[发明专利]一种双金属复合管超低温下界面结合强度测试方法与装置

说明书

本发明提供了一种双金属复合管超低温下界面结合强度测试方法与装置，属于复合管界面性能测试技术领域。首先将内、外开槽的双金属复合管放置在内管、外管夹头上定位；然后在承重梁内部环形保冷槽中充填超低温介质，并进行喷淋冷却；当冷却温度达到测试温度后，通过两个伺服电机分别驱动内管、外管夹头旋转，使试验管在界面结合处发生面内剪切变形，用扭力传感器和高速相机分别记录剪切界面结合强度、界面位移和旋转角等物理参量。本发明提供一种双金属复合管超低温下界面结合强度测试方法与装置，具有结构紧凑、工艺集成度高、通用性强、缸‑架‑箱一体化设计等优点，解决了复合管超低温环境服役界面结合强度和变形难以准确测量等难题。

技术领域

本发明属于双金属复合管界面结合性能测试技术领域，具体涉及一种钢-镍双金属复合管超低温服役环境下界面结合性能测试方法与装置。

背景技术

随着油气资源开采向着强腐蚀、高盐碱以及深海低温领域发展，普通碳钢管材已经难以满足苛刻服役环境的需求，而采用镍基双金属复合管能够有效提高管材的抗低温、耐腐蚀性能，被广泛用于海陆油气田建设、低温油气运输以及低温燃料带压加注等领域。此类管材通常在极端低温和动载条件下服役，对其界面结合强度有着较高要求，而传统检测方法难以准确量化镍基复合管在极端低温和动载条件下界面的结合性能。为解决上述难题，本发明提供了一种双金属复合管超低温下界面结合强度测试方法与装置，该方法具有结构紧凑、工艺集成度高、通用性强等优点，实现了复合管材检测全过程界面变形的可监测性，解决了镍基双金属复合管超低温环境服役过程界面强度难以准确测量等难题。

普通碳钢管与镍基双金属复合管界面结合强度测试较为困难，现有技术中，其测试难点在于：双金属复合管怎样固定、复合管的内剪、外剪和内外混合剪的实现方法、超低温服役环境及保温方法、结合界面强度及变形的可监测性等问题。

发明内容

本发明提出了一种双金属复合管超低温下界面结合强度测试方法与装置，旨在解决现有技术存在的主要问题：双金属复合管固定困难，复合管的内剪、外剪和内外混合剪动作以及超低温服役环境难以实现，界面结合强度及变形规律难以监测等。

为解决上述技术难题，本发明采用的技术方案在于提出一种钢-镍双金属复合管超低温下界面结合强度测试方法与装置。该装置组成主要包括“凸凹十字型”试验复合管、内管夹头、外管夹头、伺服电机、缸-梁-箱组合体、保冷箱、高速相机、扭力传感器、热电阻以及超低温冷却介质等。

测试前先将“凸凹十字型”试验复合管放置在内管夹头和外管夹头上进行定位；然后在承重梁内部的保冷箱中充填超低温介质，并利用环形分布的喷头对定位的试验管侧面进行喷淋冷却；当整个试验管冷却温度达到待测温度后，通过左、右两个伺服电机分别驱动内管夹头、外管夹头旋转，使试验管在界面结合处发生面内剪切变形，同时用扭力传感器和热电阻分别记录界面的结合强度和温度；同时打开高速相机记录复合管面内剪切过程界面位移和旋转角度等关键参量。

整个检测过程可分三个阶段：试验复合管安装定位、超低温冷却与温度测量、复合管界面剪切变形与参数测量。具体包括以下步骤：

第一步S1：钢-镍双金属复合管上切取一小段试验管；

第二步S2：试验管内、外表面沿轴向分别加工一定深度的键合槽，制作“凸凹十字型”试验复合管；

第三步S3：将制作“凸凹十字型”试验管放置在内管夹头和外管夹头上进行定位，使其轴线与内、外夹头轴线重合；

第四步S4：在缸-梁-箱组合体内部的保冷箱中通过喷头充填超低温介质，使其温度达到复合管超低温服役温度；

第五步S5：打开左、右伺服电机，逐级递加扭转力，驱动内管夹头、外管夹头旋转，使其在界面结合处发生面内剪切变形；

第六步S6：通过前段玻璃视窗的高速相机对复合管面内剪切过程界面变形、分离现象进行观察；

第七步S7：记录复合管界面分离时扭力、扭转角以及界面位移等参量；

第八步S8：复合管界面旋转分离后，关闭伺服电机，将测试后的复合管段从夹具中拆卸、取出。