Ｖ０１．５５ Ｎｏ．３ 工程与试验ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＴＥＳＴ Ｓｅｐ．２０１５ 极薄壁无缝钢管拉伸力学性能试验及影响因素浅析 廖震宇 ，黄乃宁 ，董淑萍 ，宋林红 ，张秀华 ，张文良 ，关长江 ，韩新博 （１．沈阳仪表科学研究院有限公司，辽宁沈阳１１００４３； ２．北方通用动力集团有限公司，山西大同０３７０３６） 摘要：极薄壁无缝钢管（直径／厚度≥１００）广泛地应用于各类阀门等精密仪器中。极薄壁管拉伸力学性能试验是 判定材料性能指标的重要方法之一。通过对极薄壁无缝钢管进行拉伸力学性能试验，研究、分析试验方法，从中发 现影响试验结果的各项因素，正确认识并避免这些影响因素的发生，更好地结合相关标准进行极薄壁无缝钢管的 拉伸性能试验，可以提高试验的有效性。 关键词：极薄壁无缝钢管；拉伸试验；性能指标；影响因素 中图分类号：ＴＧＩ１５．５ ２ 文献标识码：Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—３４０７．２０１５．０３．０ｌ１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｔｈｉｎｎｅｓｔ－ｗａｌｌ Ｓｅａｍｌｅｓｓ Ｐｉｐｅ ａｎｄ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒｓ Ｌｉａｏ Ｚｈｅｎｙｕ ，Ｈｕａｎｇ Ｎａｉｎｉｎｇ ，Ｄｏｎｇ Ｓｈｕｐｉｎｇ ，Ｓｏｎｇ Ｌｉｎｈｏｎｇ ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉｕｈｕａ。， Ｚｈａｎｇ Ｗｅｎｌｉａｎｇ’，．Ｇｕａｎ Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ ，Ｈａｎ Ｘｉｎｂｏ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１￣９４３，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣＮＧＣ Ｎｏｒｔｈ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｄａｔｏｎｇ ０３７０３６，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｉｎｎｅｓｔ－ｗａｌｌ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｐｉｐｅ（ｄｉａｍｅｔｅｒ／ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ １００ ｏｒ ｉｈｇｈｅｒ）ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｖａｌｖｅｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｆｎａｎｃｅ ｉｔｅｓｔ ｆｏｒ ｔｉｎｎｅｓｔ—ｈｗａｌｌ ｐｉｅ ｉｐｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｔｈｉｎｎｅｓｔ－ｗａｌｌ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｐｉｅ．ｔｐｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉＳ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ。ｔｈｅｎ．ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｍ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｅｓｕｌｒｔｓ ａｒｅ ｆｏｕｎｄ．Ｉｔ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ ａｎｄ ｂｅ ｐｒｅｖｅｎｔｅｄ ｆｒｏｍ ＯＣｃｕｎｈｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｉｎｉｓｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｎｅｓｈｔ—ｗａｌｌ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｐｉｅ．ｐ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｎｎｅｓｔ—ｈｗａｌｌ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｐｉｐｅ；ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ 薄壁管（管坯直径／壁厚≥１００）所加工生产的金属 ｌ 引 言 拉伸试验是材料力学性能试验中最常用的、也 是最重要的一种试验方法，同时也是工业领域中最 基本的试验方法。随着制造技术的不断发展，由极 波纹管等产品，因其重量轻、低耗能、经久耐用等优 势而被越来越广泛地应用于航空航天、汽车船舶等 工业领域。然而，目前国内外对极薄壁管力学性能 试验的研究却比较少，虽原理可参考普通厚壁管，但 由于极薄壁管壁厚较薄，在力学性能试验过程中，很 ［收稿日期］２０１５—０５—２９ ［作者简介】 廖震宇（１９８５一），男，辽宁沈阳人，助理工程师，主要从事材料拉伸试验、质量检验等方面工作。 ・３８・ 廖震宇，等：极薄壁无缝钢管拉伸力学性能试验及影响因素浅析 多不稳定因素会影响试验结果的有效性。 径的极薄壁无缝钢管管坯进行拉伸，通过试验测得 应力一应变曲线如图３所示。 ２拉伸试验的试验原理 在室温条件下（１０℃一３５℃），将管段试样放置 于夹具内，以一定的速率给管坯施加拉力载荷，一直 到测出所需的力学性能指标，通常拉至管坯断裂结 束。一般经常测量的力学性能指标主要有： （１）抗拉强度（Ｒｍ）：拉伸时，管坯在拉断前所 承受的最大载荷与管坯原始截面积之比。 （２）屈服强度（Ｒｅ）：管坯在拉伸的过程中，当载 荷到达某一数值时，载荷不变但管坯仍继续伸长的 现象，称之为屈服。当管坯发生屈服时所对应的力， 就叫做屈服强度。 （３）断后伸长率（Ａ）：管坯被拉断后，测量其断 后标距的伸长总量与原始标距之间比值的百分率。 ３试验方法 ３．１试样的选择 参照ＧＢ／Ｔ ２２８．１—２０１０（金属材料拉伸试验 第ｌ部分：室温试验方法》，选择并截取标准管段试 样（如图ｌ所示），并为每件试样的两端各配做一个 管塞头（见图２），以防止管段试样被夹扁。 图Ｉ拉伸试样尺寸 图２管塞头尺寸 ３．２拉伸过程 拉伸试验在ＤＮＳ５０电子万能试验机上进行，最 大负荷５０ｋＮ，加载速度Ｖ＝８ｍｍ／ｍｉｎ，恒位移加载， 选用材料牌号０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２的多种不同规格管 图３应力一应变曲线 ３．３试验结果 试验结束后，计算出性能指标数据。表１为真 实试验数据。 表１拉伸试验实测值 最后，根据标准ＧＢ／Ｔ ３０８９—２００８４不锈钢极薄 壁无缝钢管》（见表２）判定试验性能指标是否符合 要求。 表２无缝钢管的力学性能 ４影响因素 通过上述力学性能试验发现，极薄壁无缝钢管 在试验过程中存在很多影响试验有效性的不稳定因 素，具体影响因素有： （１）试验机的准确度 试验机是对试验试样施加载荷以测定性能指标 的设备，它的准确度会直接影响试验结果。因此，试 ・３９・ Ｎｏ．３ ２０１５ 雷利，等：航空发动机试车台推力校准系统 配套零件所产生的微小轴向力将发生改变，并且该 热梯度可能会引起明显的误差。用来读取或数字化 改变不可预测，且不能通过校准充分消除。这些不 传感器输出结果的仪器也会产生各种电子误差，但 可预测的影响就决定了推力测试的精度基础。通过 是这个误差通常都特别小，可以忽略。 选择优质负载传感器、保持发动机配套零件尽可能 发动机启动时的压缩空气供应线路、燃油供应 柔韧且配置连接一致，可以将这些影响降到最低。 线路、连接至被测发动机的各种软管和电线都会产 生不希望看到的轴向力。经过合适的推力校准程 ５推力测试中的误差 序，这些误差的可重现部分将会消除，但是一些随机 误差和滞后仍然存在。同时，还必须考虑到不是所 ５．１误差分类 有的条件（包括一些热条件和瞬态热条件）都可以 推力测量误差分为系统误差和非系统误差两 重现。 种。系统误差在测量过程中可以复现，误差数值的 变化和推力变化有一定的相关性，只需要对整个测 ６小结 量系统进行校准就可以得到修正。非系统误差的出 现没有固定规律，与推力变化之间的相关性不大。无 介绍了试车台推力校准系统的组成和校准方法 法修正。 及发动机试车台液压推力自动校准工作原理，分析 ５．２误差来源 了试车台推力校准的滞后、不可重复性和误差。在 航空发动机试车台中，推力测量系统的误差来 评估一个试车台中的推力测试系统时，必须首先确 源很多，也比较复杂，一般分为４类： 保推力校准应该在发动机安装完毕并且发动机已经 （１）试车台架设计误差； 连接到所有的试车台系统的条件下完成，并且，使负 （２）与连接至试车台架的外部配套零件有关的 载传感器上的侧向载荷越小越好小。此外，还需确 误差； 保负载传感器已经实现了热隔离，不受被测发动机 （３）与试车台架环境相关的误差； 热量的影响。 （４）仪器和采集误差。 ５．３误差分析 参考文献 在推力测试过程中，传感器带来的误差不容忽 视。传感器的缺陷包括传输特性曲线（非线性）的 ［１］魏海涛．支持动力装置飞行试验地面设备和试验指南 斜率、滞后、蠕变、漂移、温度系数和不可重复性。施 ［Ｒ］．中国飞行试验研究院，２００９． 加到传感器的非轴向力（侧向加载）和传感器中的 ［２］ＳＡＥ．ＡＩＲ５０２６Ａ Ｔｅｓｔ Ｃｅｌｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｓ］．ＳＡＥ，２０１１． （上接第４ｏ页） ［４］机械工业部科技与质量监督司，中国机械工程学会理化 检验分会．机械工程材料测试手册（力学卷）［Ｍ］。沈阳： 参考文献 辽宁科学技术出版社，２００１． ［５］王建国．材料力学性能测试与评价技术进展［Ｊ］．工程与 试验，２００８，（Ｚ１）：１—１５． ［１］机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会．力 ［６］ＧＢ／Ｔ ３０８９—２００８不锈钢极薄壁无缝钢管［ｓ］． 学性能试验［Ｍ］．北京：中国计量出版社，２００８． ［７］张秀华，黄乃宁．金属波纹管试验研究［Ｊ］．管道技术与 ［２］钢铁研究总院冶金工业信息标准研究院，中国标准出版 设备，２００９，（１）：３２—３３． 社第二编辑室．金属力学及工艺性能试验方法标准汇编 ［８］徐开先．波纹管类组件的制造及其应用［Ｍ］．北京：机械 ［Ｍ］．北京：中国标准出版社，２００５． 工业出版社，１９９８． ［３］ＧＢ／Ｔ ２２８．１—２０１０金属材料拉伸试验第１部分：室温 ［９］孙红云．金属材料拉伸试验的影响因素及操作要求［Ｊ］． 试验方法［Ｓ］． 现代测量与实验室管理，２００８，（６）：２７—２９． ・９１・