机械复合管复合过程动态检测方法研究

摘要：对复合管液压扩径过程中基体钢管的动态控制方法进行了研究，在复合管基体钢管外径上贴应变片，通过观察应变值实时检测基体钢管状态，通过把试验实测值和理论计算应变值进行对比，认为实测值和理论计算值之间的偏差在可接受范围内，即可以用实测的应变值来实时监控和反应复合管基体钢管的实时状态。

关键词：液压扩径、复合管、应变片、应变值

【分类号】：TB333

现代化工艺的发展，不但要求高强度，而且还要求耐腐蚀性及耐高温良好的金属材料，双金属复合管材料正是为了满足上述要求而诞生；与单一金属材料相比，复合管具有优质、低耗、使用寿命长、价格低等显著特点，已成为很多条件下当代管道输送的首选。双金属复合管主要靠基管的弹性收缩箍紧衬管来保证基体钢管和内衬钢管紧密贴合在一起，在液压扩径过程中在增压过程中怎样保证基体钢管始终处于弹性变形状态是一个很关键的问题，即通过何种技术手段实时检测基管钢管的变形是复合管生产厂家迫切需要解决的问题。

本文以复合管液压成形为例，找出一种能实时检测复合管扩径过程中基管变形变化量的方法，便于生产厂家能实时控制复合管的变形。

液压成形生产复合管的原理为： 将两管套装在一起，对内层管加压， 随着管内压力升高， 内层管由弹性变形进入塑性变形状态， 且两管紧密贴合在一起，当内管压力卸除后， 如外层管弹性回复大于内层管的弹性回复， 则内外管紧密贴合而成复合管。与其他方法相比， 这种工艺在产品质量和生产效率方面有较大的优势（扩径压力均匀、压力可控、残余应力小等优点）。

一、试验过程

1.1试验设备

液压扩径机、复合管（规格：168.3×（11+2），材质：X52+316L，长度：12米）动态应变仪、应变片等。

1.2试验过程

把复合管装配在液压扩径机上，按照图1所示，在1点和2点贴上应变片（1点距离密封管端0.5米，2点位于复合管中间），水压值先打压到40MPa，保压≥20S，后以2MPa为一个阶梯升高压力直至50MPa，记录每次应变变化值，与理论计算值进行对比。

图1

二、应变参数记录

不同压力下，实测应变值见表1。

表1 水压值和应力值对应关系

三、厚壁圆筒应变―应力分析

图2厚壁圆筒中的应力

周向应力

上述公式是应用于单层厚壁圆筒，由于复合管是双层金属（168.3×（11+2）

，基管是碳钢管（E=206×109，v=0.3），衬管是不锈钢管316L（E=193×109，v=0.3），所以我们把复合管作为厚壁圆筒（168.3×13）计算：

其中P0=0， P1=外压值，Ri=71.15，RO=84.15，K= RO/ Ri=1.18

E：弹性模量；v：泊松比；Kt=R0/r，由于测基管外表面处应变，此处r=R，所以Kt=1

由上述拉美公式得：

由于复合过程中基管轴向处于自由伸缩状态，增压过程中基管仅周向处于受力状态，轴向不受任何力，所以轴向应变σz为零。

表2 计算应变值和实测值关系

四、试验结果分析

⑴ 从图2应变趋势变化可以得出，两点的应变变化相同，即水压扩径过程中，各点应变变化相同；

⑵ 从图2和表1中可以看到，基管应变值随着扩径压力的增大而增大，每个水压值对应的应变范围能明显看出来，水压值越大，基管受膨胀越大，因而产生的应变值越大。不同压力值对应的应变值见表1；

⑶ 在相同压力下，计算应变值和实测应变值的偏差的绝对值范围在34-49之间，若把外界的影响因素如外界源的振动、外界温度的影响及管子椭圆度的影响，此偏差值可以认为在正常范围内波动，即实测应变值和计算应变值变化规律基本相同，应变法能准确反映水压过程中基管应变变化。

五、结论

⑴ 水压扩径过程中，外层基管外表面各点变化相同；

⑵ 水压扩径过程中，实测应变值和理论应变值的偏差在允许范围内；

⑶ 在外层基体钢管在弹性变化范围内，扩径压力越大，外层基管表面应变值越大；

⑷ 在水压扩径过程中，可以用应变值来反应外层基体钢管的实时状态。

参考资料

[1] 陈海、曹志锡.双金属复合管塑性成形技术的应用及发展，化工设备与管道，2006年.

[2] 王学生等. 复合管液压成形装置及残余接触压力预测[ J ]. 中国机械工程， 2004年.

[3] 夏祁寒. 应变片测试原理及在实际工程中的应用.《山西建筑》 2008年28期

[4]胡益良.几种常用应变测试方法的比较.山西建筑；2010年18期