Page 75 - 2017物理第四期

罗华权, 等: L３６０M 管线钢管水压爆破试验开裂分析

看出, 钢管管体横向的夏比冲击吸收能量平均值为
５８J , 单个值最小 为 ４９J , 略高 于 标 准 技 术 要 求 的
４０J ; 剪 切 断 面 率 平 均 值 为 ６８％ , 单 个 值 最 小 为
６０％ , 可见剪切断面率也不高.管体纵向试样的冲
击功吸收能量较横向试样的高一些, 最小值为 ８０J ,
但剪切断面率最小值为 ６５％ , 平均值为 ７０％ , 也不
高.落锤撕裂试验结果表明, 钢管管体 ０ ℃ 时的剪
切面积分数为 ３％ , －２０ ℃ 时为 ０ , 表明钢管的止裂
图 ７ 纵向断口和横向断口取样位置
韧性极低, 这与夏比冲击试验结果一致.扫描电镜
Fi g 敭７ Sam p lin gp ositionsofthelon g itudinal
观察结果表明, 裂纹源区和扩展区都有一定程度的
andtransversalfractures
解理形貌, 横向断裂坡口边沿横向和纵向断口试样
的微观形貌均为解理, 由此判断该钢管管体材料韧
性很低, 基本属于脆性断裂的范畴, 这也与夏比冲击
试验和落锤撕裂试验结果相互印证.
上述分析结果综合表明: 钢管材料的韧性很差.
该钢管在 ２３．９MPa静水压试验压力下保压 １０min
未发生泄漏, 试验结果符合 GB / T９７１１－２０１１ 技术
要求, 继 续 加 压 至 ３６．３ MPa 时, 管 体 发 生 爆 破 失
图 ８ １ 号试样断口宏观形貌和微观形貌
效.从钢管水压爆破试验失效的宏观形貌来看, 钢管
Fi g 敭８ The a macroand b microfracturemor p holo gy
纵向断口位置为非焊缝位置, 爆破口起裂部位有明显
ofNo敭１s p ecimen
的膨胀突出变形, 起裂部位壁厚明显减薄.断口处壁
厚最小值为 １８．０５mm , 壁厚减薄量为 １１．９５mm .为
了对钢管变形及爆破过程有一个清晰的了解, 对钢管
的受力情况进行了分析 [ ８ ] .钢管中的静水压力既产
生环向应力, 也引起轴向应力, 其纵向截面上的受力
如图１０所示, 横向截面上的受力如图１１所示.
根据切向力平衡条件, 可得:
pd
σ b ＝ ( １ )
图 ９ ２ 号试样断口宏观形貌和微观形貌 ２t
Fi g 敭９ The a macroand b microfracturemor p holo gy
ofNo敭２s p ecimen
有一定程度的解理形貌.从 １ 号和 ２ 号试样断口的
微观形貌来看, 有大量高密度的、 短而弯曲的撕裂棱
线条, 为较为典型的解理断口, 如图 ８ ( b ) 和图 ９ ( b )
所示.解理断口一般呈脆性断裂特征, 塑性变形很
少, 宏观上为结晶状.低温、 高应变速率、 粗大晶粒 图 １０ 管道纵向截面受力示意图
Fi g 敭１０ Schematicdia g ramofstressoflon g itudinalsection
和应力集中( 如有缺口时) 均有利于解理的发生, 裂
ofthe p i p eline
纹一经形成, 便会快速传播, 因为不能快速止裂, 往
往会造成灾难性的破坏.

２ 分析与讨论

钢管管体和焊接接头的拉伸试验、 导向弯曲试 图 １１ 管道横向截面受力示意图
Fi g 敭１１ Schematicdia g ramofstressofcrosssection
验、 夏比 冲 击 试 验 及 硬 度 试 验 结 果 均 符 合 GB / T
９７１１－２０１１ 技术要求.从夏比冲击试验结果可以 ofthe p i p eline
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