天然气管道管弯曲试验代替压扁试验可行性研究

尹后凤

摘要：与天然气管道钢管为研究对象，分析压扁试验和弯曲试验存在的差异性，结合我国相关有关压扁试验和代替性弯曲试验的演化过程，根据试验代替压扁试验进行可行性分析，认为该两种方法都需要考察材料塑性变形能力，完全可以使用弯曲试验代替压扁试验，并且该试验效果简单方便，经济有效。

关键词：天然气管道;压扁试验;弯曲试验

随着我国经济的不断增长，对天然气的需求量一直在不断递增，但是受到天然气供应和基础设施的限制，我国天然气用量增长存在很大挑战，为了解决这个问题，我国已经开始大规模建设天然气管网基础设施，能够满足日常生产需求。受到这方面影响，官网建设用管的需求量也一直在不断增长，尤其是输送超低温液化气体管道以及管道部件的需求量增长迅速。随着管道用量不断增长，对钢管的质量检查尤为重要。

由于天然气钢管执行标准体系较多，各个体系将对钢管检测项目的要求存在差异，但是基本以化学成分、拉伸性能以及冲击吸收能为主。压扁试验和弯曲试验是常见的钢管功能性能试验方法，这两种方法的试验目的基本相同，但是各自特征有所不同。通过对比弯曲试验和压扁试验，可以看出弯曲试验比压扁试验更加简单，能够有效节省试验材料。压扁试验主要适用于口径较小的管材试验，如果管材口径较大或者壁厚较大，就需要使用弯曲试验来代替压扁试验，在相关钢管执行标准体系中，并不是所有的标准都能够认可用弯曲试验来代替压扁试验，有些标准未能对代替试验作出规定，那么就无法评价材料的塑性变形能力。

各个标准体系之间存在着明显差异，在使用弯曲试验代替压扁试验的问题上，存在着认同点和不认同点。认同点是弯曲试验和代替试验都能够对材料进行塑性检验，并且两者的测试目的相同，材料样品的承载能力相似，判断基本相同。不认同点是在实际工程实践中两种方法的选择，压扁试验和弯曲试验哪种方法在实际工程实践中更为严格，通常情况下，压扁试验和弯曲试验完全依靠肉眼观察变形部位所产生的裂纹进行判断，无法通过直接试验结果进行衡量和比较。因此需要对压扁试验和弯曲试验进行计算机模拟分析，并对弯曲试验代替压扁试验进行可行性分析。

1压扁试验和弯曲试验的异同

通过对压扁试验和弯曲试验两种试验方法的定义目的类似性与差异性方面进行分析，从而得出两者试验的异同。

1.1目的与方法

压扁试验和弯曲试验都属于工艺性能试验，用于考察钢管材料的塑性变形能力和材料的完整性能，同时在考察过程中可能会暴露出材料的某些缺陷。

在试验过程中，压扁试验是截取一段钢管作为样品，在两平板之间压到规定高度时，查看样品是否出现裂纹或者破裂，然后继续向下压，直至钢管内壁贴合，检查样品钢管是否存在分层现象。弯曲试验是在靠近钢管内外表面各取一个横向试验样本，试验样本呈矩形，试验样本绕压头弯曲180度呈u形，检查试验样本是否出现裂纹或者破裂。

1.2方法比较

对于压扁试验和弯曲试验进行对比分析，需要注意以下几点内容。

（1）承力、应力和应变相似

在压扁试验和弯曲试验中，试验样品所承受的应力方向和应变相似。从试验样品上看，压扁试验的样管考核是钢管周向塑性变形能力，承力方向会沿周向拉伸;弯曲试验用矩形试验样品，弯曲时试验样品受到同样的周向拉伸。由此可以说明，对于压扁试验和弯曲试验的试验样品的承力方向一致。

通过试验对比分析，压扁试验的最大应力应变，主要发生在3点和9点位置，在该位置试验钢管外表面会承受到最大的拉应力，沿壁厚方向逐渐减小，并且会过渡到内表面承受压应力。在试验样品的6点和12点位置内表面也会承受一定的拉应力，应力大小会随着钢管尺寸的变化而出现不同，如果试验钢管壁厚较薄，在钢管的6点和12点位置的应力较小。与压扁试验情况相同，弯曲试验的最大应力应变位置是试验样品的中点，钢管外表面会承受到最大的拉应力，沿壁厚方向逐渐减小。

（2）试验样品形式不同，但考核要素相同

弯曲试验和压扁试验的考核要素相同，主要考核材料周向的塑性变形能力，判定标准一致，主要是检查试验样品是否存在裂纹或者破裂。

两者之间的不同是试验样品本身的差异性。压扁试验取全截面试验样品，其中包括原始表面;而弯曲试验则分别取靠近内、外壁处，加工后不会保留原始表面。因此，压扁试验更容易暴露出原材料钢管的表面缺陷，但是在进行塑性考核方面，则是靠近外表面更加严格，靠近内表面较为宽松。

弯曲试验能够弥补压扁试验的缺陷，能够考察材料靠近内。外壁处的塑性变形能力，有效避免了表面缺陷的干扰，能够更加容易进行材料塑性变形能力的综合评价。

（3）严格程度

压扁高度能够决定压扁试验的严格程度，压扁高度可以按照规定的计算公式获得。而弯曲试验的严格程度则由试验样品、跨距、压头直径和弯曲角度来进行决定。对比压扁试验和弯曲试验的严格程度，并不能确定两种试验哪一个更加严格，但是两种试验都能保证钢管的后续制造工艺性能。利用计算机模型技术，对压扁试验和弯曲试验的整个过程进行动态分析，可以發现弯曲试验样品部位所产生的最大拉应力大于压扁试验样本，由此可以说明弯曲试验的样品塑性变形程度要大于压扁试验，另外，弯曲试验所形成的屈服强度会高于压扁试验的屈服强度，通过对这两个角度进行分析，认为弯曲试验比压扁试验更为严格，由此可以说明弯曲试验能够代替压扁试验。

2结束语

根据压扁试验和弯曲试验的方法，利用有限元模拟软件，对压扁试验和弯曲试验的整个过程进行观察，根据结果可以看出：弯曲试验样品变形部位会产生最大的拉应力，弯曲试验的塑性变形程度大于压扁试验。因此，钢管很难通过弯曲试验测试，由此可以说明弯曲试验比压扁试验更为严格，所以，弯曲时也能够完全代替压扁试验。并且从标准体系间的异同方面来讲，采取弯曲试验代替压扁试验更能考察钢管塑性变形能力。

参考文献：

[1]敬仕煜，杨金炳，刘学政，于明明，普晓明，李明.TU48C大口径钢管弯曲试验替代压扁试验的可行性分析[J].东方锅炉，2012（4）：24-27.

[2]山西页岩气有限公司.天然气管道泄漏试验研究装置：[P].

[3]张丽敏.石油天然气用管弯曲试验方法研究[J].天津冶金，2013（01）：25-26.