大摆锤试验机能量测试结果影响因素研究

李 娜，陈宏远，张华佳，任继承，张庶鑫，蔺卫平，梁明华

（1.中国石油集团石油管工程技术研究院，西安 710077；2.石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室，西安 710077）

大摆锤试验机能量测试结果影响因素研究

李 娜1,2，陈宏远1,2，张华佳1,2，任继承1,2，张庶鑫1,2，蔺卫平1,2，梁明华1,2

（1.中国石油集团石油管工程技术研究院，西安 710077；2.石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室，西安 710077）

为了提高大摆锤试验机测试结果的准确性，对大摆锤试验机能量测试中的影响因素进行了测试与分析。影响因素主要包括风阻及摩擦损失能量、不同初始能量及锤头速度、不同吸收能量获取方式以及试样的不同缺口形式等。研究结果表明，风阻及摩擦损失能量很小，操作时可忽略不计；不同初始能量及锤头速度对最终试验结果几乎无影响，试验时可根据试样厚度及钢级选择合适的初始能量，减少提锤时间，提高工作效率；E角度编码器与E表盘测量结果基本相同，E角度编码器较E表盘更为准确，E示波低于E角度编码器；压制缺口试样吸收能量显著高于人字形缺口试样。

检测；大摆锤试验机；风阻及摩擦损失；初始能量；吸收能量；缺口形式

1 大摆锤试验机能量测试结果影响因素

自1968年落锤撕裂试验（DWTT）被API正式采纳以来，其试验结果被广泛用于对管线的断裂进行控制和预测，并用其作为衡量管线钢管抵抗脆性开裂能力的韧性指标之一。大摆锤试验机能量测试中的影响因素有很多，主要包括风阻及摩擦损失、不同初始能量及锤头速度的大小、不同吸收能量获取方式以及试样的不同缺口形式所得吸收能量的结果等。对这些影响因素进行测试与分析，可对试验结果的准确性提供帮助。

2 影响因素的试验与分析

2.1 风阻及摩擦损失

在 20 kJ、25 kJ、30 kJ、35 kJ、40 kJ和 45 kJ不同初始能量下，对风阻及摩擦损失按照ASTM E23进行测量，每个初始能量下测试3次，试验结果见表1。

表1 风阻及摩擦损失测试结果

由表1可看出，随着初始能量和锤头速度的增大，风阻及摩擦损失随之增加，但其差别相对于试样最终吸收能量微乎其微，可忽略不计。

2.2 初始能量及锤头速度

由表1可看出，初始能量与锤头速度是相对应的，初始能量越大，锤头速度就越快。落锤撕裂试验标准中规定锤头速度为5～9 m/s。在此范围内，对某实际应用的X80热轧钢板在室温下按照SY/T 6476—2013，采用不同初始能量（20 kJ、30 kJ、40 kJ和50 kJ）进行吸收能量测试，每组包含10个试样，试验结果如图1所示。

图1 不同初始能量下的吸收能量

由图1可以得出，各初始能量下（即不同锤头速度）的吸收能量平均值线性回归方程为y=0.000 01x+16 952，其斜率为0.000 01，说明不同初始能量及锤头速度对最终试验结果几乎无影响，试验时可根据试样厚度及钢级选择合适初始能量，减少提锤时间，提高工作效率。

2.3 不同吸收能量的获取方式

示波摆锤式落锤撕裂试验机共有3种吸收能量获取方式，即表盘度数E表盘、角度编码器计算所得能量E角度编码器及力-位移曲线积分所得能量E示波。对某实际应用的X70管线钢在不同温度下进行能量测试，同时读取3种不同方式所得能量，具体试验结果见表2。

表2 三种不同能量获取方式所得结果及对比 kJ

由表2可看出，E角度编码器与E表盘均由势能差计算所得，其测量结果基本相同，角度编码器较表盘精度高，因此E角度编码器较E表盘更为准确。E示波是由力-位移曲线积分所得，其中不包含风阻及摩擦损失、试样与砧座之间的摩擦等能量，故其值明显低于E角度编码器。

2.4 试样的不同缺口形式

对某实际应用的X80螺旋钢管在室温下分别采用压制缺口和人字形缺口，按照SY/T 6476—2013进行落锤撕裂试验，每组5个试样，试验结果见表3。

表3 不同缺口试样落锤试验结果对比

由表3可看出，人字形缺口试样的吸收能量明显低于压制缺口试样的吸收能量，当使用压制缺口试样时，如果吸收能量超出试验机能力时，可改用人字形缺口试样降低吸收能量后进行测试。

3 结 论

（1）风阻及摩擦损失能量相对于试样最终吸收能量非常微小（≤1/500），操作时可忽略不计。

（2）不同初始能量及锤头速度对最终试验结果几乎无影响，试验时可根据试样厚度及钢级选择合适初始能量，减少提锤时间，提高工作效率。

（3） E角度编码器与 E表盘均由势能差计算所得，其测量结果基本相同，角度编码器较表盘精度高，因此E角度编码器较 E表盘更为准确。E示波是由力-位移曲线积分计算所得，其中不包含风阻及摩擦损失能量、试样与砧座之间的摩擦能量等，故其值明显低于E角度编码器。

（4）对比人字形缺口和压制缺口试样的吸收能量试验结果，压制缺口试样吸收能量显著高于人字形缺口试样。

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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—），工程师，主要从事石油管材的质量检验工作。

2016-04-05

黄蔚莉