[发明专利]轴向表面型裂纹钢管爆破试验装置及其断裂阻力评价方法

说明书

本发明公开一种表面型裂纹钢管爆破试验装置及其断裂阻力的评价方法，装置包括直流电势差测量装置、夹式引伸计、压力传感器、热电偶、应变片以及试验管路；试验钢管设置在爱试验管路中，沿试验钢管轴向加工有表面型裂纹，在试验钢管表面安装两个夹式引伸计，两个夹式引伸计的刃口相对于试验钢管表面有垂直高度差，直流电势差测量装置包括电源、微毫电压计、电流探针线和电压探针线，电源通过电流探针线连接试验钢管，微毫电压计通过电压探针线连接试验钢管；压力传感器设置在试验钢管的两端；热电偶设置在初始裂纹两端；能实现在原管上进行爆破试验，所测数据更能更准确地反映出管道实际破裂的真实情况。

技术领域

本发明属于油气输送管道结构完整性领域，具体涉及一种轴向表面型裂纹钢管爆破试验装置及其断裂阻力评价方法。

背景技术

承压油气管道总是不可避免的会存在裂纹类缺陷，为了保证承压管道的安全运营，必须准确评估/预测含裂纹缺陷钢管的起裂压力(裂纹开展扩展，但管道仍有承压能力),最终失效压力(管道所能承受的最大压力，此时裂纹失稳扩展)以及裂纹扩展阻力(裂纹尖端张开位移CTOD)与裂纹扩展量对应关系。

为了评估/预测含裂纹缺陷钢管的起裂压力和失效压力，美国Battelle研究院研究建立的断裂起裂准则(NG-18公式)虽然可以预测含初始缺陷钢管的爆破压力(管道所能承受最大压力)，但只适用于低钢级低韧性钢管(X70及以下)，且无法预测裂纹(SCC裂纹/疲劳裂纹等)开始扩展的起始压力。对于高强高韧钢管(X80及以上)，NG-18公式则既无法准确预测含初始缺陷钢管的失效压力，也无法准确预测裂纹开始生长的起始压力。

目前X80等高钢级管道的安全评价多通过失效评估图及小试样准静态断裂韧性试验来开展，亟须建立轴向表面型钢管爆破试验方法，用以正确评价含缺陷管道的承压能力以及裂纹扩展阻力。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种轴向表面型裂纹钢管爆破试验装置及其断裂阻力评价方法，能得到裂纹开始扩展时的临界裂纹尺寸和起裂压力、钢管爆破失效时的临界裂纹尺寸和压力以及裂纹扩展量与裂纹尖端张开位移(CTOD)的对应关系。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种表面型裂纹钢管爆破试验装置，包括直流电势差测量装置、夹式引伸计、压力传感器、热电偶以及应变片；沿试验钢管轴向加工有表面型裂纹，试验钢管表面设置两个夹式引伸计，两个夹式引伸计的刃口相对于试验钢管表面垂直高度差为h₂-h₁，

直流电势差测量装置包括直流电源、微毫电压计、电流探针线和电压探针线，直流电源通过电流探针线连接试验钢管，微毫电压计通过电压探针线连接试验钢管；

电流探针线和电压探针线设置在初始裂纹中部两侧，电压探针线与初始裂纹的距离小于电流探针线与裂纹的距离，

压力传感器设置在试验钢管的两端；至少安装两个热电偶，热电偶设置在初始裂纹两端。

还包括至少3台高速摄像机，高速摄像机均正对初始裂纹，其中两台高速摄像机对焦于初始裂纹的两端，一台高速摄像机对焦于裂纹中心，用于监测整个裂纹区。

热电偶采用电阻点焊与试验钢管连接，热电偶的分辨率至少为0.2℃。

压力表精度不得低于1级，分辨率至少为0.05MPa。

电流探针线距离裂纹中心线8mm，电压探针线距离初始裂纹中心线2mm；夹式双引伸计安装于距离初始裂纹中心线5mm处，两个夹式引伸计的间距为8mm。

电流探针线以及电压探针线通过点焊焊接在试验钢管表面。

电压探针线采用铁导线连接试验钢管，10cm≤铁导线长度≤20cm，铁导线与电压计通过铜导线连接。