大擺錘試驗機能量測試結果影響因素研究

李 娜，陳宏遠，張華佳，任繼承，張庶鑫，藺衛平，梁明華

（1.中國石油集團石油管工程技術研究院，西安 710077；2.石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室，西安 710077）

大擺錘試驗機能量測試結果影響因素研究

李 娜1,2，陳宏遠1,2，張華佳1,2，任繼承1,2，張庶鑫1,2，藺衛平1,2，梁明華1,2

（1.中國石油集團石油管工程技術研究院，西安 710077；2.石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室，西安 710077）

為了提高大擺錘試驗機測試結果的準確性，對大擺錘試驗機能量測試中的影響因素進行了測試與分析。影響因素主要包括風阻及摩擦損失能量、不同初始能量及錘頭速度、不同吸收能量獲取方式以及試樣的不同缺口形式等。研究結果表明，風阻及摩擦損失能量很小，操作時可忽略不計；不同初始能量及錘頭速度對最終試驗結果幾乎無影響，試驗時可根據試樣厚度及鋼級選擇合適的初始能量，減少提錘時間，提高工作效率；E角度編碼器與E表盤測量結果基本相同，E角度編碼器較E表盤更為準確，E示波低于E角度編碼器；壓制缺口試樣吸收能量顯著高于人字形缺口試樣。

檢測；大擺錘試驗機；風阻及摩擦損失；初始能量；吸收能量；缺口形式

1 大擺錘試驗機能量測試結果影響因素

自1968年落錘撕裂試驗（DWTT）被API正式采納以來，其試驗結果被廣泛用于對管線的斷裂進行控制和預測，并用其作為衡量管線鋼管抵抗脆性開裂能力的韌性指標之一。大擺錘試驗機能量測試中的影響因素有很多，主要包括風阻及摩擦損失、不同初始能量及錘頭速度的大小、不同吸收能量獲取方式以及試樣的不同缺口形式所得吸收能量的結果等。對這些影響因素進行測試與分析，可對試驗結果的準確性提供幫助。

2 影響因素的試驗與分析

2.1 風阻及摩擦損失

在 20 kJ、25 kJ、30 kJ、35 kJ、40 kJ和 45 kJ不同初始能量下，對風阻及摩擦損失按照ASTM E23進行測量，每個初始能量下測試3次，試驗結果見表1。

表1 風阻及摩擦損失測試結果

由表1可看出，隨著初始能量和錘頭速度的增大，風阻及摩擦損失隨之增加，但其差別相對于試樣最終吸收能量微乎其微，可忽略不計。

2.2 初始能量及錘頭速度

由表1可看出，初始能量與錘頭速度是相對應的，初始能量越大，錘頭速度就越快。落錘撕裂試驗標準中規定錘頭速度為5～9 m/s。在此范圍內，對某實際應用的X80熱軋鋼板在室溫下按照SY/T 6476—2013，采用不同初始能量（20 kJ、30 kJ、40 kJ和50 kJ）進行吸收能量測試，每組包含10個試樣，試驗結果如圖1所示。

圖1 不同初始能量下的吸收能量

由圖1可以得出，各初始能量下（即不同錘頭速度）的吸收能量平均值線性回歸方程為y=0.000 01x+16 952，其斜率為0.000 01，說明不同初始能量及錘頭速度對最終試驗結果幾乎無影響，試驗時可根據試樣厚度及鋼級選擇合適初始能量，減少提錘時間，提高工作效率。

2.3 不同吸收能量的獲取方式

示波擺錘式落錘撕裂試驗機共有3種吸收能量獲取方式，即表盤度數E表盤、角度編碼器計算所得能量E角度編碼器及力-位移曲線積分所得能量E示波。對某實際應用的X70管線鋼在不同溫度下進行能量測試，同時讀取3種不同方式所得能量，具體試驗結果見表2。

表2 三種不同能量獲取方式所得結果及對比 kJ

由表2可看出，E角度編碼器與E表盤均由勢能差計算所得，其測量結果基本相同，角度編碼器較表盤精度高，因此E角度編碼器較E表盤更為準確。E示波是由力-位移曲線積分所得，其中不包含風阻及摩擦損失、試樣與砧座之間的摩擦等能量，故其值明顯低于E角度編碼器。

2.4 試樣的不同缺口形式

對某實際應用的X80螺旋鋼管在室溫下分別采用壓制缺口和人字形缺口，按照SY/T 6476—2013進行落錘撕裂試驗，每組5個試樣，試驗結果見表3。

表3 不同缺口試樣落錘試驗結果對比

由表3可看出，人字形缺口試樣的吸收能量明顯低于壓制缺口試樣的吸收能量，當使用壓制缺口試樣時，如果吸收能量超出試驗機能力時，可改用人字形缺口試樣降低吸收能量后進行測試。

3 結 論

（1）風阻及摩擦損失能量相對于試樣最終吸收能量非常微小（≤1/500），操作時可忽略不計。

（2）不同初始能量及錘頭速度對最終試驗結果幾乎無影響，試驗時可根據試樣厚度及鋼級選擇合適初始能量，減少提錘時間，提高工作效率。

（3） E角度編碼器與 E表盤均由勢能差計算所得，其測量結果基本相同，角度編碼器較表盤精度高，因此E角度編碼器較 E表盤更為準確。E示波是由力-位移曲線積分計算所得，其中不包含風阻及摩擦損失能量、試樣與砧座之間的摩擦能量等，故其值明顯低于E角度編碼器。

（4）對比人字形缺口和壓制缺口試樣的吸收能量試驗結果，壓制缺口試樣吸收能量顯著高于人字形缺口試樣。

[1]EIBER R J.Correlation of Full-scale Tests with Laboratory Test[C]//Proceeding of 2nd Symposium on Line Pipe Research.Texas，Dallas：Pipeline Research Committee of AGA L30000，1965：83-118.

[2]陳宏達，霍春勇，馮耀榮，等.管線鋼落錘撕裂試驗方法的建立、應用及發展[J].鋼鐵研究學報，2005，17（6）：1-5.

[3]ASTM E23-12c，Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials[S].

[4]SY/T 6476—2013，管線鋼管落錘撕裂試驗方法[S].

[5]郭鴻飛.對擺錘式沖擊試驗機檢定過程的分析[J].機械管理開發，2014（4）：65-67.

[6]劉慕雙，孫占剛.沖擊試驗機擺錘特征參數的優化及評價[J].機械科學與技術，2006（11）：75-77,127.

[7]洪剛，張莊，任立志.擺錘試驗機沖擊吸收功的計算機測量方法[J].物理測試，2005（1）：33-35.

[8]周海.RPSW/A擺錘示波沖擊試驗機數據采集及處理[D].昆明：昆明理工大學，2006.

[9]類成華，楊雷崗，孫繼松，等.儀器化沖擊試驗機進行V形缺口歐標沖擊試驗[J].物理測試，2015（5）：12-15.

[10]邱自學，袁江，姚興田.可實現多參數測試的落錘式沖擊試驗機[J].儀表技術與傳感器，2006（8）：59-61.

Research on the Influence Factors of Big Pendulum Impact Tester Energy Testing Results

LI Na1,2,CHEN Hongyuan1,2,ZHANG Huajia1,2,REN Jicheng1,2,ZHANG Shuxin1,2,LIN Weiping1,2,LIANG Minghua1,2
（1.CNPC Tubular Goods Research Institute,Xi’an 710077,China;2.State Key Laboratory of Service Behavior and Structural Safety of Tubular Goodsand Equipment,Xi’an 710077,China)

In order to improve the accuracy of the big pendulum impact tester testing results,the influence factors of big pendulum tester energy test were tested and analyzed.The influence factors included wind resistance,energy loss of friction，different initial energy,hammer speed，obtain way of different absorption energy,different notch types and so on.The results showed that the energy of wind resistance and energy loss of friction is small,which can be ignored.Different initial energy and hammer speed almost have no impact to final test result,can choose appropriate initial energy according to the specimen thickness and steel grade in testing,so as to lifting hammer time and improve work efficiency;the measuring result of Eangle encoder and Edial plate are basic same,Eangle encoder is more accurate,Eoscillography is lower than Eangle encoder;the absorbed energy of pressed notch specimen was obviously higher than that of chevron notch specimen.

testing;big pendulum tester;wind resistance and friction loss;initial energy;absorbed energy;notch type

TH871

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.11.012

李 娜（1981—），工程師，主要從事石油管材的質量檢驗工作。

2016-04-05

黃蔚莉