[发明专利]一种落锤撕裂试验系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料试验技术领域，特别涉及一种落锤撕裂试验系统及其方法。

背景技术

在世界对能源需求的快速增长下，石油天然气输送管道建设趋向于采用大口径、高强度的管线钢及钢管来保证管道服役在高压力输送下运行，这种情况下如何控制管线的延性裂纹扩展是必须考虑安全因素。因此，在管道抗断裂设计时需要对材料的裂纹扩展阻力，即的止裂韧性进行预测和控制。管道止裂预测方法通常是基于夏比冲击吸收能（CVN）、落锤撕裂（DWTT）吸收能和全尺寸爆破试验。管线钢及钢管的CVN值测试结果一般不大于500J，而大尺寸全壁厚试样的DWTT吸收能可以达到40000J以上。因此，CVN测试简单易行，但用来对管道断裂韧性进行预测控制的偏差较大。DWTT试验的断口形貌与全尺寸爆破试验断口形貌非常相似，可以代替全尺寸爆破试验来精确的预测实际管道韧脆转变温度，从而对管道进行断裂控制。

一般的冲击试验机可以测得试样的吸收能量，但目前最大的冲击试验机也只有950J。而传统的DWTT试验是采用重锤下落方式将试样冲断，通过评价断口的剪切面积来测试材料的韧脆转变行为，很难测得DWTT吸收能。虽然通过设备改进可以测试DWTT吸收能，但由于这种落锤试验机的冲击锤头自由落体落下冲断试样时，除了试样断裂吸收部分能量，冲击头与砧座撞击后剩余能量由砧座传递给减震弹簧和减震垫而被吸收，因此所测试的DWTT吸收能与实际值偏差很大。同时测试传感器装在冲击头上，测试系统不稳定，容易出现故障，每次测量传感器都受到巨大冲击，导致落锤示波测量噪波强、干扰大，得到的数据波动也很大。因此，在采用DWTT预测管道的断裂韧性时，借助于经验公式来进行。

油气输送管道裂纹扩展速率取决于材料的抗断裂阻力R，采用DWTT吸收能预测抗断裂阻力R时，

R=D_p/A_p

D_p=k×t^1.5×C_v^0.544

这里，D_p为DWTT吸收能，单位J

t为钢管壁厚（全壁厚DWTT试样厚度），单位mm

C_v为标准夏比试样吸收能，单位J

A_p为DWTT试样缺口下的断裂面积，单位mm²

k为缺口系数，当采用预制裂纹缺口试样时，k=3290；当采用压制V型缺口试样时，k=5930。

由上述公式可以看出，如果直接能将DWTT吸收能D_p准确测试出来，则利用DWTT来预测管道断裂韧性，将很大程度上提高其准确性。而D_p准确测试直接与试样尺寸和缺口尺寸及类型紧密相关，但在现行的API RP 5L3、GB/T 8363、ASTM E436和SY/T 6476等标准中，DWTT试样的尺寸公差太大，导致试验结果准确性和重复性较差。

因此，需要一套新的油气输送用管线钢及其钢管落锤撕裂试验装置及方法。

发明内容

为了实现管线钢或钢管的大范围测量，降低其检测能耗，使测试结果更准确，操作更简便，本发明实施例提供了一种落锤撕裂试验系统及其方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种落锤撕裂试验系统，包括：

主机架，包括底板、A型架、试样砧座、中心轴、支撑框架，所述支撑框架和A型架分别固定于所述底板上，中心轴设置于所述A型架上，且与所述A型架旋转连接；

锤击装置，与所述A型架连接，用于对所述试样砧座上的试样进行锤击；

提升及释放装置，固定于所述主机架上，用于将所述锤击装置提升至合适的位置；

能量测试与控制装置，设置于所述A型架和锤击装置上，用于采集所述锤击装置锤击试样时的能量；

所述锤击装置包括摆杆、锤头和冲击刃，所述摆杆的一端与所述主机架的中心轴固定连接，其另一端与所述锤头固定连接，所述冲击刃固定于所述锤头的顶部中心位置，所述试样砧座位于所述锤头运动轨迹的切向位置。所述提升及释放装置包括：

环形双轨，其与所述中心轴同中心设置，所述锤击装置设置于所述环形双轨之间，且其锤击作用点凸出所述环形双轨的外圆面；

支撑导向轮，在支撑框架两侧各设置四个，用于支撑、导向所述环形双轨，每个所述支撑导向轮与所述主机架固定连接，所述导向轮与所述环形双轨的内圆面滚动连接；