管道维修补强技术及其发展趋势（四）
4 夹具类型维修补强方法
这类方法的共同特点是采用机械夹具的方式来恢复管道的服役强度。其优点是不用在服役管体上直接进行焊接，避免了焊穿和发生氢脆、冷脆的风险性。但其缺点是施工设备和施工工艺相对复杂，成本较高。
图1示出一个夹具照片。这种方法适合于石油、天然气管道的临时抢修。主要是针对管道发生了泄露时使用。天然气管道抢修时必须考虑将管道内的压力降到管道设计压力的1/3以下，可以考虑使用在下述几种情况下：
(1) 管道机械损伤，比如出现凹坑，在确认没有裂纹产生的情况下使用。
(2) 管道单点腐蚀严重，超过管道壁厚2/3以上。
(3) 管道的临时维修和抢修。
4.2 夹具注环氧
图2示出夹具注环氧的典型照片和施工现场。该方法是在打套筒的技术上改进而成的。主要要点是在套筒内部留出一定空间，用来填口充环氧树脂，利用环氧树脂将力传递到套筒上。实施套筒的方法主要有两种：
(1) 有螺栓夹具注环氧
(2) 无螺栓两半(焊接)夹具注环氧
这种方法的优点是施工后的强度可以满足要求，缺点是施工后的防腐比较麻烦。
碳纤维复合材料压力容器裂纹修复补强
区别于传统管道修复中采用的“补焊”、“补板”等“打补丁”方法，采用真空辅助固化技术、无需动火的复合材料修复技术，将碳纤维布直接粘贴于待修复区域，起止漏、补强的作用。碳纤维热膨胀系数与钢极为接近，服役寿命长。应用于钢制容器和储罐修复，能够对结构起到强度增强、疲劳修复、屈曲修复等作用，可用于表面局部修复，如储罐、容器等表面缺陷修复。
与传统的机械修补方法(铆接、焊接、螺接)相比，碳纤维复合材料真空修补技术具有明显的优点：(1)复合材料比强度、比模量高，胶接修补后的结构增重小。(2)复合材料可设计性强,可根据使用要求和受力状况进行材料的铺层设计。(3)复合材料可以对表面形状复杂的部位采用胶接固化工艺进行原位修补。对复杂曲面,复合材料补丁修补比传统的机械修补更容易实施,而且修补后补丁与母体粘合紧密,基本保持原有结构外形。(4)复合材料补丁胶接修补能提高损伤区的刚度、静强度,减小裂纹尖端应力强度因子,贴补胶接修补不需要对原结构开孔,不会形成新的应力集中源,有利于提高结构的损伤容限和抗疲劳性能。(5)修补时间短、成本低。(6)修补所需设备简单,主要有修补工具包、真空泵等设备。(7)无需动火，安全可靠。
复合材料补丁胶接修补，对胶粘剂的选择、材料与被修复构件的相匹配，被修结构的表面处理和修补固化工艺及施工工艺保障等是关键技术。
胶粘剂是实现补丁止裂作用的中间媒介，对胶粘剂的选择至关重要。应根据修补结构的实际承力水平和使用环境选择既具有良好的抗疲劳性能，又具有较高的剪切、剥离强度,良好的耐介质和耐湿热老化性能的胶粘剂。复合材料胶接修补所用的胶粘剂主要有两大类:一类是双组分胶粘剂,主要用于复合材料结构的室温固化修补(少数双组分胶粘剂可用于热胶接固化修补);另一类是膜状胶粘剂(胶膜),用于热胶接固化修补。
复合材料补丁与被修金属构件的匹配性：复合材料补丁应在尽量低的温度下固化,并能与胶粘剂的固化温度一致;补丁热膨胀系数应与母体材料的相匹配。国外大多采用硼/环氧复合材料补丁对损伤金属结构进行胶接修补。因为硼/环氧复合材料成本较高,加工较困难,故在常规工业修复上，采用碳/环氧补丁,价格相对便宜。碳/环氧复合材料适合于复杂结构的修补。
被修补结构的表面处理：指胶接之前,通过机械方法去除结构表面影响结合力的氧化层、污染物增加机械结合面;或通过化学方法在结构表面有控制地沉积一层均匀的特种氧化物或在胶接面形成化学键,使经过处理的结构表面具有高的表面能,从而获得较高的胶接强度和耐久性。目前常用的简单表面处理方法是表面机械打磨后涂硅烷偶联剂。表面机械打磨要求至少达到St3级。
真空辅助固化工艺：复合材料补丁修复储罐技术采用的固化工艺是“真空辅助固化工艺”。
修补固化的主要控制因素是压力、温度和时间。由于被修补部位与周围机体结构组成了一个复杂的热导体,而且结构形式多样,因此,需通过专用真空泵、配套材料以及特配工具对修补区提供连续的温度和压力保障。
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碳纤维复合材料管道补强优点
碳纤维具有较高的强度、模量，具有一定的优势，通常来讲，在复合材料补强产品中属于综合性能好的一种。
①免焊不动火，可在带压运行状态下修复：
②施工简便快捷，操作时间短：
③碳纤维弹性模量与钢的弹性模量十分接近，有利于复合材料尽可能多的承载管道压力，降低含缺陷管道的应力水平，限制管道的膨胀变形；
④碳纤维的抗拉强度高，用于管道修复具有极高的安全性：并且碳纤维复合材料的抗蠕变性能优异，其强度随着服役时间增加基本保持不变；
⑤碳纤维复合材料补强层厚度小，方便后续的防腐处理：
⑥碳纤维补强缠绕、铺设方式灵活。可对环焊缝和螺旋焊缝缺陷(包括高焊缝余高和严重错边)补强：还可对弯管、三通、大小头等不规则管件修复；
⑦可以用于腐蚀、机械损伤和裂纹等缺陷修复补强，也可用于整个管段的提压增强处理，应用范围广。