CN104931321A - 用于测试无缝钢管z向性能的试样及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测试无缝钢管Z向性能的试样及其制备方法，涉及钢材测试领域，包括以下步骤：在待测无缝钢管上截取一块金属板作为第一试样，提供2块钢板作为第一焊接板和第二焊接板，将第一焊接板垂直焊接在第一试样的顶面，将第二焊接板垂直焊接在第一试样底面与第一焊接板相对处；剪切掉第一试样测试区域以外的金属板，得到第一待测样品，在第一待测样品上沿纵向截取若干个纵向长度与第一待测样品相同的测试段；将所有测试段制备成拉伸试样试棒，拉伸试样试棒包括试棒圆环和焊接于试棒圆环两端的第一夹持端和第二夹持端，且第一夹持端、第二夹持端的直径均大于试棒圆环的直径，本发明能够准确测定无缝钢管的Z向性能。
Description
技术领域
本发明涉及钢材测试领域，具体涉及一种用于测试无缝钢管Z向性能的试样及其制备方法。
背景技术
随着海洋石油开采和海工产品的蓬勃发展，越来越多的海工项目主要结构上会采用钢管焊材结构，例如铺管船的主要结构托管架就是采用大量的大尺寸钢管焊接而成，铺管船在海底铺设大量的管道，海底管道进行S型铺设时，需要在铺管船的船尾悬挂托管架，控制管道在下水过程中的曲率，防止管道因为在上弯段的弯矩过大而导致的屈服或者破裂。
托管架通常采用大量的钢管拼装而成，在使用过程中，钢管不仅要承受沿长度和宽度方向的力矩，而且要承受沿厚度方向的力矩(即钢管的Z向性能)，当钢管的Z向性能较差时，容易导致钢管沿厚度方向发生撕裂，因此，需要选择Z向性能较好的钢管制备托管架。
现有的钢管包括无缝钢管和采用钢板焊接而成的钢管，焊接的钢管Z向性能通常参考其原材料钢板的Z向性能测试结果，而无缝钢管的Z向性能还没有测试标准。
由于钢板焊接成钢管的过程中，需要经过高温处理等工序，钢板的结构和性能会发生改变，因此，采用钢板的Z向性能作为钢管的Z向性能，不能准确的反映钢管的Z向性能，同时，由于无缝钢管是通过对管坯进行穿孔、轧管钢管再加热、定径、热处理、成品管矫直和精整制备而成，与有缝钢管的结构完全不同，而且钢管通过加热等工艺处理后，其性能与管坯有显著的区别，仅通过管坯的Z向性能，难以确定无缝钢管的Z向性能，进而难以选择合适的无缝钢管。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于测试无缝钢管Z向性能的试样及其制备方法，能够准确测定无缝钢管的Z向性能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，该方法包括以下步骤：
A、在待测无缝钢管上截取一块金属板作为第一试样，转入步骤B；
B、提供2块钢板作为第一焊接板和第二焊接板，将第一焊接板垂直焊接在第一试样的顶面，将第二焊接板垂直焊接在第一试样底面与第一焊接板相对处，所述第一试样位于所述第一焊接板和第二焊接板之间的区域为测试区域；
C、剪切掉所述第一试样测试区域以外的金属板，得到第一待测样品，转入步骤D；
D、在第一待测样品上沿纵向截取若干个纵向长度与第一待测样品相同的测试段；转入步骤E；
E、将所有测试段制备成拉伸试样试棒，所述拉伸试样试棒包括试棒圆环和焊接于所述试棒圆环两端的第一夹持端和第二夹持端，且所述第一夹持端、第二夹持端的直径均大于试棒圆环的直径。
在上述技术方案的基础上，步骤A包括在待测无缝钢管的外侧截取沿轴向长度为200～400mm、沿径向角度为α，30°≤α≤90°的扇形区域。
在上述技术方案的基础上，步骤A中所述扇形区域截取自待测无缝钢管的中部。
在上述技术方案的基础上，提供2块长度为200～400mm、宽度为100～200mm、厚度为25～40mm的钢板作为第一焊接板和第二焊接板，且第一焊接板和第二焊接板的尺寸相同。
在上述技术方案的基础上，步骤E之前还包括以下步骤：截取与第一试样沿轴向对称的第二试样，提供2块尺寸与第一焊接板相同的钢板作为第三焊接板和第四焊接板；将第三焊接板垂直焊接在第二试样的顶面，将第四焊接板焊接在第二试样底面与第三焊接板相对处，剪切掉所述第二试样测试区域以外的金属板，得到第二待测样品，第二试样位于所述第三焊接板和第四焊接板之间的区域为测试区域，在第二待测样品上沿纵向截取3～5个宽度均为15～30mm、纵向长度与第二待测样品相同的测试段。
在上述技术方案的基础上，步骤B中所述钢板的抗拉强度大于等于待测无缝钢管的抗拉强度，屈服强度大于等于待测无缝钢管的屈服强度。
在上述技术方案的基础上，步骤D中所述测试段的宽度均为15～30mm。
在上述技术方案的基础上，步骤E具体为：将测试段切割至宽度、厚度均为25mm，得到测试条，使用铣床将所有测试条铣至宽度和厚度均为24mm后，将测试条车加工成中间细，两端粗的三段式拉伸试样试棒，拉伸试样试棒包括试棒圆环和焊接于所述试棒圆环两端的第一夹持端和第二夹持端，且所述第一夹持端、第二夹持端的直径均大于试棒圆环的直径。
一种基于权利要求1至7中任一项所述的试样制备方法制备的试样，所述试样为拉伸试样试棒，所述拉伸试样试棒包括试棒圆环和焊接于所述试棒圆环两端的第一夹持端和第二夹持端，所述试棒圆环截取自无缝钢管。
在上述技术方案的基础上，所述试棒圆环的直径为D，所述试棒圆环与第一夹持端、第二夹持端之间均通过半径为R的圆弧过渡，所述试棒圆环的平行长度为L；
当25mm≤t≤32mm时，所述试棒圆环的直径D为8.75mm，所述过渡圆弧的半径R为6mm，所述试棒圆环的平行长度L为45mm；
当32mm≤t≤50mm时，所述试棒圆环的直径D为12.5mm，所述过渡圆弧的半径R为10mm，所述试棒圆环的平行长度L为60mm；
当50mm≤t时，所述试棒圆环的直径D为12.5mm，所述过渡圆弧的半径R为10mm，所述试棒圆环的平行长度L为60mm，该试样的一端焊接位置已到达夹持端。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，包括制备第一试样和第二试样，该制备方法从钢管上随机截取测试区域，使得测试结果的可靠性较高，同时，本发明在第一试样和第二试样的顶面和底面焊接钢板作为夹持端，与直接将钢管放入拉伸测试仪器相比，能够降低测试难度，降低测试失败率；本发明实施例中钢板的抗拉强度大于等于待测无缝钢管的抗拉强度，屈服强度大于等于待测无缝钢管的屈服强度，钢板与无缝钢管能够较好的匹配，使得Z向测试中的裂纹均发生在钢管上，进而能够准确测定无缝钢管的Z向性能。
(2)本发明的拉伸试样试棒，包括顺次固定的第一夹持端、试棒圆环和第二夹持端，试棒圆环的直径根据待测无缝钢管的厚度确定，能够准确反应无缝钢管的性能，得到的测试结果比较准确。
附图说明
图1为本发明实施例中用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法中步骤S1的示意图；
图2为图1沿A-A方向的剖视图；
图3为本发明实施例步骤S2中第一待测试样的结构示意图；
图4为图3沿B-B方向的剖视图；
图5为本发明实施例步骤S4的结构示意图；
图6为本发明实施例中拉伸试样试棒的结构示意图。
图中：1-第一待测区域，2-待测无缝钢管，3-第二待测区域，4-第一焊接板，5-第一试样，6-第二焊接板，7-第一夹持端，8-试棒圆环，9-第二夹持端。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，包括以下步骤：
S1：从待测批次的所有无缝钢管中任意选择一根，作为待测无缝钢管2，记录待测无缝钢管2的厚度、抗拉强度和屈服强度，参见图1和图2所示，在待测无缝钢管2外侧，位于无缝钢管的中部，与无缝钢管端部距离大于300mm的任意位置，选取沿轴向长度为200～400mm最优为300mm、沿径向角度为α，30°≤α≤90°的金属板，，作为第一待测区域1，第一待测区域1呈扇形区域；在无缝钢管上，选取与第一待测区域1沿轴向对称的金属板，作为第二待测区域3，截取第一待测区域1，作为第一试样5，截取第二待测区域3，作为第二试样，转入步骤S2。
S2：预制若干长度为200～400mm(最优为300mm)、宽度为100～200mm(最优为150mm)、厚度为25～40mm(最优为25mm)的钢板，该钢板的抗拉强度大于等于待测无缝钢管2的抗拉强度，屈服强度大于等于待测无缝钢管2的屈服强度，参见图3和图4所示，采用CO2气体保护焊接方式，提供两块钢板，作为第一焊接板4和第二焊接板6，将第一焊接板4垂直焊接在第一试样5的顶面，将第二焊接板6焊接在第一试样5底面与第一焊接板4相对处，剪切掉所述第一试样5测试区域以外的金属板，得到第一待测样品，第一试样5位于所述第一焊接板4和第二焊接板6之间的区域为测试区域，转入步骤S3。
S3：提供两块钢板，作为第三焊接板和第四焊接板，将第三焊接板垂直焊接在第二试样的顶面，将第四焊接板焊接在第二试样底面与第三焊接板相对处，剪切掉所述第二试样测试区域以外的金属板，得到第二待测样品，，第二试样位于所述第三焊接板和第四焊接板之间的区域为测试区域，转入步骤S4。
S4：在第一待测样品上沿纵向截取若干个(可以为3～5个，最优为3个)宽度均为15～30mm(最优为25mm)、纵向长度与第一待测样品相同的测试段；在第二待测样品上沿纵向截取若干个(可以为3～5个最优为3个)宽度均为15～30mm(最优为25mm)、纵向长度与第二待测样品相同的测试段，每个测试段均包括第一钢板段、钢管段和第二钢板段，钢管段的顶面与第一钢板段焊接，底面与第二钢板段焊接，转入步骤S5。
S5：参见图6所示，将所有测试段切割至宽度和厚度均为15～30mm(最优为25mm)，得到测试条，使用铣床将所有测试条铣至宽度和厚度均为24mm后，根据待测无缝钢管2的厚度t，将测试条将测试条车加工成中间细，两端粗的三段式拉伸试样试棒，拉伸试样试棒包括顺次固定的第一夹持端7、试棒圆环8和第二夹持端9，第一夹持端7、第二夹持端9的直径均大于试棒圆环8的直径，试棒圆环8取自无缝钢管，第一夹持端7与测试段的第一钢板段对应，试棒圆环8与测试段的钢管段对应、第二夹持端9与测试段的第二钢板段对应，试棒圆环8的直径为D、试棒圆环8与第一夹持端7、第二夹持端9之间均通过半径为R的圆弧过渡，试棒圆环8的平行长度为L。
当25mm≤t≤32mm时，试棒圆环8的直径D为8.75mm，过渡圆弧的半径R为6mm，试棒圆环8的平行长度L为45mm。
当32mm≤t≤50mm时，试棒圆环8的直径D为12.5mm，过渡圆弧的半径R为10mm，试棒圆环8的平行长度L为60mm。
当50mm≤t时，试棒圆环8的直径D为12.5mm，过渡圆弧的半径R为10mm，试棒圆环8的平行长度L为60mm，但该试样的一端焊接位置可能已到达夹持端。
采用上述方法制备的试样，该试样为拉伸试样试棒，拉伸试样试棒包括顺次固定的第一夹持端7、试棒圆环8和第二夹持端9，第一夹持端7与测试段的第一钢板段对应，试棒圆环8与测试段的钢管段对应。
测试拉伸试样试棒Z向性能的方法，包括以下步骤：
a、使用型号为WEW-100的万能试验机对任意三个拉伸试样试棒进行Z向拉伸试验，判定三个拉伸试样试棒的断裂口均在试棒圆环8上，转入步骤b；拉伸试样试棒的裂口不在试棒圆环8上则定义为失效试样，判定失效试样的个数，重新选取相应个数的备用拉伸试样试棒作为替换拉伸试棒进行Z向拉伸试验至三个拉伸试样试棒的断裂口均在试棒圆环8上，转入步骤b。
b、根据待测无缝钢管2的批次，确定其对应拉伸试样试棒的断面收缩率等级(Z15、Z25或Z35)：确定对应断面收缩率标准等级的平均最小值Xmin，确定对应断面收缩率标准等级的单个最小值Zmin。参见表1所示，记录所有裂口均在试棒圆环8上的每个拉伸试样试棒的断面收缩率z，计算三个拉伸试样试棒的断面收缩率平均值X1，转入步骤c。
表1断面收缩率标准
| 等级Grade | Z15 | Z25 | Z35 |
| 平均最小值Xmin | 15％ | 25％ | 35％ |
| 单个最小值Zmin | 10％ | 15％ | 25％ |
c、判定X1≥Xmin，两个拉伸试样试棒的z大于等于Xmin，一个拉伸试样试棒的z的取值为：Zmin≤z，结果可靠，同批次所有无缝钢管均合格，测试结束。
d：参见表2所示，判定任意一个拉伸试样试棒的z＜Zmin，待测无缝钢管2不合格，同批次所有无缝钢管不合格，测试结束。
e：判定两个拉伸试样试棒的z的取值均为：z≥Xmin，一个拉伸试样试棒的x的取值均为：Zmin≤z＜Xmin，所有拉伸试样试棒的Zmin≤X1＜Xmin，转入步骤h。
f：判定两个拉伸试样试棒的x的取值均为：Zmin≤z＜Xmin，所有拉伸试样试棒的X1≥Xmin，一个拉伸试样试棒的z的取值为：z≥Xmin，转入步骤h。
g：判定两个拉伸试样试棒的z的取值均为：Zmin≤z＜Xmin，所有拉伸试样试棒的Zmin≤X1≤Xmin，一个拉伸试样试棒的z的取值为：z≥Xmin，转入步骤h。
h：重新选择任意三个拉伸试样试棒，六个拉伸试样试棒的断面收缩率的平均值为X2，判断X2≥Xmin，至少四个拉伸试样试棒的z的取值均为：z≥Xmin，同时，剩余一个或者两个拉伸试样试棒的z的取值均满足Zmin≤z＜Xmin，若是，结果可靠，测试结束；否则；否则，待测无缝钢管2不合格，同批次所有无缝钢管不合格。
表2接受/拒绝和复检标准
采用本发明的方法，对材质均为API 5L X52PSL1Z25，尺寸不同的5种无缝钢管进行Z向性能测试，参见表3所示，所有无缝钢管的断面收缩率均符合标准，满足Z25的沿厚度方向的性能要求，甚至达到了Z35的Z向性能要求，并且在实验过程中没有出现失效试样，所有断口都出现在钢管上，断裂没有发生在焊缝和热影响区，说明采用本发明的方法将待测无缝钢管2制备成拉伸试样试棒的可行度较高，而且能够准确测试无缝钢管的Z向性能。
表3Z向性能试验结果数据
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
A、在待测无缝钢管(2)上截取一块金属板作为第一试样(5)，转入步骤B；
B、提供2块钢板作为第一焊接板(4)和第二焊接板(6)，将第一焊接板(4)垂直焊接在第一试样(5)的顶面，将第二焊接板(6)垂直焊接在第一试样(5)底面与第一焊接板(4)相对处，所述第一试样(5)位于所述第一焊接板(4)和第二焊接板(6)之间的区域为测试区域；
C、剪切掉所述第一试样(5)测试区域以外的金属板，得到第一待测样品，转入步骤D；
D、在第一待测样品上沿纵向截取若干个纵向长度与第一待测样品相同的测试段；转入步骤E；
E、将所有测试段制备成拉伸试样试棒，所述拉伸试样试棒包括试棒圆环(8)和焊接于所述试棒圆环(8)两端的第一夹持端(7)和第二夹持端(9)，且所述第一夹持端(7)、第二夹持端(9)的直径均大于试棒圆环(8)的直径。
2.如权利要求1所述的用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，其特征在于：步骤A包括在待测无缝钢管(2)的外侧截取沿轴向长度为200～400mm、沿径向角度为α，30°≤α≤90°的扇形区域。
3.如权利要求1所述的用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，其特征在于：步骤A中所述扇形区域截取自待测无缝钢管(2)的中部。
4.如权利要求1所述的用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，其特征在于，步骤B的具体为：提供2块长度为200～400mm、宽度为100～200mm、厚度为25～40mm的钢板作为第一焊接板(4)和第二焊接板(6)，且第一焊接板(4)和第二焊接板(6)的尺寸相同。
5.权利要求4所述的用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，其特征在于：步骤E之前还包括以下步骤：截取与第一试样(5)沿轴向对称的第二试样，提供2块尺寸与第一焊接板(4)相同的钢板作为第三焊接板和第四焊接板；将第三焊接板垂直焊接在第二试样的顶面，将第四焊接板焊接在第二试样底面与第三焊接板相对处，剪切掉所述第二试样测试区域以外的金属板，得到第二待测样品，第二试样位于所述第三焊接板和第四焊接板之间的区域为测试区域，在第二待测样品上沿纵向截取3～5个宽度均为15～30mm、纵向长度与第二待测样品相同的测试段。
6.如权利要求1所述的用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，其特征在于：步骤B中所述钢板的抗拉强度大于等于待测无缝钢管(2)的抗拉强度，屈服强度大于等于待测无缝钢管(2)的屈服强度。
7.如权利要求1所述的用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，其特征在于：步骤D中所述测试段的宽度均为15～30mm。
8.如权利要求1至7中任一项所述的用于测试无缝钢管Z向性能的试样制备方法，其特征在于：步骤E具体为：将测试段切割至宽度、厚度均为25mm，得到测试条，使用铣床将所有测试条铣至宽度和厚度均为24mm后，将测试条车加工成中间细，两端粗的三段式拉伸试样试棒，拉伸试样试棒包括试棒圆环(8)和焊接于所述试棒圆环(8)两端的第一夹持端(7)和第二夹持端(9)，且所述第一夹持端(7)、第二夹持端(9)的直径均大于试棒圆环(8)的直径。
9.一种基于权利要求1至7中任一项所述的试样制备方法制备的试样，所述试样为拉伸试样试棒，所述拉伸试样试棒包括试棒圆环(8)和焊接于所述试棒圆环(8)两端的第一夹持端(7)和第二夹持端(9)，其特征在于：所述试棒圆环(8)截取自无缝钢管。
10.如权利要求9所述的拉伸试样试棒，其特征在于：所述试棒圆环(8)的直径为D，所述试棒圆环(8)与第一夹持端(7)、第二夹持端(9)之间均通过半径为R的圆弧过渡，所述试棒圆环(8)的平行长度为L；
当25mm≤t≤32mm时，所述试棒圆环(8)的直径D为8.75mm，所述过渡圆弧的半径R为6mm，所述试棒圆环(8)的平行长度L为45mm；
当32mm≤t≤50mm时，所述试棒圆环(8)的直径D为12.5mm，所述过渡圆弧的半径R为10mm，所述试棒圆环(8)的平行长度L为60mm；
当50mm≤t时，所述试棒圆环(8)的直径D为12.5mm，所述过渡圆弧的半径R为10mm，所述试棒圆环(8)的平行长度L为60mm，该试样的一端焊接位置已到达夹持端。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105397435A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-16 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种管材焊接接头断裂韧性测试试样的制备方法 |
| CN114509335A (zh) * | 2020-11-16 | 2022-05-17 | 中国石油天然气集团有限公司 | 焊管用钢板的包辛格效应值的检测方法 |
| CN114509335B (zh) * | 2020-11-16 | 2024-04-30 | 中国石油天然气集团有限公司 | 焊管用钢板的包辛格效应值的检测方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104931321B (zh) | 2017-12-29 |
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