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众所周知,采用大口径厚壁管道(外径400mm以上,外径与壁厚比为55~90)输送液体和汽体物质是为合理经济的,但是,随着被输送液体和汽体的温度和压力的升高,管道破裂的危险也增大。为了保证管道的有效必需从材料和生产工艺二个方面提高质量以满足性能要求。就钢管生产工艺而言重点在于采用什么方法生产毛坯。
钢管的工作应力及壁厚关系
图1所示为一圆柱形容器,其直径为D,壁厚为长度为L在内压p的作用下,容器的鈥、横截面上都将产生应力日,用截面法将容器沿截面战开,鈥截面上的拉应力为可以类似地推出横截面上的应力仅为上述应カ的一半。传递高压流体的管道的危险截面是鈥截面。设想火电站汽水管汽水压カ为5MPa约50大气压),内直径D为1000mm,壁厚为10mm,汽水管鈥截面上将产生约250MPa的工作应カ。
考虑温度对屈服极限的影响一般中低碳钢是无法胜任的但采用高强度合金钢则不仅价格高而且成形更为困难。因此采用高治金质量的低碳钢制作厚壁管就显得十分经济。
因为壁厚增加一倍,则应力σ降到原来的一半;汽水在管道中长期流动腐蚀不可避免,壁厚大则管道的寿命也可延长2沖孔拉仲法成形大口径厚壁管将加热好的钢锭放入冲孔胎模中先冲一个盲孔,然后放入拔伸胎模中进行拔长而生产厚壁管的方法称为冲孔拉伸法。
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在钢管超声波探伤中通常称壁径比 t/D∧0.2 的钢管为超厚壁钢管。 对此种钢管的探伤， 若采用常规的横波反射法已无法探测其纵向内壁缺陷， 需采用特殊的方法检测。 曾发生过未经探伤的超厚壁钻铤管在使用过程中发现有大量纵向内壁缺陷，导致项目工期延误， 造成巨大经济损失的情况。 因此，亟待研究出一种探测超厚壁钢管纵向内壁缺陷的方法。 本研究通过对超厚壁钢管超声波探伤纵向内壁缺陷的大量试验和分析， 利用变型横波探测其纵向内壁缺陷， 使得钢管壁厚的检测范围增大， 经实际验证取得了很好效果。
1 钢管横波反射法探伤原理
钢管横波反射法探伤是超声波倾斜入射到钢管表面时， 在有机玻璃和钢管的界面上产生折射和波型转换， 且折射波与入射波的方向关系符合斯奈尔定律， 当入射角 α 选择在 临界角 αⅠ和第二临界角 αⅡ之间时， 钢管中只产生单一横波， 从而实现钢管内外壁缺陷的同时探测。 其入射角的选择必须满足以下 2 个条件： ①声束入射后在钢管中仅产生折射横波； ②折射横波声束能扫查到钢管内壁。2 超厚壁钢管的探伤方法
分析超声波倾斜入射时的反射、 折射和波型转换现象可知， 当入射角小于 αⅠ时， 钢管中的超声波为折射纵波和折射横波同时存在， 折射纵波在钢管外壁上发生波型转换， 产生反射横波（即变型横波）投射到钢管内壁上， 以此来检测超厚壁钢管的内壁缺陷（通过改变探头的入射角可以使变型横波与钢管内壁相切或相交）。由超声波斜入射至有机玻璃/钢界面的声压往复透射率（图 2）可知， 当入射角 α 小于 临界角（27.6°）时， 入射波转换为折射横波的声压往复透射率 TLS 很低， 不足 10%， 即透射到钢管中的折射横波强度很弱， 探测超厚壁钢管内壁缺陷效果极差； 而入射波转换为折射纵波的声压往复透射率TLL 较高， 约 25%［1］， 这说明在折射过程中大部分能量存在于折射纵波中， 折射纵波在管壁反射后产生的变型横波也具有较高的能量［2］， 所以对内壁缺陷的探伤灵敏度明显高于折射横波。 用变型横波斜射法检测超厚壁钢管内壁缺陷是一种较为理想的方法， 这在实践中已得到充分证明。
根据标准规定,热轧无缝高压锅炉管和低、中压锅炉管均需作压扁性能试验。20A高压锅炉管是我厂无缝车间的部优质产品,但近年来,特别是近两年来,其压扁性能不合格(包括热轧检验和用户投料验收不合格)较多。造成往返运输费用和重新热处理时能源、材料的消耗增加,也影响用户及时投料及我厂产品的信誉。为此我们对压扁性能不合格的原因及防止和办法进行了探讨。
首先将无缝钢管车间1980年以来20A0g压扁性能不合格的钢管规格及定、减径直径压缩率进行了分析。可以看出压扁性能不合格的钢管几乎都是壁厚S≥8mm的厚壁钢管,而20A钢管中主要又是减径管。因此,本文着重对20A减径厚壁管的压扁性能作以下分析。
ニ、20A厚壁管匠扁不合格试样的外观特征和金相分析
20A厚壁钢管压扁不合格试样,绝大部分表现为管壁纵向直线状内裂,而且其部位儿乎都在进行压扁试验时与试验机压板接触
的中间部分,其裂缝深度大于0,5mm。80年3月对9-753炉497批68×13mm的20A钢管压扁开裂试样,进行了常规金相分析,其结果列于表2。
1984年4月对三个炉批号20A钢管的7个试样进行了常规金相分析,其结果列于表3。
三、20A臧径厚壁钢管压扁开裂的原因
压扁性能是钢管的一种工艺性能,而钢管工艺性能是其机械性能与表面状态综合影响的结果。因此对压扁性能必须从钢管机械性能和表面状态两个方面进行分析。
无论是机械性能还是表面状态,都受金属自然性质和变形条件(如变形程度、变形温度、变形速度、应力状态、变形状态等)两个重要因素影响。因此在分析钢管压扁开製原因时,首先要找出主要因素。裂钢管的试祥几乎都是与压板接触的中间部分内壁呈纵向直线状裂缝。一般认为,压扁时例管表面产生直线状裂缝,是由变形加工引起的;
而螺旋状的表面裂缝,则是由金属自然性质引起的。如金属自然性质引起压裂时,其裂缝产生部位不可能固定不变,而实际上几乎全部裂缝产生在与压板接触的钢管内壁中间部位。所以从裂缝外观特征及产生部位在不同试验条件下的固定性,可以认为钢管压扁开裂是变形加工因素引起的。事实上,由于自动轧管机组中主要变形量分配在穿孔和轧管工艺环节,如果管坯带入有金属自然性质方面的缺陷,那么在穿孔斜轧中就自然会显示为螺旋状表面缺陷。但在穿孔后把毛管加工成成品钢管的变形较大的工艺环节中,只有轧管和减径,而轧管和减径都是纵钆。
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