CN101095038A - 施加轴向应力的焊缝测试方法和设备 - Google Patents

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Abstract

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。还提供了一种新式圆周夹具，用于固定至管子的外部。

Description

施加轴向应力的焊缝测试方法和设备
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。环形空间内的流体压力处于监控之下，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。可以理解，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。可以看出，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。可以看到，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。孔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)。块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。可以看出，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×0.322英寸(21cm×0.82cm)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。

Claims (20)

1.一种用于测试一段管子上的焊缝完整性的方法，包括对所述焊缝施加轴向应力以及在所述焊缝上实施完整性测试。
2.如权利要求1所述的方法，包括：
——在所述管子的外表面上提供至少两个支撑件，所述支撑件沿所述管子轴向地间隔并定位于所述焊缝的各相对侧；
——将所述支撑件固定至所述管子以防止所述支撑件沿所述管子轴向移动；
——在所述支撑件之间提供至少一个施力装置，用于对所述支撑件施加轴向力；
——致动所述施力装置，从而使所述焊缝受到轴向力；
——在所述焊缝上实施完整性测试。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述轴向力绕所述管子的圆周均匀地施加。
4.如权利要求3所述的方法，其中，一个所述支撑件包括连接到所述管子的法兰。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述法兰通过所述焊缝连接到所述管子。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述至少两个支撑件中的另一个包括装在所述管子的外表面上的夹具。
7.一种用于测试管子上的焊缝完整性的组件，包括：
——至少两个支撑件，其锚固于所述管子并绕所述管子沿圆周方向延伸，所述支撑件沿所述管子轴向地间隔并定位于所述焊缝的各相对侧上，所述支撑件固定于所述管子，从而防止所述支撑件沿所述管子轴向运动；
——至少一个轴向力施力装置，其定位于所述支撑件之间，所述装置适于沿大体平行于所述管子的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。
8.如权利要求7所述的组件，其中，所述支撑件包括至少一个支承面，所述施力装置承靠于所述至少一个支承面。
9.如权利要求7所述的组件，其中，所述至少两个支撑件中的至少一个包括装在所述管子的外部的圆周夹具。
10.如权利要求9所述的组件，其中，所述夹具包括两个或更多个分段。
11.如权利要求7所述的组件，其中，所述至少两个支撑件中的至少一个包括连接到所述管子的法兰。
12.如权利要求7所述的组件，其中，至少一个施力装置选自液压缸、起重螺栓和液压冲头所组成的组。
13.如权利要求7所述的组件，其中，所述施力装置直接作用在所述支撑件上。
14.如权利要求7所述的组件，其中，所述组件还包括隔离环，用于将所述施力装置施加的力传递到所述支撑件中的一个或多个。
15.如权利要求9所述的组件，其中，所述圆周夹具包括：
——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的中心的方向径向延伸；
——其中，所述冲头大致等距地间隔，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体相等的力。
16.如权利要求9所述的组件，其中，所述圆周夹具包括：
——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；
——每个所述链节包括连接到电源的电磁体，其中，当所述电源致动时，所述磁体结合所述管子的外表面。
17.一种用于固定至管子的外径的圆周夹具，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的中心的方向径向延伸；
——其中，所述冲头大致等距地间隔，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。
18.如权利要求17所述的夹具，其中，所述挡圈包括两个或更多个连接到一起的分段。
19.如权利要求18所述的夹具，进一步包括多个载荷分布垫，所述多个载荷分布垫设置在所述冲头和所述管子的外表面之间，由此，所述冲头施加的力分布在所述管子的更大表面面积上。
20.一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，当电源致动时，所述磁体接合所述管子的外表面。
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