一種金屬管材拉伸裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種金屬管材拉伸裝置，包括裝配支架和拉伸結構，該拉伸結構包括第一連接桿、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形緩沖結構和緩沖接頭，在該緩沖接頭的一側設置有固定桿，該固定桿垂直于該環形緩沖結構設置，該環形緩沖結構的一端套在該固定桿上，且該固定桿適宜于沿該環形緩沖結構的環內部分進行相對運動，在金屬管材試件上還設置有進液口，該進液口與加壓注入裝置連通設置。通過本實用新型中的設置方式，在對管材進行內壓和軸向拉伸雙重載荷測試時，當管材在內壓的作用下發生爆炸時，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
【技術領域】
[0001] 本實用新型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壓載荷的拉伸裝置，以模擬金屬管材在拉伸載荷和內壓載荷共同作用 下的變形甚至爆炸過程。 技術背景
[0002] 目前，二氧化碳驅油技術已成為石油、天然氣行業中的一項日趨成熟的技術，這項 技術是將二氧化碳注入油層中，不僅可以提高石油的采收率，滿足油田的開發需求，還可作 為溫室氣體減排的重要地質儲存手段，解決二氧化碳的封存問題。
[0003] 在進行二氧化碳驅油時，將二氧化碳注入油層是通過二氧化碳注入管柱實現的， 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 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壓以及注入管由于自身重 力產生的軸向拉伸力，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。當外界環境溫度升高時，高壓注入的液態或氣液混合態的二氧化碳可能發生相變 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井噴等重大災害事故。因此，為了避免上述事故的發生，制定二 氧化碳注入管的相關強度標準迫在眉睫，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，特別是內壓載荷和軸 向拉伸載荷。
[0004] 現有技術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C0 2儲氣瓶向儲罐內輸入5?7MPa壓力的二氧化碳氣體，通過 制冷機制冷使儲罐內的氣體二氧化碳冷卻至液態，然后打開閥門將液態二氧化碳注入到試 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值時，高壓泵停 止工作，然后通過恒溫箱內的加熱電阻對裝有高壓液態二氧化碳的金屬管件加熱至管內二 氧化碳為超臨界狀態，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內壓載荷的測試，除此之外，現有技術中還有許多針對金 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，上夾具內部具有用于固定試樣上端部的鎖緊裝置，在上夾具 與上鉗口之間還設置有相接觸的斜面，該斜面設有阻尼脂層。所述金屬拉伸試驗裝置還設 置有與上夾具和上鉗口結構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，即可實現其性能測試。
[0006] 由上述現有技術可知，目前的實驗裝置都只能實現單一的內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境。并且現有技術中的拉伸裝 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注 入二氧化碳，那么管材在承受內壓的過程中會發生形變甚至爆炸，而爆炸產生的位移會導 致拉伸裝置遭到嚴重破壞，使得裝置難以多次使用。因此，如何能夠設計開發一種操作方 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。 實用新型內容
[0007] 本實用新型解決的是現有技術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] 本實用新型解決上述技術問題的技術方案為：
[0009] 一種金屬管材拉伸裝置，包括：
[0010] 裝配支架，成型有相互平行設置的第一支撐板和第二支撐板；
[0011] 拉伸結構，設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置，所述第二連接桿與所述第二支撐 板連接設置，同時所述第一連接桿還與液壓系統連接設置，適宜于在所述液壓系統的作用 下沿軸向進行往復運動；
[0012] 所述拉伸結構還設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] 環形緩沖結構；
[0014] 緩沖接頭，在所述緩沖接頭的一側設置有固定桿，所述固定桿垂直于所述環形緩 沖結構設置，所述環形緩沖結構的一端套在所述固定桿上，且所述固定桿適宜于沿所述環 形緩沖結構的環內部分進行相對運動；
[0015] 其中，所述第一緩沖件的環形緩沖結構與所述第一連接桿連接設置，所述第二緩 沖件的環形緩沖結構與所述第二連接桿連接設置；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；并且當所述拉伸結構處于張緊狀態時，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置有進液口，所述進液口與加壓注入裝置連通設置。
[0016] 所述加壓注入裝置包括通過管路連接設置的C02儲氣瓶和儲罐，其中所述儲罐放 置在冷箱內，所述冷箱與制冷機連接設置；
[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置，在所述儲罐與所述金 屬管材試件之間設置有高壓泵。
[0018] 所述液壓系統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 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，在抵觸連接處設置有限位筒，所述限位筒緊密環繞所 述抵觸連接處的法蘭接頭設置，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的上筒體和下筒體；所述上筒體和下筒體的一 側連接設置，且所述上筒體和下筒體可沿連接線進行旋轉，在所述上筒體和下筒體的另一 側設置有卡定裝置。
[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 分別設置有基座，所述基座呈圓柱形，在所述基座的一端設置有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型槽的兩個側壁設置有螺栓；所述第一連接接頭的螺 栓與所述第一連接桿連接設置，所述第一連接接頭的基座與所述液壓連接桿連接設置；
[0022] 所述第二連接接頭的螺栓與所述第二連接桿連接設置；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置有兩個試件支架， 每個所述試件支架的頂端設置有凹槽，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] 所述環形緩沖結構由兩個相互平行且相對設置的直邊和兩個相對設置的弧形邊 組成，其中所述弧形邊的內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] 本實用新型所述的金屬管材拉伸裝置具有如下優點：
[0029] (1)本實用新型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置有 拉伸結構，所述拉伸結構設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：環形緩沖結構和緩沖接頭，在所述緩沖接頭的一側設置有固定桿，所述固定桿垂 直于所述環形緩沖結構設置，所述環形緩沖結構的一端套在所述固定桿上，且所述固定桿 適宜于沿所述環形緩沖結構的環內部分進行相對運動；并且在所述金屬管材試件上還設置 有進液口，所述進液口與加壓注入裝置連通設置。通過本實用新型中的設置方式，在對管材 進行內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部注 入二氧化碳，而拉伸結構則在液壓系統的帶動下進行拉伸運動，當管材在內壓的作用下發 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)本實用新型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。本實用新型中的管材試件為圓柱形中空結構，而現有技術中的夾具通常并不適用于 圓柱形試件的牢固夾持，而本實用新型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，相應地在緩沖結構的一端也設置法蘭接頭，將金屬管材試件兩端的法蘭 接頭分別與緩沖結構的法蘭接頭抵觸連接，并在抵觸連接處設置限位筒，所述限位筒緊密 環繞所述抵觸連接處的法蘭接頭設置，可使得金屬管材試件被牢固地固定在緩沖接頭上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1為本實用新型所述的金屬管材拉伸裝置的剖面結構示意圖；
[0032] 圖2為本實用新型所述的金屬管材試件的剖面結構示意圖；
[0033] 圖3為本實用新型所述的金屬管材拉伸裝置與液壓站連接使用時的剖面結構示 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-環狀緩沖結構；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；21-拉伸控制按鈕；22-卸載控制按鈕；23-壓力表； 24-安全閥；25-壓力調節閥門；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] 下面結合具體實施例對本實用新型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和拉伸結構，其中：所述裝 配支架11成型有相互平行設置的第一支撐板32和第二支撐板33 ;
[0039] 所述拉伸結構設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連接設置，所述第二連接桿35與所述第二支撐板33連接設置，同時所述第一連接桿34 還與液壓系統連接設置，適宜于在所述液壓系統的作用下沿軸向進行往復運動，本實施例 中的液壓系統包括液壓缸1和液壓連接桿2,所述液壓缸1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設置且分別與所述液壓缸1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：環形緩沖結構4和緩沖接頭5,在所述緩沖接頭5的一側設置有固定桿8,所述固定 桿8垂直于所述環形緩沖結構4設置，所述環形緩沖結構4的一端套在所述固定桿8上，且 所述固定桿8適宜于沿所述環形緩沖結構4的環內部分進行相對運動；所述第一緩沖件的 環形緩沖結構與所述第一連接桿34連接設置，所述第二緩沖件的環形緩沖結構與所述第 二連接桿35連接設置，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。當所述拉伸結構處于張緊狀態時，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 壓注入裝置連通設置，本實施例中所述加壓裝置包括通過管路連接設置的co2儲氣瓶和儲 罐，其中所述儲罐放置在冷箱內，所述冷箱與制冷機連接設置；所述儲罐的出液口與所述金 屬管材試件的進液口連通設置，在所述儲罐與所述金屬管材試件之間設置有高壓泵。本實 施例中所述加壓裝入裝置在工作時，先打開co 2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co 2氣體冷卻為液態，然后利用高 壓泵將液態的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] (1)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；
[0043] (2)連接液壓系統：本實用新型所述的液壓系統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DBSO. 7L-B，參見圖3,圖3為本實用新型所述的金屬管材拉伸裝置與液壓 站連接使用時的剖面結構示意圖，該液壓站主要包括電機18、控制面板、內置高壓泵、壓力 表23、壓力調節閥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置四個按鈕，依次為電源開19、電源關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,前面板上設有油窗29 ;該液壓系 統可提供高壓壓力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，旋轉壓力調節閥 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，此時，所述拉伸結構處于張緊狀態，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)施加內壓載荷：在維持設定的拉伸載荷條件下，啟動加壓注入裝置，將液化后 的處于超臨界態的二氧化碳高壓注入該金屬管材試件內。
[0047] 由于超臨界二氧化碳具有很大的壓縮系數，金屬管材試件內二氧化碳的注入會使 其內壓載荷迅速增大，當金屬管材試件所承受的拉伸載荷與內壓載荷的復合載荷超過其 P110鋼材料的承載力時，金屬管材試件發生變形并引起爆炸，爆炸時的壓力為58. 66MPa。
[0048] 實驗結束后，關閉拉伸控制按鈕，按下按鈕并維持10s，再次關閉該卸載按鈕進而 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為本實用新型所述的金屬管材 拉伸裝置的剖面結構示意圖），包括：裝配支架11和拉伸結構，其中：所述裝配支架11成型 有相互平行設置的呈矩形的第一支撐板32和第二支撐板33 ;
[0051] 所述拉伸結構設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連接設置，所述第二連接桿35與所述第二支撐板33連接設置，同時所述第一連接桿 34還與液壓系統連接設置，適宜于在所述液壓系統的作用下沿軸向進行往復運動，本實施 例中的液壓系統包括液壓缸1和液壓連接桿2,所述液壓缸1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設置且分別與所述液壓缸1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：環形緩沖結構4和緩沖接頭 5,在所述緩沖接頭5的一側設置有固定桿8,所述固定桿8垂直于所述環形緩沖結構4設 置，所述環形緩沖結構4的一端套在所述固定桿8上，且所述固定桿8適宜于沿所述環形緩 沖結構4的環內部分進行相對運動，本實施中，所述環形緩沖結構4由兩個相互平行且相對 設置的直邊和兩個相對設置的弧形邊組成，其中所述弧形邊的內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形緩沖結構與所述第一連接桿34連接設置，所述第 二緩沖件的環形緩沖結構與所述第二連接桿35連接設置，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。當所述拉伸結構處于張緊狀態時，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是本實用新型所述的金屬管材試件的剖面結構示意圖；在所 述金屬管材試件7上還設置有進液口 31，所述進液口 31與加壓注入裝置連通設置，本實施 所述的金屬管材試件7由P110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，在抵觸連接處還設置有限位筒6， 所述限位筒6緊密環繞所述抵觸連接處的法蘭接頭設置，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 兩側的上筒體和下筒體，所述上筒體和下筒體的一側連接設置，且所述上筒體和下筒體可 沿連接線進行旋轉，在所述上筒體和下筒體的另一側設置有卡定裝置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分別設置有基座，所述基座呈圓柱形，在所 述基座的一端設置有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 兩個側壁設置有螺栓，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構處于同一水平線上，本實施 例還在設置兩個試件支架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 工作中因變形而產生的軸心偏移現象。同樣作為優選，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生爆炸后產生的較大位移，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，本實用 新型中所述的緩沖膜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] (1)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：本實用新型所述的液壓系統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DBSO. 7L-B，參見圖3,圖3為本實用新型所述的金屬管材拉伸裝置與液壓 站連接使用時的剖面結構示意圖，該液壓站主要包括電機18、控制面板、內置高壓泵、壓力 表23、壓力調節閥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置四個按鈕，依次為電源開19、電源關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,前面板上設有油窗29 ;該液壓系 統可提供高壓壓力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 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，旋轉壓力調節閥 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，即對金屬管材試件施加50MPa的軸向拉伸載荷；
[0063] (5)施加內壓載荷：在維持設定的拉伸載荷條件下，啟動加壓注入裝置，將液化后 的處于超臨界態的二氧化碳高壓注入該金屬管材試件內。
[0064]由于超臨界二氧化碳具有很大的壓縮系數，金屬管材試件內二氧化碳的注入會使 其內壓載荷迅速增大，當金屬管材試件所承受的拉伸載荷與內壓載荷的復合載荷超過其 P110鋼材料的承載力時，金屬管材試件發生變形并引起爆炸，爆炸時的壓力為58. 27MPa。 [0065] 實驗結束后，關閉拉伸控制按鈕，按下按鈕并維持10s，再次關閉該卸載按鈕進而 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，將本實用新型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，發現本實用新型施加拉伸載荷時試件裂口的兩端更加平整，且對稱性更好。 [〇〇67] 雖然本實用新型已經通過【具體實施方式】對其進行了詳細闡述，但是，本領域普通 技術人員應該明白，在此基礎上所做出的未超出權利要求保護范圍的任何形式和細節的變 化，均屬于本實用新型所要保護的范圍。
【權利要求】
1. 一種金屬管材拉伸裝置，包括： 裝配支架（11)，成型有相互平行設置的第一支撐板（32)和第二支撐板（33); 拉伸結構，設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)連接設置，所述第二 連接桿（35)與所述第二支撐板（33)連接設置，同時所述第一連接桿（34)還與液壓系統連 接設置，適宜于在所述液壓系統的作用下沿軸向進行往復運動； 其特征在于，所述拉伸結構還設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： 環形緩沖結構（4); 緩沖接頭（5)，在所述緩沖接頭（5)的一側設置有固定桿（8)，所述固定桿（8)垂直于 所述環形緩沖結構（4)設置，所述環形緩沖結構（4)的一端套在所述固定桿（8)上，且所述 固定桿（8)適宜于沿所述環形緩沖結構（4)的環內部分進行相對運動； 其中，所述第一緩沖件的環形緩沖結構與所述第一連接桿（34)連接設置，所述第二緩 沖件的環形緩沖結構與所述第二連接桿（35)連接設置；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；并且當所述拉伸結構處于張緊狀態時， 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)上還設置有進液口（31)，所述進液口 (31)與加壓注入裝置連通設置。
2. 根據權利要求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 過管路連接設置的C02儲氣瓶和儲罐，其中所述儲罐放置在冷箱內，所述冷箱與制冷機連接 設置； 所述儲罐的出液口與所述金屬管材試件的進液口連通設置，在所述儲罐與所述金屬管 材試件之間設置有高壓泵。
3. 根據權利要求1所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，所述液壓系統包括液壓缸 (1)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. 根據權利要求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，在抵觸連接處設置有限位筒（6)，所述限位筒（6)緊密環繞所述抵觸連接處 的法蘭接頭設置，適宜于將緩沖接頭（5)與金屬管材試件（7)固定連接。
5. 根據權利要求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 軸截面兩側的上筒體和下筒體；所述上筒體和下筒體的一側連接設置，且所述上筒體和下 筒體可沿連接線進行旋轉，在所述上筒體和下筒體的另一側設置有卡定裝置（16)。
6. 根據權利要求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)分別設置有基座，所述基座呈圓柱形，在所述基座的一端設置有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型槽的兩個側壁設置有螺栓；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. 根據權利要求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)之間的底面上設置有兩個試件支架（14)，每個所述 試件支架（14)的頂端設置有凹槽，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. 根據權利要求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 置。
9. 根據權利要求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. 根據權利要求1-4任一所述的金屬管材拉伸裝置，其特征在于，所述環形緩沖結構 (4)由兩個相互平行且相對設置的直邊和兩個相對設置的弧形邊組成，其中所述弧形邊的 內邊形狀與所述固定桿（8)的外壁形狀相吻合。
【文檔編號】G01N3/10GK203881620SQ201420268923
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】劉振翼, 周軼, 錢新明, 黃平 申請人:北京理工大學