ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛА ТРУБ НА УДАРНЫЙ ИЗГИБ

Полезная модель относится к области исследования прочностных свойств материалов, в частности, к образцу для испытания металла труб на ударный изгиб (ударную вязкость).
Возраст эксплуатируемых в настоящее время трубопроводов определяет необходимость регулярной оценки технического состояния их металла в процессе эксплуатации для обеспечения требуемого уровня надежности и безопасности трубопроводных систем.
Наиболее информативной характеристикой металла, отражающей с необходимой степенью чувствительности его комплексное состояние, является значение ударной вязкости металла, получаемое при испытании образцов металла на ударный изгиб.
Существует ГОСТ 9454-78 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах», согласно которому, образцы металла для испытаний на ударный изгиб представляют собой прямоугольные параллелепипеды, с установленным соотношением размеров граней. Также, посередине одной из длинных граней образца, перпендикулярно ее длинным сторонам, во всю ширину грани, наносится выточка, которая может иметь различную форму и размер.
Представленный образец используется в настоящее время для проведения испытаний на ударный изгиб металла, вырезанного из любых конструкций, в том числе и из труб.
Учитывая геометрические особенности труб, в частности криволинейность поверхности, вырезка из металла труб стандартных образцов, предусмотренных ГОСТ 9454-78, приводит к тому, что испытаниям на ударный изгиб подвергается металл центральной (по толщине) части стенки трубы.
В тоже время известно, что особенности изготовления и эксплуатации труб таковы, что все деградационные процессы происходят преимущественно в приповерхностных слоях их металла, которые вырезаются при подготовке стандартных испытательных образцов.
Таким образом, использование существующей конструкции образцов для проведения испытаний на ударный изгиб металла труб, определяет низкую достоверность получаемых результатов.
Задачей создания полезной модели является повышение достоверности результатов испытаний на ударный изгиб металла труб путем разработки конструкции испытательного образца, позволяющей сохранить в образце поверхностные, наиболее информативные слои металла труб, и в тоже время, приспособленной к существующему испытательному оборудованию и технологической оснастке.
Для этого образец выполнен в виде сегмента металла трубы, вырезаемого таким образом, что его длинные грани ориентированы перпендикулярно оси трубы, т.е. имеют криволинейную поверхность. Плоскость расположения коротких граней не принципиальна, для большего удобства рекомендуется расположение коротких граней по нормали к длинным. Размер вырезаемого сегмента определяется эксплуатационными характеристиками испытательных маятниковых копров. Для обеспечения возможности деформирования сегмента после удара по нему маятника, с учетом фиксированного расстояния между опорами в маятниковых копрах, длину сегмента в проекции рекомендуется выбирать равной 55±0,1 мм. Ширина сегмента выбирается исходя из энергии маятника в копре. Для удобства рекомендуется унифицировать ширину сегментов и принять ее равной 10±0,1 мм. Толщина сегмента со ответствует толщине трубы, из которой он вырезается.
Посередине грани сегмента, соответствующей внутренней поверхности трубы, в направлении перпендикулярном длинным сторонам грани, во всю ширину грани, наносится выточка, в центр которой при испытаниях будет наносится удар ножа маятника. Угол при вершине выточки должен быть таким, чтобы при испытаниях деформированный образец не задевал боковые грани ножа маятникого копра (рекомендуется выбирать угол более 120°), а радиус острия выточки должен быть более радиуса при вершине ножа маятника (более 3 мм).
Глубина выточки выбирается исходя из толщины образца, таким образом, чтобы обеспечить необходимую «эффективную» толщину образца, т.е. толщину образца в зоне максимального углубления выточки.
«Эффективную» толщину образца рекомендуется выбирать постоянной для каждого диаметра трубы. Кроме того, «эффективная» толщина образца должна быть достаточной для того, чтобы значение работы удара применяемого маятникого копра составляло не менее 10% от номинального значения потенциальной энергии маятника.
Благодаря представленной конструкции образца, при его испытании на ударный изгиб на стандартном маятниковом копре, максимальная пластическая деформация растяжения будет сосредоточена на поверхности его выпуклой грани, которая соответствует наружной поверхности трубы. В результате, получаемые значения ударной вязкости металла при использовании описанной конструкции образцов, будут максимально чувствительны к состоянию поверхностных слоев металла труб.
На фиг. 1 представлена конструкция образца для испытания на ударный изгиб металла труб.
На фиг. 2 представлена схема нагружения для испытания на ударный изгиб металла труб.
Пример
в
т
Из трубы (сталь 17Г1С-У, ТУ 14-3-602-77, ⌀1220 мм, δ=11 мм, σ=510 МПа, σ=363 МПа) был вырезан вдоль оси трубы темплет размером 70×100 мм.
Из вырезанного темплета была изготовлена серия заготовок образцов для испытания на ударную вязкость размером 55×10 мм в количестве 9 шт.Заготовки вырезались таким образом, что длинная сторона заготовок была ориентирована в кольцевом направлении трубы.
Затем, посередине граней заготовок, соответствующим внутренней поверхности трубы, в направлении перпендикулярном длинным сторонам граней, во всю ширину граней, наносились выточки. Угол при вершине выточек составлял 150°, радиус острия выточек с оставлял 4 мм. Глубина выточек составляла 4 мм, т.е. «эффективная» толщина образцов составляла 7 мм.
Подготовленные образцы были испытаны на маятниковом копре ИО 5003-0,3-10 с потенциальной энергией маятника 150 Дж, при температурах +20°C, 0°C, -20°C. Скорость движения маятника при ударе составляла 5 м/с.
Проведенные испытания показали, что описанная конструкция образцов может корректно испытываться на стандартных маятниковых копрах. Максимальная деформация образцов происходит в прогнозируемой области - на выпуклой грани, в зоне максимального утонения образца. Деформирование и разрушение образцов не повреждает нож маятникого копра.
Таким образом, применяя описанную конструкцию образца для проведения испытаний на ударный изгиб металла труб, можно при использовании существующего испытательного оборудования и оснастки получать существенно более достоверные результаты.