避免大壁厚高韧性X80钢管DWTT异常断口的DWTT试样及其方法与流程

本发明属于材料韧性测试技术领域，具体涉及一种避免大壁厚高韧性x80钢管dwtt异常断口的dwtt试样及其方法。

背景技术：

天然气是一种清洁能源，也是一种易燃、易爆的危险介质，高压天然气管道一旦长程开裂将造成巨大难灾和损失，因此必须保证管道的安全性。为了提高管道输送的经济性，天然气管道发展的趋势是高压、大口径、大壁厚、大输量，采用的钢管也随之向高钢级(高强度级别)方向发展。我国天然气管道用管线钢管近年来发展非常快，x70级别钢管在西气东输一线成功应用后，西气东输二线、三线、四线以及中俄东线等重大管道工程相继开始大规模使用x80级别的钢管。

钢管dwtt断口的剪切面积是评判高钢级管道中高速扩展的裂纹能否止裂的关键技术指标。然而在x80高韧性钢管的dwtt试验中经常出现异常断口。根据apirp5l3的规定，正常dwtt断口形貌应为脆性起裂，然后延性扩展。而当出现异常断口时，裂纹在dwtt试样缺口根部以韧性起裂，在随后的断裂扩展中断裂的形式由韧性转变为脆性。根据api5l/iso3183的规定，当dwtt试样出现异常脆性断口时，试样应判为无效，需要重新取样试验。但是对于高韧性x80钢管，重新试验仍避免不了异常断口的产生，而且极大浪费时间和成本。目前国内外在dwtt异常断口的产生、影响因素和评判方法等方面，开展了一些研究工作，但仍没有公认和可靠的判定准则。随着我国重大管线建设的进行，dwtt试样中异常断口更是频繁出现。因此需要设计一种改进的dwtt试样，来保证在进行高韧性、大壁厚x80钢管dwtt试验时，裂纹在dwtt试样缺口根部脆性启裂然后延性扩展。

高压天然气管道一旦开裂并长程扩展，将造成巨大灾害和损失。钢管dwtt断口剪切面积是材料抵抗延性裂纹扩展能力的关键技术指标。但是对于现代x80高强度高韧性大壁厚管线钢管，传统的dwtt试验中出现了大量异常断口，导致试验失效。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种避免大壁厚高韧性x80钢管dwtt异常断口的dwtt试样及其方法，消除高韧性(夏比冲击功300j以上)，大壁厚(壁厚20mm以上)x80钢管dwtt试验中异常断口的产生。

本发明采用以下技术方案：

一种避免大壁厚高韧性x80钢管dwtt异常断口的dwtt试样，包括长方体结构的试样，试样的顶部中心处设置有沟槽，沟槽内设置有焊珠，焊珠上设置有线切割加工缺口。

具体的，试样的长为300±5mm，宽为76±1mm，壁厚为钢管原壁厚。

具体的，沟槽顶部宽度为18±0.05mm，沟槽深度为17.5±0.05mm，沟槽底部圆弧直径为

一种避免大壁厚高韧性x80钢管dwtt异常断口dwtt试样的制备方法，包括以下步骤：

s1、沿钢管横向切取dwtt毛胚样并进行展平，加工dwtt试样，在试样顶部加工沟槽，沟槽采用机械加工的方式；

s2、采用碳钢加工引弧板和间隔板，引弧板和间隔板上的沟槽尺寸与dwtt试样上的沟槽尺寸相一致；

s3、将加工好的dwtt试样排成一排，dwtt试样中间采用点焊焊接间隔板进行间隔，第一和最后一个dwtt试样上采用点焊焊接引弧板用于引弧，引弧板与间隔板的沟槽与dwtt试样的沟槽相对齐；

s4、采用高强度脆性焊条，控制焊接参数对试样沟槽处进行手工焊接；

s5、试样冷却后，将dwtt试样与间隔板及引弧板分离，用砂轮片和砂纸将焊珠处打磨平整后在焊珠中间标记切割线。

具体的，步骤s2中，引弧板和间隔板均为长方体结构，长为56mm，宽为50mm，厚度为试样厚度的1～2倍。

具体的，步骤s3中，将加工好的dwtt试样以2～6个为一组排成一排。

进一步的，dwtt试样为4个。

具体的，步骤s4中，焊接参数具体为，焊丝直径5mm，电流230a，电压25v，速度16～18cm/min，热输入量19～22kj，道次为9。

具体的，步骤s5完成后，采用线切割方式在切割线处加工缺口，缺口宽度需在0.8mm以下，缺口深度5mm；然后采用常规dwtt试验方法，对制备的dwtt试样进行试验。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种避免大壁厚高韧性x80钢管出现dwtt异常断口的dwtt试样，异常断口为dwtt试样起裂的时候呈现韧性，而后转变为脆性的一种断口特征，按照现有标准规范，被定义为无效试样，大壁厚高韧性x80管材本身由于韧性高，传统的压制缺口常常为韧性起裂。本发明的核心思想是，在起裂的阶段，通过脆性焊珠的引入，线切割加工尽可能尖锐的裂纹，来保证脆性起裂，从而消除异常断口。

本发明还公开一种避免大壁厚高韧性x80钢管出现dwtt异常断口dwtt试样的制备方法，用于将dwtt试样分离，本发明的关键在于dwtt试样上预制焊珠，将加工好的dwtt试样以多个为一组排成一排，这样预制焊珠的效率高，可同时对多个dwtt试样进行焊珠预制。

进一步的，引弧板和间隔板的最小尺寸，必须大于焊珠沟槽的尺寸，在此基础上，适当增加尺寸以保证dwtt试样能够连接到一起。

进一步的，以2～6个为一组排成一排，这样预制焊珠的效率高，可同时对2～6个dwtt试样进行焊珠预制。

进一步的，设定的焊接参数可以保证脆性焊珠的引入。

进一步的，线切割可以加工出尖端尽量尖锐的缺口，保证脆性裂纹的引入。

进一步的，采用高强度脆性焊条，按照焊接参数对试样沟槽处进行手工焊接，可保证焊珠为脆性。

综上所述，本发明能够消除大壁厚高韧性x80钢管出现dwtt异常断口。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明试样结构示意图，其中，(a)为侧视图，(b)为主视图；

图2为本发明引弧板结构示意图；

图3为本发明试样安装示意图；

图4为本发明焊接示意图；

图5为本发明试样打磨示意图；

图6为本发明试样缺口加工示意图；

图7为常规dwtt试样断口形貌图；

图8为本发明dwtt试样断口示意图。

其中：1.试样；2.引弧板；3.点焊；4.间隔板。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图3，本发明一种避免大壁厚高韧性x80钢管出现dwtt异常断口的dwtt试样，采用机械加工的方式加工而成，试样1的顶部中心处设置有沟槽，沟槽内设置有焊珠。

试样1为长方体结构，长为300±5mm，宽为76±1mm，壁厚为钢管原壁厚。

在试样1顶部加工沟槽，沟槽采用机械加工的方式，沟槽顶部宽度为18±0.05mm，沟槽深度为17.5±0.05mm，沟槽底部圆弧直径为

请参阅图2，引弧板2和间隔板4采用碳钢加工，引弧板2和间隔板4的长为56mm，宽为50mm，厚度为试样1厚度的1～2倍。引弧板2和间隔板4上的沟槽尺寸与试样1上的沟槽尺寸相一致。

请参阅图3，将加工好的试样1排成一排(2～6个为一组，以4个为宜)，试样1中间采用点焊3焊接间隔板4进行间隔，第一和最后一个dwtt试样上采用点焊3焊接引弧板2用于引弧，引弧板2与间隔板4的沟槽与试样1的沟槽相对齐。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图4，采用高强度脆性焊条，按照表1所示焊接参数对试样沟槽处进行手工焊接，按照此焊接参数可保证焊珠为脆性，焊接过程如图4所示。

表1焊接参数

请参阅图5，试样冷却后，将dwtt试样1与间隔板4及引弧板2分离，用砂轮片和砂纸将焊珠处打磨平整后在焊珠中间标记切割线。

请参阅图6，采用线切割方式在切割线处加工缺口，缺口宽度需在0.8mm以下，缺口深度5mm。

请参阅图7和图8，采用常规dwtt试验方法，对按照本方法制造的dwtt试样进行试验，试样锤断后其断口为正常断口。对中俄东线用od142221.4mm厚x80钢管进行大批量试验，试验钢管的夏比冲击功都在300j以上，当采用常规dwtt试样时，98％以上的dwtt试样断口都为异常断口，如图7所示，应判为无效试样。当采用本发明中改进的dwtt试样后，99％以上的dwtt试样断口都为正常断口，试样有效。

通过对不同厂家生产的中俄东线用21.4mm壁厚od1422x80钢管(钢管的韧性在300j以上)进行dwtt试验，试验采用常规dwtt试样和本发明改进的dwtt试样。对比试验中发现，本发明中改进的dwtt试样可以有效消除异常断口。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。