[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道無損檢測(cè)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611156540.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN106841395A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張冬娜;丁楠;戚東濤;馬秋榮;張冠軍;邵曉東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所
• 主分類號(hào): G01N29/11
• 分類號(hào): G01N29/11;G01N29/22;G01N1/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 徐文權(quán)

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于管道無損檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道無損檢測(cè)裝置及方法。

【背景技術(shù)】

隨著對(duì)管道輸送壓力及輸量要求的逐漸增高，提高管道承壓能力是一個(gè)重要的發(fā)展方向，基于此開發(fā)出了復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道的復(fù)合管道，通常使用纏繞等方法，將纖維與樹脂材料復(fù)合并包覆在金屬管道表面，從而提高管道的承壓能力，達(dá)到提高金屬管道輸送能力的要求。

目前針對(duì)此種管道的檢測(cè)方法除了目測(cè)法之外，主要是使用水壓爆破的方法，當(dāng)爆破壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求即認(rèn)為復(fù)合材料成型時(shí)工藝良好，復(fù)合材料中無明顯缺陷。此種方法局限于表征單根管道的性能，并且檢測(cè)后樣品報(bào)廢，因此需要針對(duì)復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道開發(fā)出無損檢測(cè)方法。

復(fù)合管道的結(jié)構(gòu)主要有金屬層和復(fù)合材料層，其中鋼管在復(fù)合前需要進(jìn)行無損檢驗(yàn)，通常使用的方法為X射線檢測(cè)或超聲等，針對(duì)金屬無損檢測(cè)的方法目前已經(jīng)比較成熟。針對(duì)復(fù)合材料的無損檢測(cè)方法也主要延續(xù)了金屬材料的檢測(cè)，除了超聲波法和X射線法外，還包括計(jì)算機(jī)層析照相法、微波法、目視法等，但是由于復(fù)合材料本身固有的特性，這些方法大多適用于復(fù)合材料內(nèi)部較大缺陷，在復(fù)合材料無損檢測(cè)方面都存在一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于解決復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道的檢測(cè)問題，提供一種復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道無損檢測(cè)裝置及方法，該方法在復(fù)合管道加工的過程中對(duì)復(fù)合材料層進(jìn)行無損檢測(cè)，不會(huì)對(duì)管體進(jìn)行破壞。并針對(duì)此方法在管道上的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了聲發(fā)射傳感器的固定裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道無損檢測(cè)裝置，包括安裝于待測(cè)管道表面的支架桿，支架桿上安裝若干聲發(fā)射傳感器，支架桿的兩端分別設(shè)置開關(guān)式磁力座，支架桿的長度小于被測(cè)管道的長度，大于被測(cè)管道復(fù)合材料增強(qiáng)層的長度。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：

聲發(fā)射傳感器通過彈簧連接在支架桿上，通過彈簧的壓緊作用將聲發(fā)射傳感器固定在被測(cè)管道表面。

在被測(cè)管道表面以0.5m為間隔，每個(gè)間隔處固定2個(gè)聲發(fā)射傳感器，且相隔180°。

相鄰兩個(gè)間隔處的聲發(fā)射傳感器沿管材徑向的夾角呈90°。

支架桿上共安裝22個(gè)聲發(fā)射傳感器。

一種復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道無損檢測(cè)方法，包括以下步驟：

1)復(fù)合材料增強(qiáng)鋼管樣管準(zhǔn)備

以直徑508mm，長6m的鋼管為內(nèi)襯，環(huán)氧樹脂E51和158B型玻璃纖維制成的復(fù)合材料增強(qiáng)鋼管道，其中鋼管壁厚9.5mm，復(fù)合材料厚4.6mm，復(fù)合材料層中樹脂含量為28％；管道靠近兩端15cm處為管道連接部分，在管道生產(chǎn)階段不進(jìn)行增強(qiáng)層的纏繞；

2)安裝檢測(cè)裝置

將支架桿兩端的開關(guān)式磁力座吸附在被測(cè)管道末端未纏繞的鋼管表面，通過彈簧的壓緊作用，將聲發(fā)射傳感器固定在被測(cè)管道表面；

3)施加自緊壓力，聲發(fā)射信號(hào)記錄與分析

將被測(cè)管道兩端密封后加壓，加壓至25MPa時(shí)保壓1min后泄壓，記錄此過程的聲發(fā)射信號(hào)，觀察此過程聲發(fā)射信號(hào)圖；若出現(xiàn)50dB以下的信號(hào)，證明纖維與樹脂基體之間存在界面脫粘、分離現(xiàn)象，纏繞質(zhì)量較差；測(cè)試完畢后卸除聲發(fā)射傳感器，卸除復(fù)合管，完成聲發(fā)射檢測(cè)及管道的自緊過程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明使用預(yù)應(yīng)力法(自緊)處理復(fù)合結(jié)構(gòu)管道，即將壓力增加至內(nèi)層鋼管發(fā)生屈服，產(chǎn)生塑性變形后再將壓力卸載。此時(shí)，由于鋼管發(fā)生了塑性變形，外層的復(fù)合材料有殘余的拉伸應(yīng)力，內(nèi)層的鋼管有殘余的壓縮應(yīng)力。當(dāng)再次加壓時(shí)，復(fù)合材料承擔(dān)更高的載荷，鋼層與復(fù)合材料層之間的應(yīng)力分配更均勻，預(yù)應(yīng)力也是復(fù)合材料增強(qiáng)金屬管道成型的最后一個(gè)加工步驟。針對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)管道需要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力處理這一特點(diǎn)，在此階段對(duì)管道進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，并且由于預(yù)應(yīng)力處理是復(fù)合管道首次受壓，此過程中會(huì)產(chǎn)生大量的聲發(fā)射信號(hào)，這些信號(hào)在一定程度上可以反應(yīng)管道外層復(fù)合材料層的工藝質(zhì)量及其它缺陷在此階段的擴(kuò)展情況。預(yù)應(yīng)力處理為單根復(fù)合結(jié)構(gòu)管道成型的最后一個(gè)過程，在此過程中對(duì)其進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)不僅不會(huì)破壞管道結(jié)構(gòu)，還節(jié)省了檢測(cè)時(shí)間。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明聲發(fā)射傳感器位置管道表面的展開圖；

圖2為本發(fā)明聲發(fā)射傳感器磁性支架的設(shè)計(jì)圖；

圖3為本發(fā)明的聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)幅值圖；

圖4為本發(fā)明纏繞質(zhì)量較差時(shí)的聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)幅值圖。

其中：1-開關(guān)式磁力座；2-彈簧；3-聲發(fā)射傳感器；4-支架桿。