ОПРАВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Полезная модель относится к области испытаний на прочность при сдвиге соединения, применяемого для обеспечения контакта вывода провода электрохимической защиты (ЭХЗ) для его соединения с трубопроводом (газопроводом).
Из исследованного уровня техники выявлено большое количество технических решений, в том числе и изобретений, предназначенных для проведения испытаний сварных соединений.
Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 847140 «Образец для определения механических свойств материала сварного шва и околошовной зоны» авторов Е.А. Гусевой и др. (дата приоритета 20.10.1978, МПК G01N 1/28 и G01N 3/08), предназначенное для исследования прочности материала сварного шва и околошовной зоны. Описанное устройство состоит из пластины с наплавленным на ее поверхность сварным швом и содержит концентраторы напряжений, вершины которых находятся в различных зонах материала сварного шва и околошовной зоны. Образец испытывается на растяжение, при этом разрушение образца происходит в области сварного шва или околошовной зоны. По разрушающей нагрузке и коэффициенту концентрации напряжений судят о механических свойствах материала в зоне разрушения. При этом происходит полное разрушение удерживающего элемента, выполненного в виде ушек с отверстиями.
Недостатками описанного устройства являются однократный цикл его использования вследствие неразъемности конструкции (зоны испытания и зоны удерживания) и его полного разрушения при окончании испытаний, а также то, что при испытании устройства исследуется не сварное соединение и его прочность, а прочность материала в сварной или околошовной зоне.
Известно устройство, предназначенное для измерения прочности сварного соединения, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1065723 «Плоский образец для исследования прочности сварного соединения» авторов Ю.В. Шевнюка и др. (дата приоритета 30.09.1982, МПК G01N 3/00), содержащее захватные части и рабочую часть, на которой имеются зоны сварного соединения и основного материала, причем зона сварного соединения и зона основного материала расположены последовательно, плоскость сварного соединения параллельна плоскости образца, в каждой из зон на расстоянии от их общей границы, большем ширины образца, выполнены V-образные концентраторы напряжений. При этом и испытуемый образец и удерживающий элемент выполнены едино и неразъемно, удерживающий элемент выполнен в виде прямоугольных ушек.
Недостатком описанного устройства является однократный цикл использования устройства вследствие неразъемности конструкции и его полного разрушения при окончании испытаний.
Известно устройство, предназначенное для определения прочности сварных соединений, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1469295 «Образец для оценки прочности сварных соединений» автора Ю.З. Ерусалимского (дата приоритета 19.06.1987, МПК G01N 3/04), состоящее из нескольких частей, имеющих параллельные основания и соединенных посредством симметричных относительно оси образца сварных швов, наклонных к его основанию, причем части выполнены в виде одинаковых равнобоких криволинейных трапеций, смещенных друг относительно друга в направлении оси образца до касания боковых граней и соединенных одинаковыми сварными швами.
Недостатками описанного устройства являются однократный цикл использования устройства вследствие неразъемности конструкции и его разрушения по швам при окончании испытаний, а также то, что удерживающее устройство для испытуемого образца выполнено из несвязанных друг с другом частей определенной формы, после испытания которые также приходят в негодность.
Известно устройство, предназначенное для определения прочности сварного соединения, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1424469 «Образец для исследования прочностных характеристик сварных соединений» авторов А.В. Егоршева и др. (дата приоритета 16.01.1987, МПК G01N 3/32), состоящее из двух пластин, соединенных между собой сварным швом и имеющих захватные участки, причем сварной шов выполнен под острым углом а к продольной оси образца, совпадающей с осью испытательной машины. Участки пластин, на которых расположены концы швов, имеют симметричные относительно оси образца выступы, длина которых равна 0,1-0,3 ширины пластины, высота 0,05-0,1 ширины пластины, а кромки выступов сопряжены с кромками пластины по радиусу, равному 0,3-1,2 ширины пластины. При этом удерживающий элемент выполнен вместе с испытуемым образцом, и неразъемен с ним.
Недостатками описанного устройства являются однократный цикл использования устройства вследствие неразъемности конструкции и его разрушения по шву вследствие наличия выступов, приводящих к разрушению сварного шва в его средней части, а также то, что размеры образца должны быть определенных значений, когда на практике приходится иметь дело с различными образцами.
Известно устройство, предназначенное для измерения прочности, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1660906 «Образец для сравнительных механических испытаний сварных нахлесточных соединений» авторов В.А Гиндина и др. (дата приоритета 21.07.1988, МПК В23К 31/02). Устройство, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1660906 «Образец для сравнительных механических испытаний сварных нахлесточных соединений» авторов В.А Гиндина и др. состоит из трех геометрически подобных прямоугольных пластин двух прямоугольных боковых и одной центральной пластины и содержит внутренние концентраторы, расположенные симметрично относительно оси образца, причем центральная пластина смещена на расстояние, равное 1-2 толщинам пластины, вдоль вертикальной оси образца и соединена с каждой из боковых пластин двумя швами, параллельными этой оси, а сварные швы выполнены без усиления. Две боковые пластины при этом служат для удерживания третьей центральной пластины при проведении испытаний сварного соединения.
Недостатками известного устройства (описанного выше) являются однократный цикл использования устройства вследствие неразъемности конструкции и его полного разрушения при окончании испытаний, а также плохая боковая устойчивость вследствие малой площади поверхности боковых пластин при испытаниях под нагрузкой.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, выявленному из исследованного уровня техники по наибольшему количеству совпадающих признаков, технической сущности и достигаемому результату является устройство для закрепления образца при исследовании на прочность сварного соединения (патент на изобретение DE 202006001678 U1, МПК G01N 3/04, дата публикации 13.04.2006), которое и выбрано в качестве прототипа. Известное устройство, состоящее из двух частей, представляющих собой плоские прямоугольные пластины с отверстиями для крепления испытуемого образца с Т-образным сварным соединением. Компоненты крепления (плоские пластины) снабжены петлей для крепления и создания действующей нагрузки на испытуемый образец. При этом испытуемый образец воспринимает нагрузки на растяжение.
Недостатками описанного устройства в прототипе является усложнение процесса испытания образца за счет наличия специальных креплений, что увеличивает время подготовки образца к испытаниям, а так же приводит к особым требованиям к форме самого испытуемого образца. В прототипе возможно испытание только Т-образных образцов, за счет прямоугольной формы пазов в пластинах и конструкции прямоугольных удерживающих пластин.
Технической задачей предлагаемого устройства оправки для испытания на прочность сварного соединения является повышение количества циклов использования устройства при проведении испытании образцов, а также повышение надежности и устойчивости оправки при разнородных нагрузках на испытуемый образец.
Оправка для испытания на прочность сварного соединения, выполненная из прямоугольных пластин, отличающаяся тем, что упомянутые пластины в количестве трех жестко соединены между собой, причем две боковые пластины установлены вертикально своими меньшими гранями по краям поверхности опорной третей пластины, меньшей из них по размеру, с образованием между пластинами прямоугольного паза для размещения испытуемого образца, а в одной из упомянутых боковых пластин, меньшей про высоте, чем другая боковая пластина, выполнен вырез в форме полукруглого сегмента.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства и вид с боку оправки для испытания на прочность сварного соединения - его конкретная реализация, с вырезом в форме полукруглого сегмента на меньшей боковой прямоугольной пластине.
Устройство, изображенное на фиг. 1, представляет собой три металлические прямоугольные пластины 1 (например, размерами 250×60×20 мм), 2 (например, размерами 210×60×20 мм) и 3 (например, размерами 140×60×20 мм) в форме прямоугольных параллелепипедов, соединенные между собой (например, сваркой). При этом пластина 1 представляет собой прямоугольный параллелепипед и выполняет роль задней стенки оправки для удерживания образца для испытания на прочность сварного соединения. Пластина 1 располагается вертикально, нижним основанием (меньшей гранью) опираясь на верхнюю грань меньшей из трех пластин 3, выполняющую роль опоры оправки. При этом пластина 1 и пластина 3 в месте соединения жестко приварены друг другу сваркой. Пластина 2 нижней гранью опирается на верхнюю грань пластины 3, а место контакта пластин 2 и 3 жестко приварено. Пластина 2 на 10-30% меньше по высоте пластины 1 и имеет на больших гранях вырез в форме полукруглого сегмента, центрированного по оси пластины 2. При этом диаметр выреза на 10-20 мм меньше ширины пластины 2 (например, 40-50 мм). Полукруглый сегмент служит для создания реакционного усилия на сварное соединение, которое размещается непосредственно в образованный на пластине 2 полукруглый сегмент. Пластины 1 и 2 закреплены таким образом на пластине 3, что с боков образуют единые вертикальные поверхности. При этом между пластинами 1 и 2 образуется прямоугольный внутренний паз для размещения испытуемого образца с испытуемой наплавкой в виде сварного соединения (например, полусферической или иной формы).
Рассмотрим устройство оправки для испытания на прочность сварного соединения в действии:
Берется плоский образец (произвольных габаритов, но не более чем габаритов, образованных пластинами 1 и 2 паза) с наплавкой (сварным соединением) и вставляется в прямоугольный паз оправки, образованный пластинами 1 и 2 таким образом, чтобы наплавка (сварное соединение) находилась в непосредственно образованном на пластине 2 полукруглом сегменте. Далее оправку закрепляют в неподвижной части пресса (например, марки ИП-6010.100.1). Далее проводят собственно испытания испытуемого образца, помещенного между пластинами 1 и 2. Надавливая подвижной частью пресса на испытуемый образец, выполняют визуальный контроль за усилием (по шкале пресса) и фиксируют его численное значение в момент наступления разрушения сварного соединения, которое испытывает реакционное воздействие пресса за счет упора в полукруглый вырезанный сегмент на пластине 2. При этом нагрузка распределяется равномерно на сварное соединение таким образом, что сама заготовка не может соскользнуть, что достигается за счет полукруглого вырезанного сегмента, выполняющего роль дополнительной опоры, а задняя стенка оправки (1) предотвращает поперечное смещение нагруженного образца, тем самым повышается точность измерений и надежность испытаний при разнородных нагрузках. Пластины 1 и 2 служат неподвижными направляющими, предотвращающими поперечные перемещения испытуемых образцов при испытании. Полукруглый сегмент в пластине 2 также препятствует смещениям образца, создает равномерную реакционную нагрузку на испытуемое сварное соединение.
По величине замеренного усилия делают вывод о качестве сварного соединения. Процесс испытания проводят со скоростью нагружения 2,0 мм/мин. Значение прочности при сдвиге, а также отношение площади наплавки должны отвечать требованиям 10.9.1.6 СТО Газпром 2-2.2-136-2007 «Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов». В тот момент, когда испытуемый образец испытывает критическую нагрузку, он разрушается, однако сама оправка остается невредимой, а образец для следующих испытаний заменяется на новый.
В случае удовлетворения указанным требованиям делают вывод о качественном сварном соединении, в противном случае изделие отбраковывается. Пластина 3, воспринимая всю нагрузку на оправку, равномерно распределяет ее по всей площади нижней грани, тем самым исключается возможность опрокидывания оправки вместе с испытуемым образцом.
Кроме указанных целей заявленное техническое решение обеспечивает возможность снижения трудоемкости выполнения операций по проверке надежности контакта, с возможностью повышения эффективности технологии испытаний в целом.