东输工程的竣工标志着我国长输油气管表1直缝焊管的规格线建设高潮的到来。为保证管线安全,
2、在重要地外径长度壁厚扩径率材料域将更多采用大口径直缝焊管。mmmmmm%大口径直缝焊管可采用C成型、UOE、RBE、X7010161000211.0[1]JCOE和CFE等成型工艺生产。生产过程中,会产生成型的和焊接的残余应力。由于残余应力表面上的残余应力。对焊管的性能有很大影响,因此国内外均把降低1.2.1测定过程和控制直缝焊管内的残余应力作为提高焊管成品在1m长直缝焊管中部的内、外表面上粘贴[2]质量的工艺研究方向之一。双向应变片。应变片的粘贴位置与状态分别如图在直缝焊管的生产过程中,机械扩径是降低1、2所示。由图1可见,沿着焊管周向,残余应力和控制焊
3、管中残余应力的有效方法。为了定量考的测量点分别选在焊趾处(标记为0°)、距焊缝中察用机械扩径方法降低直缝焊管残余应力的实际心10°、20°、30°、60°、90°、120°、150°和180°的9效果,本文对X70大口径直缝埋弧焊管扩径前、个位置上。为了能如实反映焊缝区内残余应后管壁内、外表面上残余应力的变化进行了实际力的变化梯度,应变片在焊缝附近粘贴的间距的对比测定。较小。1残余应力测定为了测量应片粘贴位置上的残余应力,就必1.1直缝焊管规格须使其能充分释放。为此,以各应变片的粘贴位被测试对象为X70双面直缝埋弧焊管。表1置为中心,在该焊管上依次切割出5
4、0mm×50mm和表2分别给出了该焊管的规格及管材的化学成的测试块(图3)。切割过程中用冷水降温以避免分。表3给出了扩径前后该焊管横向和轴向的拉测试块受热升温。为使残余应力能充分释放,待伸力学性能参数。切割完成1天以后再对各测试块上粘贴的应变片1.2测定方法进行应变增量的测量。采用切块法测量该双面直缝埋弧焊管内、外3刘倩,女,1979年9月生,硕士研究生。天津市,300072。372化工机械2005年表2X70直缝埋弧焊管的化学成分%CMnSiPSMoNiCrCuVNbTiAlNB0.071.530.260.0040.0030.190.2190.0210.
5、1100.0300.0590.0130.0410.0060.0001V+Nb+TiNi+Cr+CuCr+Mo+Mn0.1020.3501.741表3X70直缝埋弧焊管的拉伸力学性能试样类型σ0.5/MPaσb/MPaδ5/%σ0.5/σb扩径前轴向530635460.83周向530645460.82扩径后轴向570640440.89周向550655440.84图1应变片粘贴位置1.2.2残余应力计算将该大口径直缝焊管视为一处于二向应力状态的薄壳结构,则根据测试块上释放的应变值,可用平面应力问题的广义虎克定律计算该直缝焊管内、外表面上的周向和轴向残余应力:E
6、(εc+νεl)σc=21-νE(εl+νεc)σl=21-ν式中σ———残余应力,MPa;图2应变片粘贴状态5E———杨氏模量,2.1×10MPa;ε———测试块释放的应变;ν———泊松比,0.3;下角c———焊管周向;下角l———焊管纵(轴)向。测定的该直缝埋弧焊管扩径前后内、外表面上周向和轴向残余应力的分布如图4所示。2测试结果分析图3切割下的50mm×50mm测试块2.1焊管残余应力产生原因第32卷第6期化工机械373图4直缝埋弧焊管内、外表面上的残余应力焊管周向残余应力的峰值主要源于焊管的成作用,削峰的实际效果与直缝焊管的规格、管线钢型工艺。在成
7、型过程中,板材沿焊管周向产生弹的强度等级以及扩径率的选取有关。塑性变形,其中因弹性变形而产生的成型内应力作为与图4的比较,图5示出了日本NKK公主要是周向残余应力。焊管轴向残余应力的峰值司测试的UOE成型的外径为1016mm、壁厚为主要源于焊接工艺。焊管直缝焊接时,沿焊缝轴17.5mm、扩径率为1.3%的X70直缝埋弧焊管的向产生最大的热压缩塑性变形使金属纤维缩短;残余应力测试结果。焊后冷却时,焊缝区受到相邻母材的拉伸使得轴比较图4和图5的测试结果可知,扩径前,两向残余应力的峰值出现在焊缝内。个焊管焊缝上的轴向残余应力峰值的大小相当,2.2测试结果分析但图
8、5中周向残余应力的峰值则相对较小,这是由图4可见,就被测试的直缝埋
