一種研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法
【專利摘要】本發明提供了一種研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，基于實際生產的熱擠壓成型三通管件進行測量，針對其熱擠壓成型工藝特點導致的壁厚在不同部位的變化進行總結，通過確定三通多個角度截面的斷面CAD圖，建立大口徑熱擠壓成型三通的壁厚數據庫，有效解決了因無法測量壁厚復雜分布的熱擠壓成型三通而不利于進行工程計算和相應計算機模擬預測爆破壓力計算的缺點。
【專利說明】一種研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于管材壁厚評估與計算研究【技術領域】，特別涉及一種研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法。
【背景技術】
[0002]長輸油氣管道工程建設中，為了滿足分輸、變向、計量等需要，站場、閥室及壓氣站等現場施工常常需要大量的彎頭、三通等大口徑管件產品。對于熱擠壓成型三通管件，由于其支管與主管根部獨特的圓弧過渡結構，使得三通的結構強度強烈地依賴于支管與主管根部曲率半徑R和肩部壁厚t等尺寸。ANSI B16.9管道規范對管道元件的尺寸提出了一系列的要求。主要是對三通的主管長度、三通支管位于主管中線以上的高度三通的外徑、三通端部的壁厚以及三通焊接坡口的尺寸提出了具體要求，但對于主、支管過渡處的尺寸和整體形狀沒做要求。我國石化行業的有關規范也基本沿用了以上規定。實際上，不同廠家、不同生產工藝以及按不同的模具生產的同規格熱擠壓成型三通各部位幾何尺寸并不完全相同，尤其是壁厚和主支管過渡處的曲率半徑，而這兩個參數對管件的強度均有較大影響。所以對大口徑熱擠壓三通的壁厚進行測量和總結，尋找其變化規律，建立實際熱擠壓成型三通不同部位的壁厚數據，對大口徑熱擠壓三通的質量監督和控制具有重要的意義。
[0003]現有的文獻資料表明還沒有能夠真實反映關于規格為Φ900πιπι以上的等徑及異徑熱擠壓成型三通各部位壁厚的確定方法和技術指標。僅有以Φ356mmX55mm焊接高壓等徑三通爆破壓力的結果與實際爆破壓力結果的比較。該種等徑三通為焊接高壓三通，其三通的各個壁厚尺寸較均勻，可以很好的預測。
[0004]因此需要根據熱擠壓三通的成型工藝特點，在實際測量熱擠壓成型三通壁厚變化規律的基礎上，根據三通管徑壁厚變化規律建立熱擠壓成型三通關鍵部位的壁厚數據。以解決熱擠壓成型三通的壁厚尺寸不同及分析后的理論值與實測值相差大而不能進行應用的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，以建立三通各部分壁厚關鍵尺寸數據，便于進行后期的計算機模擬及相關的管件性能預測分析。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，包括如下步驟:
[0007](I)在所述三通的支管端部以通過三通軸心線的縱向截面為0°截面，畫出0°截面的斷面外輪廓曲線，然后繞所述支管軸心線旋轉確定其他角度的縱向截面并分別畫出相應截面的斷面外輪廓曲線；
[0008](2)以所述支管管端環焊縫處為原點，在所述0°截面的斷面外輪廓曲線上間隔等分長度標記出一系列測點；
[0009](3)用紙板按照三通O°截面的斷面外部輪廓剪出所述O°截面的斷面外輪廓曲線，然后在紙上記錄下所述紙板剪出的0°截面的斷面外輪廓曲線并標記出相應的所述各測點，使用GetData軟件建立直角坐標系確定所述各測點的坐標值，將所述各測點坐標值輸入AutoCAD中，連接所述各測點生成0°截面的斷面外輪廓線；
[0010](4)測量所述三通0°截面的斷面外輪廓曲線上各測點的管壁厚度，然后在所述AutoCAD中的0°截面的斷面外輪廓線上，依次在所述各測點上畫出與所述0°截面的斷面外輪廓線的切線方向垂直且與測得的所述各測點管壁厚度相等的線段，連接所述各線段的另一端點生成0°截面的斷面內輪廓線；
[0011](5)由所述0°截面的斷面外輪廓線和所述內輪廓線可得所述三通0°截面的斷面CAD圖，在所述0°截面的斷面CAD圖中外輪廓線和內輪廓線之間的各線段的長度即為0°截面上各測點處的三通壁厚，根據所述各測點的外輪廓線和內輪廓線之間的線段長度變化可知所述三通O°截面的壁厚變化；
[0012](6)再按上述方法分別得到所述三通其他角度的截面的斷面CAD圖，在所述三通其他角度截面的斷面CAD圖中外輪廓線和內輪廓線之間的各線段長度即為相應角度截面上各測點處的三通壁厚，根據相應角度截面上各測點的外輪廓線和內輪廓線之間的線段長度變化可知所述三通相應角度的截面的壁厚變化。
[0013]進一步地，所述確定其他角度的縱向截面中所述其他角度包括15°、30°、45°、60。、75。和 90。。
[0014]進一步地,所述等分長度的長度為20mm。
[0015]本發明提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，根據熱擠壓三通的成型工藝特點，在熱擠壓成型三通壁厚變化規律的基礎上，通過得到三通多個特殊角度的截面的斷面CAD圖可知熱擠壓成型三通的壁厚變化情況，從而得到能夠表征熱擠壓成型三通壁厚變化的規律。彌補了 ANSIB16.9管道規范對于三通主、支管過渡處的尺寸和整體形狀沒有具體要求的不足。并且本發明提供的研究三通壁厚的方法，針對不同厚度的試樣，不需更換卡具，工作效率高，試驗誤差小，能夠方便、快捷地測量不同廠家、不同生產工藝及不同模具生產的同規格熱擠壓成型三通各部位不完全相同的幾何尺寸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明實施例提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法中測量截面的示意圖。
[0017]圖2為本發明實施例提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法中生成的0°斷面圖。
[0018]圖3為本發明實施例提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法中生成的30°斷面圖。
[0019]圖4為本發明實施例提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法中生成的45°斷面圖。
[0020]圖5為本發明實施例提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法中生成的60°斷面圖。
[0021]圖6為本發明實施例提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法中生成的90°斷面圖。[0022]圖7為本發明實施例提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法中的熱擠壓成型三通幾何尺寸示意圖。
【具體實施方式】
[0023]本發明實施例提供的一種研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，包括如下步驟:
[0024](I)在三通的支管端部以通過三通軸心線的縱向截面為0°截面，畫出0°截面的斷面外輪廓曲線，然后繞支管軸心線旋轉確定其他角度的縱向截面并分別畫出相應截面的斷面外輪廓曲線；
[0025](2)以支管管端環焊縫處為原點，在0°截面的斷面外輪廓曲線上間隔等分長度標記出一系列測點；
[0026](3)用紙板按照三通0°截面的斷面外部輪廓剪出0°截面的斷面外輪廓曲線，然后在紙上記錄下紙板剪出的0°截面的斷面外輪廓曲線并標記出相應的各測點，使用GetData軟件建立直角坐標系確定各測點的坐標值，將各測點坐標值輸入AutoCAD中，連接各測點生成0°截面的斷面外輪廓線；
[0027](4)測量三通0°截面的斷面外輪廓曲線上各測點的管壁厚度，然后在AutoCAD中的0°截面的斷面外輪廓線上，依次在各測點上畫出與0°截面的斷面外輪廓線的切線方向垂直且與測得的各測點管壁厚度相等的線段，連接各線段的另一端點生成0°截面的斷面內輪廓線；
[0028](5)由0°截面的斷面外輪廓線和內輪廓線可得三通O°截面的斷面CAD圖，0°截面的斷面CAD圖中外輪廓線和內輪廓線之間的各線段的長度即為0°截面上各測點處的三通壁厚，根據各測點的外輪廓線和內輪廓線之間的線段長度變化可知三通0°截面的壁厚變化；
[0029](6)再按上述方法分別得到三通其他角度的截面的斷面CAD圖，在三通其他角度截面的斷面CAD圖中外輪廓線和內輪廓線之間的各線段長度即為相應角度截面上各測點處的三通壁厚，根據相應角度截面上各測點的外輪廓線和內輪廓線之間的線段長度變化可知三通相應角度的截面的壁厚變化。
[0030]其中，確定其他角度的縱向截面中的其他角度包括15°、30°、45°、60°、75。和90。。
[0031]其中，等分長度的長度為20mm。
[0032]下面以DN1200X900型號熱擠壓成型三通為例，對本發明提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法進行詳細說明，其中，DN1200X900型號熱擠壓成型三通的C=889mm，M=787mm。
[0033]參見圖1，在三通的支管端部以通過三通軸心線的縱向截面為0°截面，畫出0°截面的斷面外輪廓曲線，然后繞三通的支管軸心線順時針旋轉，再分別選擇30°、45°、60°和90°的角度來確定其他縱向截面，并分別畫出30°、45°、60°和90°截面的斷面外輪廓曲線。
[0034]以通過三通軸心線縱向截面的0°截面的斷面外輪廓線和斷面內輪廓線的生成方法為例進行說明。0°截面的斷面外輪廓線和斷面內輪廓線的生成步驟為:以三通的支管管端環焊縫處為原點，在三通O。截面的斷面外輪廓曲線上每間隔20mm的間距標記一個測點，這樣在0°截面的斷面外輪廓曲線上標記得到一系列測點；用紙板仿照三通0°截面處的外部輪廓，剪出0°截面的斷面外輪廓曲線，然后在紙上記錄下紙板剪出的0°截面的斷面外輪廓曲線，并標記出與三通0°截面的斷面外輪廓曲線上相對應的各個測點，然后使用GetData軟件建立直角坐標系確定各測點的坐標值，再將各測點坐標值輸入AutoCAD中，連接各測點即可生成0°截面的斷面外輪廓線。
[0035]然后測量三通0°截面的斷面外輪廓曲線上各測點的管壁厚度，再在AutoCAD中的0°截面的斷面外輪廓線上，依次在各測點上畫出與0°截面的斷面外輪廓線的切線方向垂直且與測得的各測點管壁厚度相等的線段，連接各線段的另一端點即可生成0°截面的斷面內輪廓線。
[0036]0°截面的斷面內輪廓線和外輪廓線生成后，即可得到三通0°截面的斷面CAD圖。DN1200X900型號熱擠壓成型三通0°截面的斷面CAD圖如圖2所示，由于0°截面的斷面CAD圖中外輪廓線和內輪廓線之間的各線段的長度即為0°截面上各測點處的三通壁厚，因此根據各測點的外輪廓線和內輪廓線之間的線段長度變化即可知道三通0°截面的
壁厚變化。
[0037]采用與獲得0°截面的斷面CAD圖相同的方法，可分別得到三通30°、45°、60°和90。截面的斷面CAD圖，DN1200X900型號熱擠壓成型三通的30。、45。、60°和90。截面的斷面CAD圖，分別如圖3、圖4、圖5和圖6所示，由于在三通30。、45°、60°和90。的截面的斷面CAD圖中外輪廓線和內輪廓線之間的各線段長度即為相應角度截面上各測點處的三通壁厚，因此根據相應角度截面上各測點處外輪廓線和內輪廓線之間的線段的長度變化即可知道三通30°、45°、60°和90°截面處的壁厚變化。
[0038]通過DN1200X900型號熱擠壓成型三通上述幾個特殊角度截面的斷面CAD圖，根據各角度截面的斷面CAD圖中各測點處外輪廓線和內輪廓線之間的線段的長度變化，可分析得出熱擠壓成型三通的壁厚分布變化`特點，從而得到能夠表征熱擠壓成型三通壁厚的特征尺寸。參見圖7，C為三通主管長度的一半，M為支管位于主管中線以上的高度，Dtl為三通主管的外徑，Cltl為三通支管的外`徑，R為主管和支管的肩部過渡處的曲率半徑。由于0°和90°截面的斷面CAD圖中內、外輪廓線的倒角曲率即為主支管內、外交接面曲率，因此，0°和90°截面的斷面CAD圖中內、外輪廓線的倒角曲率半徑分別是由內、外輪廓線每段圓弧半徑的平均值來確定，得到三通主管和支管的肩部過渡處的曲率半徑R值。且根據0°截面的斷面CAD圖端部壁厚尺寸，得到三通主管端部的厚度尺寸h ;根據90°截面的斷面CAD圖兩側端部壁厚尺寸，得到三通支管端部的厚度尺寸t2和主管底部的厚度尺寸t3。
[0039]由于熱擠壓成型三通的原材料是鋼板，整個三通的厚度均在鋼板管坯厚度附近變化，且三通底部由于未經過拉拔和擠壓工藝，其底部厚度近似為三通的管坯厚度T，因此，通過本測試方法得到的三通主管底部的厚度尺寸t3，近似為三通的管坯厚度T，可以作為三通的一個特征尺寸。熱擠壓成型三通主管斷面厚度均為從主管底部至主管端部厚度逐漸增加，在今后的三通尺寸測量中，可以以三通主管端部的厚度尺寸^為三通的一個特征尺寸；對于支管端部斷面厚度，應選擇支管端部的厚度t2作為三通的一個特征尺寸。熱擠壓成型三通最特別的尺寸為其肩部倒角半徑(即0°曲線倒角位置)，肩部倒角半徑隨著廠家，模具，管徑，工藝的不同而不同，故肩部倒角半徑R為熱擠壓成型三通最有特點的尺寸，故選擇肩部倒角半徑R為三通的另一個特征尺寸。綜上分析，對于今后的熱擠壓成型三通，可以以管坯厚度T、主管端部厚度^、支管端部厚度t2和三通肩部倒角半徑R為特征尺寸。
[0040]從各角度截面的斷面CAD圖可以看出三通壁厚變化較大，總體上來說三通壁厚最薄位置均在三通支管管端，且支管管端壁厚均小于管坯厚度T。在主支管過渡區一般壁厚增大，進入主管后厚度變化不規則。不同型號的三通管壁最厚斷面一般為30°斷面；最薄斷面一般為90°斷面，并且接近管坯厚度T。
[0041]本發明提供的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，基于實際生產的熱擠壓成型三通管件的壁厚進行測量，針對其熱擠壓成型工藝特點導致的管件壁厚在不同部位的變化規律進行總結，通過確定出三通管件多個特殊角度的截面的斷面CAD圖，建立大口徑熱擠壓成型三通的特殊部位的壁厚尺寸數據，從而總結出熱擠壓成型三通的壁厚分布變化特點，得到能夠表征熱擠壓成型三通壁厚的特征尺寸，能夠有效確定壁厚復雜分布的熱擠壓成型三通的壁厚，而有利于進行后期的工程計算和相應的計算機模擬預測爆破壓力的計算。
[0042]最后所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要 求范圍當中。
【權利要求】
1.一種研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在所述三通的支管端部以通過三通軸心線的縱向截面為O。截面，畫出O。截面的斷面外輪廓曲線，然后繞所述支管軸心線旋轉確定其他角度的縱向截面并分別畫出相應截面的斷面外輪廓曲線； (2)以所述支管管端環焊縫處為原點，在所述0°截面的斷面外輪廓曲線上間隔等分長度標記出一系列測點； (3)用紙板按照三通0°截面的斷面外部輪廓剪出所述0°截面的斷面外輪廓曲線，然后在紙上記錄下所述紙板剪出的0°截面的斷面外輪廓曲線并標記出相應的所述各測點，使用GetData軟件建立直角坐標系確定所述各測點的坐標值，將所述各測點坐標值輸入AutoCAD中，連接所述各測點生成0°截面的斷面外輪廓線； (4)測量所述三通0°截面的斷面外輪廓曲線上各測點的管壁厚度，然后在所述AutoCAD中的0°截面的斷面外輪廓線上，依次在所述各測點上畫出與所述0°截面的斷面外輪廓線的切線方向垂直且與測得的所述各測點管壁厚度相等的線段，連接所述各線段的另一端點生成0°截面的斷面內輪廓線； (5)由所述0°截面的斷面外輪廓線和所述內輪廓線可得所述三通0°截面的斷面CAD圖，在所述0°截面的斷面CAD圖中外輪廓線和內輪廓線之間的各線段的長度即為0°截面上各測點處的三通壁厚，根據所述各測點的外輪廓線和內輪廓線之間的線段長度變化可知所述三通0°截面的壁厚變化； (6)再按上述方法分別得到所述三通其他角度的截面的斷面CAD圖，在所述其他角度截面的斷面CAD圖中外輪廓線和內輪廓線之間的各線段長度即為相應角度截面上各測點處的三通壁厚，根據相應角度截面上各測點的外輪廓線和內輪廓線之間的線段長度變化可知所述三通相應角度截面的壁厚變化。
2.根據權利要求1所述的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，其特征在于:所述確定其他角度的縱向截面中所述其他角度包括15°、30°、45°、60°、75。和90°。
3.根據權利要求1所述的研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的測試方法，其特征在于:所述等分長度的長度為20mm。
【文檔編號】G01B21/08GK103884306SQ201410112212
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】齊麗華, 劉迎來, 楊放, 池強, 王鵬, 張偉衛, 王海濤, 李鶴 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所