一种油气管道拘束模拟装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气管道焊接领域，尤其涉及一种油气管道拘束模拟装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]拘束度表示焊接件在焊接时所受的拘束程度的大小，是定量研究焊接裂纹的一个重要力学参数。随着我国油气管道工程的迅速发展，带动了管线钢产量的大幅提升，在油气管线中涉及到大量的焊接工作，焊接过程中过大的焊接拘束度所导致的裂纹问题越来越严重，因此为了改善油气管道焊接过程中产生的裂纹问题，对油气管道在建设期间产生的焊接拘束度的测试显得尤为重要。
[0003]如图1所示，中国专利文献CN202388139U公开了一种拘束焊接冷裂纹测试装置，该装置包括底座V、该底座V上方设置的焊接平台2'和该焊接平台2'两侧分别设置的两个支架3、该两个支架3'中至少一个为底端固定安装在底座I'上的弹性支架，在焊接平台2'的上方，两个弹性支架上延伸出相向设置的两个刚性悬臂，刚性悬臂包括连杆V和安装座5'，该刚性悬臂上设有固定安装焊接件6'的安装部，并且刚性悬臂高度位置可调节地固定安装于弹性支架上。通过上述技术方案，可将焊接件6'安装固定在试验装置上，并通过在底座1'固定安装弹性支架并配合刚性悬臂在弹性支架上的上下移动，以实现焊接拘束度的连续变化，测出不同焊接拘束度下的焊缝冷裂纹倾向性。
[0004]但是上述拘束焊接冷裂纹测试装置，只能用于小尺寸的板材焊接冷裂纹模拟，无法模拟具有一定直径或者一定长度的油气管道拘束度，因此不具备模拟较大拘束度和拘束应力的能力，当面对油气管道焊接时的大拘束应力无法模拟，进而造成适用范围小的缺陷。因此如何提高模拟较大拘束度和拘束应力的能力成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]为此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的拘束焊接冷裂纹测试装置只能用于小尺寸的板材焊接冷裂纹模拟，而不具备模拟较大拘束度和拘束应力的能力的技术缺陷。
[0006]为此，根据第一方面，本发明实施例提供一种油气管道拘束模拟装置，包括:
[0007]相对设置的第一固定板和第二固定板；
[0008]刚性拘束支架，设置在第一固定板和第二固定板之间，刚性拘束支架的轴线垂直于第一固定板和第二固定板的相对面；
[0009]第一试样管件，其一端设置在第一固定板与第二固定板相对面的一侧上；
[0010]第二试样管件，其一端设置在第二固定板与第一固定板相对面的一侧上；
[0011]第一试样管件的另一端与第二试样管件的另一端焊接形成焊缝。
[0012]作为优选，第一试样管件的一端和第二试样管件的一端分别固定设置在第一固定板和第二固定板的中心位置，并且第一试样管件与第二试样管件的轴线位于同一直线上。
[0013]作为优选，刚性拘束支架至少有三根，每一刚性拘束支架的两端分别设置在第一固定板和第二固定板上，并且刚性拘束支架在第一固定板上的一端绕第一试样管件与第一固定板的固定端周围排布，刚性拘束支架在第二固定板上的另一端绕第二试样管件与第二固定板的固定端周围中心排布。
[0014]作为优选，第一试样管件与第二试样管件的两端分别开设有坡口，并且第一试样管件在靠近第一固定板的一端开设有若干排气孔，第二试样管件在靠近第二固定板的一端开设有若干排气孔。
[0015]根据第二方面，本发明实施例还提供一种油气管道拘束模拟测试方法，包括如下步骤:
[0016]刚性拘束支架设置，在相对布置的第一固定板和第二固定板之间固定设置用于连接第一固定板和第二固定板的刚性拘束支架；
[0017]试样管件焊接，在第一固定板和第二固定板相对面的一侧分别固定第一试样管件的一端和第二试样管件的一端;焊接第一试样管件的另一端和第二试样管件的另一端形成焊缝；
[0018]测试段切割，在焊缝两侧的预设长度位置处进行切割得到测试段；
[0019]数据测试，对测试段进行相应的测试分析，以得到焊缝的测试数据。
[0020]作为优选，试样管件焊接的步骤还包括，在第一试样管件和第二试样管件的待焊接位置的轴向内侧处分别环向环绕贴有至少一应变片;采用预设采样频率检测焊接过程及焊接后冷却过程中的拘束应力变化。
[0021]作为优选，应变片为多片，应变片沿径向均匀分布。
[0022]作为优选，试样管件焊接的步骤还包括:在焊接形成焊缝过程中，从第一试样管件
(31)的另一端和第二试样管件(32)的另一端的上顶部引弧，从两侧自上而下进行焊接。
[0023]作为优选，在数据测试步骤之前，还包括:对切割得到的测试段进行无损检测，如果检测合格，则对测试段进行数据测试。
[0024]作为优选，在数据测试之后，还包括:无拘束测试，选取分别与第一试样管件和第二试样管件相同型号的第三试样管件和第四试样管件，并对第三试样管件和第四试样管件的各一端进行无拘束焊接;检测焊接过程中和冷却过程中的拘束应力;截取具有焊缝的测试段进行数据测试。
[0025]本发明提供的油气管道拘束模拟装置及其测试方法具有如下优点:
[0026]1.油气管道拘束模拟装置，通过在相对设置的第一固定板和第二固定板之间设置刚性拘束支架，并且刚性拘束支架的轴线垂直于第一固定板和第二固定板的相对面进而为测试提供了稳定有效的拘束条件，当第一试样管件和第二试样管件分别安装在第一固定板和第二固定板后，对第一试样管件和第二试样管件的自由端进行焊接，进而得到了拘束条件下的焊缝试样，在此装置中，试样管件的形状尺寸可根据实际工作中的油气管道全尺寸进行测试，因而不受尺寸的限制，从而通过简单的管材焊接结构，可以全面的实现对油气管道的拘束模拟测试，具备了模拟较大拘束度和拘束应力的能力，其适用范围更广，测试更为准确。
[0027]2.油气管道拘束模拟装置，通过将第一试样管件的一端和第二试样管件的一端分别固定设置在第一固定板和第二固定板的中心位置，并且第一试样管件与第二试样管件的轴线位于同一直线上，进而使第一试样管件和第二试样管件更容易定位，并且安装更为稳定，方便了两者之间进行焊接操作。
[0028]3.油气管道拘束模拟装置，由于刚性拘束支架至少有三根，每一刚性拘束支架的两端分别设置在第一固定板和第二固定板上，并且刚性拘束支架在第一固定板上的一端绕第一试样管件与第一固定板的固定端周围排布，刚性拘束支架在第二固定板上的另一端绕第二试样管件与第二固定板的固定端周围排布，进而在第一试样管件和第二试样管件的焊接过程中，受力更为均匀稳定，即拘束环境更为稳定，从而保证了测试结果的准确性。
[0029]4.油气管道拘束模拟装置，由于第一试样管件与第二试样管件的两端分别开设有坡口，因此保证了电弧能深入接头根部，使接头根部焊透以及便于清渣，保证了焊接度，获得了较好的焊缝成形；同时第一试样管件在靠近第一固定板的一端开设有若干排气孔，第二试样管件在靠近第二固定板的一端开设有若干排气孔，有效的避免了在焊接的过程中管材因热胀冷缩导致的内部气压变大，进而影响测试结果的情况发生，保证了测试的精度。
[0030]5.油气管道拘束模拟测试方法，通过在相对布置的第一固定板和第二固定板之间固定设置用于连接第一固定板和第二固定板的刚性拘束支架，进而为待测试的试样管材提供了稳定有效的拘束条件，使在后续第一试样管件和第二试样管件焊接的步骤中焊接形成的焊缝与实际工作中的焊缝更为接近，从而将切割得到的测试段进行测试分析后，能够得到该拘束条件下焊缝以及热影响的强度、硬度、氮氧含量和断裂韧性等相应的测试数据，在达到了测试目的的同时，有效的提高了测试的精度；同时，由于该测试方法对试样管件的尺寸没有限制，因此试样管件的形状尺寸可根据实际工作中的油气管道全尺寸进行相应设定，进而对施工现场的还原度高，提高了测试的准确度。
[0031]6.油气管道拘束模拟测试方法，通过在第一试样管件和第二试样管件的待焊接位置的轴向内侧处分别环向环绕贴有至少一应变片，采用预设采样频率检测焊接过程及焊接后冷却过程中的拘束应力变化，进而可以实时有效的得到焊接过程和焊接后冷却过程中的拘束应力变化。
[0032]7.油气管道拘束模拟测试方法，焊接形成焊缝时，通过从第一试样管件的另一端和所述第二试样管件的另一端的上顶部引弧，从两侧自上而下进行焊接，保证了测试的准确度。
[0033]8.油气管道拘束模拟测试方法，由于在数据测试步骤之前，还包括:对切割得到的测试段进行无损检测，如果检测合，则对测试段进行数据测试，进而保证了待测试的测试段的合格率。
[0034]8.油气管道拘束模拟测试方法，由于在数据测试之后，还包括:无拘束测试，进而可以将无拘束条件下的测试结果与拘束条件下的试样进行分析比较，从而能够对拘束条件下的测试结果进