[发明专利]一种对实体膨胀管进行复合载荷膨胀试验的方法

摘要

本发明涉及一种对实体膨胀管进行复合载荷膨胀试验的方法，包括如下步骤：1)试样及膨胀锥准备，2)端部起胀，3)膨胀试验准备，4)膨胀试验：按以下三种方式中任何一种来实现：a、机械拉伸膨胀试验，b、液压膨胀试验，c、机械液压复合膨胀试验，5)数据采集及分析。本发明通过轴向可控机械拉伸载荷和液压力，配合相应的膨胀锥头，实现对实体膨胀管整管进行机械拉伸膨胀或液压膨胀或机械拉伸与液压复合膨胀试验，并可实时测量膨胀试验过程中膨胀锥的位移、速度、拉伸载荷、液压压力和实体膨胀管径向变形数据，本发明为实体膨胀管膨胀性能检测、研究评价、膨胀管连接结构研究和改进提供了一种实验室内有效模拟实际工况的膨胀试验方法。

主权项

一种对实体膨胀管进行复合载荷膨胀试验的方法，本方法通过实体膨胀管复合加载膨胀试验装置来实现，所述的实验装置包括加载机架、膨胀试验系统、膨胀夹持系统、传感器系统，加载机架由端横梁(15)、导轨(2)、导向横梁(3)、中横梁(8)、机架侧壁组成，膨胀试验系统包括液压油缸(1)、活塞杆(23)、拉杆(6)、膨胀锥(17)、定位法兰(16)和高压注水机构(21)，液压油缸(1)、活塞杆(23)、拉杆(6)、膨胀锥(17)顺次连接构成机械拉伸膨胀实验装置，定位法兰(16)、高压注水机构(21)和膨胀锥(17)构成液压膨胀实验装置，膨胀夹持系统包括三抓卡盘(10)、起胀浮动夹具(12)、膨胀夹具(20)和定位法兰(16)，三抓卡盘(10)和起胀浮动夹具(12)作为端部起胀试验时夹持试验试样(11)的定径膨胀夹持装置，膨胀夹具(20)和定位法兰(16)作为膨胀管膨胀试验时夹持试验试样(11)的变径膨胀夹持装置，传感器系统包括位移及速度传感器(25)、力传感器(4)、径向变形传感器(13)和液压传感器(22)，位移及速度传感器(25)设于活塞杆(23)上，导向横梁(3)上设有力传感器(4)，膨胀夹持系统夹持的试样(11)外表面沿周向设有2～8个径向变形传感器(13)，密封法兰(19)上设有液压传感器(22)，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：1)、试样及膨胀锥准备：准备试验用实体膨胀管试样一根，选择试验用膨胀锥，膨胀锥外径与实体膨胀管试样膨胀后内径相同，计算膨胀锥膨胀幅度：膨胀锥膨胀幅度＝(膨胀锥外径‑实体膨胀管试样内径)/实体膨胀管试样内径2)、端部起胀：将准备实施膨胀试验的实体膨胀管试样(11)内部穿入拉杆(6)，将拉杆(6)和膨胀管试样(11)一起装入膨胀试验装置，用三抓卡盘(10)和定位法兰(16)将膨胀管试样(11)固定，确保试样(11)中心、拉杆(6)和油缸活塞(23)中心同轴，调整试样(11)位置使试样(11)右端伸出定位法兰(16)外500～800mm，拉杆(6)右端装配上膨胀锥(17)，左端与导向横梁(3)铰接，将中横梁(8)通过液压销钉固定在机架侧壁的销孔(9)上，使膨胀管试样(11)左端固定，右端自由，在加载机架侧壁上的销孔(9)内装入起胀浮动夹具(12)，调整夹具(12)夹持直径与膨胀管试样(11)外径相符合并牢固夹持，在油缸活塞(23)的带动下，导向横梁(3)通过拉杆(6)牵引膨胀锥(17)以1～9m/s的速度由右向左对试样(11)进行端部起胀，起胀长度500～800mm；3)、膨胀试验准备：端部起胀完成后，膨胀管试样(11)起胀端焊接端部密封法兰(19)，中横梁(8)上的液压销钉从销孔(9)收回，控制中横梁(8)和导向横梁(3)左移，移动至使端部密封法兰(19)固定在定位法兰(16)上，从加载机架侧壁上的销孔(9)内卸去起胀浮动夹具(12)，合上膨胀夹具(20)，三抓卡盘(10)松开左移，此时膨胀管试样(11)右端固定，左端和径向自由，径向变形传感器(13)固定在膨胀管试样(11)的外表面，径向变形传感器数量2～8组，间距500～1500mm；4)、膨胀试验：实体膨胀管膨胀试验按以下三种方式中任何一种来实现：a、机械拉伸膨胀试验：开动油缸(1)通过活塞杆(23)和导向横梁(3)带动拉杆(6)牵引膨胀锥(17)，控制油缸(1)施加拉伸载荷50KN～2000KN，或者控制膨胀锥(17)以1m/s～20m/s的膨胀速度由右向左完成整管膨胀，当膨胀至膨胀锥(17)从膨胀管试样(11)左端脱出时，完成膨胀试验；b、液压膨胀试验：撤去拉杆(6)，收回导向横梁(3)，在端部密封法兰(19)中心接上高压水压系统(21)，高压水压系统(21)通入高压水，控制高压水压载荷10MPa～80MPa推动膨胀锥(17)由右向左完成整管膨胀，当膨胀至膨胀锥(17)从膨胀管试样(11)左端脱出时，完成膨胀试验；c、机械液压复合膨胀试验：在端部密封法兰(19)中心接上高压水压系统(21)，高压水压系统(21)通入高压水，液压载荷为10MPa～50MPa，同时开动油缸(1)通过活塞杆(23)和导向横梁(3)带动拉杆(6)牵引膨胀锥(17)，控制油缸(1)施加拉伸载荷50KN～2000KN，使膨胀锥(17)在拉伸载荷和液压推动的复合作用下按1m/s～20m/s速度由右向左完成整管膨胀，当膨胀至膨胀锥(17)从膨胀管试样(11)左端脱出时，完成膨胀试验；5)、数据采集及分析：膨胀过程中传感器系统记录并输出膨胀锥(17)的位移值、速度值、膨胀时的拉伸载荷值、膨胀管试样膨胀过程中径向的应力应变与膨胀后的回弹变形，液压膨胀时的液压大小，使用常规超声波测厚仪及游标卡尺测量膨胀后试样的壁厚、外径以及轴向收缩量，通过这些参数的分析，对实体膨胀管试样的膨胀性能进行评价。