АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ОБРАЗЦОВ В ПРОЦЕССЕ ПРОВЕДЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ СВАРНЫХ ОБРАЗЦОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
AUTOMATED DEVICE TO COOL SAMPLES IN PROCESS OF LONG-TERM FATIGUE TESTING OF WELDED SAMPLES AT LOW TEMPERATURES

Изобретение относится к области судостроения (прочности конструкции корпусов судов) и касается вопросов обеспечения и повышения эксплуатационного ресурса судов арктического плавания, сварные конструкции которых находятся под воздействием циклических нагрузок и низких температур.
При проектировании указанных конструкций необходимо знание характеристик усталостной прочности в условиях низких температур (до -50°C), для чего необходимо проведение усталостных испытаний сварных соединений и узлов конструкций при низких температурах. При этом испытания должны проводиться на воздухе, так как конструкции, работающие при температурах в пределах от -40°C и ниже, очевидно, находятся вне воды, температура которой не может быть ниже 0°C.
Известно устройство для температурных испытаний (патент на полезную модель - RU 90902 U1, 09.02.2009), содержащее корпус, в котором размещены термокамера с нагревательными элементами, емкость с охлаждающей средой и испытуемые изделия на специальной подвеске. Это устройство позволяет подвергать испытуемые изделия воздействию высоких температур и охлаждению. Управление перемещением изделий из термокамеры в охлаждающую жидкую среду осуществляется с пульта управления, расположенного вне устройства. В этом устройстве приложение механических усилий к образцу не предусмотрено.
Известна также установка для усталостных испытаний при контролируемой температуре и влажности (патент FR 2738063 (A1), 28.02.1997), принятая в качестве прототипа, состоящая из герметичных камер, в каждой из которых размещается нагружающее устройство для испытаний на изгиб опытных образцов, и в которые подается поток жидкости заданной температуры.
Недостатком известного устройства является охлаждение образца в жидкой среде, что не позволяет проводить испытания сварных образцов в охлажденной воздушной среде при низких температурах, без воздействия жидкости, то есть в условиях, приближенных к натурным условиям арктического плавания судов.
Кроме того, это устройство не позволяет производить приложение к образцу растягивающей циклической нагрузки, так необходимой для получения усталостных характеристик в условиях растяжения, характерного для большинства высоконапряженных судовых конструкций.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение проведения усталостных испытаний сварных образцов при их циклическом растяжении в условиях, максимально приближенных к натурным, путем глубокого охлаждения испытуемых образцов в воздушной среде.
Это достигается тем, что у автоматизированного устройства для охлаждения образцов в процессе проведения длительных усталостных испытаний сварных образцов при низких температурах, включающего камеру, силовой блок для нагружения испытуемого образца, размещенного внутри корпуса камеры, источник охлаждающей среды со средством подачи последней в камеру и систему контроля температуры в камере, по изобретению корпус камеры разделен на два отсека перегородкой, имеющей зазоры в верхней и нижней частях камеры, в одном из которых размещен источник охлаждающей среды - хладоагент в виде твердой углекислоты, а другой предназначен для размещения испытуемого образца. При этом силовой блок для нагружения испытуемого образца выполнен в виде механизма, создающего растягивающее циклическое усилие на образец. Средство подачи охлаждающей среды в виде холодного воздуха из отсека с хладоагентом в отсек с испытуемым образцом выполнено в виде принудительного нагнетателя воздуха, размещенного в отсеке с хладоагентом, а система контроля температуры в отсеке камеры с образцом представляет собой размещенные в упомянутом отсеке датчики температуры, связанные с внешним управляющим компьютером, которым оснащено устройство.
При этом в качестве силового блока для нагружения испытуемого образца использована испытательная машина с пульсатором типа марки МУП-50.
Кроме того, в качестве принудительного нагнетателя холодного воздуха из отсека с твердой углекислотой для охлаждения испытуемого образца использован воздушный вентилятор.
Наряду с этим корпус камеры выполнен с теплоизоляцией.
Принятие в качестве источника охлаждающей среды - хладоагента в виде твердой углекислоты обеспечивает поддержание в течение длительного времени низкой температуры при проведении испытаний сварных образцов в условиях охлажденной воздушной среды.
Выполнение системы контроля температуры в отсеке камеры с испытуемым образцом в виде датчиков температуры, связанных с внешним управляющим компьютером, обеспечивает поддержание температуры испытаний образцов в заранее заданных пределах и мониторинг текущего значения температуры.
Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором схематически представлено предлагаемое устройство.
Автоматизированное устройство для охлаждения образцов в процессе проведения длительных усталостных испытаний сварных образцов при низких температурах воздуха включает камеру 1, корпус которой имеет теплоизоляцию и разделен на два отсека 2, 3 перегородкой 4, установленной с зазорами 5, 6 в верхней и в нижней частях камеры соответственно. Устройство имеет силовой блок 7 для нагружения циклическим усилием испытуемого образца 8, размещенного внутри отсека 2 камеры 1. В отсеке 3 камеры размещен источник охлаждающей среды - хладоагент в виде твердой углекислоты 9 и средство принудительной подачи 10 в камеру 2 охлажденного в камере 3 воздуха, который выполнен в виде воздушного вентилятора. Силовой блок 7 для нагружения испытуемого образца 8 растягивающим циклическим усилием выполнен в виде механизма, в качестве которого может быть использована испытательная машина с пульсатором типа марки МУП-50. Устройство оснащено системой контроля температуры в отсеке 2 камеры с образцом 8, представляющее собой размещенные в упомянутом отсеке 2 датчики температуры 11, связанные с внешним управляющим компьютером 12, с которым связан также и воздушный вентилятор 10.
Функционирование предлагаемого автоматизированного устройства для охлаждения образцов в процессе проведения длительных усталостных испытаний сварных образцов при низких температурах воздуха осуществляется следующим образом.
Перед монтажом устройства производится установка испытуемого образца 8 в захваты 13, 14 испытательной машины 7 и выполняются операции, связанные с центровкой образца 8 и подготовкой системы измерений (на рисунке не показаны), устанавливаемой на образце.
Устройство со снятой боковой стенкой (на рисунке не показана) рабочего испытательного отсека 2 устанавливается на неподвижном захвате 14 испытательной машины таким образом, чтобы образец 8 проходил через прорези 15 в верхней и 16 в нижней стенках корпуса.
Провода системы измерений, установленной на образце (на рисунке не показано), выводятся наружу через вывод 17 в стенке корпуса. Проводится контроль состояния системы управления температурным режимом.
В отсек охлаждения 3 помещается хладоагент 9 в виде твердой углекислоты с температурой порядка -70°C. Включается вентилятор 10 и проверяется циркуляция воздуха между отсеками 2 и 3 камеры 1.
Все отсеки камеры закрываются крышками (на рисунке не показаны), и включается охлаждение (вентилятор 10). В системе управления температурным режимом устанавливаются верхнее и нижнее отклонения от номинальной испытательной температуры.
После достижения номинального значения заданной температуры включается испытательная машина в соответствии с реализуемой программой испытаний.
В процессе испытаний управляющий компьютер 12 обеспечивает поддержание температуры в пределах заданного диапазона путем периодического включения и выключения вентилятора 10. Рабочий запас хладоагента 9 выбирается таким образом, чтобы обеспечить непрерывную работу в течение рабочей смены или в течение времени проведения более кратковременных испытаний.
Предлагаемое автоматизированное устройство для охлаждения образцов в процессе проведения длительных усталостных испытаний сварных образцов при низких температурах позволяет обеспечить проведение усталостных испытаний сварных образцов при их циклическом растяжении в условиях, максимально приближенных к натурным, путем глубокого охлаждения испытуемых образцов в воздушной среде, что его выгодно отличает от прототипа.