玻璃鋼管體纏繞角度對玻璃鋼螺紋抗拉強度的影響研究

周松林

摘 要：本文通過大量的試驗研究了玻璃鋼管體纏繞角度對玻璃鋼螺紋抗拉強度的影響規律，以便在實際生產中對玻璃鋼油管進行結構優化，提高其玻璃鋼管的絲扣的抗拉強度，從而能滿足井下油管高壓、高載荷的使用工況，提高玻璃鋼管道下井時的使用安全性，最終研究發現玻璃鋼管體的纏繞角度越小，在此管體上制作的螺紋抗拉強度越高。

關鍵詞：纏繞角度;玻璃鋼螺紋;螺紋抗拉強度

0 引言

隨著石油被不斷的開采，鋼管道的腐蝕問題日益突出，每年給世界油田與國民經濟造成的損失達億萬美元。而高壓玻璃鋼管具有很好的耐腐蝕性，能有效抵抗上述因素引起的腐蝕，高壓玻璃鋼管是由高樹脂含量的防滲層、纖維纏繞加強層及外表面層組成，其主要原材料是環氧樹脂和玻璃纖維，能有效抵抗酸、堿、鹽等腐蝕介質的侵蝕，將玻璃鋼油管應用于油水井能夠解決油管腐蝕問題，但是普通玻璃鋼管道通常其軸向抗拉性能較差，特別是玻璃鋼螺紋連接處最容易成為薄弱點，例如螺紋尺寸為2 3/8寸的普通玻璃鋼管道螺紋的抗拉載荷只有約100kN，遠低于井下使用要求，通過實際生產中的經驗，影響玻璃鋼螺紋抗拉強度因素主要包括螺紋齒形、螺紋長度、以及螺紋制作材料配方、螺紋粘接面的粗糙度等，以上影響因素已有研究人員進行了分析，在此不再贅述，但在我司實際生產過程中發現玻璃鋼管管體纏繞時的纏繞角度也會影響到最終制作的玻璃鋼螺紋的抗拉強度，對此設計生產不同纏繞角度的玻璃鋼管道，并采用同樣的工藝條件和螺紋參數來在管體上制作相同的螺紋，然后通過螺紋拉伸試驗數據來找出玻璃鋼管體纏繞角度對玻璃鋼螺紋抗拉強度的影響規律。

1 試驗設計

設計參數：分別用30°、50°、70°纏繞角度在同一臺纏繞機上采用相同的原材料纏繞一批內徑為49.5mm、壁厚為8mm的DN50玻璃鋼管道，然后采用同一批玻璃鋼螺紋膠泥通過同樣的工藝方法分別制作同規格尺寸（2 3/8英寸）的玻璃鋼螺紋，最后對制作好的玻璃鋼螺紋在力學試驗機上進行拉伸試驗，試驗編號如表1所示：

2 試驗材料及方法

試驗中所用主要原料、試驗設備及其型號、產地如表2所示。

3 試驗結果

按照纖維纏繞的工藝，共生產9組帶螺紋的玻璃鋼管樣品，然后在拉伸試驗機上來測試玻璃鋼螺紋的抗拉強度。

試驗標準：ASTM D2105增強熱固性樹脂管軸向拉伸性能的試驗方法。

試驗設備：綜合力學試驗機。

試驗過程：將制得的帶螺紋的管道清洗干燥后，將試樣螺紋上緊到試驗工裝內，校準試樣的軸線及均勻的將試驗固定到一定角度以防止在測試過程中滑動，然后加載拉伸，加載速度為0.508至0.635cm/min記錄失效拉力值，試驗結果見表3：

4 結論

從我們試驗結果來看，在30°角纏繞的玻璃鋼管體上制作的玻璃鋼螺紋抗拉強度最高，在70°角纏繞的玻璃鋼管體上制作的玻璃鋼螺紋抗拉強度最低，因此可以看出玻璃鋼管體的纏繞角度越小，在此管體上制作的螺紋抗拉強度越高，產生這一現象的原因主要是纏繞角度越小，纖維強度主要分布到玻璃鋼管的軸向方向，從而玻璃鋼管體具有更好的抗拉強度和抗變形能力，這樣在此管體上制作的玻璃鋼螺紋就具有更高的粘接強度，更不容易拉脫，從而增大了玻璃鋼螺紋的抗拉強度。

因此對于井下玻璃鋼管道，為了提高螺紋的抗拉強度，除了增加長度等方式加強螺紋本身強度之外，還要通過加入小角度螺旋角纏繞的方式來增加玻璃鋼本體的抗軸向變形能力。

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