厚壁管材用拉伸试样及其加工方法技术

本申请涉及一种厚壁管材用拉伸试样及其加工方法。该加工方法包括提供原始管材，原始管材包括沿轴向依次分布的第一夹持段、第一过渡段、拉伸段、第二过渡段及第二夹持段，拉伸段的表面具有沿原始管材周向间隔分布的第一待加工区域与第二待加工区域；对拉伸段的第一待加工区域和第二待加工区域进行切割，以在拉伸段上形成相平行的第一平面与第二平面，第一平面与第二平面对称分布于原始管材轴线的两侧且皆与原始管材的内壁之间具有预设距离；对第一过渡段、第二过渡段的表面进行切割，以在第一过渡段上形成有与第一平面相切的第一曲面及在第二过渡段上形成有与第二平面相切的第二曲面，第一曲面与对应的所述第二曲面对称分布于原始管材轴线的两侧。布于原始管材轴线的两侧。布于原始管材轴线的两侧。

【技术实现步骤摘要】
厚壁管材用拉伸试样及其加工方法


[0001]本申请涉及管材性能检测
，特别是涉及一种厚壁管材用拉伸试样及其加工方法。

技术介绍

[0002]蒸汽发生器、换热器等热工设备中使用了大量的厚壁换热管，换热管及其焊接接头的高温长时性能(包括高温持久强度和蠕变强度的测量)是影响设备安全及长寿期服役的关键因素之一。合理有效地测试换热管及其焊接接头的高温长时性能是改进设备制造水平，提高设备安全可靠服役的基础。
[0003]小口径厚壁管材高温持久性能测试的现有非标试样形式主要遵循以下几种思路：(1)通过整体减薄管材，使得标距区内的应力水平高于非标距区，保证高温持久试验中试样在标距区内发生断裂。整体减薄方案忽略了管材表面质量对高温长时性能的影响。然而，管材及接头表面质量是影响其高温长时性能的关键因素之一，整体减薄方案获得的试验数据覆盖管材实际力学性能的程度存疑。同时管壁减薄之后，会增大高温持久试验中金属材料氧化的影响，引入较大的测试偏差。(2)在管材上截取片状试样，片状试样的平行标距区截面尺寸小于夹持端尺寸，使得高温持久试验中试样同样在标距区内发生断裂。片状试样为管材的部分圆柱面，试样加载过程中附带有额外弯矩，试验过程中容易因此发生异常断裂。(3)整体夹持管材进行高温持久试验，夹持端及附近区域处于三向应力状态，易在标距区外发生断裂。(4)鉴于片状试样带有额外弯矩，有人提出改进的非标试样形式为对称双条状高温持久试样。其原理近似为两个对称的片状试样组合进行高温长时试验，两者额外弯矩互相抵消，保证拉伸载荷沿轴线分布。双条状高温持久试样存在的问题是，条状标距部分的棱角处存在严重应力集中。高温持久试验过程中，条状标距部分的棱角处出现大量龟裂，并成为持久断裂失效的竞争因素，干扰管材持久断裂信息的表征。其次，为使得高温持久失效发生在条状标距部分(条状标距部分的应力大于试样其他部分)，双条状高温持久试样的条状标距部分截面面积仅为管材截面面积的一半，试样的几何效应对高温持久试验数据的影响较显著。
[0004]针对厚壁管材的高温长时拉伸试验，目前缺乏更佳的非标拉伸试样形式兼顾上述小口径管材高温持久拉伸试验要求，以合理有效地评估小口径管材的高温长时性能。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种厚壁管材用拉伸试样及其加工方法。
[0006]一种厚壁管材用拉伸试样的加工方法，所述加工方法包括：
[0007]提供原始管材，所述原始管材包括沿轴向依次分布的第一夹持段、第一过渡段、拉伸段、第二过渡段及第二夹持段，其中所述拉伸段的表面具有沿所述原始管材的周向间隔分布的第一待加工区域与第二待加工区域；
[0008]对所述拉伸段的第一待加工区域和所述第二待加工区域进行切割，以在所述拉伸
段上形成相平行的第一平面与第二平面，所述第一平面、所述第二平面对称分布于所述原始管材轴线的两侧且皆与所述原始管材的内壁之间具有预设距离；
[0009]对所述第一过渡段、所述第二过渡段的表面进行切割，以在所述第一过渡段上形成有与所述第一平面相切的第一曲面及在所述第二过渡段上形成有与所述第二平面相切的第二曲面，所述第一曲面与对应的所述第二曲面对称分布于所述原始管材轴线的两侧。
[0010]在其中一个实施例中，所述拉伸段经加工之后的横截面面积小于或等于所述原始管材的横截面面积的90％。
[0011]在其中一个实施例中，所述拉伸段的轴向长度其中S0为所述原始管材的横截面面积。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一夹持段的轴向长度与所述第二夹持段的轴向长度相同。
[0013]在其中一个实施例中，在对所述拉伸段进行切割的过程中，在所述拉伸段的轴向两端上分别保留第一夹持凸台及第二夹持凸台，其中所述第一夹持凸台形成于所述第一平面和/或所述第二平面上，所述第二夹持凸台形成于所述第一平面和/或所述第二平面上。
[0014]在其中一个实施例中，所述原始管材的外径为3mm～42mm，壁厚为0.8mm～12mm。
[0015]一种厚壁管材用拉伸试样，所述厚壁管材用拉伸试样通过如上任一项所述的加工方法加工而成，包括沿轴向依次分布的第一夹持段、第一过渡段、拉伸段、第二过渡段及第二夹持段；
[0016]所述拉伸段上具有相平行的第一平面与第二平面，所述第一平面与所述第二平面对称分布于所述拉伸试样轴线的两侧，且所述第一平面、所述第二平面与所述原始管材的内壁之间皆具有预设距离；
[0017]所述第一过渡段上具有与所述第一平面相切的第一曲面，所述第二过渡段上具有与所述第二平面相切的第二曲面。
[0018]在其中一个实施例中，所述拉伸段的横截面面积小于或等于所述原始管材的横截面面积的90％。
[0019]在其中一个实施例中，所述拉伸段的轴向长度其中S0为所述原始管材的横截面面积。
[0020]在其中一个实施例中，所述拉伸段的轴向两端上设置有第一夹持凸台与第二夹持凸台，所述第一夹持凸台形成于所述第一平面和/或所述第二平面上，所述第二夹持凸台形成于所述第一平面和/或所述第二平面上。
[0021]上述厚壁管材用拉伸试样及其加工方法，保留了原始管材的原始表面，以体现表面质量对管材瞬时拉伸性能、高温长时性能等的影响；加工后的结构具有对称性，避免了额外弯矩和局部应力集中带来的标距区外断裂和异常断裂；通过保留拉伸段上第一、第二平面与管材内表面的适当距离，可避免在几何边角处产生过大的应力集中及对管材持久断裂信息的表征；通过在第一过渡段形成第一曲面及在第二过渡段形成第二曲面，使得第一过渡段与第二过渡段具有合适的过渡方式，以保证第一过渡段与第二过渡段具有合适的应力分布，避免出现优先的损伤失效。
附图说明
[0022]图1为本申请提供的一种厚壁管材用拉伸试样的立体结构示意图。
[0023]图2为本申请提供的另一种厚壁管材用拉伸试样的立体结构示意图。
[0024]图3为本申请实施例1提供的厚壁管材用拉伸试样的拉伸段应力分布云图。
[0025]图4为本申请对比例1提供的双条状高温持久试样的拉伸段应力分布云图。
具体实施方式
[0026]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
[0027]在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厚壁管材用拉伸试样的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：提供原始管材，所述原始管材包括沿轴向依次分布的第一夹持段、第一过渡段、拉伸段、第二过渡段及第二夹持段，其中所述拉伸段的表面具有沿所述原始管材的周向间隔分布的第一待加工区域与第二待加工区域；对所述拉伸段的第一待加工区域和所述第二待加工区域进行切割，以在所述拉伸段上形成相平行的第一平面与第二平面，所述第一平面、所述第二平面对称分布于所述原始管材轴线的两侧且皆与所述原始管材的内壁之间具有预设距离；对所述第一过渡段、所述第二过渡段的表面进行切割，以在所述第一过渡段上形成有与所述第一平面相切的第一曲面及在所述第二过渡段上形成有与所述第二平面相切的第二曲面，所述第一曲面与对应的所述第二曲面对称分布于所述原始管材轴线的两侧。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述拉伸段经加工之后的横截面面积小于或等于所述原始管材的横截面面积的90％。3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述拉伸段的轴向长度其中S0为所述原始管材的横截面面积。4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述第一夹持段的轴向长度与所述第二夹持段的轴向长度相同。5.根据权利要求1至4任一项所述的加工方法，其特征在于，在对所述拉伸段进行切割的过程中，在所述拉伸段的轴向两端上分别保留第一夹持凸台及第二夹持凸台，其中所述第一夹持...

【专利技术属性】
技术研发人员：雒晓卫，胡梦佳，吴莘馨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：