專利名稱：施加軸向應(yīng)力的焊縫測試方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在管道、容器等上測試焊縫的方法及設(shè)備，尤其是在壓力測試中對焊縫施加軸向或縱向應(yīng)力的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)描述在化工廠或石油化工廠等中，經(jīng)常需要從一個地方向另一個地方輸送流體材料(例如液體)。這類材料的輸送工具一般包括諸如管道或管子、貯存容器或反應(yīng)容器等設(shè)備，它們通常都是用金屬制造的。輸送設(shè)備的各單獨(dú)部件的連接通常通過將所需部件焊接到一起而實(shí)現(xiàn)。例如，連接兩個相鄰管子時，通常的做法是，在每一端設(shè)置法蘭，其可焊接到各相應(yīng)端，然后栓接到一起形成密封。這樣的法蘭可以設(shè)置在儲罐和其他類似容器上，以便可以將這種容器連接到管子或其他容器上。作為選擇，長管道或其他設(shè)備間的連接可以是直接焊接到一起(例如對焊)形成密封。另外，應(yīng)當(dāng)理解，每一個焊接接頭或焊接部分必須形成完全密封才能防止泄漏所運(yùn)送的材料。尤其處理潛在危險材料(如易燃或有毒液體)時更是如此。
安全起見，往往需要定期測試用于連接不同設(shè)備部件(例如管子、管道、容器和法蘭等)的焊縫的完整性。
現(xiàn)有技術(shù)提供了多種工具來實(shí)施管道上的焊縫完整性測試。例如，美國專利6,131,441和5,844,127(公開的全部內(nèi)容在此引入作為參考)公開了焊縫測試工具，其分隔出管子的特定管段(該管段包括焊縫)并使該管段處于由工具和管子內(nèi)表面限定的受限環(huán)形空間內(nèi)的高壓流體中。環(huán)形空間內(nèi)的流體壓力處于監(jiān)控之下，哪個地方的壓力降低就表明此處焊縫有滲漏。
美國專利6,463,791(全部公開內(nèi)容在此引入作為參考)公開了一種測試用于固定噴嘴的焊縫的設(shè)備。如該引用文件的圖1所示，此設(shè)備包括第一密封板，位于(例如)容器的內(nèi)表面上；第二密封板，固定于噴嘴的外法蘭部分。以此方式，將噴嘴容積密封且將加壓流體引入其中。一旦充滿該容積，則如上所述地監(jiān)測壓力并檢測任一泄漏。該設(shè)備提供了一種精確、有效的測試噴嘴上的焊縫的裝置，但該設(shè)備的尺寸和重量使其不便于應(yīng)用在大噴嘴上。
另外，共同未決的申請60/640,093號(全部公開內(nèi)容在此引入作為參考)提供了一種工具用來測試將噴嘴連接到容器上的焊縫的完整性的工具。
盡管以上引用文件提供了測試焊縫的有效工具，但它們都設(shè)計(jì)為基本是對焊縫施加徑向力。另外，需要對焊縫施加進(jìn)一步的應(yīng)力以提供一種“最壞情況”，以便能夠在極限條件下測試這樣的焊縫。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明大致提供一種測試管子上的焊縫完整性的方法，其中，在焊縫測試過程中施加軸向力。
另一方面，本發(fā)明總體上提供一種用于在管道上實(shí)施焊縫完整性測試的組件，其中，該組件包括設(shè)置在焊縫的各相對側(cè)的至少一對支撐件，一個或多個施力裝置設(shè)置在所述支撐件之間并且可在其間操作而在焊縫上產(chǎn)生軸向應(yīng)力。所述支撐件中的一個或多個可包括繞所測試的管子圓周延伸的夾具。
另一方面，本發(fā)明提供一種裝在管子上的圓周夾具，其中，使用液壓沖頭或電磁鐵以摩擦接合管子的外表面。
因此，一方面，本發(fā)明提供一種在一段長度的管子上測試焊縫完整性的方法，包括對焊縫施加軸向壓力以及在焊縫上實(shí)施完整性測試。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于測試管道焊縫完整性的裝置，包括——至少兩個支撐件，其錨固于管子并繞管子沿圓周方向延伸，所述支撐件沿管子軸向地間隔并定位于焊縫的各相對側(cè)上，所述支撐件固定于管子，從而防止其沿管子軸向運(yùn)動；——至少一個軸向力施力裝置，其位于所述支撐件之間，所述裝置適于沿大體平行于管子縱向軸線的方向?qū)λ鲋渭┘虞S向力。
——焊縫測試設(shè)備，用于在焊縫上實(shí)施壓力測試。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于固定在管子外徑上的圓周夾具，包括——總體上為環(huán)形形狀的擋圈，其具有外徑和內(nèi)徑并適于繞管子圓周設(shè)置；——設(shè)置在所述擋圈內(nèi)的多個液壓沖頭，所述沖頭具有致動缸，所述致動缸能夠沿朝向所述擋圈中心的方向徑向延伸；——其中，所述沖頭大體等距地間隔，當(dāng)所述沖頭致動時，所述缸對管子的外表面施加大體相等的力。
另一方面，本發(fā)明提供了一種用于固定在管子外徑上的圓周夾具，包括——多個鏈節(jié)，其連接到一起形成鏈條，所述鏈條的尺寸設(shè)計(jì)為覆蓋所述管子的圓周；——每個所述鏈節(jié)包括用于連接相鄰鏈節(jié)的連接裝置；——每個鏈節(jié)包括連接到電源的電磁體，由此，當(dāng)電源致動時，磁場接合所述管子的外表面。


在以下參照所附附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的這些和其它特征將更為明確，其中
圖1是用于測試管子法蘭上的焊縫時的本發(fā)明的一個實(shí)施例的橫截面圖。
圖2是圖1所示設(shè)備的立體圖。
圖3a和3e是圖2的支撐夾具的立體圖。
圖3b是與圖2中的支撐夾具一起使用的液壓鎖定夾具的立體圖。
圖3c是結(jié)合圖3a和圖3b的支撐夾具和液壓鎖定夾具的端視圖。
圖3d是圖3b中的鎖定夾具的另一實(shí)施例的局部立體圖。
圖4是本發(fā)明另一個實(shí)施例的橫截面圖。
圖5是本發(fā)明另一個實(shí)施例的橫截面圖。
圖6是圖5所示支撐夾具的立體圖。
圖7是本發(fā)明用在管子上的另一個實(shí)施例的橫截面圖。
圖8是本發(fā)明支撐夾具的另一個實(shí)施例的立體圖。
圖9和圖10是圖8所示夾具使用時的立體圖。
圖11和圖12是圖9和圖10所示實(shí)施例的改型的立體圖。
圖13是圖8的支撐夾具的另外一個實(shí)施例的立體圖，所示為敞開取向。
圖14是支撐夾具的另外一個實(shí)施例的立體圖。
圖15是形成圖14所示夾具的鏈節(jié)的分解立體圖。
圖16是圖14所示夾具使用時的立體圖。
圖17是本發(fā)明設(shè)備的另外一個實(shí)施例的局部橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
在整個本發(fā)明的說明書中，設(shè)定以下術(shù)語具有如下相關(guān)含義
“容器”——應(yīng)當(dāng)理解為表示附接噴嘴的任意裝置或設(shè)備。同樣地，術(shù)語“容器”可以包括容器本身、管子、鼓輪以及任意其他類似設(shè)備。應(yīng)該理解，在此使用的術(shù)語“容器”僅僅是便于表達(dá)的方式，其涵蓋了所有這樣的裝置或設(shè)備。
“環(huán)形”——該術(shù)語用來描述具有至少一個外徑和至少一個內(nèi)徑的主體。因此，“環(huán)形管”被假定為具有內(nèi)徑和外徑的中空管。“環(huán)形盤”被假定為具有外徑和由中心孔形成內(nèi)徑的物體。
“軸向”——該術(shù)語用來描述沿管子或管道縱軸方向的方向。因此，“軸向力”或“軸向應(yīng)力”應(yīng)當(dāng)理解為沿平行于管道縱軸的方向施加的力。
圖1描述了本發(fā)明用于測試將法蘭連接到管子端部的焊縫時的一個方面。如圖所示，如本領(lǐng)域公知的，通過焊縫14將法蘭10固定在管子12上。如上所述，焊縫14可以使用多種本領(lǐng)域公知的各種工具進(jìn)行測試。例如，美國專利6,131,441(其全部公開內(nèi)容在此引入作為參考)所公開的測試工具16可以插入管子12中并靠近焊縫14定位。如美國專利6,131,441所詳細(xì)描述的，測試工具16通過將加壓流體壓向管子12的內(nèi)壁對焊縫施加徑向向外取向的壓力。如所示的，工具在要進(jìn)行測試的焊縫14的區(qū)域中的管子12的隔離管段上施加這樣的力。
如上所述，本發(fā)明用于在焊縫14上提供進(jìn)一步的軸向應(yīng)力，使其處于極限條件下。應(yīng)當(dāng)理解，這樣的附加應(yīng)力產(chǎn)生了更可靠的測試結(jié)果。為了施加軸向應(yīng)力，本發(fā)明提供了具有支撐夾具18的設(shè)備，支撐夾具18固定在管子12的外表面并與法蘭10相間隔，從而焊縫14位于法蘭10和支撐夾具18之間。夾具18設(shè)計(jì)成固定于管子12以便提供高摩擦配合。這種摩擦配合的目的將在隨后進(jìn)一步解釋。在圖1所示的本發(fā)明的方面中，夾具18包括在外部環(huán)繞部分管子12的擋圈部分20。支承環(huán)22垂直于擋圈20延伸并通過焊縫24固定于擋圈20。作為附加支撐件，夾具還可以包括一個或多個支撐肋26，所述支撐肋從擋圈20徑向向外延伸并固定在擋圈20上。這些肋沿其一個邊緣固定在擋圈上，從而大體上平行于擋圈20的縱軸方向延伸。支撐肋的一端定位為抵接并從而支撐支承環(huán)22。應(yīng)當(dāng)理解，支撐肋26用來確保將支承環(huán)22保持在位。但是，也應(yīng)當(dāng)理解，支撐肋26還設(shè)置為能夠使支撐夾具18固定在所測試的管子上。也就是說，一方面，支撐夾具18設(shè)置成繞管子12的外徑設(shè)置的兩個或更多個分段。然后，通過將相鄰的支撐肋26栓接在一起而將支撐夾具18的各分段連接到一起。為了輔助該步驟，支撐肋26可以設(shè)置有連接螺栓能夠通過的配合孔27。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任何連接支撐肋26的裝置。
該設(shè)備還包括至少兩個、優(yōu)選為多個應(yīng)力施力裝置，所述應(yīng)力施力裝置可沿平行于管子縱軸的方向延伸。一方面，這種應(yīng)力施力裝置包括繞管子12在圓周上間隔設(shè)置的液壓缸28。液壓缸28設(shè)置于夾具18和法蘭10之間，使得液壓缸28的第一端部30抵接法蘭10，而其相對的第二端部32抵接夾具18的支承環(huán)22。
操作時，致動液壓缸，使其在長度上延伸。如圖1所示，這種延伸在法蘭10和支承環(huán)22上施加軸向力或縱向力，迫使它們彼此遠(yuǎn)離。應(yīng)當(dāng)理解，這種力或應(yīng)力隨后將被傳遞到焊縫14?？梢岳斫?，施加到焊縫14上的力的大小取決于測試條件可預(yù)先設(shè)定。例如，應(yīng)當(dāng)理解，所施加的力可以低于焊縫(或管子等)的強(qiáng)度容限。同樣應(yīng)當(dāng)理解，所施加的力視應(yīng)用場合的不同而不同。例如，較大的力可以用在所輸送的流體通常處于高壓下的場合。較小的力可以用在流體處于小壓力或零壓力下、焊縫通常不承受高應(yīng)力的場合。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，支撐夾具18必須設(shè)計(jì)成足以承受液壓缸28施加的力。如上所述，夾具優(yōu)選地固定于管子12的外表面而形成摩擦配合。盡管可以將夾具焊接到管子12外表面，應(yīng)當(dāng)理解，焊接過程以及在需要時后續(xù)的夾具拆卸會影響管子12的物理完整性。夾具18一般設(shè)置成至少兩分段，或者如果所測試的管子的直徑大時設(shè)成更多個分段。一方面，支撐夾具18設(shè)置成優(yōu)選通過鉸鏈連接在一起(如下進(jìn)一步說明)的兩個分段。作為替換，如上所述，夾具18可以僅僅設(shè)置成兩個或更多個通過相鄰的肋栓接在一起的分離分段，此時不需要鉸鏈。所述分段上與鉸鏈相對的端部包括用于將它們緊固到一起的裝置。這種用于緊固的裝置包括例如螺栓，可以擰緊螺栓而將各分段連接到一起。在管子12之上設(shè)置兩個所述分段，并以上述方法將這兩個分段固定到一起。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，夾具尺寸根據(jù)管子12的直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得用來連接夾具的各分段的螺栓或其他類似機(jī)構(gòu)的收緊將引起夾具18在管子12上的所需摩擦配合。本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步理解，夾具18和管子12之間的摩擦力的大小取決于液壓缸28施加的力。所需摩擦力的量可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法而容易地計(jì)算得到。舉例來說，一旦所需的施加到焊縫上的力的大小確定下來，則液壓缸所需的力可以通過用焊縫應(yīng)力除以液壓缸的數(shù)量而容易地計(jì)算得到。同樣的，一旦由液壓缸所施加的所需軸向力確定后，應(yīng)當(dāng)理解，夾具18和管子12之間的摩擦力必須超過該力。摩擦力視夾具18和管子12材料的摩擦系數(shù)的不同而不同。
如圖1所示的實(shí)施例，所示液壓缸28直接支承在法蘭10上。但在某些情況下，可能需要或希望包括隔離環(huán)(圖1中未示出)將液壓缸28的力傳遞到法蘭10上。由于焊縫14的位置而致使支撐夾具18和法蘭10之間的距離比液壓缸28長時，隔離環(huán)是必須的。同樣應(yīng)當(dāng)理解，隔離環(huán)的使用還可以均勻地分布液壓缸對法蘭10的力。隔離環(huán)的使用將參照圖9進(jìn)一步描述。
圖2表示了夾具的一個示例，方便起見用18a表示，其設(shè)置成兩個分段34和36。本發(fā)明的一方面是，夾具包括進(jìn)一步的支撐環(huán)37，其類似于支承環(huán)22a、相對支承環(huán)22a位于擋圈20a的另一端處。如圖所示，夾具18a包括鉸鏈38，鉸鏈38將兩個分段34和36連接到一起并允許夾具繞其打開。例如，鉸鏈38可以包括聯(lián)鎖環(huán)，其設(shè)置在夾具28a每一分段上，螺栓39從其中穿過。夾具18的兩個分段34和36進(jìn)一步包括連接裝置，該連接裝置可以是例如縱向延伸的連接肋或法蘭40和42，所述連接肋或法蘭40和42具有螺栓孔44以容置如上所述的螺栓(未示出)。應(yīng)當(dāng)理解，連接肋40和42也可以作為上述的支撐肋26a。
另一方面，夾具18a的分段34和36可以由液壓夾具而非螺栓進(jìn)行連接。圖3a、3b、3c描述了該實(shí)施例。如圖所示，當(dāng)設(shè)置在管子(未示出)圓周上時，圖2中的夾具18a的分段34和36通過一鎖定夾具46連接到一起。鎖定夾具46包括具有大致為“C”形的主體的液壓夾具，在夾具打開端包括一對法蘭47和48。第一法蘭47優(yōu)選地包括定位銷49，其適于容置在位于連接法蘭40和42之一上的螺栓孔44中，并用于將夾具46與其對正。液壓夾具46上的第二法蘭48包括至少一個、優(yōu)選地為兩個或更多個的液壓缸50。液壓夾具46的法蘭47和48設(shè)計(jì)成將連接肋40和42一起夾入其中。這通過將定位銷49與位于連接肋40或42其中之一上的螺栓孔44對準(zhǔn)來定位所述液壓夾具而實(shí)現(xiàn)，其中液壓夾具的第一法蘭47定位于相應(yīng)連接肋40或42的外側(cè)上。液壓缸50因此定位于連接肋42或40中另一個的外側(cè)上。也應(yīng)當(dāng)理解，采用這種設(shè)計(jì)，當(dāng)液壓缸50致動時，連接肋40和42被帶到一起，從而使夾具18a關(guān)閉，進(jìn)而繞管子12(未示出)夾緊。
圖3d示出圖3b的鎖定夾具的一種變形。在此情況下，方便起見用46a表示的鎖定夾具也包括大致為“C”形狀的主體，且具有相對設(shè)置的法蘭47a和48a。其中一個法蘭，如47a，設(shè)置有多個定位銷49a，所述定位銷適于容置到支撐夾具18a的法蘭40或42上的對應(yīng)螺栓孔44中，如圖3e所示。在該實(shí)施例中，替代液壓缸50，鎖定夾具46a包括設(shè)置在鎖定夾具46a的其中一個法蘭(例如48a)上的多個整體式的液壓沖頭51。液壓沖頭51定位為當(dāng)被致動時朝鎖定夾具46a的另一法蘭47a的方向延伸。使用時，圖3d的鎖定夾具46a的作用與上述參照圖3a至圖3b所描述的夾具46的作用相同。應(yīng)當(dāng)理解，支撐夾具18a的尺寸根據(jù)管子直徑而確定，使得當(dāng)設(shè)置在管子上時，支撐夾具18a的法蘭40和42不接觸。這種布置確保當(dāng)法蘭40和42被迫壓到一起時，支撐夾具18a繞管子圓周夾緊，從而形成緊摩擦配合。將法蘭40和42迫壓到一起是通過所述鎖定夾具實(shí)現(xiàn)的。具體地，一旦支撐夾具18a定位于所測試的管子上，鎖定夾具46a便位于法蘭40和42之上而使得鎖定夾具的定位銷49a接合法蘭40的對應(yīng)螺栓孔44(應(yīng)當(dāng)理解，可選擇地，定位銷也可以接合法蘭42的螺栓孔)。在這種設(shè)置下，液壓沖頭51可以靠著法蘭42定位。這樣，當(dāng)液壓沖頭51被致動時朝法蘭40迫壓法蘭42，從而迫使支撐夾具18a繞所測試的管子的圓周夾緊。
在以上描述中，支撐夾具18或18a是以螺栓或液壓夾具連接的。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員了解其他連接夾具的方式，本發(fā)明不限于這些變形。例如，支撐夾具18可以通過磁性鎖定機(jī)構(gòu)而閉合(即，連接)。
圖4是圖1所示的本發(fā)明的另一個實(shí)施例，其中圖1中的液壓缸28替換為起重螺栓(jack bolt)52?？梢钥闯?，起重螺栓52與圖1中液壓缸38具有相同作用。起重螺栓設(shè)有螺母54，可以擰緊螺母54以對法蘭10施加所需軸向力。同樣的，應(yīng)當(dāng)理解液壓缸或起重螺栓等可以用其他施力裝置或機(jī)構(gòu)代替。
圖5是本發(fā)明的設(shè)備的另外一個實(shí)施例，其中，法蘭10設(shè)置在容器11上。該實(shí)施例中，法蘭10連接到從容器的壁58延伸的管子56。法蘭10由焊縫14連接到管子56。如圖1所示實(shí)施例，該設(shè)備包括支撐夾具18b和液壓缸28，用于對法蘭10施加軸向力。應(yīng)當(dāng)注意的是，該實(shí)施例中的支撐夾具18b位置以與容器壁58對接的布置設(shè)置。盡管圖5所示實(shí)施例中使用液壓缸28來施加所需軸向力，應(yīng)當(dāng)理解，同樣可以使用其他施力機(jī)構(gòu)。如上所述，這樣的一種設(shè)備可以包括起重螺栓或其他類似裝置。
圖6表示的是圖5所示的支撐夾具的兩個分段34b和36b。這兩個分段34b和36b每個都包括相對的法蘭40b和42b，所述法蘭具有與上述參照圖2所述的連接肋40和42相同的作用。一旦分段34b和36b定位于所測法蘭上，則法蘭或肋40b、42b可以通過螺栓、液壓夾具(諸如參照圖3b所描述的夾具46)連接到一起?？梢钥吹?，支撐夾具18b上優(yōu)選地包括沿圓周間隔設(shè)置的定位口或定位環(huán)60。定位環(huán)60的尺寸設(shè)計(jì)為容納液壓缸28的一端并沿著支撐夾具18b的區(qū)域?qū)⑵涠ㄎ?。?yīng)當(dāng)理解，定位環(huán)60用于確實(shí)地(positively)將液壓缸28設(shè)置在支撐夾具18b上，從而方便設(shè)備的安裝。應(yīng)當(dāng)理解，也可以將諸如圖6所示的定位環(huán)設(shè)置在所有在此描述的支撐夾具上以獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，定位環(huán)60容納液壓缸的基部端。在再一實(shí)施例中，液壓缸的相對端或致動(即，移動)端也可以容納在類似的定位環(huán)中。在另一實(shí)施例中，定位環(huán)60可以由設(shè)置在相應(yīng)支承表面的凹槽代替。
圖7表示了本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中所測焊縫用于將管子的兩個分段連接到一起。如圖所示，管子由兩個管段62和64構(gòu)成，管段62和64通過焊縫66以對接布置端對端連接。為了對焊縫66施加上述軸向應(yīng)力，本發(fā)明的設(shè)備包括兩個支撐夾具18c和18d，其分別設(shè)置在管子的每個管段62和64上，由此，焊縫66位于兩個夾具18c和18d之間。支撐夾具18c和18d的結(jié)構(gòu)基本上與圖1所示的支撐夾具(18)相同，并如上所述固定于管子的每個管段。液壓缸28繞管子圓周定位，并在支撐夾具18c和18d之間沿大致平行于管子縱向的方向延伸。如圖7所示，液壓缸28支承于分別設(shè)置在支撐夾具18c和18d上的支承環(huán)22c和22d。采用這種布置，其中一個支承環(huán)，例如22d，適于容納液壓缸28的基部端68，而另一個支承環(huán)，例如22c，適于容納液壓缸的致動(即，移動)端70。優(yōu)選地，支承環(huán)22c和22d分別包括定位口(即，凹槽)或定位環(huán)60c和60d，以容納液壓缸28的相應(yīng)端。
以上描述中，以液壓缸28為參照進(jìn)行說明。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，也可以使用術(shù)語液壓沖頭。
圖8表示本發(fā)明支撐夾具的另一個實(shí)施例。該實(shí)施例中，總體上以72表示的夾具包括由兩個分段74和75形成的環(huán)。每一分段設(shè)置有鉸鏈或類似關(guān)閉物的配合半部，如以標(biāo)號76和77所示的。一個實(shí)施例中，鉸鏈可以是多個相互搭接的環(huán)，螺栓可以延伸通過所述環(huán)。另一個實(shí)施例中，鉸鏈之一可永久性地附連在分段74和75上，使所述分段能夠繞其樞轉(zhuǎn)。在這兩種情況下，所述分段均設(shè)計(jì)成繞所測管子設(shè)置并在就位后連接在一起。分段74和75還可以在內(nèi)表面78上設(shè)置多個沿圓周間隔設(shè)置的液壓沖頭80。液壓沖頭80可包括例如本領(lǐng)域公知的低輪廓或超低輪廓沖頭(low or ultralow profile ram)。這種沖頭的一種例子是由Enerpac制造的沖頭；但是，各種其他類似的液壓沖頭對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。沖頭80定位成使其致動端或致動頭朝向夾具72的中心。應(yīng)當(dāng)理解，這樣一種布置會引起沖頭80的致動頭徑向向內(nèi)延伸。正如以下將要解釋的，這種布置能使沖頭80對使用支撐夾具的管子的外壁施加壓力。
圖9表示的是圖8中的支撐夾具72在如圖1所示管子上的應(yīng)用。如所示，支撐夾具72繞管子12的外表面設(shè)置，管子12具有通過焊縫14附接到其上的法蘭10。夾具72軸向遠(yuǎn)離法蘭10定位。多個液壓缸或沖頭82設(shè)置在支撐夾具72上，且設(shè)置為繞管子12的外表面在圓周上間隔設(shè)置并大致平行于管子延伸。一些液壓沖頭82被切斷顯示以示出焊縫14。液壓沖頭或液壓缸82與上述描述的作用相同。也就是說，每個液壓沖頭82的一端，如基部，靠著支撐夾具72設(shè)置。每個沖頭的相對的致動(或移動)端可以靠著法蘭10設(shè)置。但是，如圖9所示，隔離環(huán)84可選擇地設(shè)置在法蘭周圍，其中隔離環(huán)84的一側(cè)抵接法蘭10，而另一側(cè)適于容納液壓沖頭82的致動端。如圖所示，隔離環(huán)84可以包括由鉸鏈83連接的兩個分段，一旦在所測管子或法蘭上就位就將它們鎖緊在一起。
一旦組件裝配后，如圖9所示，則致動支撐夾具的低輪廓液壓沖頭80，由此其致動頭對管子12施加徑向向內(nèi)的力。應(yīng)當(dāng)理解，沖頭80一般被同時致動，以便繞管子12的圓周施加均勻的壓力。繼續(xù)驅(qū)動沖頭80直到所需的力(以后進(jìn)一步描述)施加到管子12上。這之后，液壓缸或液壓沖頭82被致動，由此使軸向或縱向力施加到焊縫14上。應(yīng)當(dāng)理解，由液壓缸82施加的力可以容易地計(jì)算得到，基于這樣的計(jì)算，就可以計(jì)算出由低輪廓沖頭80施加的所需的反作用力。后一計(jì)算將會考慮管子12材料的摩擦系數(shù)。
圖10表示的是在圖7系統(tǒng)中使用圖8所示支撐夾具的情況，其中焊縫66用來連接管子的兩個管段62和64。在此方面，兩個支撐夾具72用在焊縫66的各相對側(cè)。將支撐夾具72以上述參照圖9的方式連接起來并固定到管子的相應(yīng)管段。類似于參照圖9描述的方式，也設(shè)置有多個液壓缸或液壓沖頭82。液壓缸82在兩個支撐夾具72之間延伸，于是，一旦液壓缸82被致動，軸向的分離力便施加到焊縫上。
應(yīng)當(dāng)理解，在上述實(shí)施例中，當(dāng)需要額外夾緊力時可以使用多個支撐夾具。這在圖11和圖12中表示，圖11和12分別描繪了圖9和圖10的設(shè)備，其中使用了額外的支撐夾具72。另一方面，支撐夾具可以設(shè)置有法蘭或其他類似裝置，以使相鄰的支撐夾具能夠連接到一起。
圖8的夾具72中，有時可能需要使用如圖13所示的載荷分布墊。如圖所示，支撐夾具72可以在低輪廓液壓沖頭80與夾具72所要附接的管子之間設(shè)置兩個或更多個載荷分布墊86。墊86用來將沖頭80的力傳遞到所測管子上。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)管子壁厚小時，可能需要墊86，這樣可以避免對管子的損傷。另外，墊86可以用來增加夾具72相對管子的摩擦力。分布墊86可以附接到低輪廓液壓沖頭80的致動頭上，或者可以先于夾具的定位設(shè)置在待測管子上。另一方面，分布墊86可以用鉸鏈或鏈節(jié)(未示出)連接到一起以便于它們繞管子設(shè)置。
圖14表示的是本發(fā)明支撐夾具的另一個實(shí)施例。該實(shí)施例中，支撐夾具90包括多個鏈節(jié)92，每個都呈鏈狀形式連接到一起。每個鏈節(jié)92均包括磁體94，優(yōu)選為電磁體，這樣就可以連接到所測管子12。使用時，所需數(shù)量的鏈節(jié)92被連接在一起以適于管子12的圓周。一旦定位，磁體94起作用，從而在磁體和管子12之間產(chǎn)生吸引力。應(yīng)當(dāng)理解，圖14的實(shí)施例可在鋼制管子12的情況下使用。一種方式是，鏈節(jié)92由非磁性材料(如鋁或不銹鋼)制成。
圖15表示的是用于連接圖14的夾具90的鏈節(jié)92的連接系統(tǒng)。如圖所示，每個鏈節(jié)92都設(shè)置有相互連接的陽端頭96和陰端頭98。陽端頭96和陰端頭98分別設(shè)置有貫穿的孔100和102。孔100和102可設(shè)計(jì)成當(dāng)相鄰鏈節(jié)92的陰端頭和陽端頭被帶到一起時在一直線上。當(dāng)孔100和102在一直線上時，鎖定銷104可從中插入，從而將鏈節(jié)92固定到一起。
圖15也表示了每個鏈節(jié)92上設(shè)置的電磁體94。應(yīng)當(dāng)理解，磁體94嵌入鏈節(jié)92內(nèi)而未露出。每個鏈節(jié)包括至電源的電接線，所述電源用來激勵磁體94。
圖16表示的是圖14所示的夾具90以圖10所示方式使用時的情況。如圖所示，夾具90設(shè)置在管子的一個管段64上，該管段通過焊縫66連接到另一管段62。支撐板106定位在夾具90與焊縫66之間，液壓缸或沖頭82的基部端靠著支撐板106定位。缸82的致動端(未示出)抵靠于反作用板(未示出)，其與支撐板106類似。在反作用板的相對側(cè)設(shè)置有另一夾具，諸如以標(biāo)號90所示的夾具。以與上述描述相同的方式使用缸82。圖16也示意性表示了用于向磁體94供電的電源79。各個磁體94通過電線81分別連接到電源79上。
圖17表示的是使用圖13的夾具的另一個實(shí)施例。如圖所示，夾具72設(shè)置在管子12上，管子12具有通過焊縫14連接的法蘭10。夾具如上述方式地繞在管子12的圓周安裝。夾具72設(shè)置有多個低輪廓液壓沖頭80，所述沖頭大致等間距地繞管子12的圓周設(shè)置。沖頭80包括致動頭108，其朝向管子12的外壁延伸。如上所述，夾具72設(shè)有兩個或更多個載荷分布墊86，用于將沖頭80施加的力傳遞到管子12上。同樣如圖17所示，焊縫的相對側(cè)(也就是相對夾具72而言的另一側(cè))設(shè)置有代替上述隔離環(huán)84的替代方案。在此情況下，隔離件110包括兩個環(huán)形塊112和114，所述環(huán)形塊繞管子12的圓周設(shè)置并橫跨焊縫14(即，在焊縫的相對側(cè)上)。塊112和114一般設(shè)置成幾個分段，例如兩半，以便繞管子設(shè)置。如上所述，這些分段可以用鉸鏈或其他裝置連接，還包括一旦繞所測管子定位后就將它們鎖定在一起的裝置。所述隔離件包括連接塊112和114的多個連桿116?？梢钥闯觯B桿116疊蓋焊縫14。其中一個塊112毗鄰法蘭10設(shè)置，而相對的塊114毗鄰支撐夾具72設(shè)置。其中一個塊，諸如圖17所示的塊114，設(shè)置有多個液壓沖頭118，諸如上述低輪廓沖頭。當(dāng)設(shè)備就位時，沖頭118繞管子12沿圓周設(shè)置并定位成在致動時沿大致平行于管子12的軸線的方向延伸。如圖17所示，液壓沖頭118的設(shè)置可用來在致動時對支撐夾具72施加軸向力。因?yàn)榉乐沽藠A具72沿管子12軸向運(yùn)動，這樣的力隨后經(jīng)由連桿116傳遞到相對的塊112并隨后傳遞到法蘭10。應(yīng)當(dāng)理解，可替換地或可附加地，沖頭118設(shè)置在塊112上。連桿116可以延伸，使得能夠根據(jù)需要使它們的尺寸為多種長度，以便于設(shè)備的安裝。進(jìn)一步地，塊112和114之間連桿116的數(shù)量和位置取決于所測管子的直徑和所施加的軸向力。設(shè)置在塊112和/或114上的液壓沖頭118可以包括載荷分布墊，同樣也用來傳遞沖頭118產(chǎn)生的力。應(yīng)當(dāng)理解，盡管未示出，這種分布墊可以為此目而設(shè)計(jì)并且可以包括例如兩個新月形墊，這兩個新月形墊結(jié)合起來形成一個環(huán)形盤。
應(yīng)當(dāng)理解，圖17所示設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，在使用上述方式的測試過程中，可以觀察到焊縫14。同樣應(yīng)當(dāng)理解，盡管圖17表示的是將法蘭10連接到管子上的焊縫，該設(shè)備同樣可以應(yīng)用在例如圖10、12或16所示的將管子的兩個管段連接到一起的場合。
如上所述，應(yīng)當(dāng)理解，除了可以在測試過程中使用任意數(shù)量的支撐夾具之外，夾具的形式(如上所述的)也可以各種組合使用。也就是說，實(shí)施測試時，兩個或多個上述不同形式的夾具可以組合使用。
以復(fù)數(shù)形式提到了用來施加上述軸向力的缸、沖頭或起重裝置。但在另一方面中，應(yīng)當(dāng)理解，在特定情況下，可以使用單獨(dú)的這樣的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)所需軸向力或應(yīng)力。同樣的，盡管上述說明提到了數(shù)個軸向力施力裝置的示例，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任意其他機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果。
應(yīng)當(dāng)理解，為了便于參引，上述討論使用了諸如環(huán)形、盤、圓周等幾何術(shù)語。但是，這些術(shù)語不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明限制于具有任何具體形狀的噴嘴或管子，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，為了使其適合于任意形狀或設(shè)計(jì)，設(shè)備的各種改型都是可以理解的。
盡管本發(fā)明參考特定的具體實(shí)施例進(jìn)行說明，但在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和以下權(quán)利要求限定范圍的情況下，其各種改型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員都是可以理解的。所有上述引用的現(xiàn)有技術(shù)的公開內(nèi)容在此全部引入作為參考。
示例本發(fā)明通過以下示例進(jìn)行說明。所述示例并不以任何方式限制本發(fā)明。
在此示例中，使用了類似于圖1所示設(shè)備的設(shè)備。管子測試組件(即，管子和法蘭)由8.625英寸×0.322英寸(21cm×0.82cm)的Schedule40管子制成，且具有150#級別的焊頸法蘭。四個支撐夾具固定在測試組件的管部而形成“夾具組件”。接下來，四個沿圓周間隔設(shè)置的液壓缸被連接到夾具組件上，并如圖1所示靠著法蘭安裝。每個液壓缸的壓力面積為1平方英寸(6.45cm2)。而后，將液壓系統(tǒng)連接到所述缸。使用位移傳感器來記錄測試過程中夾具組件的任何可能位移。在測試過程中沒有發(fā)生可感知的軸向位移，這證明在測試期間夾具剛性地附接于管子。
在此評估中使用了兩種測試方式。第一種測試涉及在管子組件上沒有內(nèi)壓情況下使用液壓缸實(shí)施軸向加載。裝在測試組件的外表面上的應(yīng)變計(jì)用來監(jiān)測軸向和環(huán)向應(yīng)力。第二種測試涉及安裝對測試組件的法蘭端部的內(nèi)表面施加了內(nèi)壓的原位液壓試驗(yàn)裝置(對應(yīng)于圖1所示的測試工具16)，同時使用液壓缸組件來產(chǎn)生壓力端部加載。
測試1沒有內(nèi)壓時的軸向加載該測試用來評估液壓缸引起的軸向加載。圖18表示的是環(huán)向和軸向應(yīng)力，在測試過程中其作為經(jīng)過時間和液壓沖頭壓力的函數(shù)而變化。由于每個缸的壓力面積為1平方英寸，每“psi”的液壓產(chǎn)生4lbs的軸向載荷。該測試的目的是評估液壓加載單元模擬壓力端部載荷的能力。結(jié)果證實(shí)，測試組件中沒有內(nèi)壓時，液壓沖頭產(chǎn)生所預(yù)期的軸向應(yīng)力。此測試的采樣數(shù)據(jù)提供如下。
a)所施加的液壓缸壓力＝5,409psi(產(chǎn)生21,636lbs的軸向力)
b)測得的軸向應(yīng)力＝2,660psic)計(jì)算出的軸向應(yīng)力＝2,575psi(基于管的橫截面積為8.4平方英寸)如上述數(shù)據(jù)所示，計(jì)算出的軸向應(yīng)力值與測得的軸向應(yīng)力值相差3.2％。
測試2有內(nèi)壓時的軸向加載(在原位置使用測試工具)一旦評估液壓缸產(chǎn)生軸向應(yīng)力的能力的測試完成，第二階段的測試隨即開始。此階段涉及使用原位液壓試驗(yàn)工具(或測試工具)以及軸向加載組件。在此測試階段基本包括以下步驟1)將液壓試驗(yàn)工具插入管子/法蘭測試組件內(nèi)，后者已經(jīng)裝配了如上述測試1中所述的軸向測試組件(即夾具組件和液壓缸組件)。
2)將工具收緊以保證合適的密封3)將內(nèi)壓施加到測試組件。所施加的壓力為450psi，從而為150#級別的組件提供液壓試驗(yàn)壓力。
4)隨后致動液壓缸以施加軸向載荷，從而提供壓力端部載荷。
在上述所列步驟的過程中進(jìn)行壓力和拉緊力測量。在這樣的測量過程中發(fā)現(xiàn)由測試工具本身產(chǎn)生的加載引起環(huán)向應(yīng)力的產(chǎn)生，但沒有產(chǎn)生軸向應(yīng)力。一旦液壓缸被致動，測試工具的內(nèi)壓和液壓缸施加的軸向載荷二者產(chǎn)生加載。后一種情況中，測得的軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力超過了計(jì)算出的應(yīng)力。一旦接合液壓缸，它們便產(chǎn)生額外的環(huán)向應(yīng)力，導(dǎo)致最終的環(huán)向應(yīng)力大約為8,000psi。
本示例中，進(jìn)行測試和分析以評估結(jié)合了液壓缸以產(chǎn)生壓力端部加載的增強(qiáng)液壓試驗(yàn)系統(tǒng)的性能。初始的評估包括僅僅單獨(dú)地測試液壓缸，且結(jié)果表明達(dá)到了正確的應(yīng)力水平。進(jìn)一步的測試顯示，當(dāng)與液壓測試工具相組合時，產(chǎn)生的軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力超過了傳統(tǒng)靜液壓試驗(yàn)測試中產(chǎn)生的應(yīng)力。
基于分析和測試結(jié)果的復(fù)查所得的結(jié)論是使用原位靜液壓試驗(yàn)測試工具有可能產(chǎn)生與傳統(tǒng)靜液壓試驗(yàn)測試相關(guān)聯(lián)的環(huán)向和軸向應(yīng)力。進(jìn)一步地，如上所述，發(fā)現(xiàn)夾緊組件提供了充足的夾緊力來支撐液壓缸。
權(quán)利要求
1.一種用于測試一段管子上的焊縫完整性的方法，包括對所述焊縫施加軸向應(yīng)力以及在所述焊縫上實(shí)施完整性測試。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括——在所述管子的外表面上提供至少兩個支撐件，所述支撐件沿所述管子軸向地間隔并定位于所述焊縫的各相對側(cè)；——將所述支撐件固定至所述管子以防止所述支撐件沿所述管子軸向移動；——在所述支撐件之間提供至少一個施力裝置，用于對所述支撐件施加軸向力；——致動所述施力裝置，從而使所述焊縫受到軸向力；——在所述焊縫上實(shí)施完整性測試。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述軸向力繞所述管子的圓周均勻地施加。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，一個所述支撐件包括連接到所述管子的法蘭。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述法蘭通過所述焊縫連接到所述管子。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述至少兩個支撐件中的另一個包括裝在所述管子的外表面上的夾具。
7.一種用于測試管子上的焊縫完整性的組件，包括——至少兩個支撐件，其錨固于所述管子并繞所述管子沿圓周方向延伸，所述支撐件沿所述管子軸向地間隔并定位于所述焊縫的各相對側(cè)上，所述支撐件固定于所述管子，從而防止所述支撐件沿所述管子軸向運(yùn)動；——至少一個軸向力施力裝置，其定位于所述支撐件之間，所述裝置適于沿大體平行于所述管子的縱向軸線的方向?qū)λ鲋渭┘虞S向力；——焊縫測試設(shè)備，用于在焊縫上實(shí)施壓力測試。
8.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述支撐件包括至少一個支承面，所述施力裝置承靠于所述至少一個支承面。
9.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述至少兩個支撐件中的至少一個包括裝在所述管子的外部的圓周夾具。
10.如權(quán)利要求9所述的組件，其中，所述夾具包括兩個或更多個分段。
11.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述至少兩個支撐件中的至少一個包括連接到所述管子的法蘭。
12.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，至少一個施力裝置選自液壓缸、起重螺栓和液壓沖頭所組成的組。
13.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述施力裝置直接作用在所述支撐件上。
14.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述組件還包括隔離環(huán)，用于將所述施力裝置施加的力傳遞到所述支撐件中的一個或多個。
15.如權(quán)利要求9所述的組件，其中，所述圓周夾具包括——大致環(huán)形的擋圈，其具有外徑和內(nèi)徑并適于繞所述管子的圓周設(shè)置；——設(shè)置在所述擋圈內(nèi)的多個液壓沖頭，所述沖頭具有致動缸，所述致動缸能夠沿朝向所述擋圈的中心的方向徑向延伸；——其中，所述沖頭大致等距地間隔，由此，當(dāng)所述沖頭致動時，所述缸對所述管子的外表面施加大體相等的力。
16.如權(quán)利要求9所述的組件，其中，所述圓周夾具包括——多個鏈節(jié)，其連接到一起形成鏈條，所述鏈條的尺寸設(shè)計(jì)為覆蓋所述管子的圓周；——每個所述鏈節(jié)包括用于連接相鄰鏈節(jié)的連接裝置；——每個所述鏈節(jié)包括連接到電源的電磁體，其中，當(dāng)所述電源致動時，所述磁體結(jié)合所述管子的外表面。
17.一種用于固定至管子的外徑的圓周夾具，包括——大致環(huán)形的擋圈，其具有外徑和內(nèi)徑并適于繞所述管子的圓周設(shè)置；——設(shè)置在所述擋圈內(nèi)的多個液壓沖頭，所述沖頭具有致動缸，所述致動缸能夠沿朝向所述擋圈的中心的方向徑向延伸；——其中，所述沖頭大致等距地間隔，當(dāng)所述沖頭致動時，所述缸對所述管子的外表面施加大致相等的力。
18.如權(quán)利要求17所述的夾具，其中，所述擋圈包括兩個或更多個連接到一起的分段。
19.如權(quán)利要求18所述的夾具，進(jìn)一步包括多個載荷分布墊，所述多個載荷分布墊設(shè)置在所述沖頭和所述管子的外表面之間，由此，所述沖頭施加的力分布在所述管子的更大表面面積上。
20.一種定位在管子外徑上的圓周夾具，包括——多個鏈節(jié)，其連接到一起形成鏈條，所述鏈條尺寸設(shè)計(jì)為覆蓋所述管子的圓周；——每個所述鏈節(jié)包括用于連接相鄰鏈節(jié)的連接裝置；——每個所述鏈節(jié)包括連接到電源的電磁體，由此，當(dāng)電源致動時，所述磁體接合所述管子的外表面。
全文摘要
一種用于測試管子上的焊縫完整性的組件包括至少兩個錨固于管子并繞管子沿圓周延伸的支撐件，支撐件沿管子軸向地間隔并定位于焊縫的各相對側(cè)。所述支撐件固定于管子，從而防止其沿管子軸向運(yùn)動。所述組件還包括定位于支撐件之間的至少一個軸向力施力裝置。施力裝置適于沿大致平行于管子縱軸的方向?qū)χ渭┘虞S向力。所述組件還包括用于在焊縫上進(jìn)行壓力測試的焊縫測試設(shè)備。一種用于測試管子上的焊縫完整性的方法包括在焊縫上施加軸向應(yīng)力并同時對焊縫施加壓力。還提供了一種新式圓周夾具，用于固定至管子的外部。
文檔編號G01M99/00GK101095038SQ200580045465
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
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