CN218937745U - 一种双金属复合管液压胀接成形实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双金属复合管液压胀接成形实验装置，包括胀接模块、增压模块和数据采集模块。胀接模块主体为胀管器，胀管器外部套接待加工衬管与基管。增压模块包含增压泵和水箱，提供液压动力。数据采集模块由应变片、压力传感器、数据采集器和采集终端组成，应变片多点位粘接于基管外表面，压力传感器布置于增压模块输出管路，应变片与压力传感器通过导线接入数据采集器，采集终端通过导线接收数据采集器汇总的信号。本实用新型可实现双金属复合管液压胀接成形试验的精确测试，收集的试验数据具有精确性、实时性和高度整合性，为工艺参数的评估修改提供可靠的数据支撑。同时，各模块独立但可协同工作，可实现工艺参数的高效迭代优化。

Description

一种双金属复合管液压胀接成形实验装置

技术领域

本实用新型涉及双金属复合管成形和测试的技术领域，具体涉及双金属复合管液压胀接成形的实验装置。

背景技术

近年来，随着石油工业的发展，油气资源勘探开采逐渐转向深地、深远海等恶劣环境，油气中高腐蚀性物质的存在对输运管道的质量性能要求也越来越苛刻。由于传统单层管难以适应严苛的运输环境，具有高强度和耐蚀能力的双金属复合管近年来得到快速发展。双金属复合管由基管与衬管组成，其中基管为普通碳钢管或低合金钢管，起支撑保护作用；衬管为基管内覆的薄层，一般为耐蚀合金，用于抵抗运输的腐蚀性物质。由于具有极高的性价比，双金属复合管已在国内外重大陆地及海洋工程中得到有效应用。

双金属复合管的制备可分为机械结合和冶金结合两大类。机械结合依据基衬管材料的力学属性差异，通过施加外界压力使得基管与衬管机械贴合并产生一定的结合强度。冶金结合通过热处理等方式使金属界面发生原子扩散从而结合。由于制备简单、生产效率高以及成本低廉，机械结合法得到广泛使用。液压胀接成形是机械结合的一种代表性的方法，它通过对套接了基管的衬管施加内部液压，迫使衬管和基管发生弹塑性变形。在撤去液压后，由于材料差异，基管发生比衬管更显著的回弹，从而在管间实现机械贴合并具有一定的接触应力。

液压胀形复合管具有简单的成形过程，但它的大规模应用还存在挑战。一方面，该类复合管的管间接触应力水平很大程度上依赖于成形的工艺参数；另一方面，不合理的成形工艺也会导致内外管接触应力的不均匀。因此，由错误的工艺参数指导制造的复合管往往无法满足严苛工况下的服役要求，并极易发生诸如衬管失稳、剥离、起皱等严重的失效问题。然而，目前国内外普遍缺乏对于双金属复合管成形参数的确定与评估规范。因此，进行双金属复合管液压胀形试验，对于评定复合管加工质量、优化工艺参数具有重要意义。为此，有必要设计一种可靠的双金属复合管液压胀接成形实验装置，为复合管成形质量和工艺参数的精确评估和和改进提供平台，也为相关规范的制定奠定基础。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种面向双金属复合管液压胀接成形的实验装置，可实现双金属复合管液压胀接成形过程中对于胀接液压和复合管变形的实时精确监测，从而指导双金属复合管成形质量的控制和工艺参数的优化。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种双金属复合管液压胀接成形实验装置，包括胀接模块、增压模块和数据采集模块；

所述胀接模块包括待加工基管、衬管和胀管器，所述胀管器主体为高强度钢芯杆，其表面覆盖有高弹耐压橡胶胀袋，胀袋内表面与高强度钢芯杆外表面形成密闭空腔，所述高强度钢芯杆内部开有进水通路，进水通路两端分别与高强度钢芯杆表面和端部连通，待加工基管和衬管套接于胀管器表面；

所述增压模块包含增压泵和水箱，增压泵和水箱之间通过管路连接，增压泵从水箱抽取水加压输入到胀接模块，并通过增压泵内部的压力控制器调节增压速率和增压幅值；

所述数据采集模块由应变片、压力传感器、数据采集器和采集终端组成，所述应变片以粘接的方式布置于基管表面，应变片通过导线与数据采集器连接，所述压力传感器布置于增压模块输出管路，压力传感器经导线接入数据采集器，所述数据采集器将采集的应变与压力信号通过连接的导线汇总至采集终端，实现实时精确监测。

本实用新型的特征还在于：

增压模块将水通过管路经胀管器进水口泵入进水通路，使水体流入橡胶胀袋与高强度钢芯杆表面形成的密闭空腔，从而迫使橡胶胀袋膨胀，通过不断增加水压使得橡胶胀袋与衬管发生挤压，并最终实现双金属复合管的机械成形；

增压模块的输出管路与胀接模块的进水口通过细牙螺母实现连接和密封；

应变片在基管表面多点位布置，可实现对基管表面应变的全方位监测，压力传感器可实时获取水压加压数值；

数据采集模块可通过采集终端汇总显示应变片与压力传感器收集的信号，在成形过程中实时监测基管应变与胀接水压的发展水平，从而作为反馈实时调整加压策略并可用于评估复合管成形质量，优化工艺参数设置。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

本实用新型利用增压模块和胀接模块实现双金属复合管液压胀接成形，操作简便。利用布置的应变片和压力传感器作为成形关键参数的测量媒介，可高精度测量成形过程中的胀接内压以及复合管表面关键区域的应变信息。采集的应变与压力信号可通过数据采集器和采集终端汇总并在成形试验过程中实时可视化监测。相较于零散的、非即时的试验数据收集方法，本实用新型装置所收集的精确而实时的应变与压力参数具有高度的可靠性和整合性，可用于全面评估成形质量，指导工艺参数的修改优化。本实用新型胀接模块、增压模块和数据采集模块各自独立，通过线路连接实现协同工作，具有灵活性，便于管理以及不同工艺参数方案的修改选型，有利于工艺参数设计的高效迭代优化。本实用新型提出的一种双金属复合管液压胀接成形实验装置结构设计合理，结构形式简单，可为双金属复合管液压胀接成形试验提供可靠的试验平台以及精确、实时和高度整合的试验数据，为工艺参数的优化奠定重要的基础，是一个可靠的、高水平的实验装置。

附图说明

图1是本实用新型双金属复合管液压胀接成形实验装置的结构示意图。

图2是利用本实用新型实验装置完成的复合管胀接成形过程的截面示意图。

图2①对应于胀接成形刚开始的时刻，胀管器的橡胶胀袋以及套接的待加工基衬管尚未变形；图2②对应于胀接成形初期，橡胶胀袋因水压发生膨胀并与衬管接触；图2③对应于胀接成形中期，水压进一步加大，衬管与基管接触并同步胀形；图2④对应于胀接成形末期，水压撤去，橡胶胀袋归位，基衬管完成机械接合。

具体实施方式

本实施例对一对基衬管进行液压胀接成形试验。下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型一种双金属复合管液压胀接成形实验装置，包括胀接模块、增压模块和数据采集模块。胀接模块包括基管1、衬管2和胀管器。胀管器主体由高强度钢芯杆3和橡胶胀袋4组成。高强度钢芯杆3内部开有进水通路，进水口与增压模块输出端连通。增压模块的增压泵5从水箱6抽取水并通过管路以一定压力泵入所述胀管器进水通路。数据采集模块由应变片7、压力传感器8、数据采集器9和采集终端10组成。应变片7以粘接的方式多点位布置于基管1表面，并经导线接入数据采集器9。压力传感器8布置于增压模块输出端管路，输出的压力信号经导线接入数据采集器9。数据采集器9将采集的应变与压力信号汇总进入采集终端10，实现实时可视化监测。

试验开始前，首先进行模块的组装和相互连接：

(1)使用螺母连接增压模块输出端和胀管器进水口，并将压力传感器8通过导线连接至数据采集器9上；

(2)将胀管器套入衬管2，随后将二者共同套入基管1完成装配，装配完成后如图2-①所示；

(3)本实例在成形过程中沿基管1母线等间距布置3个应变片7，布置方向为基管1环向，从而对基管1表面的环向应变进行监测，应变片7与数据采集器9中间布置桥盒与应变放大器，同时设定应变放大器的供桥电压和仪器增益，实现应变片7采集信号的转换，利用导线依次串接各元件；

(4)将数据采集器9输出端与采集终端10连接，试验装置组装完成。

本试验包括以下步骤：

(1)打开增压模块增压泵5开关，启动加压，缓慢调节压力控制器的增压旋钮逐渐提高水压；

(2)通过可视化采集终端10实时监测水压和基管1应变发展，观察到各处环向应变发展几乎一致，说明成形十分均匀，当基管1应变发展到接近弹性极限时，停止加压，并进行一段时间的保压；

(3)保压完成后，关闭增压模块的增压泵5，缓慢开启增压泵5的卸荷阀释放胀管器内水体；

(4)观察压力值变化，当变为零后静置一段时间，随后关闭卸荷阀，此时试验完成，取出已完成成形的复合管。

试验中复合管的成形过程的截面图如图2-②③④所示。随着水11的泵入，橡胶胀袋4持续膨胀，并在②时刻与衬管2接触。随后，胀袋4继续膨胀，迫使衬管2受压胀形，在③时刻衬管2与基管1发生接触，三者协同膨胀。撤去水压后，复合管加工完成，如④时刻所示。经评估，该成形工艺参数制备的复合管变形均匀，成形压力合适，达到了该类型复合管制备要求。

本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本实用新型的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双金属复合管液压胀接成形实验装置，其特征在于，包括胀接模块、增压模块以及数据采集模块；

所述胀接模块包括待加工基管(1)、衬管(2)和胀管器，所述胀管器主体为高强度钢芯杆(3)，其表面覆盖有高弹耐压橡胶胀袋(4)，所述高强度钢芯杆(3)内部开有进水通路，进水通路两端分别与高强度钢芯杆(3)表面和端部连通，所述待加工基管(1)和衬管(2)套接于胀管器表面；

所述增压模块包含增压泵(5)和水箱(6)，所述增压泵(5)和水箱(6)之间通过管路连接；

所述数据采集模块由应变片(7)、压力传感器(8)、数据采集器(9)和采集终端(10)组成，所述应变片(7)以粘接的方式多点位布置于基管(1)表面，所述应变片(7)通过导线与数据采集器(9)连接，所述压力传感器(8)布置于增压模块输出管路，压力传感器(8)经导线与数据采集器(9)连接，所述数据采集器(9)通过导线与采集终端(10)连接。

2.根据权利要求1所述一种双金属复合管液压胀接成形实验装置，其特征在于，增压模块的输出管路与胀接模块的进水口通过细牙螺母连接和密封。

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