管線鋼落錘撕裂試驗的能量測試
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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正以前所未有的速度實現著跨越式發(fā)展，這也給管線鋼的評價試驗帶來了一些新問題。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，不能反映實際構件中的應力狀態(tài)，而且結果離散性大，不能滿足一些特殊要求。管線鋼落錘撕裂試驗（DWTT）的結果與鋼管全尺寸爆破試驗結果相當吻合，而且容易操作，因此科研人員提出用落錘撕裂試驗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)，反映其斷裂的真實情況，因此落錘撕裂試驗被廣泛應用于管線鋼斷裂韌性的評價，成為重要的質量驗收指標之一。在《西氣東輸工程用螺旋縫埋弧焊管技術條件》N.2.2中不但要求對試樣的剪切面積進行評價，同時還要求提供落錘撕裂試驗的能量值。但鑒于試驗設備狀況，只有少數科研單位能夠進行能量測定，而大多數鋼廠和制管廠都不能提供準確的能量測量值。本文通過對作者3開發(fā)的國產錘撕裂試驗機能量測試系統的研究（在www.testimpact.com網站上作了更詳盡的論述），以及該系統在鞍鋼化檢驗中心的成功應用，展示了該系統的可靠性。該系統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理提供了試驗支持，提高了檢驗水平，健全了試驗方法和手段，填補了國內空白，同時也提高了國產落錘試驗機的市場競爭力。
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，本系統采用微元積分法。
通過安裝在錘頭上的力傳感器測量試驗過程中瞬時力值f(t)，同時通過安裝在試驗機上的速度傳感器測量出試樣的即時速度v(t)，通過系統計算出瞬時位移s(t)，由f(t)和s(t)可以得到任一瞬時力和變形的關系F(S),這樣每一時刻的力值F(S)）與其變形的微分dS的乘積就是每一瞬時的“即時功”。把對應于不同時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。利用計算機數據采集和分析系統繪出載荷—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．系統的結構設計
整個測試系統結構如圖1所示，通過光電傳感器測量出即時速度，通過錘頭上的力傳感器測量出瞬時力值，把這兩方面的數據傳送到信號調理器，再把調理好的信號通過數據采集卡發(fā)送給計算機，由系統數據采集處理軟件進行處理，得出各種測量數據，反饋給計算機打印出試驗報告。
圖1 測試系統的組成
在試驗中可以同時獲得兩個曲線（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，試驗報告一般使用如圖2所示的合并后的曲線。
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