一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置的制作方法

1.本发明属于材料低温测试领域，具体涉及一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置。


背景技术：

2.超导托卡马克装置内部有复杂的低温管林系统，用于输送液氮、液氦和低温氦气等冷却剂，管道在服役期间要承受反复的冷热冲击，其焊缝位置对于热应力比较敏感，因此通常要对焊缝区域进行服役温区的热冲击测试，其执行步骤一般在射线检测、超声检测之后，在压力测试、泄漏检测之前。由于液氮在常温环境中会迅速气化，并容易喷溅至周围空间，损伤操作人员或热敏器件，通常不允许将测试流体直接喷淋在焊缝区域，因此液氮的密封成为热冲击测试的必不可少的要求。
3.目前用于材料或部件液氮热冲击装置，以试验箱类型为主，不适用于已完成的金属管道对接焊缝。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其能够满足金属管道焊缝在此温区的安全操作和防护要求。
5.本发明是这样实现的：一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，它包括密封容器、固定装置，所述的密封容器放置在对接焊缝管道的管道焊缝区域外，为热冲击测试区域的液氮提供密封，固定装置用于将密封容器安装在管道焊缝区域。
6.所述的密封容器包括密封罩，密封罩包括两个半圆形密封罩，两个半圆形密封罩包裹在对接焊缝管道的焊缝区域外部，密封罩与对接焊缝管道之间形成空腔。
7.所述的密封罩的一端设置有液氮入口和另一端设置有液氮出口。
8.所述的液氮入口和液氮出口分别与液氮波纹管进行连接。
9.所述的密封罩两端的内侧开有半圆形凹槽，o型圈设置在密封罩两端的凹槽内。
10.所述的密封罩外设置有固定装置。
11.所述的固定装置包括不锈钢卡箍和螺栓，两组不锈钢卡箍夹持在密封罩的外侧，通过螺栓将密封罩固定在对接焊缝管道的焊缝区域。
12.所述的低温密封o型圈使用聚四氟乙烯弹性带制成。
13.所述的密封罩选用环氧树脂或聚四氟乙烯的材料。
14.本发明的效果是：本装置热冲击测试发生在超低温的有限空间内，极大限度地降低了焊缝热冲击区域的轴向热传导，提高了测试区域的降温速率；通过对液氮流动路径的约束和密封处理，极大地保障了操作人员和相邻部件的安全。
附图说明
15.图1为本发明所提供的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置示意图；
16.图2为图1的剖视图。
17.图中：1对接焊缝管道；2密封罩；3不锈钢卡箍；4液氮入口；5液氮出口；6螺栓；7轴向密封区域；8o型圈；9焊缝区域。
具体实施方式
18.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
19.本发明通过合理的结构设计，使得液氮从储存容器释放在焊缝表面，并通过密封区域从出口流出的整个过程中不会发生泄漏。密封罩使用耐低温的环氧树脂、聚四氟乙烯等材料制成，降低了测试过程中焊缝与外界空气的热交换，缩短了测试时间；局部密封处理保证了现场操作人员及设备的安全，且使用的液氮可从出口进行回收和再利用。
20.通过调整罩的宽度和内径可以提供不同容积的密封区域，保证了液氮能够与焊缝表面充分接触。密封罩使用卡箍固定在管道外侧，通过螺栓对其夹紧和固定。密封罩内测两端留有适当尺寸的凹槽，槽内装配耐低温o型圈，可以有效避免密封罩在降温收缩后液氮从侧面发生泄漏。密封罩的侧面为液氮的入口和出口，末端采用kf规格的真空法兰盘结构，方便与波纹管进行快速装配或拆卸。
21.通常液氮从管道底部流入，从顶端流出，保证密封罩在测试过程中充满液氮。若需要对管道表面温度进行检测，可将低温热电偶固定在密封罩两侧的金属管外壁上进行间接测量。
22.如图1所示，一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置包括密封容器、固定装置，其中，密封容器放置在对接焊缝管道1的管道焊缝区域9外，为热冲击测试区域的液氮提供密封，固定装置用于将密封容器安装在管道焊缝区域。
23.其中，对接焊缝管道1为完成管道对接焊缝的圆截面金属管道，对接焊缝管道1的中间部位为焊缝区域9，管道周边具有足够的空间连接液氮的入口和出口波纹管。
24.密封容器包括密封罩2，两个半圆形密封罩2包裹在对接焊缝管道1的焊缝区域9外部，密封罩2与对接焊缝管道1之间形成空腔，密封罩2的一端设置有液氮入口4和另一端设置有液氮出口5，液氮入口4和液氮出口5分别与液氮波纹管进行连接，出入口加工为标准kf真空接口形状，便于进行快速装配及拆卸。
25.密封罩2两端的内侧开有半圆形凹槽，o型圈8设置在密封罩2两端的凹槽内，为液氮提供环向密封。
26.密封罩2外设置有固定装置，所述的固定装置包括不锈钢卡箍3和螺栓6，两组不锈钢卡箍3夹持在密封罩2的外侧，通过螺栓6将密封罩2固定在对接焊缝管道1的焊缝区域9，施加一定的预紧力使密封罩2的轴向密封区域7在受压下达到完全贴合，并对轴向密封区域7提供一定的密封效果。
27.低温密封o型圈使8用聚四氟乙烯弹性带制成；密封罩2可选用环氧树脂或聚四氟乙烯等绝热性能优秀的材料，以减少测试装置的径向传热；密封罩2应具有足够的壁厚以保证刚度。
28.使用密封罩2包裹住对接焊缝管道1的焊缝区域9，密封罩2两端的内径与对接焊缝管道1的外径相匹配，配合o型圈8实现了环向密封；密封罩的轴向尺寸根据焊缝的宽度进行配做，保证焊缝区域能被完整地包裹在密封区域内，在装配时将焊缝放置在密封区域的中
间位置，以达到最佳的降温效果。
29.使用聚酰亚胺胶带将热电偶固定在密封罩两侧的金属管外壁上，当所测温度在数分钟内恒定在某一预期值时，可认为焊缝已经达到充分冷却，预期温度值与管径、壁厚、密封罩宽度等相关。
30.将液氮以适当的流速注入热冲击测试装置，测试过程中应避免流速过大引起管道震动，造成装置密封部位松动。当热电偶的读数达到预期值时，关闭液氮阀门，待装置中的液氮从出口完全流出后，将热冲击测试装置依次拆卸，并放置在常温水中回温。
31.通过本测试装置，保证了测试过程中人员与设备的安全，通过减少热交换的方式提高了测试效率。整套装置由常用材料及标准部件组成，其安装和拆卸操作简易快捷，可以高效、安全地完成服役于液氮温度下管路对接焊缝的低温热冲击测试。


技术特征：
1.一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：它包括密封容器、固定装置，所述的密封容器放置在对接焊缝管道的管道焊缝区域外，为热冲击测试区域的液氮提供密封，固定装置用于将密封容器安装在管道焊缝区域。2.如权利要求1所述的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：所述的密封容器包括密封罩，密封罩包括两个半圆形密封罩，两个半圆形密封罩包裹在对接焊缝管道的焊缝区域外部，密封罩与对接焊缝管道之间形成空腔。3.如权利要求2所述的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：所述的密封罩的一端设置有液氮入口和另一端设置有液氮出口。4.如权利要求3所述的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：所述的液氮入口和液氮出口分别与液氮波纹管进行连接。5.如权利要求2所述的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：所述的密封罩两端的内侧开有半圆形凹槽，o型圈设置在密封罩两端的凹槽内。6.如权利要求2所述的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：所述的密封罩外设置有固定装置。7.如权利要求6所述的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：所述的固定装置包括不锈钢卡箍和螺栓，两组不锈钢卡箍夹持在密封罩的外侧，通过螺栓将密封罩固定在对接焊缝管道的焊缝区域。8.如权利要求5所述的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：所述的低温密封o型圈使用聚四氟乙烯弹性带制成。9.如权利要求2-8任一所述的一种金属管道对接焊缝的液氮热冲击测试装置，其特征在于：所述的密封罩选用环氧树脂或聚四氟乙烯的材料。

技术总结
本发明属于材料低温测试领域，具体涉及一种金属管道对接焊缝的低温热冲击测试装置。包括密封罩、不锈钢卡箍、螺栓、O型圈、冷媒进出口等，其中，密封罩放置在管道焊缝区域，使用不锈钢卡箍、螺栓进行固定，并提供轴向密封，低温O型圈装配在密封罩内壁的凹槽内，提供环向密封。密封罩上下两侧加工有标准KF真空法兰接口，用于连接冷媒进出管路，密封罩的上测留有测温孔，用于测温系统监控和记录焊缝区域的温度变化。本发明的显著效果是：本装置热冲击测试发生在超低温的有限空间内，极大限度地降低了焊缝热冲击区域与环境的热交换，提高了测试区域的降温速率；通过对液氮流动路径的约束和密封处理，极大地保障了操作人员和相邻部件的安全。安全。安全。


技术研发人员：魏海鸿 张腾 康道安 陈辉 孙振超 邓华林 李鹏远
受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院
技术研发日：2020.06.23
技术公布日：2021/12/23