尹后鳳

摘要：與天然氣管道鋼管為研究對(duì)象，分析壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)存在的差異性，結(jié)合我國(guó)相關(guān)有關(guān)壓扁試驗(yàn)和代替性彎曲試驗(yàn)的演化過(guò)程，根據(jù)試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)進(jìn)行可行性分析，認(rèn)為該兩種方法都需要考察材料塑性變形能力，完全可以使用彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)，并且該試驗(yàn)效果簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)有效。

關(guān)鍵詞：天然氣管道;壓扁試驗(yàn);彎曲試驗(yàn)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，對(duì)天然氣的需求量一直在不斷遞增，但是受到天然氣供應(yīng)和基礎(chǔ)設(shè)施的限制，我國(guó)天然氣用量增長(zhǎng)存在很大挑戰(zhàn)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我國(guó)已經(jīng)開始大規(guī)模建設(shè)天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，能夠滿足日常生產(chǎn)需求。受到這方面影響，官網(wǎng)建設(shè)用管的需求量也一直在不斷增長(zhǎng)，尤其是輸送超低溫液化氣體管道以及管道部件的需求量增長(zhǎng)迅速。隨著管道用量不斷增長(zhǎng)，對(duì)鋼管的質(zhì)量檢查尤為重要。

由于天然氣鋼管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)體系較多，各個(gè)體系將對(duì)鋼管檢測(cè)項(xiàng)目的要求存在差異，但是基本以化學(xué)成分、拉伸性能以及沖擊吸收能為主。壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)是常見的鋼管功能性能試驗(yàn)方法，這兩種方法的試驗(yàn)?zāi)康幕鞠嗤?，但是各自特征有所不同。通過(guò)對(duì)比彎曲試驗(yàn)和壓扁試驗(yàn)，可以看出彎曲試驗(yàn)比壓扁試驗(yàn)更加簡(jiǎn)單，能夠有效節(jié)省試驗(yàn)材料。壓扁試驗(yàn)主要適用于口徑較小的管材試驗(yàn)，如果管材口徑較大或者壁厚較大，就需要使用彎曲試驗(yàn)來(lái)代替壓扁試驗(yàn)，在相關(guān)鋼管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)體系中，并不是所有的標(biāo)準(zhǔn)都能夠認(rèn)可用彎曲試驗(yàn)來(lái)代替壓扁試驗(yàn)，有些標(biāo)準(zhǔn)未能對(duì)代替試驗(yàn)作出規(guī)定，那么就無(wú)法評(píng)價(jià)材料的塑性變形能力。

各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系之間存在著明顯差異，在使用彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)的問(wèn)題上，存在著認(rèn)同點(diǎn)和不認(rèn)同點(diǎn)。認(rèn)同點(diǎn)是彎曲試驗(yàn)和代替試驗(yàn)都能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行塑性檢驗(yàn)，并且兩者的測(cè)試目的相同，材料樣品的承載能力相似，判斷基本相同。不認(rèn)同點(diǎn)是在實(shí)際工程實(shí)踐中兩種方法的選擇，壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)?zāi)姆N方法在實(shí)際工程實(shí)踐中更為嚴(yán)格，通常情況下，壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)完全依靠肉眼觀察變形部位所產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行判斷，無(wú)法通過(guò)直接試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行衡量和比較。因此需要對(duì)壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析，并對(duì)彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)進(jìn)行可行性分析。

1壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的異同

通過(guò)對(duì)壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法的定義目的類似性與差異性方面進(jìn)行分析，從而得出兩者試驗(yàn)的異同。

1.1目的與方法

壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)都屬于工藝性能試驗(yàn)，用于考察鋼管材料的塑性變形能力和材料的完整性能，同時(shí)在考察過(guò)程中可能會(huì)暴露出材料的某些缺陷。

在試驗(yàn)過(guò)程中，壓扁試驗(yàn)是截取一段鋼管作為樣品，在兩平板之間壓到規(guī)定高度時(shí)，查看樣品是否出現(xiàn)裂紋或者破裂，然后繼續(xù)向下壓，直至鋼管內(nèi)壁貼合，檢查樣品鋼管是否存在分層現(xiàn)象。彎曲試驗(yàn)是在靠近鋼管內(nèi)外表面各取一個(gè)橫向試驗(yàn)樣本，試驗(yàn)樣本呈矩形，試驗(yàn)樣本繞壓頭彎曲180度呈u形，檢查試驗(yàn)樣本是否出現(xiàn)裂紋或者破裂。

1.2方法比較

對(duì)于壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，需要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

（1）承力、應(yīng)力和應(yīng)變相似

在壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)中，試驗(yàn)樣品所承受的應(yīng)力方向和應(yīng)變相似。從試驗(yàn)樣品上看，壓扁試驗(yàn)的樣管考核是鋼管周向塑性變形能力，承力方向會(huì)沿周向拉伸;彎曲試驗(yàn)用矩形試驗(yàn)樣品，彎曲時(shí)試驗(yàn)樣品受到同樣的周向拉伸。由此可以說(shuō)明，對(duì)于壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)樣品的承力方向一致。

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析，壓扁試驗(yàn)的最大應(yīng)力應(yīng)變，主要發(fā)生在3點(diǎn)和9點(diǎn)位置，在該位置試驗(yàn)鋼管外表面會(huì)承受到最大的拉應(yīng)力，沿壁厚方向逐漸減小，并且會(huì)過(guò)渡到內(nèi)表面承受壓應(yīng)力。在試驗(yàn)樣品的6點(diǎn)和12點(diǎn)位置內(nèi)表面也會(huì)承受一定的拉應(yīng)力，應(yīng)力大小會(huì)隨著鋼管尺寸的變化而出現(xiàn)不同，如果試驗(yàn)鋼管壁厚較薄，在鋼管的6點(diǎn)和12點(diǎn)位置的應(yīng)力較小。與壓扁試驗(yàn)情況相同，彎曲試驗(yàn)的最大應(yīng)力應(yīng)變位置是試驗(yàn)樣品的中點(diǎn)，鋼管外表面會(huì)承受到最大的拉應(yīng)力，沿壁厚方向逐漸減小。

（2）試驗(yàn)樣品形式不同，但考核要素相同

彎曲試驗(yàn)和壓扁試驗(yàn)的考核要素相同，主要考核材料周向的塑性變形能力，判定標(biāo)準(zhǔn)一致，主要是檢查試驗(yàn)樣品是否存在裂紋或者破裂。

兩者之間的不同是試驗(yàn)樣品本身的差異性。壓扁試驗(yàn)取全截面試驗(yàn)樣品，其中包括原始表面;而彎曲試驗(yàn)則分別取靠近內(nèi)、外壁處，加工后不會(huì)保留原始表面。因此，壓扁試驗(yàn)更容易暴露出原材料鋼管的表面缺陷，但是在進(jìn)行塑性考核方面，則是靠近外表面更加嚴(yán)格，靠近內(nèi)表面較為寬松。

彎曲試驗(yàn)?zāi)軌驈浹a(bǔ)壓扁試驗(yàn)的缺陷，能夠考察材料靠近內(nèi)。外壁處的塑性變形能力，有效避免了表面缺陷的干擾，能夠更加容易進(jìn)行材料塑性變形能力的綜合評(píng)價(jià)。

（3）嚴(yán)格程度

壓扁高度能夠決定壓扁試驗(yàn)的嚴(yán)格程度，壓扁高度可以按照規(guī)定的計(jì)算公式獲得。而彎曲試驗(yàn)的嚴(yán)格程度則由試驗(yàn)樣品、跨距、壓頭直徑和彎曲角度來(lái)進(jìn)行決定。對(duì)比壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的嚴(yán)格程度，并不能確定兩種試驗(yàn)?zāi)囊粋€(gè)更加嚴(yán)格，但是兩種試驗(yàn)都能保證鋼管的后續(xù)制造工藝性能。利用計(jì)算機(jī)模型技術(shù)，對(duì)壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，可以發(fā)現(xiàn)彎曲試驗(yàn)樣品部位所產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力大于壓扁試驗(yàn)樣本，由此可以說(shuō)明彎曲試驗(yàn)的樣品塑性變形程度要大于壓扁試驗(yàn)，另外，彎曲試驗(yàn)所形成的屈服強(qiáng)度會(huì)高于壓扁試驗(yàn)的屈服強(qiáng)度，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)角度進(jìn)行分析，認(rèn)為彎曲試驗(yàn)比壓扁試驗(yàn)更為嚴(yán)格，由此可以說(shuō)明彎曲試驗(yàn)?zāi)軌虼鎵罕庠囼?yàn)。

2結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的方法，利用有限元模擬軟件，對(duì)壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行觀察，根據(jù)結(jié)果可以看出：彎曲試驗(yàn)樣品變形部位會(huì)產(chǎn)生最大的拉應(yīng)力，彎曲試驗(yàn)的塑性變形程度大于壓扁試驗(yàn)。因此，鋼管很難通過(guò)彎曲試驗(yàn)測(cè)試，由此可以說(shuō)明彎曲試驗(yàn)比壓扁試驗(yàn)更為嚴(yán)格，所以，彎曲時(shí)也能夠完全代替壓扁試驗(yàn)。并且從標(biāo)準(zhǔn)體系間的異同方面來(lái)講，采取彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)更能考察鋼管塑性變形能力。

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