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    重庆时时彩真样注册: 施加轴向应力的焊缝测试方法和设备.pdf

    关 键 词:
    施加 轴向 应力 焊缝 测试 方法 设备
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110032538.7

    申请日:

    2005.12.30

    公开号:

    CN102183348A

    公开日:

    2011.09.14

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01M 3/28申请公布日:20110914|||实质审查的生效IPC(主分类):G01M 3/28申请日:20051230|||公开
    IPC分类号: G01M3/28; G01M3/02; G01N3/12; G01N3/04; F16L23/00 主分类号: G01M3/28
    申请人: 卡-博投资有限公司
    发明人: 格兰·卡尔森
    地址: 加拿大安大略省
    优先权: 2004.12.30 US 60/640,093; 2005.03.22 US 60/663,871
    专利代理机构: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 魏金霞;田军锋
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110032538.7

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2014.03.12|||2011.11.02|||2011.09.14

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种用于测试管子上的焊缝完整性的组件包括至少两个锚固于管子并绕管子沿圆周延伸的支撑件,支撑件沿管子轴向地间隔并定位于焊缝的各相对侧。所述支撑件固定于管子,从而防止其沿管子轴向运动。所述组件还包括定位于支撑件之间的至少一个轴向力施力装置。施力装置适于沿大致平行于管子纵轴的方向对支撑件施加轴向力。所述组件还包括用于在焊缝上进行压力测试的焊缝测试设备。一种用于测试管子上的焊缝完整性的方法包括在焊缝上施加轴向应力并同时对焊缝施加压力?;固峁┝艘恢中率皆仓芗芯?,用于固定至管子的外部。

    权利要求书

    1: 一种用于固定至管子的外表面的圆周夹具, 所述夹具包括 : 大致环形的挡圈, 其具有外径和内径并适于绕所述管子的外周设置 ; 设置在所述挡圈上的多个液压缸, 所述缸沿所述挡圈的内径大致等距地间隔 ; 每个所述缸包括冲头, 所述冲头能够在平行于所述挡圈的半径的方向上并在朝向所述 挡圈的中心的方向上延伸, 由此当所述冲头致动时, 所述缸对所述管子的外表面施加大致 相等的力。
    2: 如权利要求 1 所述的夹具, 其中, 所述挡圈包括连接到一起的两个或更多个分段。
    3: 如权利要求 2 所述的夹具, 其中, 所述两个或更多个分段中的相邻对通过铰链连接。
    4: 如权利要求 3 所述的夹具, 其中, 所述两个或更多个分段中的至少一个相邻对包括 用以当位于所述管子上时形成所述挡圈的锁定装置。
    5: 如权利要求 1 所述的夹具, 其中, 所述挡圈包括通向其内径的多个口, 并且其中, 所 述口适于容纳所述液压缸。
    6: 如权利要求 1 所述的夹具, 还包括用于致动所述液压缸的装置。
    7: 如权利要求 1 所述的夹具, 还包括多个载荷分布垫, 所述多个载荷分布垫用于沿圆 周分布由所述冲头施加的力。
    8: 一种定位在管子外径上的圆周夹具, 包括 : 多个链节, 其连接到一起形成链条, 所述链条尺寸设计为覆盖所述管子的圆周 ; 每个所述链节包括用于连接相邻链节的连接装置 ; 每个所述链节包括连接到电源的电磁体, 由此, 当所述电源致动时, 所述磁体接合所述 管子的外表面。

    说明书


    施加轴向应力的焊缝测试方法和设备

        本申请是申请日为 2005 年 12 月 30 日、 申请号为 200580045465.8、 发明名称为 “施 加轴向应力的焊缝测试方法和设备” 的发明专利申请的分案申请。
         交叉参考共同未决的申请
         本申请要求两个优先权, 分别是 2004 年 12 月 30 日申请的美国申请 60/640,093 号和 2005 年 3 月 22 日申请的美国申请 60/663,871 号, 这两篇申请的全部内容在此引入作 为参考。
         技术领域
         本发明涉及用于在管道、 容器等上测试焊缝的方法及设备, 尤其是在压力测试中 对焊缝施加轴向或纵向应力的方法及设备。 背景技术 现有技术描述
         在化工厂或石油化工厂等中, 经常需要从一个地方向另一个地方输送流体材料 ( 例如液体 )。这类材料的输送工具一般包括诸如管道或管子、 贮存容器或反应容器等设 备, 它们通常都是用金属制造的。输送设备的各单独部件的连接通常通过将所需部件焊接 到一起而实现。 例如, 连接两个相邻管子时, 通常的做法是, 在每一端设置法兰, 其可焊接到 各相应端, 然后栓接到一起形成密封。 这样的法兰可以设置在储罐和其他类似容器上, 以便 可以将这种容器连接到管子或其他容器上。作为选择, 长管道或其他设备间的连接可以是 直接焊接到一起 ( 例如对焊 ) 形成密封。另外, 应当理解, 每一个焊接接头或焊接部分必须 形成完全密封才能防止泄漏所运送的材料。尤其处理潜在危险材料 ( 如易燃或有毒液体 ) 时更是如此。
         安全起见, 往往需要定期测试用于连接不同设备部件 ( 例如管子、 管道、 容器和法 兰等 ) 的焊缝的完整性。
         现有技术提供了多种工具来实施管道上的焊缝完整性测试。例如, 美国专利 6,131,441 和 5,844,127( 公开的全部内容在此引入作为参考 ) 公开了焊缝测试工具, 其分 隔出管子的特定管段 ( 该管段包括焊缝 ) 并使该管段处于由工具和管子内表面限定的受限 环形空间内的高压流体中?;沸慰占淠诘牧魈逖沽Υτ诩嗫刂?, 哪个地方的压力降低就 表明此处焊缝有渗漏。
         美国专利 6,463,791( 全部公开内容在此引入作为参考 ) 公开了一种测试用于固 定喷嘴的焊缝的设备。如该引用文件的图 1 所示, 此设备包括 : 第一密封板, 位于 ( 例如 ) 容器的内表面上 ; 第二密封板, 固定于喷嘴的外法兰部分。以此方式, 将喷嘴容积密封且将 加压流体引入其中。一旦充满该容积, 则如上所述地监测压力并检测任一泄漏。该设备提 供了一种精确、 有效的测试喷嘴上的焊缝的装置, 但该设备的尺寸和重量使其不便于应用 在大喷嘴上。
         另外, 共同未决的申请 60/640,093 号 ( 全部公开内容在此引入作为参考 ) 提供了
         一种工具用来测试将喷嘴连接到容器上的焊缝的完整性的工具。
         尽管以上引用文件提供了测试焊缝的有效工具, 但它们都设计为基本是对焊缝施 加径向力。 另外, 需要对焊缝施加进一步的应力以提供一种 “最坏情况” , 以便能够在极限条 件下测试这样的焊缝。 发明内容 一方面, 本发明大致提供一种测试管子上的焊缝完整性的方法, 其中, 在焊缝测试 过程中施加轴向力。
         另一方面, 本发明总体上提供一种用于在管道上实施焊缝完整性测试的组件, 其 中, 该组件包括设置在焊缝的各相对侧的至少一对支撑件, 一个或多个施力装置设置在所 述支撑件之间并且可在其间操作而在焊缝上产生轴向应力。 所述支撑件中的一个或多个可 包括绕所测试的管子圆周延伸的夹具。
         另一方面, 本发明提供一种装在管子上的圆周夹具, 其中, 使用液压冲头或电磁铁 以摩擦接合管子的外表面。
         因此, 一方面, 本发明提供一种在一段长度的管子上测试焊缝完整性的方法, 包括 对焊缝施加轴向压力以及在焊缝上实施完整性测试。
         另一方面, 本发明提供一种用于测试管道焊缝完整性的装置, 包括 :
         ——至少两个支撑件, 其锚固于管子并绕管子沿圆周方向延伸, 所述支撑件沿管 子轴向地间隔并定位于焊缝的各相对侧上, 所述支撑件固定于管子, 从而防止其沿管子轴 向运动 ;
         ——至少一个轴向力施力装置, 其位于所述支撑件之间, 所述装置适于沿大体平 行于管子纵向轴线的方向对所述支撑件施加轴向力。
         ——焊缝测试设备, 用于在焊缝上实施压力测试。
         另一方面, 本发明提供一种用于固定在管子外径上的圆周夹具, 包括 :
         ——总体上为环形形状的挡圈, 其具有外径和内径并适于绕管子圆周设置 ;
         ——设置在所述挡圈内的多个液压冲头, 所述冲头具有致动缸, 所述致动缸能够 沿朝向所述挡圈中心的方向径向延伸 ;
         ——其中, 所述冲头大体等距地间隔, 当所述冲头致动时, 所述缸对管子的外表面 施加大体相等的力。
         另一方面, 本发明提供了一种用于固定在管子外径上的圆周夹具, 包括 :
         ——多个链节, 其连接到一起形成链条, 所述链条的尺寸设计为覆盖所述管子的 圆周 ;
         ——每个所述链节包括用于连接相邻链节的连接装置 ;
         ——每个链节包括连接到电源的电磁体, 由此, 当电源致动时, 磁场接合所述管子 的外表面。
         附图说明
         在以下参照所附附图的详细描述中, 本发明的这些和其它特征将更为明确, 其 中:图 1 是用于测试管子法兰上的焊缝时的本发明的一个实施例的横截面图。 图 2 是图 1 所示设备的立体图。 图 3a 和 3e 是图 2 的支撑夹具的立体图。 图 3b 是与图 2 中的支撑夹具一起使用的液压锁定夹具的立体图。 图 3c 是结合图 3a 和图 3b 的支撑夹具和液压锁定夹具的端视图。 图 3d 是图 3b 中的锁定夹具的另一实施例的局部立体图。 图 4 是本发明另一个实施例的横截面图。 图 5 是本发明另一个实施例的横截面图。 图 6 是图 5 所示支撑夹具的立体图。 图 7 是本发明用在管子上的另一个实施例的横截面图。 图 8 是本发明支撑夹具的另一个实施例的立体图。 图 9 和图 10 是图 8 所示夹具使用时的立体图。 图 11 和图 12 是图 9 和图 10 所示实施例的改型的立体图。 图 13 是图 8 的支撑夹具的另外一个实施例的立体图, 所示为敞开取向。 图 14 是支撑夹具的另外一个实施例的立体图。 图 15 是形成图 14 所示夹具的链节的分解立体图。 图 16 是图 14 所示夹具使用时的立体图。 图 17 是本发明设备的另外一个实施例的局部横截面图。具体实施方式
         在整个本发明的说明书中, 设定以下术语具有如下相关含义 :
         “容器”——应当理解为表示附接喷嘴的任意装置或设备。同样地, 术语 “容器” 可 以包括容器本身、 管子、 鼓轮以及任意其他类似设备。应该理解, 在此使用的术语 “容器” 仅 仅是便于表达的方式, 其涵盖了所有这样的装置或设备。
         “环形” ——该术语用来描述具有至少一个外径和至少一个内径的主体。因此, “环 形管” 被假定为具有内径和外径的中空管。 “环形盘” 被假定为具有外径和由中心孔形成内 径的物体。
         “轴向”——该术语用来描述沿管子或管道纵轴方向的方向。因此, “轴向力” 或 “轴向应力” 应当理解为沿平行于管道纵轴的方向施加的力。
         图 1 描述了本发明用于测试将法兰连接到管子端部的焊缝时的一个方面。如图所 示, 如本领域公知的, 通过焊缝 14 将法兰 10 固定在管子 12 上。如上所述, 焊缝 14 可以使 用多种本领域公知的各种工具进行测试。例如, 美国专利 6,131,441( 其全部公开内容在此 引入作为参考 ) 所公开的测试工具 16 可以插入管子 12 中并靠近焊缝 14 定位。如美国专 利 6,131,441 所详细描述的, 测试工具 16 通过将加压流体压向管子 12 的内壁对焊缝施加 径向向外取向的压力。如所示的, 工具在要进行测试的焊缝 14 的区域中的管子 12 的隔离 管段上施加这样的力。
         如上所述, 本发明用于在焊缝 14 上提供进一步的轴向应力, 使其处于极限条件 下。应当理解, 这样的附加应力产生了更可靠的测试结果。为了施加轴向应力, 本发明提供 了具有支撑夹具 18 的设备, 支撑夹具 18 固定在管子 12 的外表面并与法兰 10 相间隔, 从而焊缝 14 位于法兰 10 和支撑夹具 18 之间。夹具 18 设计成固定于管子 12 以便提供高摩擦 配合。这种摩擦配合的目的将在随后进一步解释。在图 1 所示的本发明的方面中, 夹具 18 包括在外部环绕部分管子 12 的挡圈部分 20。支承环 22 垂直于挡圈 20 延伸并通过焊缝 24 固定于挡圈 20。作为附加支撑件, 夹具还可以包括一个或多个支撑肋 26, 所述支撑肋从挡 圈 20 径向向外延伸并固定在挡圈 20 上。这些肋沿其一个边缘固定在挡圈上, 从而大体上 平行于挡圈 20 的纵轴方向延伸。支撑肋的一端定位为抵接并从而支撑支承环 22。应当理 解, 支撑肋 26 用来确保将支承环 22 保持在位。但是, 也应当理解, 支撑肋 26 还设置为能够 使支撑夹具 18 固定在所测试的管子上。也就是说, 一方面, 支撑夹具 18 设置成绕管子 12 的外径设置的两个或更多个分段。然后, 通过将相邻的支撑肋 26 栓接在一起而将支撑夹具 18 的各分段连接到一起。 为了辅助该步骤, 支撑肋 26 可以设置有连接螺栓能够通过的配合 孔 27。应当理解, 可以使用任何连接支撑肋 26 的装置。
         该设备还包括至少两个、 优选为多个应力施力装置, 所述应力施力装置可沿平行 于管子纵轴的方向延伸。一方面, 这种应力施力装置包括绕管子 12 在圆周上间隔设置的液 压缸 28。液压缸 28 设置于夹具 18 和法兰 10 之间, 使得液压缸 28 的第一端部 30 抵接法兰 10, 而其相对的第二端部 32 抵接夹具 18 的支承环 22。 操作时, 致动液压缸, 使其在长度上延伸。如图 1 所示, 这种延伸在法兰 10 和支承 环 22 上施加轴向力或纵向力, 迫使它们彼此远离。应当理解, 这种力或应力随后将被传递 到焊缝 14??梢岳斫?, 施加到焊缝 14 上的力的大小取决于测试条件可预先设定。例如, 应 当理解, 所施加的力可以低于焊缝 ( 或管子等 ) 的强度容限。同样应当理解, 所施加的力视 应用场合的不同而不同。 例如, 较大的力可以用在所输送的流体通常处于高压下的场合。 较 小的力可以用在流体处于小压力或零压力下、 焊缝通常不承受高应力的场合。
         本领域技术人员应当理解, 支撑夹具 18 必须设计成足以承受液压缸 28 施加的力。 如上所述, 夹具优选地固定于管子 12 的外表面而形成摩擦配合。尽管可以将夹具焊接到管 子 12 外表面, 应当理解, 焊接过程以及在需要时后续的夹具拆卸会影响管子 12 的物理完整 性。夹具 18 一般设置成至少两分段, 或者如果所测试的管子的直径大时设成更多个分段。 一方面, 支撑夹具 18 设置成优选通过铰链连接在一起 ( 如下进一步说明 ) 的两个分段。作 为替换, 如上所述, 夹具 18 可以仅仅设置成两个或更多个通过相邻的肋栓接在一起的分离 分段, 此时不需要铰链。 所述分段上与铰链相对的端部包括用于将它们紧固到一起的装置。 这种用于紧固的装置包括例如螺栓, 可以拧紧螺栓而将各分段连接到一起。在管子 12 之上 设置两个所述分段, 并以上述方法将这两个分段固定到一起。 本领域技术人员应当理解, 夹 具尺寸根据管子 12 的直径进行设计, 使得用来连接夹具的各分段的螺栓或其他类似机构 的收紧将引起夹具 18 在管子 12 上的所需摩擦配合。本领域技术人员进一步理解, 夹具 18 和管子 12 之间的摩擦力的大小取决于液压缸 28 施加的力。所需摩擦力的量可以通过本 领域技术人员公知的方法而容易地计算得到。举例来说, 一旦所需的施加到焊缝上的力的 大小确定下来, 则液压缸所需的力可以通过用焊缝应力除以液压缸的数量而容易地计算得 到。同样的, 一旦由液压缸所施加的所需轴向力确定后, 应当理解, 夹具 18 和管子 12 之间 的摩擦力必须超过该力。摩擦力视夹具 18 和管子 12 材料的摩擦系数的不同而不同。
         如图 1 所示的实施例, 所示液压缸 28 直接支承在法兰 10 上。但在某些情况下, 可 能需要或希望包括隔离环 ( 图 1 中未示出 ) 将液压缸 28 的力传递到法兰 10 上。由于焊缝
         14 的位置而致使支撑夹具 18 和法兰 10 之间的距离比液压缸 28 长时, 隔离环是必须的。同 样应当理解, 隔离环的使用还可以均匀地分布液压缸对法兰 10 的力。隔离环的使用将参照 图 9 进一步描述。
         图 2 表示了夹具的一个示例, 方便起见用 18a 表示, 其设置成两个分段 34 和 36。 本发明的一方面是, 夹具包括进一步的支撑环 37, 其类似于支承环 22a、 相对支承环 22a 位 于挡圈 20a 的另一端处。如图所示, 夹具 18a 包括铰链 38, 铰链 38 将两个分段 34 和 36 连 接到一起并允许夹具绕其打开。例如, 铰链 38 可以包括联锁环, 其设置在夹具 28a 每一分 段上, 螺栓 39 从其中穿过。夹具 18 的两个分段 34 和 36 进一步包括连接装置, 该连接装置 可以是例如纵向延伸的连接肋或法兰 40 和 42, 所述连接肋或法兰 40 和 42 具有螺栓孔 44 以容置如上所述的螺栓 ( 未示出 )。应当理解, 连接肋 40 和 42 也可以作为上述的支撑肋 26a。
         另一方面, 夹具 18a 的分段 34 和 36 可以由液压夹具而非螺栓进行连接。图 3a、 3b、 3c 描述了该实施例。如图所示, 当设置在管子 ( 未示出 ) 圆周上时, 图 2 中的夹具 18a 的分段 34 和 36 通过一锁定夹具 46 连接到一起。锁定夹具 46 包括具有大致为 “C” 形的主 体的液压夹具, 在夹具打开端包括一对法兰 47 和 48。 第一法兰 47 优选地包括定位销 49, 其 适于容置在位于连接法兰 40 和 42 之一上的螺栓孔 44 中, 并用于将夹具 46 与其对正。液 压夹具 46 上的第二法兰 48 包括至少一个、 优选地为两个或更多个的液压缸 50。液压夹具 46 的法兰 47 和 48 设计成将连接肋 40 和 42 一起夹入其中。这通过将定位销 49 与位于连 接肋 40 或 42 其中之一上的螺栓孔 44 对准来定位所述液压夹具而实现, 其中液压夹具的第 一法兰 47 定位于相应连接肋 40 或 42 的外侧上。液压缸 50 因此定位于连接肋 42 或 40 中 另一个的外侧上。也应当理解, 采用这种设计, 当液压缸 50 致动时, 连接肋 40 和 42 被带到 一起, 从而使夹具 18a 关闭, 进而绕管子 12( 未示出 ) 夹紧。
         图 3d 示出图 3b 的锁定夹具的一种变形。在此情况下, 方便起见用 46a 表示的锁 定夹具也包括大致为 “C” 形状的主体, 且具有相对设置的法兰 47a 和 48a。其中一个法兰, 如 47a, 设置有多个定位销 49a, 所述定位销适于容置到支撑夹具 18a 的法兰 40 或 42 上的对 应螺栓孔 44 中, 如图 3e 所示。在该实施例中, 替代液压缸 50, 锁定夹具 46a 包括设置在锁 定夹具 46a 的其中一个法兰 ( 例如 48a) 上的多个整体式的液压冲头 51。液压冲头 51 定位 为当被致动时朝锁定夹具 46a 的另一法兰 47a 的方向延伸。使用时, 图 3d 的锁定夹具 46a 的作用与上述参照图 3a 至图 3b 所描述的夹具 46 的作用相同。应当理解, 支撑夹具 18a 的 尺寸根据管子直径而确定, 使得当设置在管子上时, 支撑夹具 18a 的法兰 40 和 42 不接触。 这种布置确保当法兰 40 和 42 被迫压到一起时, 支撑夹具 18a 绕管子圆周夹紧, 从而形成紧 摩擦配合。将法兰 40 和 42 迫压到一起是通过所述锁定夹具实现的。具体地, 一旦支撑夹 具 18a 定位于所测试的管子上, 锁定夹具 46a 便位于法兰 40 和 42 之上而使得锁定夹具的 定位销 49a 接合法兰 40 的对应螺栓孔 44( 应当理解, 可选择地, 定位销也可以接合法兰 42 的螺栓孔 )。在这种设置下, 液压冲头 51 可以靠着法兰 42 定位。这样, 当液压冲头 51 被致 动时朝法兰 40 迫压法兰 42, 从而迫使支撑夹具 18a 绕所测试的管子的圆周夹紧。
         在以上描述中, 支撑夹具 18 或 18a 是以螺栓或液压夹具连接的。但是, 本领域普 通技术人员了解其他连接夹具的方式, 本发明不限于这些变形。例如, 支撑夹具 18 可以通 过磁性锁定机构而闭合 ( 即, 连接 )。图 4 是图 1 所示的本发明的另一个实施例, 其中图 1 中的液压缸 28 替换为起重螺 栓 (jack bolt)52??梢钥闯?, 起重螺栓 52 与图 1 中液压缸 38 具有相同作用。起重螺栓设 有螺母 54, 可以拧紧螺母 54 以对法兰 10 施加所需轴向力。 同样的, 应当理解液压缸或起重 螺栓等可以用其他施力装置或机构代替。
         图 5 是本发明的设备的另外一个实施例, 其中, 法兰 10 设置在容器 11 上。该实施 例中, 法兰 10 连接到从容器的壁 58 延伸的管子 56。法兰 10 由焊缝 14 连接到管子 56。如 图 1 所示实施例, 该设备包括支撑夹具 18b 和液压缸 28, 用于对法兰 10 施加轴向力。应当 注意的是, 该实施例中的支撑夹具 18b 位置以与容器壁 58 对接的布置设置。尽管图 5 所示 实施例中使用液压缸 28 来施加所需轴向力, 应当理解, 同样可以使用其他施力机构。如上 所述, 这样的一种设备可以包括起重螺栓或其他类似装置。
         图 6 表示的是图 5 所示的支撑夹具的两个分段 34b 和 36b。 这两个分段 34b 和 36b 每个都包括相对的法兰 40b 和 42b, 所述法兰具有与上述参照图 2 所述的连接肋 40 和 42 相 同的作用。一旦分段 34b 和 36b 定位于所测法兰上, 则法兰或肋 40b、 42b 可以通过螺栓、 液 压夹具 ( 诸如参照图 3b 所描述的夹具 46) 连接到一起??梢钥吹?, 支撑夹具 18b 上优选地 包括沿圆周间隔设置的定位口或定位环 60。 定位环 60 的尺寸设计为容纳液压缸 28 的一端 并沿着支撑夹具 18b 的区域将其定位。应当理解, 定位环 60 用于确实地 (positively) 将 液压缸 28 设置在支撑夹具 18b 上, 从而方便设备的安装。应当理解, 也可以将诸如图 6 所 示的定位环设置在所有在此描述的支撑夹具上以获得相同的优点。在优选的实施例中, 定 位环 60 容纳液压缸的基部端。在再一实施例中, 液压缸的相对端或致动 ( 即, 移动 ) 端也 可以容纳在类似的定位环中。在另一实施例中, 定位环 60 可以由设置在相应支承表面的凹 槽代替。
         图 7 表示了本发明的一个实施例, 其中所测焊缝用于将管子的两个分段连接到一 起。如图所示, 管子由两个管段 62 和 64 构成, 管段 62 和 64 通过焊缝 66 以对接布置端对 端连接。 为了对焊缝 66 施加上述轴向应力, 本发明的设备包括两个支撑夹具 18c 和 18d, 其 分别设置在管子的每个管段 62 和 64 上, 由此, 焊缝 66 位于两个夹具 18c 和 18d 之间。支 撑夹具 18c 和 18d 的结构基本上与图 1 所示的支撑夹具 (18) 相同, 并如上所述固定于管子 的每个管段。液压缸 28 绕管子圆周定位, 并在支撑夹具 18c 和 18d 之间沿大致平行于管子 纵向的方向延伸。如图 7 所示, 液压缸 28 支承于分别设置在支撑夹具 18c 和 18d 上的支承 环 22c 和 22d。采用这种布置, 其中一个支承环, 例如 22d, 适于容纳液压缸 28 的基部端 68, 而另一个支承环, 例如 22c, 适于容纳液压缸的致动 ( 即, 移动 ) 端 70。优选地, 支承环 22c 和 22d 分别包括定位口 ( 即, 凹槽 ) 或定位环 60c 和 60d, 以容纳液压缸 28 的相应端。
         以上描述中, 以液压缸 28 为参照进行说明。但是本领域技术人员公知, 也可以使 用术语液压冲头。
         图 8 表示本发明支撑夹具的另一个实施例。该实施例中, 总体上以 72 表示的夹具 包括由两个分段 74 和 75 形成的环。每一分段设置有铰链或类似关闭物的配合半部, 如以 标号 76 和 77 所示的。一个实施例中, 铰链可以是多个相互搭接的环, 螺栓可以延伸通过所 述环。另一个实施例中, 铰链之一可永久性地附连在分段 74 和 75 上, 使所述分段能够绕其 枢转。在这两种情况下, 所述分段均设计成绕所测管子设置并在就位后连接在一起。分段 74 和 75 还可以在内表面 78 上设置多个沿圆周间隔设置的液压冲头 80。液压冲头 80 可包括例如本领域公知的低轮廓或超低轮廓冲头 (low or ultralow profile ram)。这种冲头 的一种例子是由 Enerpac 制造的冲头 ; 但是, 各种其他类似的液压冲头对于本领域技术人 员是显而易见的。冲头 80 定位成使其致动端或致动头朝向夹具 72 的中心。应当理解, 这 样一种布置会引起冲头 80 的致动头径向向内延伸。正如以下将要解释的, 这种布置能使冲 头 80 对使用支撑夹具的管子的外壁施加压力。
         图 9 表示的是图 8 中的支撑夹具 72 在如图 1 所示管子上的应用。如所示, 支撑夹 具 72 绕管子 12 的外表面设置, 管子 12 具有通过焊缝 14 附接到其上的法兰 10。夹具 72 轴 向远离法兰 10 定位。多个液压缸或冲头 82 设置在支撑夹具 72 上, 且设置为绕管子 12 的 外表面在圆周上间隔设置并大致平行于管子延伸。一些液压冲头 82 被切断显示以示出焊 缝 14。液压冲头或液压缸 82 与上述描述的作用相同。也就是说, 每个液压冲头 82 的一端, 如基部, 靠着支撑夹具 72 设置。每个冲头的相对的致动 ( 或移动 ) 端可以靠着法兰 10 设 置。但是, 如图 9 所示, 隔离环 84 可选择地设置在法兰周围, 其中隔离环 84 的一侧抵接法 兰 10, 而另一侧适于容纳液压冲头 82 的致动端。如图所示, 隔离环 84 可以包括由铰链 83 连接的两个分段, 一旦在所测管子或法兰上就位就将它们锁紧在一起。
         一旦组件装配后, 如图 9 所示, 则致动支撑夹具的低轮廓液压冲头 80, 由此其致动 头对管子 12 施加径向向内的力。应当理解, 冲头 80 一般被同时致动, 以便绕管子 12 的圆 周施加均匀的压力。 继续驱动冲头 80 直到所需的力 ( 以后进一步描述 ) 施加到管子 12 上。 这之后, 液压缸或液压冲头 82 被致动, 由此使轴向或纵向力施加到焊缝 14 上。应当理解, 由液压缸 82 施加的力可以容易地计算得到, 基于这样的计算, 就可以计算出由低轮廓冲头 80 施加的所需的反作用力。后一计算将会考虑管子 12 材料的摩擦系数。
         图 10 表示的是在图 7 系统中使用图 8 所示支撑夹具的情况, 其中焊缝 66 用来连 接管子的两个管段 62 和 64。在此方面, 两个支撑夹具 72 用在焊缝 66 的各相对侧。将支撑 夹具 72 以上述参照图 9 的方式连接起来并固定到管子的相应管段。类似于参照图 9 描述 的方式, 也设置有多个液压缸或液压冲头 82。液压缸 82 在两个支撑夹具 72 之间延伸, 于 是, 一旦液压缸 82 被致动, 轴向的分离力便施加到焊缝上。
         应当理解, 在上述实施例中, 当需要额外夹紧力时可以使用多个支撑夹具。 这在图 11 和图 12 中表示, 图 11 和 12 分别描绘了图 9 和图 10 的设备, 其中使用了额外的支撑夹具 72。 另一方面, 支撑夹具可以设置有法兰或其他类似装置, 以使相邻的支撑夹具能够连接到 一起。
         图 8 的夹具 72 中, 有时可能需要使用如图 13 所示的载荷分布垫。如图所示, 支撑 夹具 72 可以在低轮廓液压冲头 80 与夹具 72 所要附接的管子之间设置两个或更多个载荷 分布垫 86。垫 86 用来将冲头 80 的力传递到所测管子上。应当理解, 当管子壁厚小时, 可能 需要垫 86, 这样可以避免对管子的损伤。 另外, 垫 86 可以用来增加夹具 72 相对管子的摩擦 力。分布垫 86 可以附接到低轮廓液压冲头 80 的致动头上, 或者可以先于夹具的定位设置 在待测管子上。另一方面, 分布垫 86 可以用铰链或链节 ( 未示出 ) 连接到一起以便于它们 绕管子设置。
         图 14 表示的是本发明支撑夹具的另一个实施例。该实施例中, 支撑夹具 90 包括 多个链节 92, 每个都呈链状形式连接到一起。每个链节 92 均包括磁体 94, 优选为电磁体, 这样就可以连接到所测管子 12。使用时, 所需数量的链节 92 被连接在一起以适于管子 12的圆周。一旦定位, 磁体 94 起作用, 从而在磁体和管子 12 之间产生吸引力。应当理解, 图 14 的实施例可在钢制管子 12 的情况下使用。一种方式是, 链节 92 由非磁性材料 ( 如铝或 不锈钢 ) 制成。
         图 15 表示的是用于连接图 14 的夹具 90 的链节 92 的连接系统。如图所示, 每个 链节 92 都设置有相互连接的阳端头 96 和阴端头 98。阳端头 96 和阴端头 98 分别设置有贯 穿的孔 100 和 102???100 和 102 可设计成当相邻链节 92 的阴端头和阳端头被带到一起时 在一直线上。当孔 100 和 102 在一直线上时, 锁定销 104 可从中插入, 从而将链节 92 固定 到一起。
         图 15 也表示了每个链节 92 上设置的电磁体 94。应当理解, 磁体 94 嵌入链节 92 内而未露出。每个链节包括至电源的电接线, 所述电源用来激励磁体 94。
         图 16 表示的是图 14 所示的夹具 90 以图 10 所示方式使用时的情况。如图所示, 夹具 90 设置在管子的一个管段 64 上, 该管段通过焊缝 66 连接到另一管段 62。支撑板 106 定位在夹具 90 与焊缝 66 之间, 液压缸或冲头 82 的基部端靠着支撑板 106 定位。缸 82 的 致动端 ( 未示出 ) 抵靠于反作用板 ( 未示出 ), 其与支撑板 106 类似。在反作用板的相对侧 设置有另一夹具, 诸如以标号 90 所示的夹具。以与上述描述相同的方式使用缸 82。图 16 也示意性表示了用于向磁体 94 供电的电源 79。各个磁体 94 通过电线 81 分别连接到电源 79 上。 图 17 表示的是使用图 13 的夹具的另一个实施例。如图所示, 夹具 72 设置在管子 12 上, 管子 12 具有通过焊缝 14 连接的法兰 10。夹具如上述方式地绕在管子 12 的圆周安 装。 夹具 72 设置有多个低轮廓液压冲头 80, 所述冲头大致等间距地绕管子 12 的圆周设置。 冲头 80 包括致动头 108, 其朝向管子 12 的外壁延伸。如上所述, 夹具 72 设有两个或更多个 载荷分布垫 86, 用于将冲头 80 施加的力传递到管子 12 上。同样如图 17 所示, 焊缝的相对 侧 ( 也就是相对夹具 72 而言的另一侧 ) 设置有代替上述隔离环 84 的替代方案。在此情况 下, 隔离件 110 包括两个环形块 112 和 114, 所述环形块绕管子 12 的圆周设置并横跨焊缝 14( 即, 在焊缝的相对侧上 )???112 和 114 一般设置成几个分段, 例如两半, 以便绕管子设 置。 如上所述, 这些分段可以用铰链或其他装置连接, 还包括一旦绕所测管子定位后就将它 们锁定在一起的装置。所述隔离件包括连接块 112 和 114 的多个连杆 116??梢钥闯?, 连 杆 116 叠盖焊缝 14。其中一个块 112 毗邻法兰 10 设置, 而相对的块 114 毗邻支撑夹具 72 设置。其中一个块, 诸如图 17 所示的块 114, 设置有多个液压冲头 118, 诸如上述低轮廓冲 头。 当设备就位时, 冲头 118 绕管子 12 沿圆周设置并定位成在致动时沿大致平行于管子 12 的轴线的方向延伸。如图 17 所示, 液压冲头 118 的设置可用来在致动时对支撑夹具 72 施 加轴向力。因为防止了夹具 72 沿管子 12 轴向运动, 这样的力随后经由连杆 116 传递到相 对的块 112 并随后传递到法兰 10。应当理解, 可替换地或可附加地, 冲头 118 设置在块 112 上。连杆 116 可以延伸, 使得能够根据需要使它们的尺寸为多种长度, 以便于设备的安装。 进一步地, 块 112 和 114 之间连杆 116 的数量和位置取决于所测管子的直径和所施加的轴 向力。设置在块 112 和 / 或 114 上的液压冲头 118 可以包括载荷分布垫, 同样也用来传递 冲头 118 产生的力。应当理解, 尽管未示出, 这种分布垫可以为此目而设计并且可以包括例 如两个新月形垫, 这两个新月形垫结合起来形成一个环形盘。
         应当理解, 图 17 所示设备的优点在于, 在使用上述方式的测试过程中, 可以观察
         到焊缝 14。 同样应当理解, 尽管图 17 表示的是将法兰 10 连接到管子上的焊缝, 该设备同样 可以应用在例如图 10、 12 或 16 所示的将管子的两个管段连接到一起的场合。
         如上所述, 应当理解, 除了可以在测试过程中使用任意数量的支撑夹具之外, 夹具 的形式 ( 如上所述的 ) 也可以各种组合使用。也就是说, 实施测试时, 两个或多个上述不同 形式的夹具可以组合使用。
         以复数形式提到了用来施加上述轴向力的缸、 冲头或起重装置。 但在另一方面中, 应当理解, 在特定情况下, 可以使用单独的这样的设备来实现所需轴向力或应力。同样的, 尽管上述说明提到了数个轴向力施力装置的示例, 应当理解, 可以使用任意其他机构来实 现所需的结果。
         应当理解, 为了便于参引, 上述讨论使用了诸如环形、 盘、 圆周等几何术语。但是, 这些术语不应被解释为将本发明限制于具有任何具体形状的喷嘴或管子, 对于本领域技术 人员来说, 为了使其适合于任意形状或设计, 设备的各种改型都是可以理解的。
         尽管本发明参考特定的具体实施例进行说明, 但在不脱离本发明实质和以下权利 要求限定范围的情况下, 其各种改型对于本领域技术人员都是可以理解的。所有上述引用 的现有技术的公开内容在此全部引入作为参考。 示例
         本发明通过以下示例进行说明。所述示例并不以任何方式限制本发明。
         在此示例中, 使用了类似于图 1 所示设备的设备。管子测试组件 ( 即, 管子和法 兰 ) 由 8.625 英寸 x0.322 英寸 (21cmx0.82cm) 的 Schedule40 管子制成, 且具有 150# 级别 的焊颈法兰。四个支撑夹具固定在测试组件的管部而形成 “夹具组件” 。接下来, 四个沿圆 周间隔设置的液压缸被连接到夹具组件上, 并如图 1 所示靠着法兰安装。每个液压缸的压 力面积为 1 平方英寸 (6.45cm2)。而后, 将液压系统连接到所述缸。使用位移传感器来记录 测试过程中夹具组件的任何可能位移。在测试过程中没有发生可感知的轴向位移, 这证明 在测试期间夹具刚性地附接于管子。
         在此评估中使用了两种测试方式。第一种测试涉及在管子组件上没有内压情况 下使用液压缸实施轴向加载。装在测试组件的外表面上的应变计用来监测轴向和环向应 力。 第二种测试涉及安装对测试组件的法兰端部的内表面施加了内压的原位液压试验装置 ( 对应于图 1 所示的测试工具 16), 同时使用液压缸组件来产生压力端部加载。
         测试 1 : 没有内压时的轴向加载
         该测试用来评估液压缸引起的轴向加载。图 18 表示的是环向和轴向应力, 在测试 过程中其作为经过时间和液压冲头压力的函数而变化。由于每个缸的压力面积为 1 平方英 寸, 每 “psi” 的液压产生 4lbs 的轴向载荷。该测试的目的是评估液压加载单元模拟压力端 部载荷的能力。结果证实, 测试组件中没有内压时, 液压冲头产生所预期的轴向应力。此测 试的采样数据提供如下。
         a) 所施加的液压缸压力= 5,409psi( 产生 21,636lbs 的轴向力 )
         b) 测得的轴向应力= 2,660psi
         c) 计算出的轴向应力= 2,575psi( 基于管的横截面积为 8.4 平方英寸 )
         如上述数据所示, 计算出的轴向应力值与测得的轴向应力值相差 3.2%。
         测试 2 : 有内压时的轴向加载 ( 在原位置使用测试工具 )
         一旦评估液压缸产生轴向应力的能力的测试完成, 第二阶段的测试随即开始。此 阶段涉及使用原位液压试验工具 ( 或测试工具 ) 以及轴向加载组件。在此测试阶段基本包 括以下步骤 :
         1) 将液压试验工具插入管子 / 法兰测试组件内, 后者已经装配了如上述测试 1 中 所述的轴向测试组件 ( 即夹具组件和液压缸组件 )。
         2) 将工具收紧以保证合适的密封
         3) 将内压施加到测试组件。所施加的压力为 450psi, 从而为 150# 级别的组件提 供液压试验压力。
         4) 随后致动液压缸以施加轴向载荷, 从而提供压力端部载荷。
         在上述所列步骤的过程中进行压力和拉紧力测量。 在这样的测量过程中发现由测 试工具本身产生的加载引起环向应力的产生, 但没有产生轴向应力。 一旦液压缸被致动, 测 试工具的内压和液压缸施加的轴向载荷二者产生加载。后一种情况中, 测得的轴向应力和 环向应力超过了计算出的应力。 一旦接合液压缸, 它们便产生额外的环向应力, 导致最终的 环向应力大约为 8,000psi。
         本示例中, 进行测试和分析以评估结合了液压缸以产生压力端部加载的增强液压 试验系统的性能。初始的评估包括仅仅单独地测试液压缸, 且结果表明达到了正确的应力 水平。 进一步的测试显示, 当与液压测试工具相组合时, 产生的轴向应力和环向应力超过了 传统静液压试验测试中产生的应力。 基于分析和测试结果的复查所得的结论是使用原位静液压试验测试工具有可能 产生与传统静液压试验测试相关联的环向和轴向应力。 进一步地, 如上所述, 发现夹紧组件 提供了充足的夹紧力来支撑液压缸。
        

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