管線鋼落錘撕裂試驗(yàn)的能量測試
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隨著我國石油天然氣事業(yè)的發(fā)展，管線鋼的冶煉和焊接技術(shù)正以前所未有的速度實(shí)現(xiàn)著跨越式發(fā)展，這也給管線鋼的評價(jià)試驗(yàn)帶來了一些新問題。對于高韌性、大壁厚的管線鋼來說，普通夏比沖擊試樣尺寸過小，不能反映實(shí)際構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)，而且結(jié)果離散性大，不能滿足一些特殊要求。管線鋼落錘撕裂試驗(yàn)（DWTT）的結(jié)果與鋼管全尺寸爆破試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)吻合，而且容易操作，因此科研人員提出用落錘撕裂試驗(yàn)的錘斷能量值來代替夏比沖擊功值，這種能量測試方法更能接近材料的使用狀態(tài)，反映其斷裂的真實(shí)情況，因此落錘撕裂試驗(yàn)被廣泛應(yīng)用于管線鋼斷裂韌性的評價(jià)，成為重要的質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)之一。在《西氣東輸工程用螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件》N.2.2中不但要求對試樣的剪切面積進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)還要求提供落錘撕裂試驗(yàn)的能量值。但鑒于試驗(yàn)設(shè)備狀況，只有少數(shù)科研單位能夠進(jìn)行能量測定，而大多數(shù)鋼廠和制管廠都不能提供準(zhǔn)確的能量測量值。本文通過對作者3開發(fā)的國產(chǎn)錘撕裂試驗(yàn)機(jī)能量測試系統(tǒng)的研究（在www.testimpact.com網(wǎng)站上作了更詳盡的論述），以及該系統(tǒng)在鞍鋼化檢驗(yàn)中心的成功應(yīng)用，展示了該系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)的研制成功為定量研究各種因素對管線鋼斷裂韌性的影響以及從理論上研究管線鋼承受沖擊載荷的斷裂機(jī)理提供了試驗(yàn)支持，提高了檢驗(yàn)水平，健全了試驗(yàn)方法和手段，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，同時(shí)也提高了國產(chǎn)落錘試驗(yàn)機(jī)的市場競爭力。
1． 能量測量原理［1］
能量的測量一般有三種方法：動能差法、勢能差法和微元積分法，本系統(tǒng)采用微元積分法。
通過安裝在錘頭上的力傳感器測量試驗(yàn)過程中瞬時(shí)力值f(t)，同時(shí)通過安裝在試驗(yàn)機(jī)上的速度傳感器測量出試樣的即時(shí)速度v(t)，通過系統(tǒng)計(jì)算出瞬時(shí)位移s(t)，由f(t)和s(t)可以得到任一瞬時(shí)力和變形的關(guān)系F(S),這樣每一時(shí)刻的力值F(S)）與其變形的微分dS的乘積就是每一瞬時(shí)的“即時(shí)功”。把對應(yīng)于不同時(shí)刻的功值積分即可得到試樣從變形開始到完全斷裂所吸收的所有功值。利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)繪出載荷—變形曲線，曲線下的面積即為落錘打擊試樣過程中落錘作用于試樣上的載荷所作的功，即試樣吸收的能量；所以，根據(jù)載荷—變形曲線，可以繪出能量—變形曲線。
w=∫F(S)dS
式中：w—試樣吸收的能量（J）
F(S) —試樣所受的力（N）
2．系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
整個(gè)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過光電傳感器測量出即時(shí)速度，通過錘頭上的力傳感器測量出瞬時(shí)力值，把這兩方面的數(shù)據(jù)傳送到信號調(diào)理器，再把調(diào)理好的信號通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送給計(jì)算機(jī)，由系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理軟件進(jìn)行處理，得出各種測量數(shù)據(jù)，反饋給計(jì)算機(jī)打印出試驗(yàn)報(bào)告。
圖1 測試系統(tǒng)的組成
在試驗(yàn)中可以同時(shí)獲得兩個(gè)曲線（載荷—變形曲線和能量—變形曲線），也可以把兩條曲線合并在一起。為了方便起見，試驗(yàn)報(bào)告一般使用如圖2所示的合并后的曲線。
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