静水压试验对螺旋焊管质量影响的研究

摘要

螺旋焊管静水压试验是通过向试验钢管内充水、加压、保压等过程来检测钢管在规定压力是否满足设计要求，是最直观、最接近钢管实际使用情况的一种检测手段。检验标准中明确要求每根螺旋焊管均需进行静水压试验，主要检验在规定等级压力下焊缝或管体不破损、不渗漏。静水压试验在检验钢管本身质量的同时，试验钢管在静水压力载荷及本身存在的残余应力叠加作用下会出现一定的弹塑性变形，进而影响到钢管外形尺寸、机械性能、残余应力的分布。这三方面的质量情况与管线运行安全有着密不可分的关系，因此研究静水压试验对螺旋焊管外形尺寸、机械性能、残余应力分布的影响具有重要意义。
　　本文介绍了静水压试验的工作流程，以及主要的管线标准中对静水压试验压力的要求。研究分析了静水压试验在标准试验压力0.90SMYS下螺旋焊管形状尺寸、机械性能、残余应力三个方面质量的变化情况。分析了采用更高的试验压力0.95SMYS时压力对钢管的质量影响。
　　在钢管的形状尺寸方面，本文根据大量的试验数据分析了静水压试验前后钢管直径及椭圆度的变化情况，得出了在静水压试验后钢管长度方向上的直径分布及椭圆度的分布规律。根据不同径厚比钢管0.95SMYS压力试验后的变形量散点分布回归出钢管周长变形量与径厚比的关系式。经实际验证，计算值与实际值误差为6.7％，可作为工程应用的参考。
　　在钢管的机械性能方面，本文详细研究了制管过程中钢管管体的应力—应变过程，发现钢管在静水压试验过程中产生微量塑性变形，在包申格正向效应及形变强化的作用下，钢管管体屈服强度会有一定的提升。为验证该结论，本文进行了一定数量的试验，试验数据表明，屈服强度有了6％～8％的提高。在验证强度变化的同时，对静水压试验前后的管体韧性也进行了试验，试验数据表明，静水压试验对螺旋焊管管体韧性无明显影响。
　　在钢管残余应力方面，本文分析了钢管残余应力的产生机理，并介绍了工程上应用的残余应力测量方法;理论研究了静水压试验对钢管残余应力分布的影响，发现，阐明了静水压试验对钢管残余应力分布的影响机理:静水压试验过程中钢管管体组织内部会产生微量变形使组织应力得以释放，宏观表现则为钢管残余应力静水压试验后有一定的降幅。试验验证了采用较高的试验压力0.95SMYS的静水压试验对残余应力的消除更有利。
　　本文经过理论分析及相关试验验证，利用静水压试验在检测钢管本身质量的同时，对钢管形状尺寸、机械性能、残余应力三方面的质量具有重要影响，根据实际生产情况，提出采用0.95SMYS试验压力对螺旋焊管的最终交货质量更有利。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究现状

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 论文主要研究内容

1．3．1 静水压试验对钢管形状尺寸的影响分析

1．3．2 静水压试验对钢管机械性能的影响研究

1．3．3 静水压试验对钢管残余应力的影响研究

1．4 论文结构安排

第2章 静水压试验设备及工艺介绍

2．1 静水压试验工艺过程

2．2 静水压试验设备介绍

2．2．1 静水压试验设备概况

2．2．2 静水压试验设备技术能力

2．2．3 静水压试验机的液压特性

2．3 静水压试验压力的计算

2．4 本章小结

第3章 静水压试验对螺旋焊管外形尺寸的影响

3．1 螺旋焊管外形尺寸的测量项目及方法

3．2 形状尺寸对钢管使用的影响

3．3 静水压试验对钢管形状尺寸的影响

3．3．1 静水压试验对螺旋焊管直径的影响

3．3．2 静水压试验对螺旋焊管椭圆度的影响

3．4 本章小结

第4章 静水压试验对螺旋焊管机械性能的影响

4．1 螺旋焊管机械性能的测量方法及过程

4．1．1 螺旋焊管强度的测量方法

4．1．2 螺旋焊管韧性的测量原理及方法

4．2 螺旋焊管管体强度变化机理

4．2．1 包申格效应及其产生的机理

4．2．2 形变强化作用

4．3 制管过程管体应力-应变变化

4．4 静水压试验对螺旋焊管强度的影响

4．5 静水压试验对螺旋焊管韧性的影响

4．6 本章小结

第5章 静水压试验对螺旋焊管残余应力的影响

5．1 螺旋焊管残余应力的产生

5．2 螺旋焊管残余应力的测量方法

5．2．1 机械测量方法

5．2．2 物理测量方法

5．3 静水压试验对螺旋焊管残余应力的影响

5．4 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文