一种研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法
【专利摘要】本发明提供了一种研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，基于实际生产的热挤压成型三通管件进行测量，针对其热挤压成型工艺特点导致的壁厚在不同部位的变化进行总结，通过确定三通多个角度截面的断面CAD图，建立大口径热挤压成型三通的壁厚数据库，有效解决了因无法测量壁厚复杂分布的热挤压成型三通而不利于进行工程计算和相应计算机模拟预测爆破压力计算的缺点。
【专利说明】一种研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于管材壁厚评估与计算研究【技术领域】，特别涉及一种研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法。
【背景技术】
[0002]长输油气管道工程建设中，为了满足分输、变向、计量等需要，站场、阀室及压气站等现场施工常常需要大量的弯头、三通等大口径管件产品。对于热挤压成型三通管件，由于其支管与主管根部独特的圆弧过渡结构，使得三通的结构强度强烈地依赖于支管与主管根部曲率半径R和肩部壁厚t等尺寸。ANSI B16.9管道规范对管道元件的尺寸提出了一系列的要求。主要是对三通的主管长度、三通支管位于主管中线以上的高度三通的外径、三通端部的壁厚以及三通焊接坡口的尺寸提出了具体要求，但对于主、支管过渡处的尺寸和整体形状没做要求。我国石化行业的有关规范也基本沿用了以上规定。实际上，不同厂家、不同生产工艺以及按不同的模具生产的同规格热挤压成型三通各部位几何尺寸并不完全相同，尤其是壁厚和主支管过渡处的曲率半径，而这两个参数对管件的强度均有较大影响。所以对大口径热挤压三通的壁厚进行测量和总结，寻找其变化规律，建立实际热挤压成型三通不同部位的壁厚数据，对大口径热挤压三通的质量监督和控制具有重要的意义。
[0003]现有的文献资料表明还没有能够真实反映关于规格为Φ900πιπι以上的等径及异径热挤压成型三通各部位壁厚的确定方法和技术指标。仅有以Φ356mmX55mm焊接高压等径三通爆破压力的结果与实际爆破压力结果的比较。该种等径三通为焊接高压三通，其三通的各个壁厚尺寸较均匀，可以很好的预测。
[0004]因此需要根据热挤压三通的成型工艺特点，在实际测量热挤压成型三通壁厚变化规律的基础上，根据三通管径壁厚变化规律建立热挤压成型三通关键部位的壁厚数据。以解决热挤压成型三通的壁厚尺寸不同及分析后的理论值与实测值相差大而不能进行应用的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，以建立三通各部分壁厚关键尺寸数据，便于进行后期的计算机模拟及相关的管件性能预测分析。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，包括如下步骤:
[0007](I)在所述三通的支管端部以通过三通轴心线的纵向截面为0°截面，画出0°截面的断面外轮廓曲线，然后绕所述支管轴心线旋转确定其他角度的纵向截面并分别画出相应截面的断面外轮廓曲线；
[0008](2)以所述支管管端环焊缝处为原点，在所述0°截面的断面外轮廓曲线上间隔等分长度标记出一系列测点；
[0009](3)用纸板按照三通O°截面的断面外部轮廓剪出所述O°截面的断面外轮廓曲线，然后在纸上记录下所述纸板剪出的0°截面的断面外轮廓曲线并标记出相应的所述各测点，使用GetData软件建立直角坐标系确定所述各测点的坐标值，将所述各测点坐标值输入AutoCAD中，连接所述各测点生成0°截面的断面外轮廓线；
[0010](4)测量所述三通0°截面的断面外轮廓曲线上各测点的管壁厚度，然后在所述AutoCAD中的0°截面的断面外轮廓线上，依次在所述各测点上画出与所述0°截面的断面外轮廓线的切线方向垂直且与测得的所述各测点管壁厚度相等的线段，连接所述各线段的另一端点生成0°截面的断面内轮廓线；
[0011](5)由所述0°截面的断面外轮廓线和所述内轮廓线可得所述三通0°截面的断面CAD图，在所述0°截面的断面CAD图中外轮廓线和内轮廓线之间的各线段的长度即为0°截面上各测点处的三通壁厚，根据所述各测点的外轮廓线和内轮廓线之间的线段长度变化可知所述三通O°截面的壁厚变化；
[0012](6)再按上述方法分别得到所述三通其他角度的截面的断面CAD图，在所述三通其他角度截面的断面CAD图中外轮廓线和内轮廓线之间的各线段长度即为相应角度截面上各测点处的三通壁厚，根据相应角度截面上各测点的外轮廓线和内轮廓线之间的线段长度变化可知所述三通相应角度的截面的壁厚变化。
[0013]进一步地，所述确定其他角度的纵向截面中所述其他角度包括15°、30°、45°、60。、75。和 90。。
[0014]进一步地,所述等分长度的长度为20mm。
[0015]本发明提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，根据热挤压三通的成型工艺特点，在热挤压成型三通壁厚变化规律的基础上，通过得到三通多个特殊角度的截面的断面CAD图可知热挤压成型三通的壁厚变化情况，从而得到能够表征热挤压成型三通壁厚变化的规律。弥补了 ANSIB16.9管道规范对于三通主、支管过渡处的尺寸和整体形状没有具体要求的不足。并且本发明提供的研究三通壁厚的方法，针对不同厚度的试样，不需更换卡具，工作效率高，试验误差小，能够方便、快捷地测量不同厂家、不同生产工艺及不同模具生产的同规格热挤压成型三通各部位不完全相同的几何尺寸。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法中测量截面的示意图。
[0017]图2为本发明实施例提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法中生成的0°断面图。
[0018]图3为本发明实施例提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法中生成的30°断面图。
[0019]图4为本发明实施例提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法中生成的45°断面图。
[0020]图5为本发明实施例提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法中生成的60°断面图。
[0021]图6为本发明实施例提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法中生成的90°断面图。[0022]图7为本发明实施例提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法中的热挤压成型三通几何尺寸示意图。
【具体实施方式】
[0023]本发明实施例提供的一种研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，包括如下步骤:
[0024](I)在三通的支管端部以通过三通轴心线的纵向截面为0°截面，画出0°截面的断面外轮廓曲线，然后绕支管轴心线旋转确定其他角度的纵向截面并分别画出相应截面的断面外轮廓曲线；
[0025](2)以支管管端环焊缝处为原点，在0°截面的断面外轮廓曲线上间隔等分长度标记出一系列测点；
[0026](3)用纸板按照三通0°截面的断面外部轮廓剪出0°截面的断面外轮廓曲线，然后在纸上记录下纸板剪出的0°截面的断面外轮廓曲线并标记出相应的各测点，使用GetData软件建立直角坐标系确定各测点的坐标值，将各测点坐标值输入AutoCAD中，连接各测点生成0°截面的断面外轮廓线；
[0027](4)测量三通0°截面的断面外轮廓曲线上各测点的管壁厚度，然后在AutoCAD中的0°截面的断面外轮廓线上，依次在各测点上画出与0°截面的断面外轮廓线的切线方向垂直且与测得的各测点管壁厚度相等的线段，连接各线段的另一端点生成0°截面的断面内轮廓线；
[0028](5)由0°截面的断面外轮廓线和内轮廓线可得三通O°截面的断面CAD图，0°截面的断面CAD图中外轮廓线和内轮廓线之间的各线段的长度即为0°截面上各测点处的三通壁厚，根据各测点的外轮廓线和内轮廓线之间的线段长度变化可知三通0°截面的壁厚变化；
[0029](6)再按上述方法分别得到三通其他角度的截面的断面CAD图，在三通其他角度截面的断面CAD图中外轮廓线和内轮廓线之间的各线段长度即为相应角度截面上各测点处的三通壁厚，根据相应角度截面上各测点的外轮廓线和内轮廓线之间的线段长度变化可知三通相应角度的截面的壁厚变化。
[0030]其中，确定其他角度的纵向截面中的其他角度包括15°、30°、45°、60°、75。和90。。
[0031]其中，等分长度的长度为20mm。
[0032]下面以DN1200X900型号热挤压成型三通为例，对本发明提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法进行详细说明，其中，DN1200X900型号热挤压成型三通的C=889mm，M=787mm。
[0033]参见图1，在三通的支管端部以通过三通轴心线的纵向截面为0°截面，画出0°截面的断面外轮廓曲线，然后绕三通的支管轴心线顺时针旋转，再分别选择30°、45°、60°和90°的角度来确定其他纵向截面，并分别画出30°、45°、60°和90°截面的断面外轮廓曲线。
[0034]以通过三通轴心线纵向截面的0°截面的断面外轮廓线和断面内轮廓线的生成方法为例进行说明。0°截面的断面外轮廓线和断面内轮廓线的生成步骤为:以三通的支管管端环焊缝处为原点，在三通O。截面的断面外轮廓曲线上每间隔20mm的间距标记一个测点，这样在0°截面的断面外轮廓曲线上标记得到一系列测点；用纸板仿照三通0°截面处的外部轮廓，剪出0°截面的断面外轮廓曲线，然后在纸上记录下纸板剪出的0°截面的断面外轮廓曲线，并标记出与三通0°截面的断面外轮廓曲线上相对应的各个测点，然后使用GetData软件建立直角坐标系确定各测点的坐标值，再将各测点坐标值输入AutoCAD中，连接各测点即可生成0°截面的断面外轮廓线。
[0035]然后测量三通0°截面的断面外轮廓曲线上各测点的管壁厚度，再在AutoCAD中的0°截面的断面外轮廓线上，依次在各测点上画出与0°截面的断面外轮廓线的切线方向垂直且与测得的各测点管壁厚度相等的线段，连接各线段的另一端点即可生成0°截面的断面内轮廓线。
[0036]0°截面的断面内轮廓线和外轮廓线生成后，即可得到三通0°截面的断面CAD图。DN1200X900型号热挤压成型三通0°截面的断面CAD图如图2所示，由于0°截面的断面CAD图中外轮廓线和内轮廓线之间的各线段的长度即为0°截面上各测点处的三通壁厚，因此根据各测点的外轮廓线和内轮廓线之间的线段长度变化即可知道三通0°截面的
壁厚变化。
[0037]采用与获得0°截面的断面CAD图相同的方法，可分别得到三通30°、45°、60°和90。截面的断面CAD图，DN1200X900型号热挤压成型三通的30。、45。、60°和90。截面的断面CAD图，分别如图3、图4、图5和图6所示，由于在三通30。、45°、60°和90。的截面的断面CAD图中外轮廓线和内轮廓线之间的各线段长度即为相应角度截面上各测点处的三通壁厚，因此根据相应角度截面上各测点处外轮廓线和内轮廓线之间的线段的长度变化即可知道三通30°、45°、60°和90°截面处的壁厚变化。
[0038]通过DN1200X900型号热挤压成型三通上述几个特殊角度截面的断面CAD图，根据各角度截面的断面CAD图中各测点处外轮廓线和内轮廓线之间的线段的长度变化，可分析得出热挤压成型三通的壁厚分布变化`特点，从而得到能够表征热挤压成型三通壁厚的特征尺寸。参见图7，C为三通主管长度的一半，M为支管位于主管中线以上的高度，Dtl为三通主管的外径，Cltl为三通支管的外`径，R为主管和支管的肩部过渡处的曲率半径。由于0°和90°截面的断面CAD图中内、外轮廓线的倒角曲率即为主支管内、外交接面曲率，因此，0°和90°截面的断面CAD图中内、外轮廓线的倒角曲率半径分别是由内、外轮廓线每段圆弧半径的平均值来确定，得到三通主管和支管的肩部过渡处的曲率半径R值。且根据0°截面的断面CAD图端部壁厚尺寸，得到三通主管端部的厚度尺寸h ;根据90°截面的断面CAD图两侧端部壁厚尺寸，得到三通支管端部的厚度尺寸t2和主管底部的厚度尺寸t3。
[0039]由于热挤压成型三通的原材料是钢板，整个三通的厚度均在钢板管坯厚度附近变化，且三通底部由于未经过拉拔和挤压工艺，其底部厚度近似为三通的管坯厚度T，因此，通过本测试方法得到的三通主管底部的厚度尺寸t3，近似为三通的管坯厚度T，可以作为三通的一个特征尺寸。热挤压成型三通主管断面厚度均为从主管底部至主管端部厚度逐渐增加，在今后的三通尺寸测量中，可以以三通主管端部的厚度尺寸^为三通的一个特征尺寸；对于支管端部断面厚度，应选择支管端部的厚度t2作为三通的一个特征尺寸。热挤压成型三通最特别的尺寸为其肩部倒角半径(即0°曲线倒角位置)，肩部倒角半径随着厂家，模具，管径，工艺的不同而不同，故肩部倒角半径R为热挤压成型三通最有特点的尺寸，故选择肩部倒角半径R为三通的另一个特征尺寸。综上分析，对于今后的热挤压成型三通，可以以管坯厚度T、主管端部厚度^、支管端部厚度t2和三通肩部倒角半径R为特征尺寸。
[0040]从各角度截面的断面CAD图可以看出三通壁厚变化较大，总体上来说三通壁厚最薄位置均在三通支管管端，且支管管端壁厚均小于管坯厚度T。在主支管过渡区一般壁厚增大，进入主管后厚度变化不规则。不同型号的三通管壁最厚断面一般为30°断面；最薄断面一般为90°断面，并且接近管坯厚度T。
[0041]本发明提供的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，基于实际生产的热挤压成型三通管件的壁厚进行测量，针对其热挤压成型工艺特点导致的管件壁厚在不同部位的变化规律进行总结，通过确定出三通管件多个特殊角度的截面的断面CAD图，建立大口径热挤压成型三通的特殊部位的壁厚尺寸数据，从而总结出热挤压成型三通的壁厚分布变化特点，得到能够表征热挤压成型三通壁厚的特征尺寸，能够有效确定壁厚复杂分布的热挤压成型三通的壁厚，而有利于进行后期的工程计算和相应的计算机模拟预测爆破压力的计算。
[0042]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要 求范围当中。
【权利要求】
1.一种研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)在所述三通的支管端部以通过三通轴心线的纵向截面为O。截面，画出O。截面的断面外轮廓曲线，然后绕所述支管轴心线旋转确定其他角度的纵向截面并分别画出相应截面的断面外轮廓曲线； (2)以所述支管管端环焊缝处为原点，在所述0°截面的断面外轮廓曲线上间隔等分长度标记出一系列测点； (3)用纸板按照三通0°截面的断面外部轮廓剪出所述0°截面的断面外轮廓曲线，然后在纸上记录下所述纸板剪出的0°截面的断面外轮廓曲线并标记出相应的所述各测点，使用GetData软件建立直角坐标系确定所述各测点的坐标值，将所述各测点坐标值输入AutoCAD中，连接所述各测点生成0°截面的断面外轮廓线； (4)测量所述三通0°截面的断面外轮廓曲线上各测点的管壁厚度，然后在所述AutoCAD中的0°截面的断面外轮廓线上，依次在所述各测点上画出与所述0°截面的断面外轮廓线的切线方向垂直且与测得的所述各测点管壁厚度相等的线段，连接所述各线段的另一端点生成0°截面的断面内轮廓线； (5)由所述0°截面的断面外轮廓线和所述内轮廓线可得所述三通0°截面的断面CAD图，在所述0°截面的断面CAD图中外轮廓线和内轮廓线之间的各线段的长度即为0°截面上各测点处的三通壁厚，根据所述各测点的外轮廓线和内轮廓线之间的线段长度变化可知所述三通0°截面的壁厚变化； (6)再按上述方法分别得到所述三通其他角度的截面的断面CAD图，在所述其他角度截面的断面CAD图中外轮廓线和内轮廓线之间的各线段长度即为相应角度截面上各测点处的三通壁厚，根据相应角度截面上各测点的外轮廓线和内轮廓线之间的线段长度变化可知所述三通相应角度截面的壁厚变化。
2.根据权利要求1所述的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，其特征在于:所述确定其他角度的纵向截面中所述其他角度包括15°、30°、45°、60°、75。和90°。
3.根据权利要求1所述的研究大口径热挤压成型三通壁厚的测试方法，其特征在于:所述等分长度的长度为20mm。
【文档编号】G01B21/08GK103884306SQ201410112212
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】齐丽华, 刘迎来, 杨放, 池强, 王鹏, 张伟卫, 王海涛, 李鹤 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所