ERW直縫套管殘余應(yīng)力分布規(guī)律的研究

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1、石油機(jī)械2003年第31卷第3期CHINAPETROLEUMMACHINERY#1#!試驗(yàn)研究#ERW直縫套管殘余應(yīng)力分布規(guī)律的研究XXX徐學(xué)利辛希賢石凱李棟才周勇周好斌(西安石油學(xué)院)摘要采用盲孔法配合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)對7種不同規(guī)格或狀態(tài)的ERW直縫套管殘余應(yīng)力分布狀態(tài)進(jìn)行了測定。結(jié)果表明,ERW直縫套管上存在著較大的殘余應(yīng)力,個別區(qū)域的殘余應(yīng)力值達(dá)到材料的屈服極限,但焊縫及其附近區(qū)域的殘余應(yīng)力值較低;自然時效處理可以顯著降低殘余應(yīng)力水平,特別是顯著降低焊縫及其附近區(qū)域的殘余應(yīng)力水平,但其降低的程度與套管的直徑大小有

2、關(guān),在相同條件下,小直徑套管殘余應(yīng)力降低的幅度較大;在線熱處理對其殘余應(yīng)力大小和分布的影響不明顯,甚至有可能使焊縫及其附近區(qū)域應(yīng)力水平升高;國產(chǎn)ERW直縫套管的殘余應(yīng)力水平與日本同類套管相當(dāng),可以替代同類進(jìn)口產(chǎn)品。關(guān)鍵詞ERW直縫套管殘余應(yīng)力分布規(guī)律影響因素引言測試研究的技術(shù)準(zhǔn)備ERW直縫套管以其尺寸精度高、壁厚均勻、11ERW直縫套管應(yīng)力分布狀態(tài)的盲孔法測試生產(chǎn)率高、抗壓潰性能和綜合力學(xué)性能好以及射孔金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的殘余應(yīng)力場一般屬于二維或三不裂等優(yōu)點(diǎn)而具有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌龈偁幜Α＞S應(yīng)力場,當(dāng)在該應(yīng)力場任意位置鉆一個

3、一定直徑ERW直縫套管的制造過程包括連續(xù)鋼板成型過程、(2R)和深度(H)的盲孔時,除了該處的金屬被焊接過程和隨后的機(jī)加工過程,前面兩個緊密相連切去外,其中的殘余應(yīng)力也被釋放,從而使得原有的加工過程雙重作用的結(jié)果必然在套管的內(nèi)部造成的殘余應(yīng)力場失去平衡,這時盲孔周圍必然產(chǎn)生與很復(fù)雜的殘余應(yīng)力,其大小和分布對套管的外觀和該釋放應(yīng)力相對應(yīng)的釋放應(yīng)變,測出這些釋放應(yīng)變內(nèi)在質(zhì)量、承載能力以及使用性能和使用壽命都有E1、E2和E3的大小,利用有關(guān)彈性理論計(jì)算公式就[1]重大影響。最大限度地降低這種殘余應(yīng)力的幅可以計(jì)算出該測點(diǎn)處原有

4、殘余應(yīng)力(R1、R2)的大值和改善其分布狀態(tài)是焊接套管設(shè)計(jì)者、制造者和[4]小和方向C。使用者所關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。殘余應(yīng)力的形成和R1=(E1+E3)/4A+(E1-E3)/4BcosC(1)演變過程比較復(fù)雜,影響因素頗多,在理論計(jì)算上R2=(E1+E3)/4A-(E1-E3)/4BcosC(2)仍存在著較大困難,采用試驗(yàn)手段測定殘余應(yīng)力的-1C=tg(E1-2E2+E3)/(E1-E3)(3)大小和分布仍然是目前研究殘余應(yīng)力分布規(guī)律的有效方法之一[2,3]。筆者采用盲孔法配合計(jì)算機(jī)試驗(yàn)式中,A、B為在測點(diǎn)鉆通孔時的應(yīng)

5、變釋放系數(shù)據(jù)采集技術(shù)對7種不同規(guī)格或狀態(tài)的ERW直縫數(shù),當(dāng)采用盲孔法測量殘余應(yīng)力時,需要用標(biāo)定試套管的殘余應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行測試研究,其研究結(jié)驗(yàn)來確定其具體數(shù)值。本試驗(yàn)測得的應(yīng)變釋放系數(shù)-72-7果對焊接套管的生產(chǎn)制造和實(shí)際應(yīng)用具有一定的參A=-2182@10mm/N和B=-6195@102考價值。mm/N。X國家經(jīng)貿(mào)委/九五0重點(diǎn)項(xiàng)目/ERW直縫電阻焊套管技術(shù)0的部分研究內(nèi)容。XX徐學(xué)利,副教授,生于1963年,1985年畢業(yè)于西安交通大學(xué)機(jī)械工程系,現(xiàn)從事材料成型及控制工程的教學(xué)、科研工作。地址:(710065)陜西省

6、西安市。電話:(029)8382332。(收稿日期:2002-06-24;修改稿收到日期:2002-09-03)#2#石油機(jī)械2003年第31卷第3期各種被測試套管測點(diǎn)的確定均以其焊縫中心為管材料的種類、壁厚和焊縫的形狀等,其中壁厚D基準(zhǔn)沿圓周方向等距分成8份,形成8條縱向線;的影響尤為明顯。一般情況下,當(dāng)D[20mm時,以分別距管端20mm為基準(zhǔn)沿長度方向等距分成4殘余應(yīng)力基本上屬于二維應(yīng)力狀態(tài);而當(dāng)D>25份,形成5條周向線。二者的交點(diǎn)即是所確定的測mm時,殘余應(yīng)力基本上屬于三維應(yīng)力狀態(tài)。在殘點(diǎn)位置。同時,為了深入探

7、討焊接區(qū)域的殘余應(yīng)力余應(yīng)力狀態(tài)的分析描述中,通常將沿焊縫方向的應(yīng)分布規(guī)律,在各個被測試套管的焊接區(qū)域均采取加力分量稱為縱向殘余應(yīng)力,用RL表示,而將垂直密測點(diǎn)(8~10個)的措施。盲孔直徑為115mm,于焊縫方向的應(yīng)力分量稱為橫向殘余應(yīng)力,用Rt孔深310mm,有關(guān)測試數(shù)據(jù)的修正見文獻(xiàn)[3]。[5]表示,其計(jì)算式如下。21測試套管的規(guī)格、狀態(tài)及測試設(shè)備RL=(R1+R2)/2+(R1-R2)cosC/2(4)被測試ERW直縫套管的規(guī)格、狀態(tài)及編號見Rt=(R1+R2)/2-(R1-R2)cosC/2(5)表1。所采用的主

8、要測試裝置有ZDL)II型盲孔法筆者所測試的套管壁厚均小于20mm,其殘應(yīng)力測定裝置、YJ)22型轉(zhuǎn)換箱、YJ)27型和余應(yīng)力均應(yīng)屬于二維應(yīng)力狀態(tài),可以用縱向殘余應(yīng)YJ)22型應(yīng)變儀、YJD)27PC智能接口、力RL和橫向殘余應(yīng)力Rt來描述其分布規(guī)律,只是TJ120)115應(yīng)變花等,測試步驟見文獻(xiàn)[4]。此時的縱向?yàn)?/p>