直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀的製作方法
2023-12-02 17:52:01 2
直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀的製作方法
【專利摘要】本發明是一種適用於管道防腐層耐劃傷性能測試的直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀。它包括機械和電子部分；機械部分的主要部件包括測試平臺、劃傷頭、直壓配重加載機構、傳動機構四部分；傳動機構安裝在測試平臺的一邊，直壓配重加載機構安裝在測試平臺的頂部，劃傷頭安裝在配重加載機構鐵桿的下部頂端；電子部分包括測重模塊、配重數據採集模塊、接口模塊、電源模塊、劃傷探頭、步進電機控制器和步進電機；劃傷探頭上的壓力傳感器輸出接A/D轉換器，A/D轉換器的輸出接控制器的輸入，控制器的輸出接步進電機控制器的輸入，步進電機控制器的輸出接步進電機。本發明適應於不同管徑、不同壁厚和不同防腐層結構，方便易行，耐用，維護率低。
【專利說明】直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀
【技術領域】
[0001] 本發明是一種適用於管道防腐層耐劃傷性能測試的直壓式管道塗層耐劃傷性能 測試儀。涉及金屬材料的一般防蝕、其它類不包括的測試和管道系統【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 耐劃傷性能作為衡量防腐塗層性能的重要指標之一，主要用於比較不同防腐層之 間抗機械損傷的性能。近年來對在役管道進行開挖檢測時，發現諸多由於防腐層失效所導 致的管體腐蝕現象。快速的腐蝕不但影響了管道的質量和使用壽命，而且給生產運行管理 留下了巨大的安全隱患。管道外防腐層是保證長輸管道免受外界環境對管道造成腐蝕的最 重要手段之一。因此，迫切需要在管道建設時期提高現場及實驗室的防腐質量檢測水平，對 防腐層相關性能進行科學有效的評價，以保證管體埋地後的防腐質量，防範於未然。
[0003] 不同生產廠家、不同工藝及不同材料的耐劃傷性難免存在一定差異，從而管道在 運輸、安裝、穿越、回填以及服役過程中，管體塗層損傷的程度也不同。如何選擇具備優異耐 劃傷性能的管道外防腐層，對於能否提高管道外防腐層的抗腐蝕性能具有重要意義，也是 長輸管道能否在其長期的服役過程中安全運營的基本保障之一。為此，有必要研製一套用 以準確評估防腐層耐劃傷性能的測試設備用以評估防腐層耐劃傷性能。
[0004] 目前國外的相關測試方法主要有國際標準IS01518 :1992《漆膜和清漆刮痕測試》 (International standard IS01518:1992E Paints and varnishes-Scratch test)和美國 腐蝕工程師協會標準NACE STG35/TG034《管道外塗層耐劃傷測試》(NACE STG35/TG034Gouge test external pipeline coatings)。國內的耐劃傷測試方法主要有QCNPC38-2002《埋 地鋼質管道雙層熔結環氧粉末外塗層技術規範》、SY/T4113- 2007《防腐塗層的耐劃傷試驗 方法》，它們對塗層的耐劃傷性能試驗方法進行了詳細的規定，但是都沒有對測試儀器進行 描述。
[0005] CN202599778U公開了一種管道塗層耐劃傷性能測試儀，但性能不夠理想。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是發明一種適應於不同管徑、不同壁厚和不同防腐層結構、方便易 行、耐用、維護率低的直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀。
[0007] 本發明由機械和電子部分組成。機械部分的構成如圖1-圖4所示，主要部件包 括測試平臺、劃傷頭、直壓配重加載機構、傳動機構四部分。傳動機構安裝在測試平臺的一 邊，直壓配重加載機構安裝在測試平臺的頂部，劃傷頭安裝在配重加載機構鐵桿的下部頂 端。電子部分包括測重模塊、配重數據採集模塊、接口模塊、電源模塊、劃傷探頭、步進電機 控制器和步進電機；劃傷探頭上的壓力傳感器輸出接A/D轉換器，A/D轉換器的輸出接控制 器的輸入，控制器的輸出接步進電機控制器的輸入，步進電機控制器的輸出接步進電機；控 制器有鍵盤、存儲器、串口和並口；電源模塊接控制器。串口和並口為接口模塊；壓力傳感 器和A/D轉換器為配重數據採集模塊；有按鈕、存儲器的控制器為測控模塊；
[0008] 劃傷探頭上的壓力傳感器將測得的信號經A/D轉換器轉換為數位訊號後輸給控 制器，經控制器後控制步進電機；電源模塊為控制器供電。
[0009] 具體包括測試平臺1、步進電機及連軸器2、試驗滑動臺3、氣動支架4、支撐架5、 壓力傳感器及劃傷頭固定塊6、配重7、導軌8、絲槓9、聯軸器10和金屬網眼防護罩11、控 制盒12、控制按鈕13、皮帶輪14。步進電機及連軸器2、試驗滑動臺安裝在測試平臺1的一 邊，控制部分安裝在測試平臺1的另一邊，配置加載機構8安裝在測試平臺1的中間頂部 位置，劃傷頭安裝在配重加載機構8中鐵桿的下部頂端。
[0010] 所述測試平臺1為矩形體，使用鋼架結構；
[0011] 所述傳動部分包括步進電機及連軸器2和聯軸器10,步進電機及連軸器2位於皮 帶輪的下方，聯軸器10位於皮帶輪的上方，將步進電機2與絲槓9連接，絲槓9從兩導軌8 之間伸至測試平臺1的另一側，用以輸出穩定的劃傷速率，以保證測試標準要求的劃傷速 度；
[0012] 所述直壓配重加載機構包括氣動支架4、試驗滑動臺3、支撐架5 ;4個支撐架5分 別在加載部分邊緣的4個腳，用於支持直壓配重加載機構；2個氣動支架4位於加載機構的 側面邊緣中間，用壓力傳感器測得加載重量後，由氣泵加壓後的壓力進入氣動支架4來調 節配重上升或下降的高度，使劃傷頭固定塊始終處於合適的劃傷位置；氣動支架4可調節 上下升降高度，通過不同高度的調節以保證不同厚度樣品測試時劃傷頭始終垂直於試件表 面；
[0013] 所述劃傷頭包括壓力傳感器及劃傷頭固定塊6,壓力傳感器及劃傷頭固定塊6安 裝在配重加載機構7中鐵桿的下部，之間有螺絲將劃傷頭和鐵桿固定在一起，鐵桿用於固 定劃傷頭結構及配重；
[0014] 所述導軌8及測試平臺1結構為：在測試平臺1兩邊下方有兩條平行的導槽，試驗 滑動臺1固定於雙平行直線導軌8的上部，導軌8橫截面上部為向下開口的六邊形，開口邊 向外下滑過渡到下方座，這樣的結構增加了滑動平臺的穩定性。
[0015] 加載部分通過標明重量的啞鈴片垂直給劃塊部分一個可以測量的正壓力，該力垂 直於正下方的測試樣品表面。重物直壓下的劃傷頭上要可夾裝不同尺寸的劃針，劃針在所 規定的壓力和樣品位移條件下對測試樣品表面產生破壞性劃痕。測試樣品被固定在測試平 臺上，通過控制部分對試驗的測試參數進行調節後，測試平臺由傳動部分來完成劃傷的過 程，整個臺架可根據測試樣品形狀的不同進行調節。
[0016] 本發明的電路部分的原理框圖見圖5。劃傷探頭上的壓力傳感器輸出接A/D轉換 器，A/D轉換器的輸出接控制器的輸入，控制器的輸出接步進電機控制器的輸入，步進電機 控制器的輸出接步進電機；控制器有鍵盤、存儲器、串口和並口；電源模塊接控制器。串口 和並口為接口模塊；壓力傳感器和A/D轉換器為配重數據採集模塊；有按鈕、存儲器的控 制器為測控模塊。
[0017] 劃傷探頭上的壓力傳感器將測得的信號經A/D轉換器轉換為數位訊號後輸給控 制器，經控制器後控制步進電機；電源模塊為控制器供電。
[0018] 所述配重數據採集電路如圖6所示，以選用AD7781/20Bits為例，外接接頭P5的 第四管腳與壓力傳感器相連接，用於接收壓力變換時的電壓，管腳3與數字地相接，2、3管 腳分別與數模轉換器U7的5、6管腳相接，用於修正電壓值；U7為採集電路的核心晶片數 模轉換器，管腳1與單片機的時鐘接口相接，管腳2用於輸出壓力的數位訊號，與單片機AD DOUT管腳相接；管腳7與參考電壓相接，管腳11接入5V的工作電壓；
[0019] 所述電源模塊電路如圖7所示，以選用MC7805ACT為例，JP1為交流電接口，為系統 供220V的交流電壓；U10為測控系統電壓電路，主要功能是將220V交流電壓轉換為5V的 直流電壓，為數字模塊提供電壓；
[0020] 所述USB接口轉串口通信模塊如圖8所示，以選用CP2102為例，串口轉USB的專用 晶片U3中管腳4、管腳5分別與USB接口的管腳4、管腳3輸入、輸出信號相連接，管腳25、 管腳26分別為串口接口提供讀信號和寫信號；
[0021] 所述測控單元模塊如圖9所示，U5以C8051單片機為例，管腳1、管腳2、管腳3、 管腳4分別與並口的TMS、TCK、TDI以及TD0管腳相連，用於並口通信寫入測控程序；管腳 5與系統重啟按鈕相連接；管腳11與14相連接；管腳12、管腳15、管腳16、管腳17與參考 電壓VREF連接；管腳26、管腳27分別與晶振相連接，用以提供時鐘信號；管腳29-管腳36 分別與4*4的鍵盤連接；管腳37用於輸入所需的3. 3V直流電壓；管腳39、管腳40分別與 步進電機相連，用於提供電機的驅動信號及方向信號；管腳43-管腳46分別與AD轉換器 AD_FILTER、AD_GAIN、AD_D0UT、AD_SCLK 管腳相連；管腳 59、管腳 60 分別與 EEPR0M 的 SCL、 SDA管腳相連，用於控制存儲器的讀取；管腳73-管腳80與步進電機各驅動口相接，用於提 供電機的時鐘信號；管腳81-管腳88和管腳91 一管腳98分別與預留接口相接。
[0022] 本發明為管道防腐層耐劃傷性能提供一種專用的自動化測試儀器，能夠減小試驗 人員勞動強度，提高工作效率。將自動化技術應用於陰極剝離試驗中，實現自動實時在線監 測，且成本較低。該測試系統具有自動、連續、及時的特點，能夠準確及時掌握耐劃傷測試時 的狀態，數據準確性、復現性高，為測試結果提供更為科學、客觀準確的依據。本試驗裝置可 以在同一測試樣品的不同位置多次測量，具有操作簡單、壓力準確穩定、重複性強、耐用、維 護率低等特點，能夠更為高效、準確、客觀地反映實驗數據，提供評價測試塗層的耐劃傷性 能好壞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀機械部分正視圖
[0024] 圖2直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀機械部分俯視圖
[0025] 圖3導軌8的側面圖
[0026] 圖4導軌8的俯視圖
[0027] 圖5直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀電原理框圖
[0028] 圖6配重數據採集電路圖
[0029] 圖7電源模塊電路圖
[0030] 圖8接口模塊電路圖
[0031] 圖9測控模塊電路圖
[0032] 其中1 一測試平臺 2-步進電機及連軸器
[0033] 3-試驗滑動臺 4 一氣動支架
[0034] 5-支撐架 6-壓力傳感器及劃傷頭固定塊
[0035] 7-配重 8-導軌
[0036] 9 一絲槓 10-聯軸器
[0037] 11-金屬網眼防護罩 12-控制盒
[0038] 13-控制按鈕 14 一皮帶輪
【具體實施方式】
[0039] 實施例.以本例來說明本發明的【具體實施方式】並對本發明作進一步的說明。本例 是一實驗樣機，其構成如圖1-圖4所示。包括測試平臺1、步進電機及連軸器2、試驗滑動 臺3、氣動支架4、支撐架5、壓力傳感器及劃傷頭固定塊6、配重7、導軌8、絲槓9、聯軸器10 和金屬網眼防護罩11、控制盒12、控制按鈕13、皮帶輪14。步進電機及連軸器2、試驗滑動 臺安裝在測試平臺1的一邊，控制部分安裝在測試平臺1的另一邊，配置加載機構8安裝 在測試平臺1的中間頂部位置，劃傷頭安裝在配重加載機構8中鐵桿的下部頂端。
[0040] 機械部分的主要尺寸如下：
[0041] 耐劃傷測試儀底箱尺寸為520mm*380mm*30mm ;測試平臺尺寸為520mm*380mm ; 導軌尺寸為520mm*30mm ;滑動平臺尺寸為250mm*170mm ;絲杆尺寸直徑為21. 5mm，長度為 590mm ;氣動支架高度為150mm，直徑為25mm ;支撐架長度為190mm，直徑為25. 1mm。
[0042] 本例的電路部分的原理框圖見圖5。劃傷探頭上的壓力傳感器輸出接A/D轉換器， A/D轉換器的輸出接控制器的輸入，控制器的輸出接步進電機控制器的輸入，步進電機控制 器的輸出接步進電機；控制器有鍵盤、存儲器、串口和並口；電源模塊接控制器。串口和並 口為接口模塊；壓力傳感器和A/D轉換器為配重數據採集模塊；有鍵盤、存儲器的控制器 為測控模塊。
[0043] 配重數據採集電路如圖6所示，電壓模塊電路如圖7所示，USB接口轉串口通信模 塊如圖8所示，測控單元模塊如圖9所示。選用的元器件如圖所示。
[0044] 本例的具體技術參數如下：
[0045] 1.適應管徑試件：0 100mm ?1000mm ;
[0046] 2.適應試件壁厚：6?35mm ;
[0047] 3.適應塗層類型：單層FBE、雙層熔結環氧粉末、三層PE ;
[0048] 4.適應試件鋼管：螺旋焊縫鋼管、直焊縫鋼管和無縫鋼管；
[0049] 5.試件最大尺寸：200X200mm ;
[0050] 6.最大加載配重：70kg ;
[0051] 7.試件移動速度：200 ?600mm/min ；
[0052] 8.工作環境溫度：一20?45°C。
[0053] 本例經試驗，實現了自動實時在線監測，且成本較低。該測試系統具有自動、連續、 及時的特點，能夠準確及時掌握耐劃傷測試時的狀態，數據準確性、復現性高。該設備操作 簡單、耐用、維護率低，能夠減小試驗人員勞動強度，提高工作效率。
[0054] 直壓型設備測試實例
[0055] 使用防腐層類型為雙層環氧粉末防腐塗層，劃傷頭類型為R-35合金劃傷頭，試件 選用100X 100mm的管段試樣。直壓型設備對於兩種不同雙層環氧粉末測試數據如下：
[0056] 表1直壓型設備對於不同雙層環氧粉末測試數據
[0057]
【權利要求】
1. 一種適用於管道防腐層耐劃傷性能測試的直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀，包括 機械和電子部分；電子部分包括測重模塊、配重數據採集模塊、接口模塊、電源模塊、劃傷探 頭、步進電機控制器和步進電機；劃傷探頭上的壓力傳感器輸出接A/D轉換器，A/D轉換器 的輸出接控制器的輸入，控制器的輸出接步進電機控制器的輸入，步進電機控制器的輸出 接步進電機；控制器有鍵盤、存儲器、串口和並口；電源模塊接控制器；串口和並口為接口 模塊；壓力傳感器和A/D轉換器為配重數據採集模塊；有按鈕、存儲器的控制器為測控模 塊；其特徵是機械部分的主要部件包括測試平臺、劃傷頭、直壓配重加載機構、傳動機構四 部分；傳動機構安裝在測試平臺的一邊，直壓配重加載機構安裝在測試平臺的頂部，劃傷 頭安裝在配重加載機構鐵桿的下部頂端；具體包括測試平臺（1)、步進電機及連軸器（2)、 試驗滑動臺（3)、氣動支架（4)、支撐架（5)、壓力傳感器及劃傷頭固定塊（6)、配重（7)、導 軌（8)、絲槓（9)、聯軸器（10)和金屬網眼防護罩（11)、控制盒（12)、控制按鈕（13)、皮帶輪 (14);步進電機及連軸器（2)、試驗滑動臺安裝在測試平臺（1)的一邊，控制部分安裝在測 試平臺（1)的另一邊，配置加載機構（8)安裝在測試平臺（1)的中間頂部位置，劃傷頭安裝 在配重加載機構（8)中鐵桿的下部頂端。
2. 根據權利要求1所述的直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀，其特徵是所述測試平臺 (1)為矩形體，使用鋼架結構。
3. 根據權利要求1所述的直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀，其特徵是所述傳動部分 包括步進電機及連軸器（2)和聯軸器（10)，步進電機及連軸器（2)位於皮帶輪的下方，聯 軸器（10)位於皮帶輪的上方，將步進電機及連軸器（2)與絲槓（9)連接，絲槓（9)從兩導軌 (8 )之間伸至測試平臺（1)的另一側。
4. 根據權利要求1所述的直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀，其特徵是所述直壓配重 加載機構包括氣動支架（4)、試驗滑動臺（3)、支撐架（5);4個支撐架（5)分別在加載部分邊 緣的4個腳；2個氣動支架（4)位於加載機構的側面邊緣中間，用壓力傳感器測得加載重量 後，由氣泵加壓後的壓力進入氣動支架（4)來調節配重上升或下降的高度；能調節上下升 降高度的氣動支架（4)，通過不同高度的調節使劃傷頭始終垂直於試件表面。
5. 根據權利要求1所述的直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀，其特徵是所述劃傷頭包 括壓力傳感器及劃傷頭固定塊（6)，壓力傳感器及劃傷頭固定塊（6)安裝在配重加載機構 (7)中鐵桿的下部，之間有螺絲將劃傷頭和固定劃傷頭結構及配重的鐵桿固定在一起。
6. 根據權利要求1所述的直壓式管道塗層耐劃傷性能測試儀，其特徵是所述導軌（8) 及測試平臺（1)結構為：在測試平臺（1)兩邊下方有兩條平行的導槽，試驗滑動臺（1)固定 於雙平行直線導軌（8)的上部，導軌（8)橫截面上部為向下開口的六邊形，開口邊向外下滑 過渡到下方座。
【文檔編號】G01N3/56GK104062195SQ201310088435
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月19日 優先權日:2013年3月19日
【發明者】李睿, 劉國豪, 張鑫, 趙國星, 李榮光, 李雲傑, 馮少廣, 段瑞哲, 許鐵, 張宏亮, 楊光, 楊磊, 施若思, 李章青 申請人:中國石油天然氣股份有限公司