直缝弯管残余应力检测分析

弯管加工时,要在弯曲装置上对中间部分进行弯曲,并进行高频感应加热以保证金属变形塑性足够。某钢管厂在生产Φ508*12.7X65直缝弯管时,发现凸面存在开裂现象。担心弯曲时变形应力太大引起问题,以及在弯曲完成回火后焊接残余应力过大,影响用户的使用。所以委托聚航科技对样品弯管采用盲孔法进行残余应力检测,了解弯管回火后的残余应力分布情况。

弯管参数

厂家提供三种弯管,材质均为同一炉批,弯管是采用直缝埋弧焊焊接钢管切断为4m左右的管段,采用机械弯曲和加热的方法,将钢管弯曲成30-90°的用户所需的成品管。主要参数是外径508mm;壁厚12.7mm;弯曲半径3048mm;弯曲角度30°;回火温度分别是0°、350°、500°。在弯曲后,外观尺寸变成长度L',宽度B、高度D。在弯曲部位,外侧为凸处,内侧为凹处。

设备和工艺准备

使用JHMK残余应力测试系统,由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成。规定钻孔直径为1.5mm,深度为1.5mm,应变片中心处半径R=3mm。测量得到A=-0.0582uε/MPa,B=-0.121uε/MPa。

根据弯管的实际情况,在弯管中间凸凹处一周,和管端一周各取8个点进行测试。

试验数据分析

根据得到的应力分布图分析认为,在弯管中部,主要受到拉应力作用。不回火弯管的轴向拉应力在外凸附近达到*大值243MPa,周向拉应力在内凹附近达到*大值430MPa。该X65材料的屈服强度为545MPa,原始拉应力*大达到屈服强度的79%,显然会大大降低钢管的使用寿命。

另外,在回火温度的影响上,一般认为,回火温度越高,残余应力会越小。回火温度为350°C时,中部周向残余应力平均降低约48%;回火温度为500℃时,中部残余应力平均降低约65%。但当进行水压爆破试验时,爆破部位往往是端部的未弯曲部位。分析试验数据后我们认为,端部屈服强度、抗拉强度下降较大,导致管壁提前塑性变形而开裂。而未回火钢管在端部爆破则是由于中部弯曲管段因为加工硬化强度提高,端部直管段抗拉强度不如中部而首先造成断裂。总的来说,回火温度应不影响弯管的屈服强度和抗拉强度为宜。那么上述钢管当结合其力学性能来综合分析,应该选择回火温度350℃较好。

总的来说,使用盲孔法测量残余应力对生产弯管起到良好的技术指导作用。

结论

1.通过实践证明,采用盲孔法对弯管进行残余应力检测是可行的,测量结果准确。

2.回火温度越高,弯管周向残余应力越小。但综合考虑选择力学性能的影响,采用350℃回火温度较好。