管材与管材检测方法论文

管材与管材检测方法论文（通用7篇）

管材与管材检测方法论文 篇1

管材在我们的生活中被广泛的用于给水与排污, 由上水管道组成城市的给水管网, 由下水管道组成排水系统, 排污去垢, 清洁我们的生活。但家中漏水、路面塌陷、大面积停水等意外往往又给生活带来很多不便, 其中有很多是由管道惹的祸。其中有部分原因是安装、设计的问题, 主要还是管道的质量不合格引发的。检测能科学公正的还原管材质量的本质, 检测的依据即产品生产标准, 相当于照妖镜, 真假好坏在其跟前原形毕露。

1 管材的分类

按用途分可分为给水管、排水管与供电管道。给水管又分为冷热水用聚丙烯管道系统 (GB/T18742.1～3-2002) 和给水用聚乙烯 (PE) 管材 (GB/T13663-2000) ;排水管按材质不同主要有硬聚氯乙烯 (PVC-U) 排水管材 (G B/T5836.1-2006) 、管件 (G B/T5836.2-2006) 、聚丙烯消音管材 () 、埋地用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 双壁波纹管材 (GB/T18477-2007) 、埋地用聚乙烯 (PE) 双壁波纹管材 (GB/T19472.1-2004) 、埋地用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 加筋管材 (QB/T2782-2006) 与各种螺旋消音管等。供电管道有聚丙烯 (MPP) 管、埋地用氯化聚氯乙烯PV C-C电工套管 (QB/T2479-2000) 、高密度聚乙烯管、梅花管等。万变不离其终, 都是人造的化学管道, 给水的还要多一项即符合饮用水卫生许可要求, 管材质量的好坏只有通过检测才能分辨。

2 常规管材的检测

常规管材即硬聚氯乙烯 (PVC-U) 排水管, 是我们生活中常见的户外落水管或室内卫生间排污管道, 其直径通常有DN110、DN75、DN50等。需要检测的主要参数有:外观、壁厚、密度、维卡软化温度、纵向回缩率、二氯甲烷浸渍试验、拉伸屈服强度、落锤冲击试验等俗话说外行看热闹, 内行看门道。对于管材的优劣, 我简单的总结一下即:看、摸、掂一下。

(1) 看。到眼即是管材的外观。管材内外壁应该光滑, 不允许有气泡、裂口和明显的痕纹、凹陷、色泽不均及分解变色线。有缺陷的管材暗淡无光、有斑点、内壁有气孔。现有新工艺生产的管材, 即内外壁很光滑, 但就只有一层皮, 两层皮之间的夹层有明显色差。其质量也差, 因为硬聚乙烯在管材截面中的不均匀布置, 且其他参料多, 主要是内部。

(2) 摸。摸上去光滑、不扎手。假如上面有灰尘, 马上会沾到你手上显出管材的釉面, 证明该管材质量可以。假如摸上去毛乎乎的, 手上有粉沫状颗粒, 露出灰蒙蒙的表面, 表明该管材质量有点悬。

(3) 掂一下。简单的说管材是由塑料 (硬聚乙烯) 与参和料组成。每个厂家都有保密的配方, 也就生成了各种名牌。掂一下, 不是掂厂家的配方而是掂管材的重量。重量轻则说明塑料成份多;重则说明参和料多。参和料主要是CaCO3俗称石粉, 密度远大于硬聚乙烯。其影响在低温时更为明显, 石粉与塑料因温度影响产生不同程度的收缩, 如遇到外力撞击, 极易破裂。某些消费者会想:石粉多少钱一吨?塑料多少钱一吨?

下面再从科学的角度来分析一下管材的检测过程。

密度是GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材》中一个新增项目。密度要求管材成分中的硬聚氯乙烯按一定比例分布, 参料过多或过少都会影响管材质量, 密度一般是1350g/m3～1550g/m3。如参料石粉过多, 密度会偏大, 密度不符合要求的同时管材中各成分的粘聚力偏小, 抗拉强度往往也不符合要求。抗拉强度是先在管材不同位置取样, 制成哑铃状试件, 然后经过标准环境的调节之后, 用电子拉力机以5 mm/s的速度均速拉伸试件, 直至试件断裂。密度过大的试件由于分子间的粘结力小, 无塑化变形过程且拉伸强度要比规范要求低10～20MPa。密度合格的试件有一个明显的塑化变形时间段, 试件会被拉伸得很长, 断裂时外侧边缘会崩掉一小块, 形成缺口, 且抗拉强度能达到40 MPa以上。

二氯甲烷浸渍试验是对管材塑化程度与均一性的检测。随着自然界空气质量的变差, 酸雨的增多, 缩短了管材的使用寿命。简单的说二氯甲烷浸渍是对管材组成与抗化学腐蚀性能的检验。表面没有变化或极轻微变化表明管材塑化程度好。如表面变化劣于4 L则表明管材质量差, 抗腐蚀性能差。

纵向回缩率是把管材试件放入150℃高温的烘箱中, 恒温30 min, 取出等降温至20℃后, 观察试件表面变化情况。100 mm的间距中变化一般小于3%, 即为合格。

维卡软化点的检测是对管材升温过程中, 局部耐压性能的判定。规范要求对管材试件进行等速加温, 尖针在重力作用下, 插入管材1 mm, 外部的温度为管材的微卡软化点。微卡软化点如大于78℃, 管材合格。

落锤冲击试验是以规定质量和尺寸的落锤从规定高度冲击试验样品上规定的部位, 即可测出该批产品的真实冲击率。冲击试验过程中试件要载0℃时水浴中调节30 min, 载空气中30 s内完成, 是考验管材低温抗击打能力。

给水用PPR管的静液压实验是通过仪器对试件施加环向压应力, 如管材无破裂、无渗漏则管材合格。 (可加)

随着科技的发展, 常规管材又衍生出一系列的螺旋消音管。其主要特点是在内壁增加螺旋筋, 当水流顺着管壁往下流时, 由于螺旋筋的作用改变了水的流向, 降低了冲击管壁的噪音, 同时由于增加了螺旋筋, 还改善了管材的一些其他性能。总之根据检测规范的要求, 对相应的管材进行物理、化学性能的检测, 符合要求后才能流入市场。

3 埋地管材的检测

上面谈到的是常规管, 大多是地面以上的, 下面解析一下埋地管, 它主要是埋于地下, 施工中一般先开挖, 再按规范埋置管道, 最后回填土方。其大致可分为柔性管与刚性管。刚性管包括混凝土管、钢筋混凝土管、球墨管、钢管等;柔性管按用途可分为2种:第1种最常见, 主要用于市政埋地排污、排水用管道, 主要成份是硬聚氯乙烯、聚乙烯等。他们都具有埋地环境下有合适强度和刚度、重量轻、使用寿命长、便于铺设安装的特点。第2种是自来水管中的给水管:如聚乙烯PPR管、PE管等。它的主要成份还关系到我们引用水质的安全问题。

管材质量不过关给社会带来许多危害。例如重复投资, 某工地去年刚完工的管线, 启用不到一年, 管道因多处破裂不得不重新开挖铺设。常州大学城某宿舍、教学楼因给水管爆裂出现大面积停水, 食堂吃饭都成了问题。管材的质量差, 对人生命构不成危险, 往往不会引起人们的重视, 但它与我们的生活息息相关, 会给我们带来不必要的麻烦与金钱的损失。

管材检测应在管材进入工地后, 随机抽取样品, 业主、监理封样后送检。检测程序应在施工进行前进行。

环刚度与环柔性是检测埋地排污、排水管的重要指标。也是1组相对矛盾的指标。环刚度检测是将试样水平放置, 按管材的直径确定平板的压缩速度, 用两个互相平行的平板垂直方向对试样施加压力。在变形时产生反作用力, 用管件截面直径方向变形量为0.03di (管材试样内径) 时的力值计算环刚度。简单的说环刚度要求管材有一定强度, 抵抗变形, 而环柔性则要求管材有一定的韧性, 当变形量为30%Di (管材外径) 时不开裂, 随着卸载, 管材能回弹并保持圆滑弯曲, 无反向变形。

烘箱试验是把管材放入烘箱中, 管壁不能与烘箱壁接触, 在规定温度 (135℃) 作用一段时间, 取出放在20℃的室温中观察管材变化。如管材开裂、分层则该组管材不合格。

落锤冲击试验过程与常规管材的相同, 只是锤头、高度不同, 都是要求真实冲击率 (TIR) 小于等于10%, 为合格。

通过以上方法对管材进行检测, 发现有些管材搀加了大量的CaCO3。国家标准对CaCO3的掺量要求少于20%, 粒径小于3微米, 目的是改善管材的力学性;PVC的含量至少要80%以上, 提高管材的耐久性与抗腐蚀性。过多的CaCO3会使管材有好的刚度, 但环柔性、抗冲击性能、耐腐蚀性能差。假如少量的PVC颗粒包裹着CaCO3, CaCO3则很容易被管道中流动的污水溶解并带走, 留下絮状支架。这也是刚完工的管线, 启用不到一年, 管道因多处破裂不得不重新开挖铺设的原因所在。

检测只是一种方法, 只有通过科学公正的检测材能发现劣质管材的质量问题, 并给业主把好质量关。对于管材的购买者来说, 切莫贪图便宜, 一分钱一分货, 人无远虑, 必有近忧。对于管材的生产者来说, 质量是企业的生存之本, 劣质低价也许能获得眼前利益, 但会损害企业品牌的价值。相信中国制造会越走越远, 也希望质检部门加大现场抽查的力度, 使劣质产品无处藏身。

参考文献

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[2]李慧琴, 陈刚, 丁国, 等.板料拉深过程中起皱的实验研究[J].包头钢铁学院学报, 2004 (3) .

管材与管材检测方法论文 篇2

1.1 PVC-U管

PVC-U管是一种以聚氯乙烯(PVC)树脂为原料,不含增塑剂的塑料管材,通过一定工艺制成。不导热,不导电,阻燃,柔软性好。主要规格有公称直径32～315十多种,最高许可压力为0.6 MPa,0.9 MPa和1.6 MPa。不需要外防腐涂层和内衬,柔软性好,在荷载作用下能产生屈服而不发生破裂。

连接方式有弹性密封圈连接、胶粘剂连接以及法兰连接等。

1.2 PP-R管

PP-R管也叫Ⅲ型聚丙烯即无规共聚聚丙烯,其突出特点是无毒、卫生,耐热、保温性能好,安装方便且是永久性的连接,原料可回收,不会造成环境污染。

连接方式主要有热熔连接和电熔连接,也有专用丝扣连接或法兰连接。

1.3 PVC-C管

PVC-C管又叫CPVC管,是一种氯化聚氯乙烯。其主要性能特点是防腐性能很强,良好的阻燃性,保温性能佳,热膨胀小,抗震性好,具有较好的弹性模量,抗震并能大大降低水锤效应,具有优异的耐老化性能和抗紫外线性能。

连接方式有承插粘结、塑料焊接,还有专用配件法兰连接、螺纹连接。

1.4 PE管

根据生产管道的原材料不同,分为PE63级(第一代)、PE80级(第二代)、PE100级(第三代)及PE112级(第四代)。目前应用的主要是PE80级、PE100级。也分为高密度HDPE型管和中密度MDPE型管。无毒,不含重金属添加剂,卫生,不结垢,不滋生细菌,柔韧性好,抗冲击强度高,耐强震、扭曲。连接方式主要有电热熔、热熔对接焊和热熔承插连接。可采用直埋方式施工,也可采取插入管敷设

1.5 PB管

PB管是由聚丁烯树脂通过一定的制管工艺生产而成的管材及管件,是一种柔软的热塑性聚烯烃。其主要特性是具有良好的耐温性能,耐压性能极佳和极强的抗蠕变能力,极好的韧性和耐冲击力,极好的抗腐蚀能力,较好的隔热性能,材料的导热率较小,无毒。

PB管主要采用热熔式或电熔式承插式接头连接,也可采用胶圈密封连接。

1.6 PPPE管

PPPE管是以PP-R或PP-C与HDPE为主要材料,加以一定量的化学助剂等合成材料,经挤压成型的塑料管材。适用温度范围大(-25℃～95℃),耐压高(公称压力为20 MPa),能进行热熔连接或螺纹连接。

在同等承压条件下,PPPE管的管材和管件的壁厚比PP-R管(Ⅲ型聚丙烯,即无规共聚聚丙烯)的壁厚要小,且口径越大壁厚小的越多,因此PPPE管的价格比PP-R管低。

1.7 NPP-R管

NPP-R管材是以无机层状硅酸盐插层复合技术制备的含有纳米抗菌剂的纳米聚丙烯(NPP-R)抗菌塑料粒料制成的。是我国纳米技术的重大突破,属国内首创,其具有优异的力学性能,线性膨胀系数小,纵向收缩率低,100%的杀菌功能,达到国际先进水平。

1.8塑料复合管

塑料复合管按使用的骨架材料不同分为铝塑复合管(PEX-AL-PEX或PAP)、铜塑复合管和(钢骨架增强)塑料复合管。PAP管是中间层采用焊接铝管,外层和内层采用中密度或高密度聚乙烯或交联高密度聚乙烯,经热熔胶粘合而复合成的一种管道。

2塑料管材的优点

1)自重轻;2)水流阻力小;3)安全卫生;4)安装方便;5)化学稳定性好,不受环境因素和管道内介质组分的影响,耐腐蚀性好;6)导热系数小,热传导率低,绝热保温,节能效果好;7)螺旋形管材,可以降低噪声。

3工程常用管材管件的检测

3.1硬聚氯乙烯(PVC-U)排水管的检测

硬聚氯乙烯(PVC-U)排水管在我国应用较早,且应用广泛,生产企业也随之越来越多,但生产企业间技术差异、管理差异、设备差异,导致留入建筑工程的产品质量差异明显。其中出现较多问题的有以下几种:

1)拉伸强度差。在产品检测中常常发现有的产品拉伸强度不到30 MPa,低的才20 MPa左右(GB/T 5836.1-2006标准中管材物理力学性能要求为40 MPa),一般这种产品其强度低,延伸率小(延伸率20%左右即断裂),易断裂。

2)维卡软化温度较低。维卡软化温度较低的产品遇热易变形。

3)抗冲击性能差。根据GB/T 5836.1-2006标准,在0℃条件下选用相应落锤进行冲击试验,不合格材料真实冲击率(TIR)不能满足规范要求。

4)纵向回缩率。其纵向回缩率应该符合规范要求,否则为不合格材料。

3.2冷热水用聚丙烯管的检测

按使用原料的不同分为PP-H,PP-B和PP-R三类。目前工程中多采用PP-R管,根据现行检测标准,GB/T 18742.2-2002耐压试验技术要求为20℃时静液压应力为16 MPa的条件下持续耐压1 h,检测3个试样有无破裂。在检测中发现有些材料没有达到试验压力就破裂,有些管材虽然达到了试压压力,但是在规定的时间之内就破裂。所以这个指标必须严格把关,防止不合格产品流入工程。

4应用

1)硬聚氯乙烯管(UPVC)主要应用领域:建筑给排水管道系统;建筑雨水系统;建筑电气配线用管;空调冷凝水系统。

2)氯化聚氯乙烯管主要应用领域:建筑用空调系统、饮用水管道系统、地下水排入管道、游泳池及温泉管道;工业管道系统;食品加工处理管道系统;给水及污水厂管道系统;农业灌溉。

3)高密度聚乙烯HDPE管主要应用领域:广泛用作排水管、污水管、地下电缆管、农业排灌管。

4)铝塑复合管主要应用领域:建材:自来水、采暖及饮用水供应系统用管;煤气、天然气及管道石油气室内输送用管;工业用管。化工:各种酸、碱溶液的输送。医药:各种气、液体输送;石化、煤油、汽油等流体的输送。船用管材:水上运输工具内各种管路系统用管。食品工业:输送酒、饮料等;空调管道系统等;压缩空气等工业气体的输送。

5)PP-R管材的主要应用领域:公共及民用建筑用于输送冷热水、采暖系统;工业建筑和设施中,用于输送日常用水、油或腐蚀性液体;用于海边设施中的给水管道;空调管道;农业灌溉系统。

6)PABS管的主要应用领域:纯净水系统;石化工业管道系统;环保行业。

7)聚丁烯管(PB)的主要应用领域:各种热水管;工业用管;输气管道;用于采矿、化工和发电等工业部门输送磨蚀性和腐蚀性的热物料。

摘要：对PVC-U管,PP-R管,PVC-C管,PE管,PB管等几种塑料管材的特点分别进行了介绍,阐述了其优点,对两种工程常用管材管件的检测进行了分析,并指出了各种管材的主要应用领域,从而为工程选材提供了指导。

关键词：塑料管材,PE管,检测,产品性能

参考文献

[1]GB/T 5836.1-2006,建筑排水用硬聚氯乙烯(PVCU)管材[S].

[2]GB/T 18742.2-2002,冷热水用聚丙烯管道系统[S].

[3]宋坚.新型建筑给水管材的选用[J].给水排水,2001,27(1):18-19.

[4]高立新.塑料管在市政工程中的应用[J].给水排水,2003,29(4):11-12.

[5]张淼.新型建筑给水塑料管应用技术综述[J].给水排水,1999,25(4):77-78.

管材与管材检测方法论文 篇3

关键词：水膜法,管材,超声检测,跟踪系统

0引言

在石化、电力、造船、核能等重要工业领域大量使用小口径管材,由于这些管材在特殊环境下使用,所以对质量要求很严格。为确保产品的安全性,国家有关部门要求生产企业必须按照产品标准开展管材的生产检测[1]。出厂前需要对管材进行无损检测,以提前排除安全隐患。除外部缺陷外,管材在加工过程中形成的主要内部缺陷有裂纹、分层、折叠、夹杂等,这些缺陷分布于管材壁厚中不同部位。超声检测可以实现对管材整个壁厚方向的检测,最重要的是可以检测内壁缺陷[2],而且检测灵敏度高、快速、准确,所以超声检测是管材检测中应用的主要方法之一[3]。超声水膜法现广泛应用于大口径管材的超声检测上,但由于小口径钢管曲率大,应用还不成熟,所以需要开发一种适合小口径管材水膜法检测的跟踪系统。本文设计了一种小口径管材超声水膜法探头跟踪系统,2013 年开始在钢管企业应用后,在离线检测和在线检测实际应用中效果均很好。

1水膜法检测原理

管材超声水膜法检测是在探头和钢管表面形成一层很薄的水膜作为耦合剂,超声波从超声探头中的晶片激励出后,先从有机玻璃做成的楔块中穿过,再穿过这层水膜传播到钢中( 由于水膜厚度很小,所以声程忽略不计) ,最后通过折射的横波进行检测; 当折射的横波在钢管管壁传播过程中遇到缺陷时,会反射回来,反射回来的横波再穿过水膜传播到超声探头中,然后通过超声检测仪接收该信号,即可判断是否存在缺陷。水膜法具体原理如图1 所示。

α—入射角。

实际检测中要求用完全的横波,所以要使纵波发生全反射,这样入射角 α 就需要大于第一临界角[4],即

式中: CL1为楔块( 有机玻璃) 中纵波声速,2 730m / s; CL2为钢中纵波声速,5 900 m /s。计算可得α ≥ 27 . 56 ° 。

为了能检测到钢管内壁的伤,要求声束至少要与钢管内壁相切,所以入射角 α 要小于折射的横波声束与钢管内壁相切时的入射角,即:

式中: CS2为钢中横波声速,3 230 m /s; r为钢管内半径; R为钢管外半径。r和R根据实际情况确定。

以壁厚为8 mm、直径为76 mm规格的管材为例,当r = 30 mm、R = 38 mm时,按式( 2) 计算可得 α ≤ 41. 86° 。所以!理论计算取值范围为:27 . 56 ° ≤ α ≤ 41 . 86 ° ,即入射角在该范围内可以得到完全横波并能检测到内壁上的伤。在实际应用中,为了获得最大能量的横波,还需要考虑横波在有机玻璃和钢表面的往返透射率[5],经过理论计算和实验,我们选择入射角为35. 5°,并有 ± 2°的调节范围。

水膜法操作方便,检测图形较简单,判断容易,检出缺陷灵敏度高[6]。实际检测时,由进水孔充入足量的水,在探头和钢管外表面形成一层水膜,要求该水膜均匀、厚度不变、没有气泡等杂质,探头要保持恒定的入射角,但由于小口径管材曲率大,而且表面可能有翘皮、生锈,或者管子本身弯曲,影响检测效果,因此为了满足以上检测条件,需要设计出一种适合小口径管材使用的、稳定可靠的探头跟踪系统,以配置到管材整套检测设备上使用。

2探头跟踪系统设计

由于小口径管材的曲率大,所以传统的适用于大口径金属管的水膜法检测系统达不到预期效果,笔者根据现场测试情况设计了分离式双探法探头跟踪系统。该系统根据发射方向把探头分成两组,每组单独固定在探头架上,每个探头架上都有跟踪轮、缓冲器、固定楔等,这些构件配合使用既能保证探头和管材的耦合效果,又能起到很好的保护探头的作用。探头跟踪系统示意图如图2 所示。

该系统的探头固定在探头架上,钢管螺旋前进,进行全覆盖扫描。主要特点如下:

( 1) 探头架上侧设计安装2 个缓冲器1,与上横梁相连; 探头架四周设计安装4 个缓冲器2,与竖梁相连; 探头架4 个角处安装4 个缓冲器3与下横梁相连。其中缓冲器1 和缓冲器3 配合使用可以避免检测过程中探头上下方向的移动,缓冲器2 能避免钢管前进和旋转过程中造成的探头向四周方向的移动; 缓冲器1、缓冲器2 和缓冲器3 配合使用既可以获得良好的跟踪性能,同时又可以利用缓冲器3 去调节探头的高度来灵活控制入射角,以获得最好的信号。

( 2) 根据不同的管径设计不同大小间距的跟踪轮,使得探头与钢管之间水层均匀、厚度不变,既保证了耦合效果,又可以起到很好的随动作用,而且避免了探头和钢管直接接触,很好地保护探头不被钢管磨坏或者撞坏。如果实际生产中钢管椭圆度引起水膜厚度变化,则可启用超声检测仪的闸门跟踪功能来消除水膜厚度变化对探伤效果的影响。

( 3) 为了获得良好的耦合效果,改进设计了独特的水路系统。该水路系统采用2 个总进水孔分8 个小出水孔,8 个小出水孔分别在8 个小探头中心,而且探头两边均有出水孔,保证金属管正反转时都能很好的耦合。

( 4) 在探头架4 个侧面都设有固定楔,固定楔1 和固定楔2 配合使用能很好地固定住探头,确保不松动,避免了只有一侧有固定楔导致探头滑动的问题,既能调节入射角又能保证检测过程中入射角不变。

( 5) 可调节的探头架升降设计,通过汽缸自动控制,可以与缓冲系统配合达到跟踪效果。

系统中缓冲器1 和缓冲器3 主要起平衡上下方向的作用,缓冲器2 主要起平衡四周方向的作用,缓冲器3 还可适当调节探头入射角,在调节过程中要配合使用缓冲器1 和缓冲器3,使之发挥最佳的作用; 当静态调试出期望效果时,在进行动态测试前要通过固定楔1 和固定楔2 将探头固定住,以免动态测试过程中入射角发生变化而影响测试结果; 由于该系统水路分流较多,所以一定要做好进水的过滤工作,防止杂质堵塞水孔。

3现场测试结果

我们选取直径为76 mm、壁厚为8 mm的小口径无缝钢管作为典型管材对系统跟踪效果进行测试,按照国家标准[7]规定在管材内壁和外壁分别制作L2 级别的纵向人工缺陷。采用8 通道的超声检测仪器,探头分2 组,每组有4 个小探头分别向管材周向的2 个不同方向发射和接收超声信号,探头检测频率为5 MHz。按照钢管自动超声探伤系统综合性能测试办法( YB /T4082 —2011 )[8]中规定的周向差、内外壁差、信噪比、稳定性进行测试,实际测试结果如表1 所示,漏报率、误报率均为0。

从表1 可以看出,8 个通道的周向差、内外壁差、信噪比、稳定性、漏报率、误报率测试数据都达到了国家和行业标准的要求。经现场动态测试,使用该系统可以实现小口径管材在线超声检测,各种性能和效果均能达到预期要求。

4结束语

本文设计的小口径管材水膜法超声探头跟踪系统经现场测试,探头耦合、跟踪效果均良好,能实现对外径73 ~ 89 mm的小口径管材的超声检测; 所得检测信号灵敏度高、稳定性好、干扰波少,各项指标均达到国家和行业标准; 该系统配合其他附件进行工作可以大大提高管材的检测效率。

参考文献

[1]张祺,文广,唐锐,等.基于PC的水浸式全数字化多通道自动超声波探伤系统[J].中国测试,2014,40(5):84-87.

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[3]刘清洋,殷国富,赵秀粉,等.小口径薄壁钢管水浸法超声波探伤系统研究[J].中国测试技术,2008,34(3):110-113.

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[6]曹雷.焊管常用探伤方法及技术[J].钢管,2012,41(4):72-74.

[7]全国钢标准化技术委员会.GB/T 5777—2008无缝钢管超声波探伤检验方法[S].北京:中国标准出版社,2008.

管材与管材检测方法论文 篇4

随着 GPC 技术的不断成熟和完善, 多检测器 GPC 的开发和应用备受关注。示差折光计-自动黏度计双检测器凝胶色谱 (GPCV) 技术就是将传统的只带有示差检测器的常规 GPC 与自动毛细管黏度计联用, 在测得聚合物各级分浓度的同时测得各淋洗级分的相对黏度, 利用已建立的普适校正关系, 使样品在同一淋洗体积的黏度检测器数据与示差检测器数据进行匹配, 再利用数据处理软件计算得到聚合物的“真实” M 及其分布。该方法无须 Κ, α 值便可测得样品的 M 及其分布, 具有较强的实用性[1,2]。

本工作建立了一种采用 GPCV 测定 HDPE 树脂 M 及其分布的方法, 对仪器的稳定性及方法的精密度进行了考察, 并测定了几种 HDPE 管材专用树脂的 M 及其分布, 取得了令人满意的结果。

1 实验部分

1.1 样品及试剂

管材专用树脂:HDPE-1, 2, 3, 均为中国石油兰州化工研究中心研制;HDPE 6380, HDPE 5000 S, 均为市售品。窄分布 PS 标样, Waters 公司提供。邻二氯苯, 分析纯, 北京化学试剂公司生产。

1.2 仪器及条件

仪器为美国 Waters 公司的 Alliance GPCV 2000, 数据处理采用Waters M32 GPC 软件。流动相溶剂用邻二氯苯, 经蒸馏、过滤后使用, 测定温度为 135℃。

2 结果与讨论

2.1 校正方法的建立

在 GPCV 测定中, 必须使 2 个检测器的信号相匹配, 即须建立数据处理方法组, 确定 M 与特性黏度 ([η]) 之间的关系和建立普适校正曲线。

图 1、图 2 分别是用已知 M 的窄分布 PS 为标样所建立的 lgM[η]对淋洗体积 (Ve) 的普适校正线和 lg[η]对 lgM 的黏度定律图。

为了消除 GPC 柱之间连接管线的死体积对校正线线性范围的影响, 校正采用 5 次多项式。从图 1 所示校正线得到的校正关系式为:

lgM[η]=2.55×102-4.26×10 Ve+2.97 Vundefined1.04×10-1Vundefined+1.84×10-3Vundefined-1.28×10-5Vundefined。

求得校正线的相关系数 R2 为 0.999 9, 标准偏差为 2.20×10-2。

由图 2可见, 所有校正点都落在一条直线上, 标样的[η]与其 M 之间完全呈线形关系, 这对准确计算标样的 K, α 值提供了先决条件。实验确定的 PS 标样的 K 值为 1.65×10-4, α 值为 0.695。

2.2 仪器的稳定性

GPCV 测定聚合物的 M 时, 当实验条件 (柱组、溶剂、温度和流速等) 确定后, 流动相溶剂流量的稳定性决定着样品 Ve 是否恒定, 是保证测定结果可靠性的关键因素, 通常用标准样品或以流动相溶剂中某种固定的杂质峰来检验谱峰的位移。在检测中由示差检测器测定来自分离柱的样品浓度, 由黏度检测器测定样品每个级分的相对黏度 (ηr) , 而相应值都需通过各自谱峰的峰面积 (A) 或峰高 (H) 计算得到, 可见检测器对样品的响应在相同实验条件下的再现性对测定结果的准确性至关重要。为了检验仪器在持续运行中溶剂流量的稳定性和检测器响应值的重复性, 将 M 为 20 万的 PS 标样的同一溶液取 5 份, 分别进行 GPCV 测定, 所得示差检测器的折光指数 (dRI) 对 Ve 谱峰和黏度检测器的 ηr 对 Ve 谱峰的叠加图分别见图 3 和图 4, 结果见表 1。

由图 3 和图 4 可见, 5 次进样测定的谱峰峰尖位置完全重合。表 1 亦表明, 无论示差峰还是黏度峰, 谱峰的 Ve 重复性均很好, 相对标准偏差分别为 0.03%和 0.04%, 这说明在确定的实验条件下, 样品在测定过程中流动相流量稳定。另外, 5 次测定过程总用时长达 10 多个小时, 但示差峰、黏度峰的峰面积重复性良好, 相对标准偏差分别为 0.44%, 0.25%, 可见样品瓶的密封性优良, 在高温下样品溶液浓度不会因溶剂挥发而发生明显改变, 即实验中可忽略溶液浓度变化对测定结果的影响。

2.3 方法的精密度

在相同的测试条件下, 对样品 HDPE 5000 S 连续进行5 次 GPCV 分析, 以考查该方法的精密度, 结果见表 2。

注:undefined 分别为重均、数均相对分子质量;undefined 为相对分子质量分布指数。

由表 2 可见, 测定结果的重复性良好, undefined的相对标准偏差分别为 0.85%, 3.14%, 2.51%, 表明该方法的精密度较高。

2.4 HDPE 的 M 及其分布的测定

合理控制聚合物的 M 及其分布, 才能使产品的机械性能和加工性能达到最佳[3,4]。采用所建立的 GPCV 方法对综合力学性能优良、刚性与韧性合理均衡的 HDPE 6380 树脂[5]及新开发的HDPE-1, 2, 3的 M 及其分布进行了测定, 图 5、图 6 分别是 HDPE 6380 和 HDPE-3 的 GPCV 谱图, 测定结果见表 3。

a—黏度曲线;b—示差曲线

a—黏度曲线;b—示差曲线

M 呈双峰分布是 HDPE 管材专用树脂达到 PE 100 级的必要条件[6]。由图 5 和图 6 可见, HDPE 6380, HDPE-3 树脂均呈双峰分布。由表 3 亦可见, 新开发的 HDPE 管材专用树脂的 M 及其分布与 HDPE 6380 树脂的相当, 具有较高的 M 和较宽的分布, 具备了管材专用树脂的典型特征。

3 结论

a. 建立了一种采用 GPCV 表征 HDPE 管材专用树脂的 M 及其分布的方法, 所确定普适校正线的相关系数为 0.999 9, 标准偏差为 2.20×10-2。

b. 对同一试样分别进样 5 次, 以考察仪器的稳定性。结果表明, 5 次进样所测定谱峰的峰尖位置完全重合, 示差及黏度谱峰的峰面积相对标准偏差分别为 0.44%, 0.25%。

c. 对同一样品连续进样 5 次, 以考察该方法的精密度。结果表明, undefined的相对标准偏差分别为 0.85%, 3.14%, 2.57%。

d. GPCV 分析结果表明, 新开发的 HDPE 管材专用树脂呈双峰分布且 M 及其分布与 HDPE 6380 树脂的相当, 具备了管材专用树脂的典型特征。

参考文献

[1]杨迪.高温凝胶色谱法测定聚乙烯相对分子质量[J].扬子石油化工, 2007, 22 (4) :24-27.

[2]李素真, 张博, 岳秀英.凝胶渗透色谱法测定HDPE的分子量及分子量分布[J].齐鲁石油化工, 2003, 31 (4) :345-350.

[3]Wioletta O S, Beata M.Effect of sample preparation on gel perme-ation chromatography results of determination of molecular weightof polyethylene obtained with using of zirconocene catalyst activa-ted with methyl aluminoxane[J].Polimery, 2003, 48 (11/12) :829-832.

[4]Liu N N, Wood A P.Simulation of gel permeation chromatographymeasurement for long chain branched metallocene polyethylene[J].Macromolecular symposia, 2004, 206 (4) :419-431.

聚乙烯塑料管材哑铃制样方法分析 篇5

关键词：聚乙烯管材,断裂伸长率,制样方法

0前言

聚乙烯 (简称PE) 是乙烯经聚合制得的一种结晶热塑性树脂。聚乙烯是结构最简单的高分子, 也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的-CH2-单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯 (CH2=CH2) 发生加成聚合反应而成的。由于聚乙烯无臭、无毒, 手感似蜡, 具有优良的耐低温性能, 化学稳定性好, 能耐大多数酸碱的侵蚀、常温下不溶于一般溶剂, 吸水性小, 电绝缘性优良, 用途十分广泛。随着石油化工的发展, 聚乙烯生产得到迅速发展, 产量约占塑料总产量的1/4。相关产品发展至今已有60年左右历史, 全球聚乙烯产量居五大泛用树脂之首。聚乙烯材料的应用非常广阔, 管材领域只是聚乙烯应用领域中的一个重要方面。聚乙烯塑料管材主要分高密度聚乙烯 (HDPE) 和低密度聚乙烯 (LDPE) 两大类。高密度聚乙烯材料 (HDPE) 由于具有较好的抗压性能, 所以广泛应用于压力管领域, 本文所讨论的聚乙烯塑料管材 (见图1) 是由高密度聚乙烯材料经过挤塑工艺制造而成, 现在广泛用作输水输气管道。

聚乙烯管材在工程应用之前, 按照国家及省市建设行政主管部门的要求, 需抽样并送到有检测资质的检验机构进行复检, 经检验合格后方可投入使用。目前, 我国检验给水用聚乙烯管材的依据是产品标准GB/T13663-2000《给水用聚乙烯 (PE) 管材》, 断裂伸长率是产品标准中一项重要的技术指标, 指管材的哑铃试件在拉伸试验过程中, 拉断时有效标线部分长度增加量与初始有效标线部分长度的百分比, 它是衡量管材韧性 (弹性) 的指标。

1 问题的提出

在产品标准GB/T13663-2000中规定, 断裂伸长率的检验引用的是方法标准GB/T8804.2-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定 (第二部分) :硬聚氯乙烯 (PVC-U) 、氯化聚氯乙烯 (PVC-C) 和高抗冲聚氯乙烯 (PVC-HI) 管材》, 该方法标准的适用范围是各种用途的硬聚氯乙烯 (PVC-U) 、氯化聚氯乙烯 (PVC-C) 和高抗冲聚氯乙烯 (PVC-HI) 管材, 笔者认为产品标准引用的方法标准的正确性有待商榷, 而另外一项方法标准GB/T8804.3-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定 (第三部分) :聚烯烃管材》的适用范围是各种用途的聚烯烃, 笔者认为引用此标准更合适。

影响断裂伸长率检验结果的因素有很多, 除了材料本身的质量之外, 在检验的环节中, 制样方法、状态调节温度、加载的速率都会影响到检验的最终结果。本文将讨论制样方法的不同对检测结果的影响。哑铃试样的制样方法有两种, 冲裁制样和机械加工制样, 在方法标准GB/T8804.1-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定 (第1部分) :试验方法总则》中对两种制样方法做了要求, 要求冲裁制样的裁刀除应满足试样要求的外形外, 还要求裁刀没有刻痕, 刀口干净。对机械加工制样的要求是需采用铣削, 铣削时应尽量避免试件发热, 避免出现如裂痕、刮伤及其他使试样表面品质降低的可见缺陷。GB/T8804.2和GB/T8804.3中规定, 试样在壁厚不大于12 mm时两种制样方法均可, 在壁厚大于12 mm时, 要求采用机械制样。那么, 在检验壁厚不大于12 mm的聚乙烯管材时, 究竟应该选择冲裁制样还是机械加工制样呢?

2 试验及问题的分析

笔者从三个批次公称直径为63 mm、公称壁厚为3.6mm的聚乙烯管材中各抽取了一根管材做对比试验, 在同一根管材上分别用机械制样和冲裁制样制取试样, 其他的状态调节和加荷速率均一致。冲裁刀具和机械制样机分别见图2~3。

冲裁刀具为新购置的刀具, 外形尺寸和外观质量满足规范要求。机械制样机采用国内塑料管材哑铃制样的通用制样机。在制样过程中, 按照标准要求, 所制得的试样无肉眼可见缺陷。经万能试验机进行断裂伸长率试验后, 其试验结果见表1。

根据聚乙烯的产品标准要求, 断裂伸长率的要求是不小于350%, 从上表可以看出, 在三组试验中, 采用机械制样的方法中, 只有第3组的结果和冲裁制样的结果接近, 其余的两组的数据偏差很大。第1组出现2个异常值, 第2组的3个值均为异常值, 为此, 按照标准要求, 对出现异常值的试件取双倍的试样补做了试验, 试验结果见表2。

从表2看出, 虽然经过再次的双倍取样补做试验, 但是仍然存在异常值的现象。仔细观察和分析断裂处的情形, 笔者发现, 试件在拉伸过程中, 断裂处发生脆性变形从而使试件快速的断裂。机械加工后的试件, 表面光滑, 无肉眼可见的缺陷, 并不代表试件无结构性的缺陷 (如:裂纹, 杂质, 空洞、气泡和表面划痕) , 尤其是表面的划痕, 在用靠模在铣削刀上铣削时, 虽然试件的表面看似很光滑, 但是无可避免的会形成一些细小的划痕, 从而使试件表面呈现极其细微的凹凸面, 在外力拉伸作用下, 凹面产生的局部应力集中导致试件过早产生塑性变形并发展为脆性断裂, 从而影响了试件断裂伸长率的最终结果。

3 总结

1) 聚乙烯管材的产品标准中引用的方法标准, 笔者建议修订为GB/T8804.3。

2) 通过上述的比对试验和后期检验工作中的数据表明, 在壁厚不大于12 mm的聚乙烯管材中, 应优先选用冲裁制样方法。在实验室之间的比对和仲裁试验中, 冲裁制样的检验结果具有更好的可比性。

3) 壁厚大于12 mm的管材, 规范要求使用机械制样方法, 笔者认为, 厚度的增加使试件在铣削时更不利于热量的散失, 对试件的表面缺陷影响更大。要是能够对裁刀进行改进, 提高裁刀刀口刚度, 使之在厚度达到12 mm的情况下也可以采用冲裁方法一次性制样, 将减少检测结果的误差并减少反复双倍复测的费时费力现象。

4) 国家标准的颁布实施面对全国范围, 不同地区有不同的具体情况, 标准有时候并未把所有情况都考虑在内, 在日常工作中, 在标准未作出具体规定的地方 (如制样方法的选取) , 在保证检验数据的真实、科学、有效的情况下, 应根据具体情况选择更科学的方式, 对此编制该检验工作相关的作业指导书, 从而规范和提高我们的工作质量。

参考文献

[1]GB/T8804.1-2003热塑性塑料管材拉伸性能测定 (第一部分) :试验方法总则[S].

[2]GB/T8804.2-2003热塑性塑料管材拉伸性能测定 (第二部分) :硬聚氯乙烯 (PVC-U) 、氯化聚氯乙烯 (PVC-C) 和高抗冲聚氯乙烯 (PVC-HI) 管材[S].

[3]GB/T8804.3-2003热塑性塑料管材拉伸性能测定第三部分聚烯烃管材[S].

管材与管材检测方法论文 篇6

众所周知, 聚氯乙烯 (PVC) 管材一直是我国应用量最大的塑料管材, 目前已经普及到建筑给水、建筑排水、埋地给水、埋地排水、电工套管、工业和农业用管等各个领域。

传统的PVC-U管材虽然具有高模量、高强度且价格较低等优点, 但由于材料本身的性能缺陷曾出现了一系列的工程事故。

一方面, 不规范的搬运与施工导致给水用PVC-U管材在工程试水、管网运行过程中出现低应力、短期开裂漏水现象。

另一方面, 由于PVC-U管材刚而不韧, 抗冲击和抗开裂性能差, 在受到外界大力冲击时就容易发生脆裂破坏。

因此, 保持PVC-U管材原有的高强度、高模量的优良性能, 改善其韧性不足的缺点, 提高其抗冲性和抗开裂性, 就成了突破PVC-U管材局限性的关键。

高抗冲改性PVC-M管材的开发和应用为PVC管材产品注入了更强的生命力与竞争力。通过加入适当品种和分量的改性剂以及采用适当的加工工艺, 可以使得改性后的PVC韧性有较大的提高, 极大地降低了脆性开裂的可能性, 通常应用的改性剂是氯化聚乙烯 (CPE) 或者聚丙烯酸酯类 (acrylics) 。改性剂在PVC的母体内起橡胶一样的作用, 使材料有良好的韧性, 从而提高管材的韧度和减少对于切口的敏感性。其原理是适度的降低材料的屈服强度, 使得在可能引发开裂的危险点出现韧性变形, 避免裂纹引发和增长。结果是有较高的安全性, 同时由于韧性的提高可以采用更低的设计系数达到节材之目的, 这种改性的管材通常称为PVC-M。这种方式目前在全世界范围内被广泛采用。

2 PVC-M管材与PVC-U管材性能对比

以给水用抗冲改性聚氯乙烯 (PVC-M) 管材 (执行标准:CJ/T272-2008《给水用抗冲改性聚氯乙烯 (PVC-M) 管材及管件》) 和给水用聚氯乙烯 (PVC-U) 管材 (执行标准:GB/T10002.1-2006《给水用聚氯乙烯 (PVC-U) 管材》) 为例进行对比分析, 见表1。

从表1可以看出, PVC-M管材除具有PVC-U管材物理机械性能好、耐化学性能高、使用寿命长等优点外, 还具有以下优异特性。

2.1 优异的韧性和抗冲击性能

PVC-M在保持普通PVC-U管材的强度的同时, 提高了管材的柔韧性。良好的韧性提高了管材的抗冲击性能, 能有效抵抗安装和运输过程对管材的外力冲击, 提高了管材抗外力破坏能力。

以dn160mm管材为例, 在0℃下的落锤冲击试验, PVC-U管材和PVC-M的冲击锤头半径均为12.5mm, 冲击高度均为2m, 但PVC-M的冲锤质量为8kg, PVC-U管材的冲锤质量H级为3.2kg、M级仅为2kg。显然, PVC-M承受的冲击能量远远高于PVC-U管材, 说明PVC-M的韧性远高于普通PVC-U管材。

PVC-M管材22℃、20m快速冲击试验更具说服力。标准要求在22℃下进行试验, 落锤质量为10～30kg (以dn160mm管材为例, 冲锤质量达15kg) , 冲击高度为20m, 标准要求试验后所有试样不发生脆性破坏为合格, 而PVC-U管材则没有这项要求。经过系统的对比测试发现:PVC-M管材受冲击后均为韧性破坏, 在管材外壁上冲出一个小坑, 管材本体并未受到损害;但在同样条件下做试验, PVC-U管材受冲击后则发生碎裂 (脆性破坏) 。

2.2 优异的抗开裂性能和耐点载荷的能力

与PVC-U管材相比, PVC-M管材的抗开裂性能和耐点载荷的能力显著提高, 能更有效地防止刻痕效应和快速裂纹扩展效应的产生。如果不慎在管材表面造成划伤、划痕也不会对管材的使用造成影响。为检验PVC-M的抗应力开裂性能, 标准专门规定了切口管材液压试验项目。

切口管材液压试验是为了判定管材表面受到损伤后材料对缺口的敏感程度。首先要在管材表面加工切口, 切口深度为管材壁厚的10%, 然后以切口处剩余厚度计算试验压力并按此压力进行试验, 试验结果以管材无破裂、无渗漏为合格。此项试验与流体输送用PE管材要求进行的耐慢速裂纹增长 (切口试验) (GB/T18476-2001) 原理基本一致, PVC-U管材则不要求做此试验。

切口管材液压试验结果表明:PVC-M管材抗应力开裂能力、抗裂纹增长能力和抗点载荷能力都很强。由于PVC-M管材对切口的敏感性降低, 消除了安全隐患, 从而保障了管线长期、安全、可靠地运行。

3 PVC-M管材的经济效益和社会效益

PVC-U管材虽然本身强度高, 但由于抗冲击性能差, 只能以牺牲强度、增加厚度来保证安全, 没有充分发挥PVC材料高强度的优势, 造成了PVC材料的浪费。

而PVC-M管材, 通过加入抗冲改性剂提高了韧性, 增强了PVC-M材料应用的安全性, 因此可以通过降低管道的设计系数即C值, 采用较高的设计应力, 从而达到减小壁厚, 节约材料的目的, 同时也充分发挥了PVC材料的强度优势。

从表2和表3比较中可以看出, 在同等公称压力下, PVC-M管材的壁厚比PVC-U管材的壁厚明显减薄, 一般可减少现PVC-U管材的25%左右, 不仅降低了成本, 而且加大了流通截面, 增加了流量, 给千千万万的用户和企业带来了更多的经济实惠, 具有显著的经济效益和社会效益。

4 结论

PVC-M管材是一种节能型、高抗冲、卫生级的给水管材, 它克服了PVC-U管材易破裂、韧性差的问题, 能有效地抵抗点载荷和地基不均匀沉降, 可以有效降低对施工环境的苛刻要求, 提高了管材的抗地震性能与抗风险能力, 延长了使用寿命;它克服了PVC-U管材在装卸、运输过程中易受磨损、刻痕、暗伤从而导致压力下降的弊端, 可以有效抵抗外力冲击, 提高运输可靠性和安全性。

mm

注:公称壁厚 (en) 根据最小要求强度 (MRS) 24.5MPa、设计应力 (σs) 16MPa确定。

mm

注:公称壁厚 (en) 根据设计应力 (σs) 12.5MPa确定。

PVC-M管材已被列入《中国塑料制品业“十二五”规划》推广应用的新材料类管道系统, 不仅可以全面取代给水用PVC-U管材的应用市场, 而且还可以推广到矿用管道、工业管道以及非开挖敷设管道等其他领域, 市场前景十分广阔。

PVC-M管材在国外和我国东部发达省份已有广泛应用, 但在甘肃应用较少, 希望甘肃工程建设管理机构、设计部门、施工单位及质检部门联合起来, 大力推广应用PVC-M管材, 为甘肃在“十二五”期间的跨越式发展做出贡献。

参考文献

[1]CJ/T272-2008, 给水用抗冲改性聚氯乙烯 (PVC-M) 管材及管件[S].北京:中国标准出版社2, 008.

管材三维仿真成形分析与研究 篇7

弯曲加工是金属加工成形中的一个较典型的加工方式。复杂空间管材成形, 对于其加工精度尺寸、强度、变形要求很高, 故对模具、管材的材质等要求精度很高, 所以必须对管材弯曲过程进行成形模拟, 对管材在弯曲过程中的仿真模拟, 对于模具设计、弯管数据的修正, 管材的材质、直径、壁厚的选取, 以及加工中管材的弯裂、管壁起皱等现象的控制, 获得科学的理论依据, 提高经济效益。

中心利用一台数控弯管机, 主要用于研制摩托车的车架。通过对车架工程图的分析、消化形成车架几根主要管件成形的数据, 应用自主开发的仿真软件, 较好地解决了较复杂空间成形管件的一次成形。

二、模型描述

1、几何尺寸

绘制的几何尺寸是根据实际加工的零件图和模具图得到的。所取管材尺寸为:管外径、管壁厚、管长。弯管机模具尺寸:夹头长度、压力模宽度、夹紧模宽度、弯模半径。

2、单元类型

由于该管子的长度与直径相比相差较大, 属于薄壁管材, 所以采用8节点三维固体等参元进行分析计算, 每个单元设定2×2×2=8个高斯积分点。通过对20节点和8节点等参元进行的分析计算, 发现节点取得越多和积分阶数取得越高对分析计算反而代来了较大的误差。8节点等参元计算结果的效果较好。

3、网格划分

划分为504个单元, 节点数为1032。通过自动分网程序, 输入外径、壁厚、长度、单元类型、分析类型, 自动分网产生数据和有限元模型。

4、边界条件

取坐标系原点位于管子夹头的端部中心。管子夹头部取固定约束, 在与压力模和弯曲模靠近部位保留X方向自由度, 约束Z, Y方向自由度。管子被夹紧模夹持的部分施加载荷, 沿Y轴的负方向垂直作用于管子的表面。

5、材料性质

牌号、杨氏模量、泊桑比、屈服应力、塑性模量

三、工况分析

通过仿真程序分析, 得出的最大位移和最大应力强度表。最大应力强度发生在管子与弯曲模接触处, 即产生最大弯曲变形处。最大位移位于管子的端头, 其变形最大。

四、仿真分析

管子在弯曲过程中只有与弯曲模接触部分是高应力区, 而离开弯曲模越远, 应力就越小。在压力模与夹头之间应力值几乎为零。

沿管子背部剖切展开, 形成展开图的主应力等值线图。由图可知, 弯曲变形的外侧基本受拉应力作用, 而内侧则有拉应力和压应力交替出现的现象。

由展开图可以发现, 在与弯模接触部位 (管内侧) 出现了应力的波峰—波谷分布, 即拉、压应力交替出现。证明了在弯曲加工中, 当某些外部条件未达到满足时, 管子的内侧很容易出现起皱的现象。

通过对应力强度分析, 得出了在弯曲变形部分的应力强度数值较高。计算分析后, 发现管子的最大应力强度未超过材料的强度极限, 故其弯曲工艺过程是合理的。

五、弯管弯曲成形的缺陷分析与对策

建立三维模型, 进行相关的计算和分析与仿真, 模拟了常见的弯管缺陷如:管材弯曲外侧易过度变薄, 甚至导致开裂;管材弯曲内侧易发生失稳起皱;管材截面易产生畸变。

1、弯管缺陷产生的原因

弯管过程中, 合力使圆弧处的截面趋向椭圆形, 弯曲半径越小, 合力就越大, 变扁的趋向就越明显。如果安装模具时不注意, 弯管模和压紧模型面出现错位, 弯管圆弧处也将变扁。

当弯管半径较小时, 由于压紧模的阻力作用将使圆弧外侧的拉应力增大, 同时中性层内移, 管件的圆弧外侧就会减薄压紧力越大, 阻力也越大, 减薄量越明显。

弯管过程中圆弧外侧出现裂纹或断裂, 其原因可能是多方面的, 与管材的材料、压紧模的压力等有关。常见的圆弧内侧起皱主要是压紧模的压力过小, 不能使管子在弯曲过程中很好的与弯管模结合, 管内侧受压应力的作用后有失稳起皱的空间。

2、防止产生弯管缺陷的对策

通过计算分析与成形仿真的模拟, 分析出其变形的趋势和应力应变的分布, 得出一些有针对性的处理措施。

对于外侧变扁的管件, 可将压紧模设计成具有反变形槽的结构形式, 以减轻弯曲时的变扁程度。

克服减薄量过大的情况, 常见的有效方法是使用侧面带有助推器和尾部带有顶推装置的弯管机。

对于管子弯裂和起皱的情况, 应首先保证管材具有良好的热处理状态, 排除管材的因素后再检查压紧模的压力是否太大, 并调整使其压力适当。

六、结论

通过仿真计算与分析, 了解了管子的变形、应力分布等情况, 而且得出了具体的位移、应力的数值解及分布图, 解释了在弯曲过程中的产生的一些现象。由于该程序具有较好的通用性, 故可以计算多种管材在改变几何尺寸、材质等情况下的变形、受力情况, 较好模拟弯管中出现缺陷的情况, 对于弯管成型加工带来了较高的经济效益。

摘要：本文以管材复杂空间成形的工程问题为背景, 通过自己开发的软件实现了管材弯曲成形过程的仿真, 解决了弯曲模具和弯管过程中的一些难题。

关键词：管材成形,仿真软件,研究

参考文献

[1]张汝清、詹先义:《非线性有限元分析》, 重庆大学出版社, 1990年。

[2]汪凌云、刘静安:《计算金属成形力学及应用》, 重庆大学出版社, 1991年。

[3]李建中、岑章志、徐秉业:《轴对称壳体弹塑性屈曲的有限元分析》, 《清华大学学报》 (自然科学版) , 1999, 39 (2) :82-85.