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一種金屬管材拉伸裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬管材拉伸裝置，包括裝配支架和拉伸結(jié)構(gòu)，該拉伸結(jié)構(gòu)包括第一連接桿、第二連接桿、第一緩沖件和第二緩沖件，該第一緩沖件和第二緩沖件分別包括環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)和緩沖接頭，在該緩沖接頭的一側(cè)設(shè)置有固定桿，該固定桿垂直于該環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置，該環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)的一端套在該固定桿上，且該固定桿適宜于沿該環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)的環(huán)內(nèi)部分進行相對運動，在金屬管材試件上還設(shè)置有進液口，該進液口與加壓注入裝置連通設(shè)置。通過本發(fā)明中的設(shè)置方式，在對管材進行內(nèi)壓和軸向拉伸雙重載荷測試時，當管材在內(nèi)壓的作用下發(fā)生爆炸時，該第一緩沖件和第二緩沖件又提供了一定的活動距離，從而抵消了爆炸帶來的位移，能夠有效防止裝置遭到破壞。
【專利說明】一種金屬管材拉伸裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬管材拉伸裝置，具體涉及一種可配合加壓注入裝置對金屬管材進一步施加內(nèi)壓載荷的拉伸裝置，以模擬金屬管材在拉伸載荷和內(nèi)壓載荷共同作用下的變形甚至爆炸過程。
技術(shù)背景
[0002]目前，二氧化碳驅(qū)油技術(shù)已成為石油、天然氣行業(yè)中的一項日趨成熟的技術(shù)，這項技術(shù)是將二氧化碳注入油層中，不僅可以提高石油的采收率，滿足油田的開發(fā)需求，還可作為溫室氣體減排的重要地質(zhì)儲存手段，解決二氧化碳的封存問題。
[0003]在進行二氧化碳驅(qū)油時，將二氧化碳注入油層是通過二氧化碳注入管柱實現(xiàn)的，二氧化碳注入管柱在井底運行過程中承受著多種復雜載荷，如注入管與套管之間的接觸應(yīng)力、分段注入管連接處的扭矩、高濃度二氧化碳高壓注入后的內(nèi)壓以及注入管由于自身重力產(chǎn)生的軸向拉伸力，尤其對于注入深度較大的二氧化碳注入管，該軸向拉伸力則無法再被忽視。當外界環(huán)境溫度升高時，高壓注入的液態(tài)或氣液混合態(tài)的二氧化碳可能發(fā)生相變導致壓力進一步升高，一旦超過金屬管材的承壓能力則有可能造成注入管爆炸，進而引起大量二氧化碳泄漏甚至引發(fā)井噴等重大災(zāi)害事故。因此，為了避免上述事故的發(fā)生，制定二氧化碳注入管的相關(guān)強度標準迫在眉睫，那么需要模擬二氧化碳注入管在使用過程中發(fā)生變形甚至爆炸的過程，則必須考慮注入管在井底所承受的復雜載荷，特別是內(nèi)壓載荷和軸向拉伸載荷。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中對金屬管材施加載荷的報道已屢見不鮮，如中國專利文獻CN102914471A公開了一種內(nèi)壓載荷的實驗裝置，該裝置采用加壓注入裝置向所述金屬管材中注入C02。具體包括:通過CO2儲氣瓶向儲罐內(nèi)輸入5?7MPa壓力的二氧化碳氣體，通過制冷機制冷使儲罐內(nèi)的氣體二氧化碳冷卻至液態(tài)，然后打開閥門將液態(tài)二氧化碳注入到試壓金屬管件中；再通過高壓泵對其加壓，當壓力值達到電極點壓力表的預設(shè)值時，高壓泵停止工作，然后通過恒溫箱內(nèi)的加熱電阻對裝有高壓液態(tài)二氧化碳的金屬管件加熱至管內(nèi)二氧化碳為超臨界狀態(tài)，最后對金屬管件加熱，以測試不同壓力不同溫度下超臨界流體對金屬管道在塑性形變方面的影響。
[0005]上述實驗裝置可以實現(xiàn)內(nèi)壓載荷的測試，除此之外，現(xiàn)有技術(shù)中還有許多針對金屬材料拉伸成型的裝置，如中國專利文獻CN203231937U公開了一種試驗裝置，該裝置包括下部開有燕尾式的上鉗口的上鉗具以及一個外形與上鉗口適配的、截面呈倒三角形的上夾具，所述上夾具裝在上鉗口內(nèi)，上夾具內(nèi)部具有用于固定試樣上端部的鎖緊裝置，在上夾具與上鉗口之間還設(shè)置有相接觸的斜面，該斜面設(shè)有阻尼脂層。所述金屬拉伸試驗裝置還設(shè)置有與上夾具和上鉗口結(jié)構(gòu)相同的下夾具和下鉗口，在實際操作時，將金屬材料的式樣夾持在上夾具和下夾具之間進行拉伸，即可實現(xiàn)其性能測試。
[0006]由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，目前的實驗裝置都只能實現(xiàn)單一的內(nèi)壓載荷測試或者拉伸測試，而無法模擬出二氧化碳注入管在井底時的復雜載荷環(huán)境。并且現(xiàn)有技術(shù)中的拉伸裝置也不適用于直接與壓力注入裝置配合使用，原因在于如果使用壓力注入裝置向管材內(nèi)注入二氧化碳，那么管材在承受內(nèi)壓的過程中會發(fā)生形變甚至爆炸，而爆炸產(chǎn)生的位移會導致拉伸裝置遭到嚴重破壞，使得裝置難以多次使用。因此，如何能夠設(shè)計開發(fā)一種操作方便、簡單高效且可與壓力注入裝置配合使用的拉伸裝置，對研究二氧化碳注入管在井底的安全使用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術(shù)中的拉伸試驗機因沒有用于固定圓柱形金屬管試件的夾具，且無法配合其他加載裝置聯(lián)合使用的缺陷而導致的操作不便、效率較低的問題，進而提供一種操作方便、簡單高效且可與壓力注入裝置配合使用的拉伸裝置。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為:
[0009]一種金屬管材拉伸裝置，包括:
[0010]裝配支架，成型有相互平行設(shè)置的第一支撐板和第二支撐板；
[0011]拉伸結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述第一支撐板和第二支撐板之間，包括第一連接桿和第二連接桿，其中所述第一連接桿與所述第一支撐板連接設(shè)置，所述第二連接桿與所述第二支撐板連接設(shè)置，同時所述第一連接桿還與液壓系統(tǒng)連接設(shè)置，適宜于在所述液壓系統(tǒng)的作用下沿軸向進行往復運動；
[0012]所述拉伸結(jié)構(gòu)還設(shè)置有第一緩沖件和第二緩沖件，所述第一緩沖件和第二緩沖件分別包括:
[0013]環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)；
[0014]緩沖接頭，在所述緩沖接頭的一側(cè)設(shè)置有固定桿，所述固定桿垂直于所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)的一端套在所述固定桿上，且所述固定桿適宜于沿所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)的環(huán)內(nèi)部分進行相對運動；
[0015]其中，所述第一緩沖件的環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)與所述第一連接桿連接設(shè)置，所述第二緩沖件的環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)與所述第二連接桿連接設(shè)置；所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭分別與金屬管材試件的兩端連接；并且當所述拉伸結(jié)構(gòu)處于張緊狀態(tài)時，所述第一連接桿、第二連接桿、第一緩沖件、第二緩沖件以及金屬管材試件的中軸線處于同一水平線上；在所述金屬管材試件上還設(shè)置有進液口，所述進液口與加壓注入裝置連通設(shè)置。
[0016]所述加壓注入裝置包括通過管路連接設(shè)置的CO2儲氣瓶和儲罐，其中所述儲罐放置在冷箱內(nèi)，所述冷箱與制冷機連接設(shè)置；
[0017]所述儲罐的出液口與所述金屬管材試件的進液口連通設(shè)置，在所述儲罐與所述金屬管材試件之間設(shè)置有高壓泵。
[0018]所述液壓系統(tǒng)包括液壓缸和液壓連接桿，所述液壓連接桿貫穿所述第一支撐板設(shè)置且與所述第一連接桿連接，適宜于帶動所述第一連接桿沿軸向進行往復運動。
[0019]在所述金屬管材試件的兩端以及所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭上均設(shè)置有法蘭接頭，所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭上的法蘭接頭分別與所述金屬管材試件兩端的法蘭接頭抵觸連接，在抵觸連接處設(shè)置有限位筒，所述限位筒緊密環(huán)繞所述抵觸連接處的法蘭接頭設(shè)置，適宜于將緩沖接頭與金屬管材試件固定連接。
[0020]所述限位筒包括位于其軸截面兩側(cè)的上筒體和下筒體；所述上筒體和下筒體的一側(cè)連接設(shè)置，且所述上筒體和下筒體可沿連接線進行旋轉(zhuǎn)，在所述上筒體和下筒體的另一側(cè)設(shè)置有卡定裝置。
[0021]在所述第一連接桿和所述第一支撐板之間設(shè)置有第一連接接頭；在所述第二連接桿和所述第二支撐板之間設(shè)置有第二連接接頭；其中，所述第一連接接頭和第二連接接頭分別設(shè)置有基座，所述基座呈圓柱形，在所述基座的一端設(shè)置有U型槽，所述U型槽的開口位于所述基座的端面上，貫穿所述U型槽的兩個側(cè)壁設(shè)置有螺栓；所述第一連接接頭的螺栓與所述第一連接桿連接設(shè)置，所述第一連接接頭的基座與所述液壓連接桿連接設(shè)置；
[0022]所述第二連接接頭的螺栓與所述第二連接桿連接設(shè)置；所述第二連接接頭的基座與所述第二支撐板固定連接。
[0023]在所述裝配支架的第一支撐板和第二支撐板之間的底面上設(shè)置有兩個試件支架，每個所述試件支架的頂端設(shè)置有凹槽，所述凹槽的形狀與所述金屬管材試件的外壁形狀相吻合，適宜于對所述金屬管材試件進行支撐。
[0024]還設(shè)置有定型拉桿，所述定型拉桿的兩端分別與所述第一支撐板和第二支撐板連接設(shè)置。
[0025]在所述裝配支架的第一支撐板和第二支撐板之間的底面上鋪設(shè)有緩沖膜；在所述裝配支架的底端還貼有減震防滑膜。
[0026]所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)由兩個相互平行且相對設(shè)置的直邊和兩個相對設(shè)置的弧形邊組成，其中所述弧形邊的內(nèi)邊形狀與所述固定桿的外壁形狀相吻合。
[0027]所述金屬管材試件的長度為300mm。
[0028]本發(fā)明所述的金屬管材拉伸裝置具有如下優(yōu)點:
[0029](I)本發(fā)明所述的金屬管材拉伸裝置，在裝配支架的兩個支撐板之間設(shè)置有拉伸結(jié)構(gòu)，所述拉伸結(jié)構(gòu)設(shè)置有第一緩沖件和第二緩沖件，所述第一緩沖件和第二緩沖件分別包括:環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)和緩沖接頭，在所述緩沖接頭的一側(cè)設(shè)置有固定桿，所述固定桿垂直于所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)的一端套在所述固定桿上，且所述固定桿適宜于沿所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)的環(huán)內(nèi)部分進行相對運動；并且在所述金屬管材試件上還設(shè)置有進液口，所述進液口與加壓注入裝置連通設(shè)置。通過本發(fā)明中的設(shè)置方式，在對管材進行內(nèi)壓和軸向拉伸雙重載荷測試時，所述加壓注入裝置通過進液口向所述管材的內(nèi)部注入二氧化碳，而拉伸結(jié)構(gòu)則在液壓系統(tǒng)的帶動下進行拉伸運動，當管材在內(nèi)壓的作用下發(fā)生爆炸時，所述第一緩沖件和第二緩沖件又提供了一定的活動距離，從而抵消了爆炸帶來的位移，能夠有效防止裝置遭到破壞。
[0030](2)本發(fā)明所述的金屬管材拉伸裝置，在所述金屬管材試件的兩端以及所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭上均設(shè)置有法蘭接頭，所述第一緩沖件和第二緩沖件緩沖接頭上的法蘭接頭分別與所述金屬管材試件兩端的法蘭接頭通過限位筒和插銷固定連接。本發(fā)明中的管材試件為圓柱形中空結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)有技術(shù)中的夾具通常并不適用于圓柱形試件的牢固夾持，而本發(fā)明通過在金屬管材試件的兩端密封焊接高強度的合金鋼試件法蘭接頭，相應(yīng)地在緩沖結(jié)構(gòu)的一端也設(shè)置法蘭接頭，將金屬管材試件兩端的法蘭接頭分別與緩沖結(jié)構(gòu)的法蘭接頭抵觸連接，并在抵觸連接處設(shè)置限位筒，所述限位筒緊密環(huán)繞所述抵觸連接處的法蘭接頭設(shè)置，可使得金屬管材試件被牢固地固定在緩沖接頭上?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明所述的金屬管材拉伸裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明所述的金屬管材試件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明所述的金屬管材拉伸裝置與液壓站連接使用時的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]其中，附圖標記為:
[0035]1-液壓缸；2_液壓連接桿；3_第一連接接頭；4_環(huán)狀緩沖結(jié)構(gòu)；5_緩沖接頭；6-限位筒；7_金屬管材試件；8_固定桿；9_第二連接接頭；10_固定接頭；11_裝配支架；12-緩沖膜；13-減震防滑膜；14-試件支架；15-定型拉桿；16-卡定裝置；17-液壓輸送軟管；18_電機；19_電源開；20_電源關(guān)；21_拉伸控制按鈕；22_卸載控制按鈕；23_壓力表；24-安全閥；25-壓力調(diào)節(jié)閥門；26-進油口； 27-手把；28-油箱；29-油窗；30-放油螺；31-進液口 ；32_第一支撐板；33_第二支撐板；34_第一連接桿；35_第二連接桿。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的金屬管材拉伸裝置進行詳細說明。
[0037]實施例1
[0038]本實施例所述的金屬管材拉伸裝置，包括:裝配支架11和拉伸結(jié)構(gòu)，其中:所述裝配支架11成型有相互平行設(shè)置的第一支撐板32和第二支撐板33 ；
[0039]所述拉伸結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述第一支撐板32和第二支撐板33之間，包括第一連接桿34、第二連接桿35、第一緩沖件和第二緩沖件，其中所述第一連接桿34與所述第一支撐板32連接設(shè)置，所述第二連接桿35與所述第二支撐板33連接設(shè)置，同時所述第一連接桿34還與液壓系統(tǒng)連接設(shè)置，適宜于在所述液壓系統(tǒng)的作用下沿軸向進行往復運動，本實施例中的液壓系統(tǒng)包括液壓缸I和液壓連接桿2，所述液壓缸I安裝在所述第一支撐板32上，所述液壓連接桿2貫穿所述第一支撐板32設(shè)置且分別與所述液壓缸I和第一連接桿34連接，適宜于帶動所述第一連接桿34沿軸向進行往復運動；所述第一緩沖件和第二緩沖件分別包括:環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4和緩沖接頭5，在所述緩沖接頭5的一側(cè)設(shè)置有固定桿8，所述固定桿8垂直于所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4設(shè)置，所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4的一端套在所述固定桿8上，且所述固定桿8適宜于沿所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4的環(huán)內(nèi)部分進行相對運動；所述第一緩沖件的環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)與所述第一連接桿34連接設(shè)置，所述第二緩沖件的環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)與所述第二連接桿35連接設(shè)置，且所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭5分別與金屬管材試件7的兩端連接。當所述拉伸結(jié)構(gòu)處于張緊狀態(tài)時，所述第一連接桿34、第二連接桿35、第一緩沖件、第二緩沖件以及金屬管材試件7的中軸線處于同一水平線上，以確保施加于金屬管材試件7上的拉伸載荷的均勻性。
[0040]同時在所述金屬管材試件7上還設(shè)置有進液口 31 (見圖2)，所述進液口 31與加壓注入裝置連通設(shè)置，本實施例中所述加壓裝置包括通過管路連接設(shè)置的CO2儲氣瓶和儲罐，其中所述儲罐放置在冷箱內(nèi)，所述冷箱與制冷機連接設(shè)置；所述儲罐的出液口與所述金屬管材試件的進液口連通設(shè)置，在所述儲罐與所述金屬管材試件之間設(shè)置有高壓泵。本實施例中所述加壓裝入裝置在工作時，先打開CO2儲氣瓶，所述CO2儲氣瓶中的CO2氣體進入儲罐，利用制冷機對所述冷箱進行冷卻，從而使儲罐中的CO2氣體冷卻為液態(tài)，然后利用高壓泵將液態(tài)的CO2氣體泵入金屬管材試件中。為了控制輸入CO2的壓力值，本實施例在所述CO2儲氣瓶和儲罐之間設(shè)置有精密壓力表，在所述高壓泵與所述金屬管材試件之間設(shè)置有電極點壓力表。
[0041]本實施例所述的金屬管材拉伸裝置的工作過程如下:
[0042](I)加工金屬管材試件:將金屬管材截成長度為300_的試件,在該試件的表面沿其軸線方向加工出一條長200mm、寬5mm、深3mm的槽線(圖1及圖2中未示出)，并將該試件的兩端均用高強度合金鋼的法蘭接頭焊接密封，同時在該試件的左端預留一進液口以與加壓注入裝置相連接；
[0043](2)連接液壓系統(tǒng):本發(fā)明所述的液壓系統(tǒng)由液壓站提供液壓能，通過液壓輸送軟管將液壓缸與液壓站緊密相連，向液壓站的油箱中注入潤滑油至油窗刻度的三分之一處，并將壓力表調(diào)至零位；其中該液壓輸送軟管的通徑為6mm，最大工作壓力50MPa ;所用的液壓站型號為DBS0.7L-B，參見圖3，圖3為本發(fā)明所述的金屬管材拉伸裝置與液壓站連接使用時的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該液壓站主要包括電機18、控制面板、內(nèi)置高壓泵、壓力表23、壓力調(diào)節(jié)閥25、安全閥24、進油口 26、手把27、油箱28、油窗29、放油螺30等，其中控制面板自上而下分別設(shè)置四個按鈕，依次為電源開19、電源關(guān)20、拉伸控制按鈕21和卸載按鈕22 ;油箱28頂部為進油口 26，底部壁面有放油螺30，前面板上設(shè)有油窗29 ;該液壓系統(tǒng)可提供高壓壓力63MPa，高壓流量0.7L/min，油箱容量為7.6L，可用容量為3.42L，電機功率為
0.75kw ；
[0044](3)安裝金屬管材試件:將所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭5分別與加工完畢后的金屬管材試件7的兩端通過法蘭連接。同時將金屬管材試件的進液口通過高壓注入管線與加壓注入裝置相連通；
[0045](4)施加拉伸載荷:接通液壓站的總電源，按下液壓站的電源開，旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)閥使得壓力表的指針指向50MPa，再按下拉伸控制按鈕，并在整個拉伸過程中保持該按鈕為開啟狀態(tài)，此時，所述拉伸結(jié)構(gòu)處于張緊狀態(tài)，所述第一連接桿34、第二連接桿35、第一緩沖件、第二緩沖件以及金屬管材試件7的中軸線處于同一水平線上，即對金屬管材試件施加50MPa的軸向拉伸載荷；
[0046](5)施加內(nèi)壓載荷:在維持設(shè)定的拉伸載荷條件下，啟動加壓注入裝置，將液化后的處于超臨界態(tài)的二氧化碳高壓注入該金屬管材試件內(nèi)。
[0047]由于超臨界二氧化碳具有很大的壓縮系數(shù)，金屬管材試件內(nèi)二氧化碳的注入會使其內(nèi)壓載荷迅速增大，當金屬管材試件所承受的拉伸載荷與內(nèi)壓載荷的復合載荷超過其Plio鋼材料的承載力時，金屬管材試件發(fā)生變形并引起爆炸，爆炸時的壓力為58.66MPa。
[0048]實驗結(jié)束后，關(guān)閉拉伸控制按鈕，按下按鈕并維持10s，再次關(guān)閉該卸載按鈕進而完成了對金屬管材試件的拉伸卸載，拔出限位筒上的插銷，打開限位筒，即可取出金屬管材試件，進而對試件的力學性能及裂口情況等進行分析。
[0049]實施例2
[0050]本實施例所述的金屬管材拉伸裝置，參見圖1 (圖1為本發(fā)明所述的金屬管材拉伸裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖)，包括:裝配支架11和拉伸結(jié)構(gòu)，其中:所述裝配支架11成型有相互平行設(shè)置的呈矩形的第一支撐板32和第二支撐板33 ；
[0051]所述拉伸結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述第一支撐板32和第二支撐板33之間，包括:第一連接桿34、第二連接桿35、第一緩沖件和第二緩沖件，其中所述第一連接桿34與所述第一支撐板32連接設(shè)置，所述第二連接桿35與所述第二支撐板33連接設(shè)置，同時所述第一連接桿34還與液壓系統(tǒng)連接設(shè)置，適宜于在所述液壓系統(tǒng)的作用下沿軸向進行往復運動，本實施例中的液壓系統(tǒng)包括液壓缸I和液壓連接桿2，所述液壓缸I安裝在所述第一支撐板32上，所述液壓連接桿2貫穿所述第一支撐板32設(shè)置且分別與所述液壓缸I和第一連接桿34連接，適宜于帶動所述第一連接桿34沿軸向進行往復運動；
[0052]本實施例中所述第一緩沖件和第二緩沖件分別包括:環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4和緩沖接頭5，在所述緩沖接頭5的一側(cè)設(shè)置有固定桿8，所述固定桿8垂直于所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4設(shè)置，所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4的一端套在所述固定桿8上，且所述固定桿8適宜于沿所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4的環(huán)內(nèi)部分進行相對運動，本實施中，所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)4由兩個相互平行且相對設(shè)置的直邊和兩個相對設(shè)置的弧形邊組成，其中所述弧形邊的內(nèi)邊形狀與所述固定桿8的外壁形狀相吻合；所述第一緩沖件的環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)與所述第一連接桿34連接設(shè)置，所述第二緩沖件的環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)與所述第二連接桿35連接設(shè)置，且所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭5分別與金屬管材試件7的兩端連接。當所述拉伸結(jié)構(gòu)處于張緊狀態(tài)時，所述第一連接桿34、第二連接桿35、第一緩沖件、第二緩沖件以及金屬管材試件7的中軸線處于同一水平線上，以確保施加于金屬管材試件7上的拉伸載荷的均勻性。
[0053]同時請參見圖2，圖2是本發(fā)明所述的金屬管材試件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；在所述金屬管材試件7上還設(shè)置有進液口 31，所述進液口 31與加壓注入裝置連通設(shè)置，本實施所述的金屬管材試件7由PllO鋼材料加工而成，長度為300_。
[0054]本實施例中，在所述金屬管材試件7的兩端以及所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭5上均設(shè)置有法蘭接頭，所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭5上的法蘭接頭分別與所述金屬管材試件7兩端的法蘭接頭抵觸連接，在抵觸連接處還設(shè)置有限位筒6，所述限位筒6緊密環(huán)繞所述抵觸連接處的法蘭接頭設(shè)置，適宜于將緩沖接頭5與金屬管材試件7固定連接；同樣作為優(yōu)選的實施方式，本實施例中的所述限位筒6包括位于其軸截面兩側(cè)的上筒體和下筒體，所述上筒體和下筒體的一側(cè)連接設(shè)置，且所述上筒體和下筒體可沿連接線進行旋轉(zhuǎn)，在所述上筒體和下筒體的另一側(cè)設(shè)置有卡定裝置16，所述卡定裝置16可以是插銷、螺栓等。
[0055]作為可選的實施方式，本實施例在所述第一連接桿34和所述第一支撐板32之間設(shè)置有第一連接接頭3，在所述第二連接桿35和所述第二支撐板33之間設(shè)置有第二連接接頭9，其中所述第一連接接頭3和第二連接接頭9分別設(shè)置有基座，所述基座呈圓柱形，在所述基座的一端設(shè)置有U型槽，所述U型槽的開口位于所述基座的端面上，貫穿所述U型槽的兩個側(cè)壁設(shè)置有螺栓，所述第一連接接頭3的螺栓與所述第一連接桿34連接設(shè)置，所述第一連接接頭3的基座與所述液壓連接桿2連接設(shè)置；所述第二連接接頭9的螺栓與所述第二連接桿35連接設(shè)置，所述第二連接接頭9的基座與所述第二支撐板33通過固定接頭10固定連接，所述固定接頭10可以為螺釘。
[0056]為了使金屬管材試件7的中軸線能夠與所述拉伸結(jié)構(gòu)處于同一水平線上，本實施例還在設(shè)置兩個試件支架14，所述試件支架14安裝在所述裝配支架11的第一支撐板32和第二支撐板33之間的底面上，每個所述試件支架14的頂端設(shè)置有凹槽，所述凹槽的形狀與所述金屬管材試件7的外壁形狀相吻合，適宜于對所述金屬管材試件7進行支撐。
[0057]此外，本實施例還設(shè)置有四根定型拉桿15，所述四根定型拉桿15分別位于所述第一支撐板32和第二支撐板33的四個角，每個所述定型拉桿15的兩端分別與所述第一支撐板32和第二支撐板33連接設(shè)置，用于加固所述裝配支架11，有效防止裝配支架11在反復工作中因變形而產(chǎn)生的軸心偏移現(xiàn)象。同樣作為優(yōu)選，本實施例還在所述裝配支架11的第一支撐板32和第二支撐板33之間的底面上鋪設(shè)有緩沖膜12，以防止金屬管材試件7在爆炸脫落后對裝配支架11所造成的沖擊破壞；同時還可以在所述裝配支架11的底端貼覆減震防滑膜13，用以避免金屬管材試件7在復合載荷作用下發(fā)生爆炸后產(chǎn)生的較大位移，能夠有效防止本實施例所述的金屬管材拉伸裝置遭到破壞。作為可選擇的實施方式，本發(fā)明中所述的緩沖膜12和減震防滑膜13可以選擇諸如PE材料、聚乙烯材料、橡膠材料等制成的具有彈性的膜。
[0058]本實施例所述的金屬管材拉伸裝置的工作過程如下:
[0059](I)加工金屬管材試件:將金屬管材截成長度為300mm的試件,在該試件的表面沿其軸線方向加工出一條長200mm、寬5mm、深3mm的槽線(圖1及圖2中未示出)，并將該試件的兩端均用高強度合金鋼的法蘭接頭焊接密封，同時在該試件的左端預留一進液口以與加壓注入裝置相連接；
[0060](2)連接液壓系統(tǒng):本發(fā)明所述的液壓系統(tǒng)由液壓站提供液壓能，通過液壓輸送軟管將液壓缸與液壓站緊密相連，向液壓站的油箱中注入潤滑油至油窗刻度的三分之一處，并將壓力表調(diào)至零位；其中該液壓輸送軟管的通徑為6mm，最大工作壓力50MPa ;所用的液壓站型號為DBS0.7L-B，參見圖3，圖3為本發(fā)明所述的金屬管材拉伸裝置與液壓站連接使用時的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該液壓站主要包括電機18、控制面板、內(nèi)置高壓泵、壓力表23、壓力調(diào)節(jié)閥25、安全閥24、進油口 26、手把27、油箱28、油窗29、放油螺30等，其中控制面板自上而下分別設(shè)置四個按鈕，依次為電源開19、電源關(guān)20、拉伸控制按鈕21和卸載按鈕22 ;油箱28頂部為進油口 26，底部壁面有放油螺30，前面板上設(shè)有油窗29 ;該液壓系統(tǒng)可提供高壓壓力63MPa，高壓流量0.7L/min，油箱容量為7.6L，可用容量為3.42L，電機功率為
0.75kw ；
[0061](3)安裝金屬管材試件:打開限位筒,將加工完畢后的金屬管材試件置于試件支架的凹槽上，使得緩沖接頭上的法蘭接頭分別與金屬管材試件兩端的法蘭接頭相抵觸，關(guān)閉限位筒，安裝插銷，從而將緩沖接頭與金屬管材試件固定連接，同時將金屬管材試件的進液口通過高壓注入管線與加壓注入裝置相連通；
[0062](4)施加拉伸載荷:接通液壓站的總電源，按下液壓站的電源開，旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)閥使得壓力表的指針指向50MPa，再按下拉伸控制按鈕，并在整個拉伸過程中保持該按鈕為開啟狀態(tài)，即對金屬管材試件施加50MPa的軸向拉伸載荷；
[0063](5)施加內(nèi)壓載荷:在維持設(shè)定的拉伸載荷條件下，啟動加壓注入裝置，將液化后的處于超臨界態(tài)的二氧化碳高壓注入該金屬管材試件內(nèi)。
[0064]由于超臨界二氧化碳具有很大的壓縮系數(shù)，金屬管材試件內(nèi)二氧化碳的注入會使其內(nèi)壓載荷迅速增大，當金屬管材試件所承受的拉伸載荷與內(nèi)壓載荷的復合載荷超過其Plio鋼材料的承載力時，金屬管材試件發(fā)生變形并引起爆炸，爆炸時的壓力為58.27MPa。
[0065]實驗結(jié)束后，關(guān)閉拉伸控制按鈕，按下按鈕并維持10s，再次關(guān)閉該卸載按鈕進而完成了對金屬管材試件的拉伸卸載，拔出限位筒上的插銷，打開限位筒，即可取出金屬管材試件，進而對試件的力學性能及裂口情況等進行分析。[0066]由于預先對金屬管材試件表面進行的缺陷處理，使得該金屬管材試件在復合載荷的作用下沿軸向缺陷裂開，將本發(fā)明施加拉伸載荷條件下的試件裂口與未施加拉伸載荷進行比較，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明施加拉伸載荷時試件裂口的兩端更加平整，且對稱性更好。
[0067]雖然本發(fā)明已經(jīng)通過【具體實施方式】對其進行了詳細闡述，但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，在此基礎(chǔ)上所做出的未超出權(quán)利要求保護范圍的任何形式和細節(jié)的變化，均屬于本發(fā)明所要保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬管材拉伸裝置，包括: 裝配支架(11)，成型有相互平行設(shè)置的第一支撐板(32)和第二支撐板(33)； 拉伸結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述第一支撐板(32)和第二支撐板(33)之間，包括第一連接桿(34)和第二連接桿(35)，其中所述第一連接桿(34)與所述第一支撐板(32)連接設(shè)置，所述第二連接桿(35)與所述第二支撐板(33)連接設(shè)置，同時所述第一連接桿(34)還與液壓系統(tǒng)連接設(shè)置，適宜于在所述液壓系統(tǒng)的作用下沿軸向進行往復運動； 其特征在于，所述拉伸結(jié)構(gòu)還設(shè)置有第一緩沖件和第二緩沖件，所述第一緩沖件和第二緩沖件分別包括: 環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)(4)； 緩沖接頭(5)，在所述緩沖接頭(5)的一側(cè)設(shè)置有固定桿(8)，所述固定桿(8)垂直于所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)(4)設(shè)置，所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)(4)的一端套在所述固定桿(8)上，且所述固定桿(8)適宜于沿所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)(4)的環(huán)內(nèi)部分進行相對運動； 其中，所述第一緩沖件的環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)與所述第一連接桿(34)連接設(shè)置，所述第二緩沖件的環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)與所述第二連接桿(35)連接設(shè)置；所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭(5)分別與金屬管材試件(7)的兩端連接；并且當所述拉伸結(jié)構(gòu)處于張緊狀態(tài)時，所述第一連接桿(34)、第二連接桿(35)、第一緩沖件、第二緩沖件以及金屬管材試件(7)的中軸線處于同一水平線上；在所述金屬管材試件(7)上還設(shè)置有進液口(31)，所述進液口(31)與加壓注入裝置連通 設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，所述加壓注入裝置包括通過管路連接設(shè)置的CO2儲氣瓶和儲罐，其中所述儲罐放置在冷箱內(nèi)，所述冷箱與制冷機連接設(shè)置； 所述儲罐的出液口與所述金屬管材試件的進液口連通設(shè)置，在所述儲罐與所述金屬管材試件之間設(shè)置有高壓泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，所述液壓系統(tǒng)包括液壓缸(I)和液壓連接桿(2)，所述液壓連接桿(2)貫穿所述第一支撐板(32)設(shè)置且與所述第一連接桿(34)連接,適宜于帶動所述第一連接桿(34)沿軸向進行往復運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，在所述金屬管材試件(7)的兩端以及所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭(5)上均設(shè)置有法蘭接頭，所述第一緩沖件和第二緩沖件的緩沖接頭(5)上的法蘭接頭分別與所述金屬管材試件(7)兩端的法蘭接頭抵觸連接，在抵觸連接處設(shè)置有限位筒(6)，所述限位筒(6)緊密環(huán)繞所述抵觸連接處的法蘭接頭設(shè)置，適宜于將緩沖接頭(5)與金屬管材試件(7)固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，所述限位筒(6)包括位于其軸截面兩側(cè)的上筒體和下筒體；所述上筒體和下筒體的一側(cè)連接設(shè)置，且所述上筒體和下筒體可沿連接線進行旋轉(zhuǎn)，在所述上筒體和下筒體的另一側(cè)設(shè)置有卡定裝置(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，在所述第一連接桿(34)和所述第一支撐板(32)之間設(shè)置有第一連接接頭(3);在所述第二連接桿(35)和所述第二支撐板(33)之間設(shè)置有第二連接接頭(9);其中，所述第一連接接頭(3)和第二連接接頭(9)分別設(shè)置有基座，所述基座呈圓柱形，在所述基座的一端設(shè)置有U型槽，所述U型槽的開口位于所述基座的端面上，貫穿所述U型槽的兩個側(cè)壁設(shè)置有螺栓；所述第一連接接頭(3)的螺栓與所述第一連接桿(34)連接設(shè)置，所述第一連接接頭(3)的基座與所述液壓連接桿(2)連接設(shè)置；所述第二連接接頭(9)的螺栓與所述第二連接桿(35)連接設(shè)置；所述第二連接接頭(9)的基座與所述第二支撐板(33)固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或 2所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，在所述裝配支架(11)的第一支撐板(32)和第二支撐板(33)之間的底面上設(shè)置有兩個試件支架(14)，每個所述試件支架(14)的頂端設(shè)置有凹槽，所述凹槽的形狀與所述金屬管材試件(7)的外壁形狀相吻合，適宜于對所述金屬管材試件(7)進行支撐。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，還設(shè)置有定型拉桿(15)，所述定型拉桿(15)的兩端分別與所述第一支撐板(32)和第二支撐板(33)連接設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，在所述裝配支架(11)的第一支撐板(32)和第二支撐板(33)之間的底面上鋪設(shè)有緩沖膜(12);在所述裝配支架(11)的底端還貼有減震防滑膜(13)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，所述環(huán)形緩沖結(jié)構(gòu)(4)由兩個相互平行且相對設(shè)置的直邊和兩個相對設(shè)置的弧形邊組成，其中所述弧形邊的內(nèi)邊形狀與所述固定桿(8)的外壁形狀相吻合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，所述金屬管材試件(7)的長度為300mm。
【文檔編號】G01N3/10GK104007017SQ201410222651
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】劉振翼, 周軼, 錢新明, 黃平 申請人:北京理工大學