238 工程科学学报，第42卷，第2期 3.2破裂行为 中心线一侧沿环向约15mm处，裂缝均沿轴向，这 DP590胀形破裂后的管材如图7所示，可以发 说明管材是在环向拉应力的作用下发生的破裂， 现，管材在胀形过程中的破裂位置全部位于靠近 并且随着管材长径比的增大，裂缝的长度以及宽 焊缝及热影响区的母材区域，经测量，63.5mm的 度均有所增大，这表明随着胀形区内管材体积的 管其破裂位置位于距离焊缝中心线一侧沿环向约 增大，内压力作用于胀形区引起失效破裂时的瞬 7mm处，89mm的管其破裂位置位于距离焊缝 时冲击力也有所增大 (a) (b) 图7DP590管胀形破裂位置.(a)63.5mm:(b)中89mm Fig.7 Bulging rupture position of DP590 tubes:(a)63.5 mm (b)89mm 根据测量管材的环向硬度值得到的焊缝及热 63.5mm的管破裂压力均大于89mm的管：对于 影响区宽度可知，破裂位置均位于焊缝及热影响 89mm的管材，在相同长径比的前提下，DP590管 区和基体材料交界的部分.这是因为焊缝自身与 的破裂压力要小于DP780的管，这是因为DP780 母材存在强度差异，焊缝及热影响区的强度较基 的强度较高，难以发生变形，因此要使其发生破 体要高许多，具有进一步抵抗发生变形的能力，因 裂，施加的内压力要大得多 此会将变形转移到邻近部分，而在焊缝及热影响 区与基体交界的部分，管材的组织和性能分布不 表4实验管规格 均匀，在受到内压力时相较于基体部分和焊缝及 Table 4 Experimental tube specifications 热影响区部分更容易产生应力集中圆，更容易发 材料 直径mm管材壁厚mm 长径比 生剧烈的变形，所以最终胀破的裂缝基本上都位 DP590 63.5 2 1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 于此区域 DP590 89 2 1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 在液压成形实验中一项重要的参数为破裂压 DP780 89 2 12、1.4、1.6、1.8 力，它反映了材料成形性能的好坏，根据文献[19] 可知管材极限破裂压力计算公式为： 0m DP590-63.5 (1) 4DP780-89 式中：o,为材料的抗拉强度，MPa;to为管材的初始 厚度，mm:Do为管材的外径，mm DP590-89 根据试验管的规格可以计算得到理论开裂压 力，其中抗拉强度为如表3所示液压胀形实验所 得参数 选取如表4所示规格的管材进行实验.在加 1.2 1.4 1.61.8 2.02.2 管材长径比 载到胀裂的过程中，液压成形实验机控制系统将 会实时记录胀裂压力，最后得到的胀裂压力结果 图8不同长径比管材破裂压力 Fig.8 Burst pressure of tubes with different length-to-diameter ratios 如图8所示.可以看出，在材料和管径不变时，长 径比不同，管材的失效破裂压力无明显变化趋势： 表5所示为理论开裂压力与实验开裂压力的 对于DP590管材来说，在相同长径比的前提下， 对比.可以看出实验得到的开裂压力要大于经验3.2    破裂行为 DP590 胀形破裂后的管材如图 7 所示，可以发 现，管材在胀形过程中的破裂位置全部位于靠近 焊缝及热影响区的母材区域，经测量，ϕ63.5 mm 的 管其破裂位置位于距离焊缝中心线一侧沿环向约 7 mm 处 ，ϕ89 mm 的管其破裂位置位于距离焊缝 中心线一侧沿环向约 15 mm 处，裂缝均沿轴向，这 说明管材是在环向拉应力的作用下发生的破裂， 并且随着管材长径比的增大，裂缝的长度以及宽 度均有所增大，这表明随着胀形区内管材体积的 增大，内压力作用于胀形区引起失效破裂时的瞬 时冲击力也有所增大. 根据测量管材的环向硬度值得到的焊缝及热 影响区宽度可知，破裂位置均位于焊缝及热影响 区和基体材料交界的部分. 这是因为焊缝自身与 母材存在强度差异，焊缝及热影响区的强度较基 体要高许多，具有进一步抵抗发生变形的能力，因 此会将变形转移到邻近部分，而在焊缝及热影响 区与基体交界的部分，管材的组织和性能分布不 均匀，在受到内压力时相较于基体部分和焊缝及 热影响区部分更容易产生应力集中[18] ，更容易发 生剧烈的变形，所以最终胀破的裂缝基本上都位 于此区域. 在液压成形实验中一项重要的参数为破裂压 力，它反映了材料成形性能的好坏，根据文献 [19] 可知管材极限破裂压力计算公式为： Pb = 2t0 D0 σb （1） 式中：σb 为材料的抗拉强度，MPa；t0 为管材的初始 厚度，mm；D0 为管材的外径，mm. 根据试验管的规格可以计算得到理论开裂压 力，其中抗拉强度为如表 3 所示液压胀形实验所 得参数. 选取如表 4 所示规格的管材进行实验. 在加 载到胀裂的过程中，液压成形实验机控制系统将 会实时记录胀裂压力，最后得到的胀裂压力结果 如图 8 所示. 可以看出，在材料和管径不变时，长 径比不同，管材的失效破裂压力无明显变化趋势； 对于 DP590 管材来说，在相同长径比的前提下， ϕ63.5 mm 的管破裂压力均大于 ϕ89 mm 的管；对于 ϕ89 mm 的管材，在相同长径比的前提下，DP590 管 的破裂压力要小于 DP780 的管，这是因为 DP780 的强度较高，难以发生变形，因此要使其发生破 裂，施加的内压力要大得多. 表 5 所示为理论开裂压力与实验开裂压力的 对比. 可以看出实验得到的开裂压力要大于经验 表 4    实验管规格 Table 4    Experimental tube specifications 材料 直径/mm 管材壁厚/mm 长径比 DP590 63.5 2 1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 DP590 89 2 1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 DP780 89 2 1.2、1.4、1.6、1.8 (a) (b) 图 7    DP590 管胀形破裂位置. （a） ϕ63.5 mm；（b） ϕ89 mm Fig.7    Bulging rupture position of DP590 tubes: (a) ϕ63.5 mm; (b) ϕ89 mm 50 40 30 20 破裂压力/MPa DP590-63.5 DP780-89 DP590-89 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 管材长径比 图 8    不同长径比管材破裂压力 Fig.8    Burst pressure of tubes with different length-to-diameter ratios · 238 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期