專利名稱：一種含貫穿裂紋管道的加載方法
技術領域：
本發(fā)明屬于エ業(yè)壓カ管道檢測技術領域，特別涉及一種含貫穿裂紋管道的加載方法，尤其是那些需要進行完整性的評定的特殊行業(yè)的高溫和高壓管道，例如電站用的高溫高壓管道。
背景技術：
壓カ管道在石油，化工，供水和供熱以及核能和航天領域具有廣泛的應用。但由于這些管道所輸送的介質具有易燃，易爆和強腐蝕等性質，加之管道內部因材料本身的原因，機械損傷或使用過程的腐蝕等原因產生各種裂紋缺陷的存在，壓カ管道斷裂事故時有發(fā)生。含裂紋缺陷管道的失效方式主要有兩種，即脆性斷裂失效和泄漏失效。管道發(fā)生脆性 斷裂時，裂紋的擴展速度極快，后果往往是災難性的。而當管道發(fā)生泄漏失效時，裂紋在失穩(wěn)擴展以前有一段穩(wěn)定擴展期。在此期事故的演化是可控的，后果取決于泄漏量的大小。為了對這些含裂紋缺陷的管道的安全性進行評定，需要確定管道的斷裂性能，如裂紋的尖端位移，應變場及斷裂參數(應力強度因子K，裂尖張開位移COD和J積分)。目前的方法ー是采用大尺寸的板材試樣進行試驗。這種方法由于采用的材料性能與管材有較大的區(qū)別。因此應用于管材時存在較大的誤差。另ー種方法是采用將含裂紋缺陷的管道的兩端封閉起來形成密閉空間，然后加載系統對該封閉空間充以壓カ介質加壓。隨著該封閉空間壓カ的増加，管道的裂紋缺陷擴展。在此過程中采用光測技術測定裂紋尖端應變場，應カ強度因子和裂尖張開位移和J積分，并確定裂紋的啟裂，擴展和失穩(wěn)規(guī)律，然后用于管道完整性的評定。如果此過程中使用的壓カ介質是常溫的流體，則上述測量方法可以實現。但是在ー些情況下需要使用高溫高壓介質，例如，能源領域中的電站使用的管道的流體的溫度和壓カ很高。為了模擬這些高能管道在產生裂紋后的斷裂特性，需要使用高溫高壓水作為壓カ介質進行管道斷裂模擬試驗。此種情況下，上述測量過程難以實現。上述方法的不足之處在如下(I)當裂紋缺陷擴展成穿壁裂紋時，高溫高壓介質會泄漏到管道的外面對裂紋的測量產生安全威脅，如可能燙傷操作人員。當加壓過程所用的加壓介質是高溫高壓蒸汽，蒸汽的泄漏會使測量無法進行。因此，考慮到材料、封閉性、安全性等因素，難以進行高溫高壓實驗；(2)實驗過程中因泄漏而導致的流體的流動會產生壓カ波動，給靜壓實驗帶來ー
定誤差；(3)流體流動過程中流體源需不斷補充新流體，才能維持固定的壓力，裝置復雜性大大提升。如果加壓過程是在常溫下進行，且是用高壓泵直接加壓，高壓液體介質泄漏后，為了維持管內的壓カ不變或使壓カ繼續(xù)升高，則要求泵的流量大于或等于裂紋的泄漏量以使壓カ繼續(xù)升高或維持管內壓カ不變。如果使用高壓容器，高壓介質泄漏后，則需要壓カ容器的容積足夠大，才能在當管道泄漏時，系統的壓力基本保持不變。這增加了管道斷裂參數測量的成本。

發(fā)明內容
為了克服上述不足，本發(fā)明提供了一種含貫穿裂紋管道的加載方法，采用柔性容器脹形技術對含裂紋的管道進行加載，能夠提供穩(wěn)定高壓，且不會出現壓カ波動，實驗裝置的復雜性和成本也進ー步降低。本發(fā)明的技術方案分為如下步驟(I)采用尺寸與含貫穿裂紋管道內部尺寸相匹配的柔性容器，并在柔性容器的內部軸線方向加裝脹桿，以控制柔性容器在管道軸線方向的變形；脹桿上設有傳壓介質通道； 將加裝了脹桿的柔性容器送入含貫穿裂紋管道；(2)通過脹桿上的傳壓介質通道向柔性容器內部填入傳壓介質，通過加載系統對傳壓介質加壓使柔性容器變形膨脹，柔性容器表面與含貫穿裂紋管道內表面貼合；(3)通過加載系統對柔性容器內部傳壓介質進一歩加壓，使其對含貫穿裂紋管道進行加載，以使裂紋擴展。觀察試樣管道上裂紋的擴展情況并記錄相關數據。所述柔性容器為纖維織物制成的液袋，或為由延伸率大于5%的可變形金屬板材制成的容器。前者適用于壓カ介質為常溫的情況，后者適用于壓カ介質溫度高的情況。所述可變形金屬板材為304、304L、316或316L不銹鋼板，或者為16Mn碳鋼板。所述柔性容器與脹桿之間的結合方式為脹桿與加載系統連接的接頭在柔性容器外部，其余部分均被柔性容器包容；或者為，脹桿的兩端均在柔性容器的外部，脹桿中部為環(huán)向凹槽，柔性容器設置在脹桿的中部環(huán)形凹槽處。所述傳壓介質為高溫或常溫的液體或氣體。所述液體為水或油。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(I)傳壓介質的高壓密封由柔性容器完成，傳壓介質與含貫穿裂紋管道內壁不宣接接觸，因而可應用于對各種材料的管道進行脹形確定其斷裂性能，也可避免傳壓介質對管道的污染。柔性容器膨脹受カ均勻，且管道基本上無軸向伸縮；(2)當裂紋缺陷擴展成穿壁裂紋時，高溫高壓介質不會泄漏到管道的外面，從而不會對裂紋的測量產生安全威脅。因此，可以用于進行高溫高壓實驗；(3)實驗過程中無流體泄漏，不會產生壓カ波動；(4)無需新流體補充，裝置簡單，適應性強，使用方便。


圖I為柔性容器與脹桿的結構示意圖；圖2為含裂紋缺陷管道裂紋擴展規(guī)律研究使用的加載系統圖。圖中標號I-管道、2-柔性容器、3-脹桿、4-連接ロ、5-傳壓介質通道、6_油泵、7_單向閥、8-壓カ表、9-泄壓閥、11-壓カ介質儲槽。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種含貫穿裂紋管道的加載方法，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進ー步說明。采用圖I所示的柔性容器與脹桿結構，以及圖2所示的加載系統。實施例I壓カ介質為常溫時，采用本發(fā)明對蒸汽發(fā)生器含貫穿裂紋傳熱管試樣進行加載。(I)首先，加工尺寸合適的管道試樣。為消除端部效應，在試樣制備過程中應使試樣管道I長度大于脹桿3有效加壓長度的2倍。并在管道I上制備軸向裂紋；
(2)采用尺寸與管道I內部尺寸相匹配的柔性容器2，并在柔性容器2的內部軸線方向加裝脹桿3，以控制柔性容器在管道軸線方向的變形，其中柔性容器2為纖維織物制成的液袋；脹桿3上設有傳壓介質通道5 ;將加裝了脹桿3的柔性容器2送入管道I ;(3)加載系統的結構為油泵6的入口端伸入壓カ介質儲槽11中，出口端與單向閥7連接后，通過連接ロ 4與脹桿3連接，在單向閥7與脹桿3之間設置壓カ表8，并在脹桿3與壓カ介質儲槽11之間設置泄壓管路及泄壓閥9 ;通過脹桿3上的傳壓介質通道5向柔性容器2內部填入傳壓介質，通過加載系統對傳壓介質加壓使柔性容器2變形膨脹，柔性容器2表面與管道I內表面貼合；(4)通過加載系統對柔性容器內部傳壓介質進ー步加壓，使其對含貫穿裂紋管道進行加載，以使裂紋擴展；觀察試樣管道上裂紋的擴展情況，同時采用光學測量或其他技術記錄相關數據。實施例2壓カ介質為高溫時，采用本發(fā)明進行蒸汽發(fā)生器含貫穿裂紋傳熱管進行加載。(I)首先，加工尺寸合適的管道試樣。為消除端部效應，在試樣制備過程中應使試樣管道I長度大于脹桿3有效加壓長度的2倍。并在管道I上制備軸向裂紋；(2)采用尺寸與管道I內部尺寸相匹配的柔性容器2，并在柔性容器2的內部軸線方向加裝脹桿3，以控制柔性容器在管道軸線方向的變形，其中柔性容器2由可變形金屬制成；脹桿3上設有傳壓介質通道5 ;將加裝了脹桿3的柔性容器2送入管道I ;加載系統與脹桿3通過法蘭或焊接連接，管道I套于脹桿3外表面，管道I外面敷設保溫層，準備工作完成;(3)加載系統的結構與實施例I相同；通過脹桿3上的傳壓介質通道5向柔性容器2內部填入傳壓介質，通過加載系統對傳壓介質加壓使柔性容器2變形膨脹，柔性容器2表面與管道I內表面貼合；(4)通過加載系統對柔性容器內部傳壓介質進ー步加壓，使其對含貫穿裂紋管道進行加載，以使裂紋擴展；調節(jié)不同的壓カ值，觀察試樣管道上裂紋的擴展情況，同時采用光學測量或其他技術記錄相關數據。
權利要求
1.一種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，具有以下步驟 (1)采用尺寸與含貫穿裂紋管道內部尺寸相匹配的柔性容器，并在柔性容器的內部軸線方向加裝脹桿，脹桿上設有傳壓介質通道；將加裝了脹桿的柔性容器送入含貫穿裂紋管道； (2)通過脹桿上的傳壓介質通道向柔性容器內部填入傳壓介質，通過加載系統對傳壓介質加壓使柔性容器變形膨脹，柔性容器表面與含貫穿裂紋管道內表面貼合； (3)通過加載系統對柔性容器內部傳壓介質進ー步加壓，使其對含貫穿裂紋管道進行加載，以使裂紋擴展；觀察試樣管道上裂紋的擴展情況并記錄相關數據。
2.根據權利要求I所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，所述柔性容器為纖維織物制成的液袋，或為由延伸率大于5%的可變形金屬板材制成的容器。
3.根據權利要求2所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，所述可變形金屬板材為304、304L、316或316L不銹鋼板，或者為16Mn碳鋼板。
4.根據權利要求I所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，所述柔性容器與脹桿之間的結合方式為 脹桿與加載系統連接的接頭在柔性容器外部，其余部分均被柔性容器包容； 或者為，脹桿的兩端均在柔性容器的外部，脹桿中部為環(huán)向凹槽，柔性容器設置在脹桿的中部環(huán)形凹槽處。
5.根據權利要求I所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，所述傳壓介質為高溫或常溫的液體或氣體。
6.根據權利要求5所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在干，所述液體為水或油。
全文摘要
本發(fā)明屬于工業(yè)壓力管道檢測技術領域，特別涉及一種含貫穿裂紋管道的加載方法。選取與管道內徑尺寸相匹配的柔性容器進行加載，柔性容器內設置有脹桿，脹桿上開設有傳壓介質通道；柔性容器通過內部的脹桿上的傳壓介質通道與加載系統連通；加載時傳壓介質通過脹桿上的傳壓介質通道進入柔性容器。壓力升高時，傳壓介質使柔性容器均勻脹形對管道內壁進行施壓促使裂紋擴展。在此過程中對裂紋的斷裂特性進行測量。由于在此過程中無傳壓介質泄漏，加載系統和加載過程簡單，安全，成本低。
文檔編號G01N3/08GK102854061SQ20121026851
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權日2012年7月31日
發(fā)明者董建令, 惠虎, 李笑天, 雒曉衛(wèi), 孔祥衛(wèi), 徐宇, 張啟江 申請人:清華大學