???? 由成型及焊接過程造成的殘余應(yīng)力對焊接鋼管的質(zhì)量及服役可靠性有重要影響，降低焊接鋼管的承壓能力，易造成焊接鋼管的耐腐蝕能力降低，使焊接鋼管產(chǎn)生疲勞破壞，所以降低殘余應(yīng)力水平、改善焊接鋼管的殲余應(yīng)力分布是非常有意義的。對焊接鋼管殘余應(yīng)力的研究方法、研究成果進(jìn)行了綜述。
焊接鋼管制造一般要經(jīng)過拆卷、矯直、修邊、成型、焊接等主要工序以及探傷、平頭、試壓等一系列輔助工序。
??? 焊接鋼管內(nèi)部存在有塑性變形，成型過程和焊接過程施加在板料上的應(yīng)力在成型后難以全部釋放，所以各類型焊接鋼管中都不可避免的存在殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在對焊接鋼管的疲勞、腐蝕、穩(wěn)定性、承壓能力都有影響，研究焊接鋼管的殘余應(yīng)力對提高焊接鋼管的制造質(zhì)量、保證管道的運(yùn)行可靠性是十分必要的。
殘余應(yīng)力的測量技術(shù)研究始于二十世紀(jì)三十年代，發(fā)展至今已形成多種測量方法，概括起來可大致分為兩類：（1）機(jī)械測量方法，包括盲孔法，切環(huán)法，切塊法等（2）物理測量方法，包括X射線法，磁測法，超聲波法等。另外，數(shù)值模擬方法（主要包括有限元法、有限條法）在焊接鋼管的成型及殘余應(yīng)力研究方法也起到了非常重要的作用。在過去的十幾年中人們對焊接鋼管殘余應(yīng)力及其測量方法進(jìn)行了很多的研究。研究結(jié)果顯示UOE焊接鋼管的殘余應(yīng)力較低，JCOE焊接鋼管次之，HSAW 焊接鋼管的殘余應(yīng)力水平高、分布復(fù)雜。其成型方式、成型焊接、水壓試驗(yàn)、擴(kuò)徑等對焊接鋼管的殘余應(yīng)力有重要的影響。
1 殘余應(yīng)力測量技術(shù)
??? X射線衍射法是應(yīng)用最廣泛的無損應(yīng)力測試方法，其原理是應(yīng)力使得材料的晶格常數(shù)發(fā)生變化，通過對其變化量的測量即可得到殘余應(yīng)力。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不會對構(gòu)件造成破壞，但測試深度僅有30-40微米，而且受表面狀態(tài)的影響非常大。
應(yīng)力可以改變超聲波的波速，所以通過測量入射超聲波的波速可以計(jì)算殘余應(yīng)力。該方法不僅是一種無損測量方法，而且超聲波可以進(jìn)行三維的測量，測量深度可達(dá)到整個厚度。然而影響超聲波測量殘余應(yīng)力也受到表面狀態(tài)的很大影響。近年來U.S Department of Energy 的國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室在此方面做了很多工作，開發(fā)了新的測裝置。
??? 利用磁致伸縮效應(yīng)也可以測量殘余應(yīng)力，稱為磁測法，無損而且測量深度可達(dá)到數(shù)毫米，無輻射，測量速度高。僅適用于鐵磁材料，而且測量后會給結(jié)構(gòu)造成余磁。英國開發(fā)了可以進(jìn)行管線的在線測量的磁測裝置。
中子衍射法測量殘余應(yīng)力是通過測量樣品衍射峰位置的移動，計(jì)算材料中沿某一方向的晶面間距相對于應(yīng)力狀態(tài)的變化，得到應(yīng)變，進(jìn)面轉(zhuǎn)換成應(yīng)力。HAYASHI 等人利用中子衍射、X射線、應(yīng)變片法測量了碳鋼焊接鋼管的殘余應(yīng)力，根據(jù)測量結(jié)果指出中子衍射法是測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的最有效的方法。
??? 盲孔法是通過鉆削直徑2mm左右的小孔，使得小孔周圍的應(yīng)變釋放，利用應(yīng)變片記錄應(yīng)變，根據(jù)該應(yīng)變計(jì)算殘余應(yīng)力。盲孔法對構(gòu)件的破壞性小，而且方便在現(xiàn)場進(jìn)行殘余應(yīng)力的測量，測得殘余應(yīng)力為所去除材料的平均應(yīng)力，測量的嘗試范圍約幾個毫米。在此基礎(chǔ)上人們?yōu)榱藴y量更深位置的殘余應(yīng)力開發(fā)了深孔，階梯孔等測試技術(shù)。盲孔法的理論基礎(chǔ)扎實(shí)，在除焊接鋼管外的其它領(lǐng)域也得了廣泛的應(yīng)用。
??? 切塊法在焊接鋼管殘余應(yīng)力測試中通過從焊接鋼管上切下的塊所釋放的應(yīng)變計(jì)算殘余應(yīng)力。切塊法測量時切塊的尺寸不能太大，否則焊接鋼管內(nèi)的殘余應(yīng)力不能全部釋放，而是在切塊內(nèi)部產(chǎn)生了重新的平衡，切割過程采用應(yīng)變片跟蹤計(jì)量釋放的應(yīng)變，切割時應(yīng)采用冷切割的方法，以免切割過程對所測應(yīng)變產(chǎn)生影響。