天然氣管道管彎曲試驗代替壓扁試驗可行性研究

尹后鳳

摘要：與天然氣管道鋼管為研究對象，分析壓扁試驗和彎曲試驗存在的差異性，結合我國相關有關壓扁試驗和代替性彎曲試驗的演化過程，根據試驗代替壓扁試驗進行可行性分析，認為該兩種方法都需要考察材料塑性變形能力，完全可以使用彎曲試驗代替壓扁試驗，并且該試驗效果簡單方便，經濟有效。

關鍵詞：天然氣管道;壓扁試驗;彎曲試驗

隨著我國經濟的不斷增長，對天然氣的需求量一直在不斷遞增，但是受到天然氣供應和基礎設施的限制，我國天然氣用量增長存在很大挑戰，為了解決這個問題，我國已經開始大規模建設天然氣管網基礎設施，能夠滿足日常生產需求。受到這方面影響，官網建設用管的需求量也一直在不斷增長，尤其是輸送超低溫液化氣體管道以及管道部件的需求量增長迅速。隨著管道用量不斷增長，對鋼管的質量檢查尤為重要。

由于天然氣鋼管執行標準體系較多，各個體系將對鋼管檢測項目的要求存在差異，但是基本以化學成分、拉伸性能以及沖擊吸收能為主。壓扁試驗和彎曲試驗是常見的鋼管功能性能試驗方法，這兩種方法的試驗目的基本相同，但是各自特征有所不同。通過對比彎曲試驗和壓扁試驗，可以看出彎曲試驗比壓扁試驗更加簡單，能夠有效節省試驗材料。壓扁試驗主要適用于口徑較小的管材試驗，如果管材口徑較大或者壁厚較大，就需要使用彎曲試驗來代替壓扁試驗，在相關鋼管執行標準體系中，并不是所有的標準都能夠認可用彎曲試驗來代替壓扁試驗，有些標準未能對代替試驗作出規定，那么就無法評價材料的塑性變形能力。

各個標準體系之間存在著明顯差異，在使用彎曲試驗代替壓扁試驗的問題上，存在著認同點和不認同點。認同點是彎曲試驗和代替試驗都能夠對材料進行塑性檢驗，并且兩者的測試目的相同，材料樣品的承載能力相似，判斷基本相同。不認同點是在實際工程實踐中兩種方法的選擇，壓扁試驗和彎曲試驗哪種方法在實際工程實踐中更為嚴格，通常情況下，壓扁試驗和彎曲試驗完全依靠肉眼觀察變形部位所產生的裂紋進行判斷，無法通過直接試驗結果進行衡量和比較。因此需要對壓扁試驗和彎曲試驗進行計算機模擬分析，并對彎曲試驗代替壓扁試驗進行可行性分析。

1壓扁試驗和彎曲試驗的異同

通過對壓扁試驗和彎曲試驗兩種試驗方法的定義目的類似性與差異性方面進行分析，從而得出兩者試驗的異同。

1.1目的與方法

壓扁試驗和彎曲試驗都屬于工藝性能試驗，用于考察鋼管材料的塑性變形能力和材料的完整性能，同時在考察過程中可能會暴露出材料的某些缺陷。

在試驗過程中，壓扁試驗是截取一段鋼管作為樣品，在兩平板之間壓到規定高度時，查看樣品是否出現裂紋或者破裂，然后繼續向下壓，直至鋼管內壁貼合，檢查樣品鋼管是否存在分層現象。彎曲試驗是在靠近鋼管內外表面各取一個橫向試驗樣本，試驗樣本呈矩形，試驗樣本繞壓頭彎曲180度呈u形，檢查試驗樣本是否出現裂紋或者破裂。

1.2方法比較

對于壓扁試驗和彎曲試驗進行對比分析，需要注意以下幾點內容。

（1）承力、應力和應變相似

在壓扁試驗和彎曲試驗中，試驗樣品所承受的應力方向和應變相似。從試驗樣品上看，壓扁試驗的樣管考核是鋼管周向塑性變形能力，承力方向會沿周向拉伸;彎曲試驗用矩形試驗樣品，彎曲時試驗樣品受到同樣的周向拉伸。由此可以說明，對于壓扁試驗和彎曲試驗的試驗樣品的承力方向一致。

通過試驗對比分析，壓扁試驗的最大應力應變，主要發生在3點和9點位置，在該位置試驗鋼管外表面會承受到最大的拉應力，沿壁厚方向逐漸減小，并且會過渡到內表面承受壓應力。在試驗樣品的6點和12點位置內表面也會承受一定的拉應力，應力大小會隨著鋼管尺寸的變化而出現不同，如果試驗鋼管壁厚較薄，在鋼管的6點和12點位置的應力較小。與壓扁試驗情況相同，彎曲試驗的最大應力應變位置是試驗樣品的中點，鋼管外表面會承受到最大的拉應力，沿壁厚方向逐漸減小。

（2）試驗樣品形式不同，但考核要素相同

彎曲試驗和壓扁試驗的考核要素相同，主要考核材料周向的塑性變形能力，判定標準一致，主要是檢查試驗樣品是否存在裂紋或者破裂。

兩者之間的不同是試驗樣品本身的差異性。壓扁試驗取全截面試驗樣品，其中包括原始表面;而彎曲試驗則分別取靠近內、外壁處，加工后不會保留原始表面。因此，壓扁試驗更容易暴露出原材料鋼管的表面缺陷，但是在進行塑性考核方面，則是靠近外表面更加嚴格，靠近內表面較為寬松。

彎曲試驗能夠彌補壓扁試驗的缺陷，能夠考察材料靠近內。外壁處的塑性變形能力，有效避免了表面缺陷的干擾，能夠更加容易進行材料塑性變形能力的綜合評價。

（3）嚴格程度

壓扁高度能夠決定壓扁試驗的嚴格程度，壓扁高度可以按照規定的計算公式獲得。而彎曲試驗的嚴格程度則由試驗樣品、跨距、壓頭直徑和彎曲角度來進行決定。對比壓扁試驗和彎曲試驗的嚴格程度，并不能確定兩種試驗哪一個更加嚴格，但是兩種試驗都能保證鋼管的后續制造工藝性能。利用計算機模型技術，對壓扁試驗和彎曲試驗的整個過程進行動態分析，可以發現彎曲試驗樣品部位所產生的最大拉應力大于壓扁試驗樣本，由此可以說明彎曲試驗的樣品塑性變形程度要大于壓扁試驗，另外，彎曲試驗所形成的屈服強度會高于壓扁試驗的屈服強度，通過對這兩個角度進行分析，認為彎曲試驗比壓扁試驗更為嚴格，由此可以說明彎曲試驗能夠代替壓扁試驗。

2結束語

根據壓扁試驗和彎曲試驗的方法，利用有限元模擬軟件，對壓扁試驗和彎曲試驗的整個過程進行觀察，根據結果可以看出：彎曲試驗樣品變形部位會產生最大的拉應力，彎曲試驗的塑性變形程度大于壓扁試驗。因此，鋼管很難通過彎曲試驗測試，由此可以說明彎曲試驗比壓扁試驗更為嚴格，所以，彎曲時也能夠完全代替壓扁試驗。并且從標準體系間的異同方面來講，采取彎曲試驗代替壓扁試驗更能考察鋼管塑性變形能力。

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