[发明专利]一种石油天然气薄壁小直径管道力学性能试样制备方法

摘要

本发明公开一种石油天然气薄壁小直径管道力学性能试样制备方法，包括以下步骤（1）在待测石油天然气薄壁小直径管道周向截取试样，所截取试样的宽度为Wmm，厚度为Bmm；（2）在所截取试样的两侧激光焊接两个加长块得到试验试样，所述加长块的宽度为L，所述加长块的厚度大于或等于B；其中L+W+L大于或等于拉伸、冲击、CTOD断裂韧性或裂纹扩展速率试验所需试样的最小长度。利用本发明方法可以测得用常规方法难以获得的力学性能数据，对于提高石油天然气管道的安全性评价具有重要的现实意义。同时将激光深熔焊技术应用于小试样的制备、有效地提高了试样的利用率，节省材料，达到了节能降耗的效果，具有绿色制造的性质。

主权项

一种石油天然气薄壁小直径管道力学性能试样制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在待测石油天然气薄壁小直径管道周向截取试样，所截取试样的宽度为Wmm，厚度为Bmm；(2)在所截取试样的宽度方向两侧激光焊接两个加长块得到试验试样，所述加长块的宽度为L，所述加长块的厚度大于或等于B；其中L+W+L大于或等于拉伸、冲击、CTOD断裂韧性或裂纹扩展速率试验所需试样的最小长度；所述石油天然气薄壁小直径管道的外径和厚度满足以下条件：t>B  (4)R2＝(w/2)2+(R‑t+B)2  (5)式中：R为管道外径，t为管道厚度；所述加长块的抗拉强度与石油天然气薄壁小直径管道的抗拉强度相差10％以内；所述石油天然气薄壁小直径管道的材质为20#钢；加长块的材质为Q‑235；所述石油天然气薄壁小直径管道的规格尺寸为φ114mm×6mm；步骤(1)中所截取的试样的宽度为20mm，厚度为5mm；步骤(1)所截取的 试样的宽度通过以下步骤获得：(1.1)根据激光深熔焊特点，对于5mm试板，采用双面焊接时，激光焊缝的最大宽度在2mm，激光深熔焊产生的残余应力分布在焊缝宽度的3‑4倍范围内；(1.2)对于冲击试验，冲击形成的塑性区尺寸在8mm以内；对于CTOD断裂韧性试样、疲劳裂纹扩展试验，要保证在做大载荷时的裂纹尖端区域塑性区尺寸小于待测试样宽度；依据断裂力学理论，疲劳裂纹扩展塑性区和断裂韧性CTOD的塑性区尺寸ry的计算公式为：式中：Kmax为裂纹试样的最大应力强度因子，根据具体试样形式计算；σp0.2为屈服强度；对于石油天然气输送管道的材质，经过计算得到最大塑性区尺寸小于4mm；(1.3)综合激光深熔焊的残余应力分布宽度，裂纹尖端塑性区尺寸，得到待测试样的最小宽度应为5x2+4＝14mm，给定安全系数1.4，最小宽度为20mm；步骤(2)中所述加长块的宽度为75mm，厚度为6mm；步骤(2)中激光焊接所采用激光焊接器的型号为：YLS‑4000；激光焊接参数为：焊接功率3KW，焊接速度2m/min，保护气体为氩气，离焦量为 0，光斑直径为0.67mm；对步骤(2)中得到的试验试样进行机械加工，得到满足拉伸、冲击、CTOD断裂韧性或裂纹扩展速率试验所需试样尺寸要求的最终试验试样；进行拉伸试样的最终试验试样中部的截取试样沿长度方向的前后两侧加工有R20的弧形缺口。