环焊缝裂纹缺陷制作方法及系统与流程

本发明涉及油气管道技术领域，特别涉及一种环焊缝裂纹缺陷制作方法及系统。

背景技术：

在油气管道技术领域中，通过内检测技术能够检测管道存在的缺陷，评估管道的安全，即评估管道的压力。环焊缝裂纹缺陷管道的牵拉试验是研究各种内检测技术，对内检测技术进行验证的基础，也是内检测技术中的内检测器完成标定以及对性能指标进行验证的基本手段，而在特定管径和壁厚的管材上加工制作出满足要求的环焊缝裂纹缺陷是成功开展牵拉试验的关键，因此，需要制作环焊缝裂纹缺陷。

现有技术中有一种环焊缝裂纹缺陷制作方法，该方法基于电火花方式加工制作环焊缝裂纹缺陷。该方法先将含环焊缝的金属板从管道上切下，再按照预先设置的目标形状，采用电火花方式加工制作该金属板，得到形状较规则的环焊缝裂纹缺陷，最后将该金属板回焊到管道上。

但是管道实际产生的裂纹的形状常常是不规则的，所以采用上述方法得到的环焊缝裂纹缺陷的形状与实际裂纹的形状相差较大，因此，内检测技术验证和管道压力评估的可靠性较差。

技术实现要素：

为了解决现有技术中内检测技术验证和管道压力评估的可靠性较差的问题，本发明提供了一种环焊缝裂纹缺陷制作方法及系统。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种环焊缝裂纹缺陷制作方法，所述方法包括：

夹持包含环焊缝的金属板，所述金属板来自待检测的管道；

按照预先设置的加工参数控制所述金属板振动，使所述金属板开裂，开裂后的所述金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同；

将开裂后的所述金属板焊接到所述管道上；

其中，所述加工参数包括振动频率、振动次数、平均载荷以及交变载荷，

所述按照预先设置的加工参数控制所述金属板振动，使所述金属板开裂，包括：

根据所述加工参数，向所述金属板施加第一作用力和第二作用力，使所述金属板以所述振动频率和所述振动次数进行振动并开裂，所述第一作用力的载荷为所述平均载荷，所述第二作用力的载荷为交变载荷。

可选的，在所述按照预先设置的加工参数控制所述金属板振动，使所述金属板开裂之后，所述方法还包括：

根据所述金属板的开裂状态调整所述加工参数。

可选的，所述根据所述金属板的开裂状态调整所述加工参数，包括：

确定所述金属板的开裂位置和开裂深度；

根据所述金属板的开裂位置和开裂深度，调整所述加工参数。

可选的，在所述夹持包含环焊缝的金属板之前，所述方法还包括：

在所述管道的表面标记出需要切下的包含所述环焊缝的金属板；

将标记的金属板从所述管道上切下。

可选的，在所述将开裂后的所述金属板焊接到所述管道上之后，所述方法还包括：

对焊接有开裂后的所述金属板的管道进行打磨。

第二方面，提供了一种环焊缝裂纹缺陷制作系统，所述环焊缝裂纹缺陷制作系统包括：设置有夹具的试验机、控制装置和焊接装置，所述试验机与所述控制装置连接，

所述夹具用于夹持包含环焊缝的金属板，所述金属板来自待检测的管道；

所述控制装置用于按照预先设置的加工参数，控制所述金属板振动，使所述金属板开裂，开裂后的所述金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同；

所述焊接装置用于将开裂后的所述金属板焊接到所述管道上；

其中，所述加工参数包括振动频率、振动次数、平均载荷以及交变载荷，

所述控制装置具体用于：

根据所述加工参数，向所述金属板施加第一作用力和第二作用力，使所述金属板以所述振动频率和所述振动次数进行振动并开裂，所述第一作用力的载荷为所述平均载荷，所述第二作用力的载荷为交变载荷。

可选的，所述环焊缝裂纹缺陷制作系统还包括：监测装置，所述监测装置分别与所述试验机和所述控制装置连接，

所述监测装置用于监测所述金属板的开裂状态；

所述控制装置还用于根据所述监测装置监测到的开裂状态，调整所述加工参数。

可选的，所述控制装置具体用于：

确定所述金属板的开裂位置和开裂深度；

根据所述金属板的开裂位置和开裂深度，调整所述加工参数。

可选的，所述环焊缝裂纹缺陷制作系统还包括：标记装置和切割装置，

所述标记装置用于在所述管道的表面标记出需要切下的包含所述环焊缝的金属板；

所述切割装置用于将标记的金属板从所述管道上切下。

可选的，所述环焊缝裂纹缺陷制作系统还包括：打磨装置，

所述打磨装置用于对焊接有开裂后的所述金属板的管道进行打磨。

本发明提供了一种环焊缝裂纹缺陷制作方法及系统，由于该方法能够按照预先设置的加工参数控制金属板振动，使金属板开裂，开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同，相较于现有技术，缩小了环焊缝裂纹缺陷的形状与实际裂纹的形状的差异，提高了内检测技术验证和管道压力评估的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种环焊缝裂纹缺陷制作方法的流程图；

图2-1是本发明实施例提供的另一种环焊缝裂纹缺陷制作方法的流程图；

图2-2是本发明实施例提供的一种标记金属板的示意图；

图2-3是本发明实施例提供的一种四点弯曲夹具夹持金属板的示意图；

图2-4是本发明实施例提供的一种形成有环焊缝焊趾裂纹缺陷的金属板的俯视图；

图2-5是本发明实施例提供的一种形成有环焊缝焊趾裂纹缺陷的金属板的剖面图；

图3-1是本发明实施例提供的一种环焊缝裂纹缺陷制作系统的结构示意图；

图3-2是本发明实施例提供的另一种环焊缝裂纹缺陷制作系统的结构示意图。

上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种环焊缝裂纹缺陷制作方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101、夹持包含环焊缝的金属板，该金属板来自待检测的管道。

步骤102、按照预先设置的加工参数控制金属板振动，使金属板开裂，开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同。

步骤103、将开裂后的金属板焊接到管道上。

其中，加工参数包括振动频率、振动次数、平均载荷以及交变载荷，步骤102包括：根据加工参数，向金属板施加第一作用力和第二作用力，使金属板以振动频率和振动次数进行振动并开裂，第一作用力的载荷为平均载荷，第二作用力的载荷为交变载荷。

综上所述，本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作方法，由于该方法能够按照预先设置的加工参数控制金属板振动，使金属板开裂，开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同，相较于现有技术，缩小了环焊缝裂纹缺陷的形状与实际裂纹的形状的差异，提高了内检测技术验证和管道压力评估的可靠性。

本发明实施例提供了另一种环焊缝裂纹缺陷制作方法，如图2-1所示，该方法包括：

步骤201、在管道的表面标记出需要切下的包含环焊缝的金属板。

具体的，可以采用标记笔在管道的表面标记出需要切下的包含环焊缝的金属板。

现有技术中，通过各类检测技术发现和修复管道缺陷是提升管道安全运行水平的主要手段。由于技术水平的限制和现场焊接施工质量要求较高等因素，管道的环焊缝一直是整条管道最薄弱的环节，环焊缝的开裂事故(尤其是内壁开裂事故)时有发生。焊趾位于焊缝(即焊条熔化后的液态凝固结晶后的金属)与母材(即焊件材料)的交界处，是环焊缝中最薄弱的区域。本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作方法可用于制作环焊缝裂纹缺陷，该环焊缝裂纹缺陷可以为环焊缝焊趾裂纹缺陷。

步骤202、将标记的金属板从管道上切下。

具体的，可以采用氧乙炔切割机将标记的金属板从管道上切下，也可以采用其他装置将标记的金属板从管道上切下，本发明实施例对此不做限定。

步骤203、夹持包含环焊缝的金属板。

该金属板为弧形金属板。该方法基于材料疲劳破坏原理，采用试验机上的夹具将包含环焊缝的金属板沿环焊缝对称地固定在夹具上，以便于金属板的中心与夹具的中心重合。再通过外加的高频交变载荷加工出环焊缝裂纹缺陷。其中，试验机为高频疲劳试验机，夹具为四点弯曲夹具。关于材料疲劳破坏原理可以参考现有技术，本发明实施例在此不再赘述。

步骤204、按照预先设置的加工参数控制金属板振动，使金属板开裂，开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同。

该预设裂纹的形状与管道实际产生的裂纹的形状相接近。

加工参数包括振动频率、振动次数、平均载荷以及交变载荷，相应的，步骤204包括：

根据加工参数，向金属板施加第一作用力和第二作用力，使金属板以振动频率和振动次数进行振动并开裂，该第一作用力的载荷为平均载荷，该第二作用力的载荷为交变载荷。

该方法可以预先设置好加工参数，在确认加工参数设置无误后，再控制金属板振动并开裂，以使开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同。

此外，加工参数还可以包括振幅和波形，振幅表示的是金属板振动时在垂直方向上产生的位移，波形表示的是金属板的振动轨迹。调整好加工参数中的振幅，可以对金属板进行位移极限保护，调整好加工参数中的平均载荷和交变载荷，可以对金属板进行力极限保护。通常情况下，振幅和波形可以为默认值，无需进行设置。

步骤205、根据金属板的开裂状态调整加工参数。

具体的，步骤205可以包括：确定金属板的开裂位置和开裂深度；根据金属板的开裂位置和开裂深度，调整加工参数。

该方法可以实时监测金属板是否开裂，并根据金属板的开裂状态调整加工参数，比如，调整振幅、平均载荷和交变载荷，这样一来，能够避免金属板完全断裂，形成较大开口，以及形成分散的裂纹。最终加工制作出一定深度的环焊缝裂纹缺陷(如环焊缝焊趾裂纹缺陷)，且该环焊缝裂纹缺陷的形状与管道实际产生的裂纹的形状相接近。

步骤206、将开裂后的金属板焊接到管道上。

得到满足要求的金属板后，采用焊接装置将该金属板焊接到管道上，以便于进行内检测技术验证和管道压力评估。

步骤207、对焊接有开裂后的金属板的管道进行打磨。

具体的，可以采用角磨机磨平管道上的焊缝余高，从而使管道表面更加平滑。焊缝余高指的是焊缝表面两焊趾连线上的那部分金属的高度。

假设采用本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作方法，给直径为813毫米(mm)，壁厚为14mm的管道的外表面制作环焊缝焊趾裂纹缺陷，那么如图2-2所示，可以先采用标记笔在管道01的表面标记出需要切下的包含环焊缝02的金属板03，该金属板的长为400mm，宽为100mm。再采用氧乙炔切割机将标记的金属板从管道上切下，图2-2中的04为管道上的螺旋焊缝。然后如图2-3所示，采用高频疲劳试验机上的四点弯曲夹具05夹持该金属板03，并使该金属板03沿环焊缝对称地固定在四点弯曲夹具05上，其中，四点弯曲夹具05的上支点辊筒051的跨距d1可以为100mm，下支点辊筒052的跨距d2可以为160mm，图2-3中的02为环焊缝。接着再打开用于控制高频疲劳试验机的控制装置，设置好加工参数，示例的，可以将振动频率设置为150赫兹，将振动次数设置为2.2万次，将平均载荷设置为60千牛(kn)，将交变载荷设置为30kn，将振幅和波形均设置为默认值。接着再启动高频疲劳试验机，使金属板振动并开裂。同时采用监测装置监测金属板的开裂状态，采用控制装置调整加工参数，避免金属板完全断裂，或形成较大开口，以及形成分散的裂纹。最终金属板的焊趾位置形成有一定深度的环焊缝焊趾裂纹缺陷。接着再把形成有环焊缝焊趾裂纹缺陷的金属板焊接到管道上，并采用角磨机磨平管道上的焊缝余高。图2-4示出了形成有环焊缝焊趾裂纹缺陷的金属板的俯视图，图2-4中的02为环焊缝，03为金属板，06为环焊缝焊趾裂纹缺陷，u所指示的方向为牵拉试验的操作方向。图2-5示出了形成有环焊缝焊趾裂纹缺陷的金属板的剖面图，图2-5中的h为金属板03的厚度，06为环焊缝焊趾裂纹缺陷。

采用本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作方法制作出来的环焊缝焊趾裂纹缺陷，相较于现有技术中的环焊缝焊趾裂纹缺陷，位置更加精确，满足了在预定位置模拟环焊缝焊趾裂纹缺陷的技术需求。

本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作方法模拟使管道产生裂纹的真实环境，来制作环焊缝裂纹缺陷，所以采用该方法制作的环焊缝裂纹缺陷的形状与管道实际产生的环焊缝裂纹缺陷的形状更接近。该方法可以给不同管径和壁厚的管道制作环焊缝焊趾裂纹缺陷，且可以制作出不同尺寸的环焊缝焊趾裂纹缺陷。该方法为不同内检测器完成标定以及为内检测器对性能指标进行验证提供了数据支撑，可以用于验证不同内检测技术对环焊缝焊趾裂纹缺陷进行探测的概率与识别的精度，适用于牵拉试验中的不同尺寸的管道的环焊缝焊趾裂纹缺陷的加工制作。

需要说明的是，本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作方法步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作方法，由于该方法能够按照预先设置的加工参数控制金属板振动，使金属板开裂，开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同，相较于现有技术，缩小了环焊缝裂纹缺陷的形状与实际裂纹的形状的差异，提高了环焊缝裂纹缺陷的位置精度，提高了环焊缝焊趾裂纹缺陷的位置精度，提高了内检测技术验证和管道压力评估的可靠性。

本发明实施例提供了一种环焊缝裂纹缺陷制作系统300，如图3-1所示，该环焊缝裂纹缺陷制作系统300包括：设置有夹具的试验机310、控制装置320和焊接装置330，试验机310与控制装置320连接。

夹具用于夹持包含环焊缝的金属板，该金属板来自待检测的管道。

控制装置320用于按照预先设置的加工参数，控制金属板振动，使金属板开裂，开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同。

焊接装置330用于将开裂后的金属板焊接到管道上。

其中，加工参数包括振动频率、振动次数、平均载荷以及交变载荷，

控制装置320具体用于：根据加工参数，向金属板施加第一作用力和第二作用力，使金属板以振动频率和振动次数进行振动并开裂，第一作用力的载荷为平均载荷，第二作用力的载荷为交变载荷。

综上所述，本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作系统，由于该系统能够按照预先设置的加工参数控制金属板振动，使金属板开裂，开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同，相较于现有技术，缩小了环焊缝裂纹缺陷的形状与实际裂纹的形状的差异，提高了内检测技术验证和管道压力评估的可靠性。

其中，环焊缝裂纹缺陷可以为环焊缝焊趾裂纹缺陷，试验机为高频疲劳试验机，夹具为四点弯曲夹具。

进一步的，如图3-2所示，环焊缝裂纹缺陷制作系统300还包括：监测装置340，监测装置340分别与试验机310和控制装置320连接。

监测装置340用于监测金属板的开裂状态。

控制装置320还用于根据监测装置340监测到的开裂状态，调整加工参数。

可选的，控制装置320具体用于：

确定金属板的开裂位置和开裂深度；

根据金属板的开裂位置和开裂深度，调整加工参数。

进一步的，如图3-2所示，环焊缝裂纹缺陷制作系统300还包括：标记装置350和切割装置360。

标记装置350用于在管道的表面标记出需要切下的包含环焊缝的金属板。示例的，标记装置可以为标记笔。

切割装置360用于将标记的金属板从管道上切下。

如图3-2所示，环焊缝裂纹缺陷制作系统300还包括：打磨装置370。

打磨装置370用于对焊接有满足预设要求的金属板的管道进行打磨。示例的，打磨装置可以为角磨机。

综上所述，本发明实施例提供的环焊缝裂纹缺陷制作系统，由于该系统能够按照预先设置的加工参数控制金属板振动，使金属板开裂，开裂后的金属板形成的环焊缝裂纹缺陷的形状与预设裂纹的形状相同，相较于现有技术，缩小了环焊缝裂纹缺陷的形状与实际裂纹的形状的差异，提高了环焊缝焊趾裂纹缺陷的位置精度，提高了环焊缝焊趾裂纹缺陷的位置精度，提高了内检测技术验证和管道压力评估的可靠性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。