УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МЕТАЛЛА СВАРНЫХ И БЕСШОВНЫХ ТРУБ
INSTALLATION FOR TESTING SAMPLES OF METAL WELDED AND SEAMLESS PIPES

Установка для испытаний образцов металла сварных и бесшовных труб относится к измерительной технике для промышленности и может быть применена для испытаний продольных и поперечных образцов основного металла труб, образцов со сварными швами, в том числе ремонтным сварным швом, для изучения свойств напыленных материалов, органических покрытий, для оценки сталей к сульфидному растрескиванию под напряжением.
Известны устройства для нагружения подобных образцов (оснастка) на 4-точечный изгиб для оценки сталей к сульфидному растрескиванию под напряжением, изложенные в международном стандарте, содержащие элемент нагружения в виде разомкнутой скобы, которые предназначены для испытаний образцов, в основном, из тонкостенных труб, при этом нагружение производится с использованием болта. Для испытаний полнотолщинных образцов из труб с большой толщиной стенки (например, толщина стенки 30,6 мм, 39,0 мм) подобная схема нагружения требует применения массивной оснастки. Учитывая, что оснастка совместно с нагруженным образцом помещается в испытательную емкость с коррозионно-активной средой, подобная схема испытаний трудно реализуема. (ISO 7539-2:1989 (ISO = the International Organization for Standartization), стандартная методика G 39-99 (2005) «подготовки и использования образцов в форме изогнутой балки для испытания на коррозию под напряжением пп. 1.1-1.7 и 6.2, 6.3» (Приложение 1).
Данная оснастка достаточно громоздка для погружения в агрессивную среду вместе с образцом. При нагружении образца изгибающими напряжениями трудно учесть величину деформации материала оснастки, и в местах контакта оснастки с образцом, что не обеспечивает точность нагружения при прогибе образца, не обеспечиваются равномерные напряжения в материале массивного образца в его центральной части.
Известно «Устройство для испытаний на изгиб листовой стали» по патенту RU 2327133, от 26.12.2006, опубликовано 20.06.2008. МПК G01N 3/00, содержащее горизонтальные прямоугольные плиты с изгибающими опорами и вертикальные направляющие колонны, нижнюю фундаментную и неподвижную плиту с двумя изгибающими опорами, выполненными с возможностью изменения расстояния между ними, верхнюю - подвижную с отверстиями для двух колонн, с резьбовым отверстием - гайкой для винта перемещения подвижной плиты, на которой размещена одна изгибающая опора, и эта плита содержит подшипники качения около отверстий для ее центрирования и движения вдоль колонн; расстояние "l" между изгибающими опорами на фундаментной плите изменяется в зависимости от толщины изгибаемой стали S и радиуса изгиба r и l=(2r+3S)±0,5S, мм.
Данная оснастка достаточно громоздка для погружения в агрессивную среду вместе с образцом.
Наиболее близким техническим решением является «Установка для оценки склонности металла труб к стресс-коррозии» по патенту RU 80237 от 07.08.2008, опубл. 27.01.2009, МПК G01N 3/08, содержащая силовую раму, снабженную ячейкой с агрессивной средой, и образец испытуемой трубы.
Для испытаний на данной установке применяют громоздкий образец, подводят коррозионную среду к образцу только к небольшой части его поверхности с одной стороны.
На данной установке невозможно обеспечить постоянный по величине уровень напряжений по длине образца и точность измерений процесса зарождения и развития трещин в металле труб и сварных соединениях в течение всего времени проведения испытаний.
Задача решена за счет установки для испытаний образцов металла сварных и бесшовных труб, содержащей силовую раму и испытуемый образец, размещенный симметрично на 4-точечный изгиб между двумя внутренними опорами и двумя наружными опорами, при этом силовая рама дополнена держателем, выполненным в виде неразъемного замкнутого по контуру корпуса, внутри которого симметрично, в выемках корпуса, размещены наружные цилиндрические опоры; цилиндрические внутренние опоры расположены в выемках снизу подвижной планки, принимающей нагрузку; верх планки по краям снабжен симметричными скосами, для перемещения между скосами и корпусом, клиньев, соединенных разъемно с регулировочными винтами; испытуемый образец выполнен со сварным швом, в том числе и с ремонтным сварным швом, располагающимся по центру образца; испытуемый образец выполнен в виде пластин прямоугольного сечения; испытуемый образец выполнен в виде изогнутого темплета размерами до 260×25×t мм, где размер t соответствует полной толщине стенки трубы от 5 мм до 50 мм; к подвижной планке сверху присоединены разъемно переводник с динамометром сжатия и домкрат.
Дополнение силовой рамы держателем, выполненным в виде неразъемного, замкнутого по контуру корпуса, и расположение внутри корпуса подвижной планки со скосами и цилиндрическими внутренними опорами в выемках, с прилегающими к планке, с возможностью перемещения, между скосами планки и корпусом держателя, клиньями, соединенными с регулировочными винтами, а также расположение наружных цилиндрических опор в выемках в корпусе не позволяет цилиндрическим опорам смещаться при нагружении образца, что позволяет более плавно и с высокой точностью нагружать испытуемый образец, закрепленный симметрично на 4-точечный изгиб, и уравнивать нагрузку между двумя внутренними опорами и двумя наружными опорами, зафиксированными в выемках, для повышения точности контроля начала процесса зарождения и развития трещин в металле труб и сварных соединениях в течение всего времени проведения испытаний.
Установка для испытаний образцов металла сварных и бесшовных труб изображена на чертежах, где на фиг. 1 - вид держателя с образцом, на фиг. 2 - силовая рама для нагружения.
На фиг. 1, 2 изображены: корпус держателя 1, образец 2, опоры наружные 3, опоры внутренние 4, винты 5, подвижный клин 6, подвижная планка 7, домкрат 8, динамометр сжатия 9, переводник 10, держатель с образцом 11, силовая рама 12, скосы 13,
Установка для испытаний образцов металла сварных и бесшовных труб выполнена следующим образом.
Корпус держателя выполнен в виде замкнутого контура овала неправильной формы, что позволяет закреплять в нем и нагружать массивные образцы, толщиной более 15 мм.
Внутри корпуса 1 держателя для 4-точечного нагружения на изгиб испытываемый образец 2, размещен симметрично между парой внутренних цилиндрических опор 4 и парой наружных цилиндрических опор 3.
Для точной фиксации пары нижних точек опоры образца, пара наружных цилиндрических опор 3 размещена в выемках корпуса держателя, в нижней дуге овала.
Для передачи нагрузки испытуемому образцу 2 при нагружении внутри корпуса 1 держателя над образцом 2 расположена подвижная планка 7, опирающаяся на пару внутренних опор 4, размещенных для точной фиксации пары верхних точек опоры образца в выемках нижней части подвижной планки 7, что обеспечивает точность нагружения при прогибе образца, и равномерные напряжения в материале массивного образца.
На подвижной планке 7 сверху по центру разъемно установлен переводник 10, предназначенный для передачи первоначального (максимального по величине) усилия от домкрата 8, снабженного динамометром 9, на подвижную планку 7.
Для обеспечения исключения смещения подвижных клиньев 6 по скосам планки 7 и сохранения точности нагружения образца 2, в процессе испытаний, подвижные клинья 6, после перемещения в нужное положение, при достижении расчетной определяемой геометрическими параметрами трубы, величины изогнутости (прогиба) образца (R) надежно фиксируют с помощью винтов 5 между планкой 7 и верхним овалом замкнутого контура держателя 1.
Для точного доведения прилагаемого усилия нагружения к испытуемому образцу 2 до расчетной величины (прогиба) и уравнивания между парой опор 4 усилия после основного нагружения домкратом 8 на верхней части подвижной планки 7 выполнены симметрично расположенные скосы, на которые установлены прилегающие к планке 7, с возможностью перемещения по скосам между планкой 7 и верхним овалом замкнутого контура держателя 1, подвижные клинья 6, соединенные с регулировочными винтами 5.
Скосы на подвижной планке 7 выполнены для передачи усилия на планку и уравнивания усилия между парой опор 4, при перемещении подвижных клиньев 6 между планкой 7 и верхним овалом замкнутого контура держателя 1, к центру планки, от винтов 5, и через внутренние опоры 4, на испытываемый образец 2, до достижения необходимого прогиба образца и его надежной фиксации, между планкой 7 и верхним овалом замкнутого контура держателя 1, на весь период испытаний.
Испытуемый образец 2, выполненный со сварным швом или с ремонтным сварным швом, располагающимся по центру образца, или в виде пластин прямоугольного сечения, или в виде изогнутого темплета размерами до 260×25×t мм, где размер t соответствует полной толщине стенки трубы от 5 мм до 50 мм, закреплен симметрично на 4-точечный изгиб между двумя внутренними опорами 4 и двумя наружными опорами 3.
Для контроля величины прогиба образца 2 устройство снабжено индикатором часового типа (на чертежах не показан).
Установку для испытаний образцов металла сварных и бесшовных труб используют следующим образом.
Образец 2 помещают между наружными 3 и внутренними 4 цилиндрическими опорами держателя 1. На подвижную планку 7 устанавливают переводник 10, через который домкратом 8, по динамометру сжатия 9, задают первоначальное (максимальное по величине) усилие нагружения на подвижную планку 7.
Точное доведение прилагаемого усилия до расчетной величины (прогиба) и его уравнивание производят поворотом левого и правого винтов 5, перемещая клинья 6 вдоль скосов подвижной планки 7 к ее центру, для передачи усилия от винтов 6 на планку 7, от планки 7 через внутренние опоры 4 на испытываемый образец 2.
Для обеспечения точности нагружения образцов 2 и исключения смещения клиньев 6 в процессе испытаний, клинья 6 после перемещения в нужное положение, при достижении расчетной величины (прогиба) фиксируют с помощью винтов 5.
Величина изогнутости образца (R) определяется геометрическими параметрами труб.
Держатель 11 с нагруженным и зафиксированным образцом 2 вынимают из силовой рамы 12 и погружают в агрессивную среду.
Установка пригодна для испытаний продольных и поперечных образцов основного металла труб, образцов со сварными швами, в том числе ремонтным сварным швом, для изучения свойств напыленных материалов, органических покрытий и т.п.
Технический результат заключается в увеличении точности определения (улавливания) начала процесса зарождения и развития коррозионных трещин в образцах металла бесшовных и электросварных труб, в том числе с большой толщиной стенки, за счет держателя, выполненного в виде неразъемного замкнутого по контуру корпуса, внутри которого симметрично, в выемках корпуса, размещены наружные цилиндрические опоры; внутренние цилиндрические опоры расположены в выемках снизу подвижной планки, принимающей нагрузку; верх планки по краям снабжен симметричными скосами, для перемещения между скосами и корпусом, клиньев, соединенных разъемно с регулировочными винтами, что обеспечивает точность нагружения образцов, уравнивание нагрузки между двумя внутренними опорами и двумя наружными опорами, исключает смещение клиньев и опор в держателе, и удерживает необходимый прогиб образца в течение базового времени проведения испытаний.