专利名称：一种含贯穿裂纹管道的加载方法
技术领域：
本发明属于エ业压カ管道检测技术领域，特别涉及一种含贯穿裂纹管道的加载方法，尤其是那些需要进行完整性的评定的特殊行业的高温和高压管道，例如电站用的高温高压管道。
背景技术：
压カ管道在石油，化工，供水和供热以及核能和航天领域具有广泛的应用。但由于这些管道所输送的介质具有易燃，易爆和强腐蚀等性质，加之管道内部因材料本身的原因，机械损伤或使用过程的腐蚀等原因产生各种裂纹缺陷的存在，压カ管道断裂事故时有发生。含裂纹缺陷管道的失效方式主要有两种，即脆性断裂失效和泄漏失效。管道发生脆性 断裂时，裂纹的扩展速度极快，后果往往是灾难性的。而当管道发生泄漏失效时，裂纹在失稳扩展以前有一段稳定扩展期。在此期事故的演化是可控的，后果取决于泄漏量的大小。为了对这些含裂纹缺陷的管道的安全性进行评定，需要确定管道的断裂性能，如裂纹的尖端位移，应变场及断裂參数(应力強度因子K，裂尖张开位移COD和J积分)。目前的方法ー是采用大尺寸的板材试样进行试验。这种方法由于采用的材料性能与管材有较大的区別。因此应用于管材时存在较大的误差。另ー种方法是采用将含裂纹缺陷的管道的两端封闭起来形成密闭空间，然后加载系统对该封闭空间充以压カ介质加压。随着该封闭空间压カ的増加，管道的裂纹缺陷扩展。在此过程中采用光测技术測定裂纹尖端应变场，应カ強度因子和裂尖张开位移和J积分，并确定裂纹的启裂，扩展和失稳规律，然后用于管道完整性的评定。如果此过程中使用的压カ介质是常温的流体，则上述測量方法可以实现。但是在ー些情况下需要使用高温高压介质，例如，能源领域中的电站使用的管道的流体的温度和压カ很高。为了模拟这些高能管道在产生裂纹后的断裂特性，需要使用高温高压水作为压カ介质进行管道断裂模拟试验。此种情况下，上述测量过程难以实现。上述方法的不足之处在如下(I)当裂纹缺陷扩展成穿壁裂纹时，高温高压介质会泄漏到管道的外面对裂纹的测量产生安全威胁，如可能烫伤操作人员。当加压过程所用的加压介质是高温高压蒸汽，蒸汽的泄漏会使測量无法进行。因此，考虑到材料、封闭性、安全性等因素，难以进行高温高压实验；(2)实验过程中因泄漏而导致的流体的流动会产生压カ波动，给静压实验带来ー
定误差；(3)流体流动过程中流体源需不断补充新流体，才能維持固定的压力，装置复杂性大大提升。如果加压过程是在常温下进行，且是用高压泵直接加压，高压液体介质泄漏后，为了維持管内的压カ不变或使压カ继续升高，则要求泵的流量大于或等于裂纹的泄漏量以使压カ继续升高或維持管内压カ不变。如果使用高压容器，高压介质泄漏后，则需要压カ容器的容积足够大，才能在当管道泄漏时，系统的压力基本保持不变。这增加了管道断裂參数测量的成本。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供了一种含贯穿裂纹管道的加载方法，采用柔性容器胀形技术对含裂纹的管道进行加载，能够提供稳定高压，且不会出现压カ波动，实验装置的复杂性和成本也进ー步降低。本发明的技术方案分为如下步骤(I)采用尺寸与含贯穿裂纹管道内部尺寸相匹配的柔性容器，并在柔性容器的内部轴线方向加装胀杆，以控制柔性容器在管道轴线方向的变形；胀杆上设有传压介质通道； 将加装了胀杆的柔性容器送入含贯穿裂纹管道；(2)通过胀杆上的传压介质通道向柔性容器内部填入传压介质，通过加载系统对传压介质加压使柔性容器变形膨胀，柔性容器表面与含贯穿裂纹管道内表面贴合；(3)通过加载系统对柔性容器内部传压介质进一歩加压，使其对含贯穿裂纹管道进行加载，以使裂纹扩展。观察试样管道上裂纹的扩展情况并记录相关数据。所述柔性容器为纤维织物制成的液袋，或为由延伸率大于5%的可变形金属板材制成的容器。前者适用于压カ介质为常温的情况，后者适用于压カ介质温度高的情況。所述可变形金属板材为304、304L、316或316L不锈钢板，或者为16Mn碳钢板。所述柔性容器与胀杆之间的结合方式为胀杆与加载系统连接的接头在柔性容器外部，其余部分均被柔性容器包容；或者为，胀杆的两端均在柔性容器的外部，胀杆中部为环向凹槽，柔性容器设置在胀杆的中部环形凹槽处。所述传压介质为高温或常温的液体或气体。所述液体为水或油。本发明具有如下的优点(I)传压介质的高压密封由柔性容器完成，传压介质与含贯穿裂纹管道内壁不宣接接触，因而可应用于对各种材料的管道进行胀形确定其断裂性能，也可避免传压介质对管道的污染。柔性容器膨胀受カ均匀，且管道基本上无轴向伸縮；(2)当裂纹缺陷扩展成穿壁裂纹时，高温高压介质不会泄漏到管道的外面，从而不会对裂纹的测量产生安全威胁。因此，可以用于进行高温高压实验；(3)实验过程中无流体泄漏，不会产生压カ波动；(4)无需新流体补充，装置简单，适应性强，使用方便。
图I为柔性容器与胀杆的结构示意图；图2为含裂纹缺陷管道裂纹扩展规律研究使用的加载系统图。图中标号I-管道、2-柔性容器、3-胀杆、4-连接ロ、5-传压介质通道、6_油泵、7_单向阀、8-压カ表、9-泄压阀、11-压カ介质储槽。
具体实施例方式本发明提供了一种含贯穿裂纹管道的加载方法，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进ー步说明。采用图I所示的柔性容器与胀杆结构，以及图2所示的加载系统。实施例I压カ介质为常温时，采用本发明对蒸汽发生器含贯穿裂纹传热管试样进行加载。(I)首先，加工尺寸合适的管道试样。为消除端部效应，在试样制备过程中应使试样管道I长度大于胀杆3有效加压长度的2倍。并在管道I上制备轴向裂纹；
(2)采用尺寸与管道I内部尺寸相匹配的柔性容器2，并在柔性容器2的内部轴线方向加装胀杆3，以控制柔性容器在管道轴线方向的变形，其中柔性容器2为纤维织物制成的液袋；胀杆3上设有传压介质通道5 ;将加装了胀杆3的柔性容器2送入管道I ;(3)加载系统的结构为油泵6的入口端伸入压カ介质储槽11中，出口端与单向阀7连接后，通过连接ロ 4与胀杆3连接，在单向阀7与胀杆3之间设置压カ表8，并在胀杆3与压カ介质储槽11之间设置泄压管路及泄压阀9 ;通过胀杆3上的传压介质通道5向柔性容器2内部填入传压介质，通过加载系统对传压介质加压使柔性容器2变形膨胀，柔性容器2表面与管道I内表面贴合；(4)通过加载系统对柔性容器内部传压介质进ー步加压，使其对含贯穿裂纹管道进行加载，以使裂纹扩展；观察试样管道上裂纹的扩展情況，同时采用光学測量或其他技术记录相关数据。实施例2压カ介质为高温时，采用本发明进行蒸汽发生器含贯穿裂纹传热管进行加载。(I)首先，加工尺寸合适的管道试样。为消除端部效应，在试样制备过程中应使试样管道I长度大于胀杆3有效加压长度的2倍。并在管道I上制备轴向裂纹；(2)采用尺寸与管道I内部尺寸相匹配的柔性容器2，并在柔性容器2的内部轴线方向加装胀杆3，以控制柔性容器在管道轴线方向的变形，其中柔性容器2由可变形金属制成；胀杆3上设有传压介质通道5 ;将加装了胀杆3的柔性容器2送入管道I ;加载系统与胀杆3通过法兰或焊接连接，管道I套于胀杆3外表面，管道I外面敷设保温层，准备工作完成;(3)加载系统的结构与实施例I相同；通过胀杆3上的传压介质通道5向柔性容器2内部填入传压介质，通过加载系统对传压介质加压使柔性容器2变形膨胀，柔性容器2表面与管道I内表面贴合；(4)通过加载系统对柔性容器内部传压介质进ー步加压，使其对含贯穿裂纹管道进行加载，以使裂纹扩展；调节不同的压カ值，观察试样管道上裂纹的扩展情況，同时采用光学測量或其他技术记录相关数据。
权利要求
1.一种含贯穿裂纹管道的加载方法，其特征在于，具有以下步骤 (1)采用尺寸与含贯穿裂纹管道内部尺寸相匹配的柔性容器，并在柔性容器的内部轴线方向加装胀杆，胀杆上设有传压介质通道；将加装了胀杆的柔性容器送入含贯穿裂纹管道； (2)通过胀杆上的传压介质通道向柔性容器内部填入传压介质，通过加载系统对传压介质加压使柔性容器变形膨胀，柔性容器表面与含贯穿裂纹管道内表面贴合； (3)通过加载系统对柔性容器内部传压介质进ー步加压，使其对含贯穿裂纹管道进行加载，以使裂纹扩展；观察试样管道上裂纹的扩展情况并记录相关数据。
2.根据权利要求I所述的ー种含贯穿裂纹管道的加载方法，其特征在于，所述柔性容器为纤维织物制成的液袋，或为由延伸率大于5%的可变形金属板材制成的容器。
3.根据权利要求2所述的ー种含贯穿裂纹管道的加载方法，其特征在于，所述可变形金属板材为304、304L、316或316L不锈钢板，或者为16Mn碳钢板。
4.根据权利要求I所述的ー种含贯穿裂纹管道的加载方法，其特征在于，所述柔性容器与胀杆之间的结合方式为 胀杆与加载系统连接的接头在柔性容器外部，其余部分均被柔性容器包容； 或者为，胀杆的两端均在柔性容器的外部，胀杆中部为环向凹槽，柔性容器设置在胀杆的中部环形凹槽处。
5.根据权利要求I所述的ー种含贯穿裂纹管道的加载方法，其特征在于，所述传压介质为高温或常温的液体或气体。
6.根据权利要求5所述的ー种含贯穿裂纹管道的加载方法，其特征在干，所述液体为水或油。
全文摘要
本发明属于工业压力管道检测技术领域，特别涉及一种含贯穿裂纹管道的加载方法。选取与管道内径尺寸相匹配的柔性容器进行加载，柔性容器内设置有胀杆，胀杆上开设有传压介质通道；柔性容器通过内部的胀杆上的传压介质通道与加载系统连通；加载时传压介质通过胀杆上的传压介质通道进入柔性容器。压力升高时，传压介质使柔性容器均匀胀形对管道内壁进行施压促使裂纹扩展。在此过程中对裂纹的断裂特性进行测量。由于在此过程中无传压介质泄漏，加载系统和加载过程简单，安全，成本低。
文档编号G01N3/08GK102854061SQ20121026851
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者董建令, 惠虎, 李笑天, 雒晓卫, 孔祥卫, 徐宇, 张启江 申请人:清华大学