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1 应力应变和沮度分析将上述建立的有限元分析模必和设定的边界条件分别在 Marc 软件设定．获得了竺厚 17mm 的钢管轧制时的变形情况。图 2 为钢管在第 1o 机架变形区的等效应变、等效应力和沮度分布图。从图中可知．钢管产生的等效应变、等效应力以及轧制过程中的沮度分布并不均匀。在轧辊约束下．钢管外表面产生的变形小于内表面变形；辊缝处的等效应力小于辊底处的等效应力。从钢管的退度分布云图可以看出．钢管的外表面由于与处于较低沮度的轧辊的接触．沮度迅速下降较多；钢管中间部分的沮度升高，但幅度不大．主要是由于钢管变形．部分变形功转换为热债；钢管内表面沮度墓本不变．说明内表面通过对流和热辐射一与外界进行的能徽交换较少。
2 成品钢管的周向壁厚分析本文在进行钢管张力减径的有限元计算过程中发现．划分的有限单元网格产生崎变．单元节点与其径向位！偏离较大．由此会导致在 Marr 自带的后处理模块中计算成品钢管峨厚时会产生较大的误差。因此，本文将有限元计算获得的结果文件导入到 CAD 软件中进行壁厚侧．，能充分保证侧盆的准确性。钢管周向璧尽按图 3 所示位 t 进行侧盆。图 4 为本文经过计算获得的不同壁厚的钢愉减径后的璧厚沿周向分布图。可以粉出变形后的成品
钢管的壁厚并不一致．且都出现了内多边形现象．壁厚越小。出现的内多边形现象越严欢。分析产生内多边形的原因主要有如下 3 点： ( 1 ）轧辊孔型的椭阂形状导致张力减径过程中金属沿孔型圆周方向的压下峨出现趋异．辊底处的压下反较大而辊缝处压下盆较小；同时，辊底的金属和辊缝的金属变形时的流动方式不一样，辊底金属向内侧流动，而辊缝金属向外侧流动。 ( 2 ）轧辊运动时，其横截面上不同位，的线速度导致了钢管表面的牵擦力分布不均。图 5 给出了变形过程中钢管表面的雌徐力分布云图．从图中可以粉出，由于钢管的线速度小于辊缝处的线速度．而大于辊底处的线速度，由此造成了康擦力方向在辊缝位且与轧制方向相同，而在辊底位置雌擦力与轧制方向相反．并在辊缝处形成了轴向压应力 M ，而在辊底处形成轴向拉应力，并且越帐近辊缝和辊底位， . 康擦引起的附加应力越大。
厚壁无缝钢管一般是指外径（D)与壁厚（S)之比（D/S)小于20的无缝钢管，其中外径与壁厚之比（D/S)小于10的又称为超厚壁无缝钢管。
厚壁尤缝钢管常用于火（核）电、船舶、化工及石油等行业中高温高压流体的输送，工作状态下需承受内部流体较高的压力和温度，故其质量和性能要求较A。其钢种主要有优质碳紊结构钢、合金结构钢、不锈钢和特种合金等。
目前，世界上生产超厚壁无缝钢管采取的生产工艺主要有皮尔格轧制法、自由锻造法、穿孔拉拔法及热挤压法等。其中，热挤压法。近年来受到闰内、外齊遍关注，它是将金属坯料加热至再结晶温度以上，利用挤压机的压力，由挤压动校对金属坯料加以挤压，使坯料在三向压应力作用下从挤压模口流出，从而获得所需
要挤;玉件的一种塑性成形方法。根据挤压设备与挤压方向的不同，热挤压法又可分为卧式挤压法和垂直挤压法。与其他工艺相比，垂直挤压法具有产品规格范围广、材料利用率高、产品质跫好和制造周期短等一系列优点。针时厚壁无缝钢管的特．饭，时热挤压法制造无缝钢管中的垂直挤压工艺进行研究。介绍了厚壁无缝钢管热挤压的工艺流程，并重点分析模具结构和润清条件热挤压工艺过程中的两大重要因素。终提出了多角度挤压入模角的模具结构及模具一坯料复合润滑方案，在降低挤压力的同时获得了表面质童较高、综合力学性能较好的厚壁无缝钢管。
我国自行设计制造的、完全拥有自主知识产权的超高压厚壁无缝钢管垂直挤压机在北方重工集团研制成功。
厚壁无缝钢管的生产,不但满足 在电站建设上对厚壁无缝钢管的急需,节约大量外汇,而且打破了发达 的技术封锁。
超高压厚壁无缝钢管垂直挤压机为1.5万吨压力的厚壁无缝管坯生产设备,它是为3.6万吨大型垂直挤压装备配套的前一道生产工序装备,专门生产厚壁无缝管毛坯,是整套垂直挤压生产线的关键设备。它的工艺技术、制造生产过程复杂,技术难度大。
北方重工集团工程技术人员与清华大学专家教授联合攻关,创造了大吨位设备吊装安装、超高压直供泵调试、整个液压系统信号与设备本身联动、油位控制系统多项世界 ．
在钢管超声波探伤中通常称壁径比 t/D∧0.2 的钢管为超厚壁钢管。 对此种钢管的探伤， 若采用常规的横波反射法已无法探测其纵向内壁缺陷， 需采用特殊的方法检测。 曾发生过未经探伤的超厚壁钻铤管在使用过程中发现有大量纵向内壁缺陷，导致项目工期延误， 造成巨大经济损失的情况。 因此，亟待研究出一种探测超厚壁钢管纵向内壁缺陷的方法。 本研究通过对超厚壁钢管超声波探伤纵向内壁缺陷的大量试验和分析， 利用变型横波探测其纵向内壁缺陷， 使得钢管壁厚的检测范围增大， 经实际验证取得了很好效果。
1 钢管横波反射法探伤原理
钢管横波反射法探伤是超声波倾斜入射到钢管表面时， 在有机玻璃和钢管的界面上产生折射和波型转换， 且折射波与入射波的方向关系符合斯奈尔定律， 当入射角 α 选择在 临界角 αⅠ和第二临界角 αⅡ之间时， 钢管中只产生单一横波， 从而实现钢管内外壁缺陷的同时探测。 其入射角的选择必须满足以下 2 个条件： ①声束入射后在钢管中仅产生折射横波； ②折射横波声束能扫查到钢管内壁。2 超厚壁钢管的探伤方法
分析超声波倾斜入射时的反射、 折射和波型转换现象可知， 当入射角小于 αⅠ时， 钢管中的超声波为折射纵波和折射横波同时存在， 折射纵波在钢管外壁上发生波型转换， 产生反射横波（即变型横波）投射到钢管内壁上， 以此来检测超厚壁钢管的内壁缺陷（通过改变探头的入射角可以使变型横波与钢管内壁相切或相交）。由超声波斜入射至有机玻璃/钢界面的声压往复透射率（图 2）可知， 当入射角 α 小于 临界角（27.6°）时， 入射波转换为折射横波的声压往复透射率 TLS 很低， 不足 10%， 即透射到钢管中的折射横波强度很弱， 探测超厚壁钢管内壁缺陷效果极差； 而入射波转换为折射纵波的声压往复透射率TLL 较高， 约 25%［1］， 这说明在折射过程中大部分能量存在于折射纵波中， 折射纵波在管壁反射后产生的变型横波也具有较高的能量［2］， 所以对内壁缺陷的探伤灵敏度明显高于折射横波。 用变型横波斜射法检测超厚壁钢管内壁缺陷是一种较为理想的方法， 这在实践中已得到充分证明。
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确定探伤覆盖面
探头与标准试样确定后， 首先调整 探 伤 灵 敏度， 其次确定探伤钢管的覆盖率， 必须保证对钢管圆 周 110%的 全 扫 查， 才 能 对 批 量 的 钢 管 进 行 检测。 由于钢管壁厚较厚， 超声波在钢管内传播时衰减增大， 且锯齿形传播时的跨距较大， 导致钢管圆周方向的锯齿漏点面大。 为了保证超声波对钢管内缺陷 110%的扫查， 探伤时探头沿钢管圆周方向移
动的范围也应相应增大， 且要根据钢管外径的大小把整个圆周分为几个探测面。 根据经验一般至少要探 3 个圆周面， 从而保证整支钢管整个圆周上的纵向缺陷被全部探测到。 实际检测时， 每一次扫查前， 应在管端 1/3 圆周处做好标识， 每次扫查范围为钢管的 1/3 圆周， 且每次扫查应有 10%的覆盖面。
应用效果
在实际探伤 Ф121 mm×36 mm 规格 45MnCrMo钢钻铤管时， 纵向内壁缺陷废品率较高， 对其取样进行理化检验分析， 结果为夹杂缺陷超标， 证实了此探伤方法的有效性。 同时， 缺陷分析结果也为改进生产工艺提供了理论依据， 通过在生产中采取有效措施， 避免了批量废品的产生。 近内壁 B 粗类夹杂物放大 100 倍后的局部形貌。（1） 对于 t/D∧0.2 的超厚壁钢管， 采用变型横波斜射法能够很好地检测钢管中的纵向内壁缺陷。可用折射横波检测内壁的方法设计探头入射角， 但要清楚超声波在超厚壁钢管内的传播路径， 关键在于波形辨认， 以便对内外壁缺陷做出准确判断。
（2） 由于横波波束在钢管内传播时的锯齿漏点较大， 为了避免漏检， 探伤时应在整个圆周面上进行多次扫查。
（3） 实践证明， 采用变型横波斜射法检测超厚壁钢管纵向内壁缺陷的效果很好， 仪器调整方便，操作简单， 缺陷波重复性和稳定性好， 且无明显杂波影响， 能够满足现场探伤需要。
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