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超声波技术应用于冷拔钢管或其他金属塑性加工是20世纪70年代大功率超声波应用的新发展。1978年8月,上海市科委正式下达科研任务,由上海钢管厂负责,中国科学院声学研究所和上海超声波仪器厂协作,进行超声波冷拔钢管试验。
超声波振动拔管的原理是将高频电谐振通过换能器转换成机械振动,并将振动能量传播到变形区中,从而改变金属变形的性质和应力状态。
在超声波振动拔管中,换能器的设计是一个核心问题。只有正确设计换能器,才能能地将高频电谐振变为有效的机械振动。
我国20世纪80年代在自己试制的超声冷拔钢管装置上,对多种材料进行了拉拔试验。试验表明,超声冷拔钢管可以降低拉拔力15%~20%;可以提高延伸系数,减少拔制道次;可减少中间热处理,进行多道次连拔;提高了钢管内外表面的光洁度和加工精度;能够拉制常规方法不能拉制的特种金属
钢材力学性能是保证钢材终使用性能(机械性能)的重要指标,它取决于钢的化学成分和热处理制度。在钢管标准中,根据不同的使用要求,规定了拉伸性能(抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率)以及硬度、韧性指标,还有用户要求的高、低温性能等。①抗拉强度(σb)试样在拉伸过程中,在拉断时所承受的力(Fb),除以试样原横截面积(So)所得的应力(σ),称为抗拉强度(σb),单位为N/mm2(MPa)。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的能力。②屈服点(σs)具有屈服现象的金属材料,试样在拉伸过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力,称屈服点。若力发生下降时,则应区分上、下屈服点。屈服点的单位为N/mm2(MPa)。上屈服点(σsu):试样发生屈服而力首次下降前的应力; 下屈服点(σsl):当不计初始瞬时效应时,屈服阶段中的小应力。屈服点的计算公式为:式中:Fs--试样拉伸过程中屈服力(恒定),N(牛顿)So--试样原始横截面积,mm2。③断后伸长率(σ)在拉伸试验中,试样拉断后其标距所增加的长度与原标距长度的百分比,称为伸长率。以σ表示,单位为%。计算公式为:σ=(Lh-Lo)/L0*式中:Lh--试样拉断后的标距长度,mm; L0--试样原始标距长度,mm。④断面收缩率(ψ)在拉伸试验中,试样拉断后其缩径处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比,称为断面收缩率。以ψ表示,单位为%。计算公式如下:式中:S0--试样原始横截面积,mm2; S1--试样拉断后缩径处的少横截面积,mm2。⑤硬度指标金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力,称为硬度。根据试验方法和适用范围不同,硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。A、布氏硬度(HB)用一定直径的钢球或硬质合金球,以规定的试验力(F)压入式样表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量试样表面的压痕直径(L)。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS(钢球)表示,单位为N/mm2(MPa)。其计算公式为:式中:F--压入金属试样表面的试验力,N; D--试验用钢球直径,mm; d--压痕平均直径,mm。测定布氏硬度较准确可靠,但一般HBS只适用于450N/mm2(MPa)以下的金属材料,对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中,布氏硬度用途广,往往以压痕直径d来表示该材料的硬度,既直观,又方便。举例:120HBS10/1000/30:表示用直径10mm钢球在1000Kgf(9.807KN)试验力作用下,保持30s(秒)测得的布氏硬度值为120N/ mm2(MPa)。 [1]
①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,如40Cr。
②钢中主要合金元素,除个别微合金元素外,一般以百分之几表示。当平均合金含量<1.5%时,钢号中一般只标出元素符号,而不标明含量,但在特殊情况下易致混淆者,在元素符号后亦可标以数字"1",例如钢号"12CrMoV"和"12Cr1MoV",前者铬含量为0.4%~0.6%,后者为0.9%~1.2%,其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时,在元素符号后面应标明含量,可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。
③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土Re等合金元素,均属微合金元素,虽然含量很低,仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07%~0.12%,硼为0.001%~0.005%。
④高级优质钢应在钢号后加"A",以区别于一般优质钢。
⑤专门用途的合金结构钢,钢号冠以(或后缀)代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢,钢号表示为ML30CrMnSi。
常规的无损检测方法有:射线检测、磁粉(或漏磁)检测、渗透检测、超声波检测、涡流检测。
1 射线检测(RT)应用早的一种无损检测的方法,被广泛用于金属和非金属材料及制品的内部缺陷检验,至少有50多年的历史。其有无可比拟的独特优越性,即检验缺陷的正确性、可靠性和直观性,且得到的射线底片可用于缺陷的分析和作为质量凭证存档。但这种方法也存在着设备较复杂、成本较高的缺点,并应注意对射线的防护。
2 磁粉检测(MT)或漏磁检测(EMI)其检测原理是基于铁磁性材料在磁场中被磁化后,材料或制品的不连续处(缺陷处)产生漏磁场,吸附磁铁粉(或用检测元件检测)而被显现(或在仪器上显示出来)。所以此法只能用于铁磁性材料或制品的表面或近表面缺陷检验。
3 渗透检测(PT)包括荧光、着色两种。由于它设备简单,操作方便,是弥补磁粉检测不足的检验表面缺陷的有效方法。它主要用于非磁性材料的表面缺陷检验。
荧光检验的原理是将被检制品浸入荧光液中,因毛细管现象,在缺陷内吸满了荧光液,除掉表面液体,由于光致效应,荧光液在紫外线的照射下发出可见光而显现缺陷。
着色检验的原理与荧光检验的原理相似。都是不需要专门设备,只是用显像粉将吸附在缺陷内的着色液吸出零件表面而显现缺陷。
4 超声波检测(UT)这种方法是利用超声振动来发现材料或制件内部(或表面)缺陷的。根据超声振动的不同调制方法,可以划分为连续波和脉动波;根据不同的振动和传播方式又可分为纵波、横波、表面波和兰姆波4种形式在工件中传播;根据声波的发射和接受条件的不同,又可分为单探头和多探头法。
5 涡流检测(ET)涡流检测的原理是交变的磁场在金属材料内产生相同频率的涡电流,用这种涡电流的大小与金属材料的比电阻间的关系变化来检测缺陷的。当金属材料表面有缺陷时(如裂纹),该处的比电阻便因缺陷的存在而增大,与其相关的涡电流便相应地减小,其微小变化的涡电流经放大后用仪表指示出来,便可显现缺陷的存在与大小。
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