Оправка для испытания на прочность сварного соединения при сдвиге

Полезная модель относится к области испытаний на прочность сварного соединения при сдвиге, служит для удерживания образцов при выявлении прочности наплавки металла к пластине для определения прочностных свойств полученного соединения, применяемого для обеспечения контакта вывода провода электрохимической защиты для его соединения с газопроводом.
Из исследованного уровня техники выявлено большое количество технических решений, в том числе устройств, предназначенных для проведения испытаний сварных соединений.
Известен образец для оценки прочности сварных соединений, состоящий 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 [авторское свидетельство SU №1469295 автора Ерусалимского Ю.З., МПК G01N 3/04, дата приоритета 19.06.1987, опубл. 30.03.1989].
Недостатками известного образца 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, которые после испытания также приходят в негодность.
Известен образец для исследования прочностных характеристик сварных соединений, состоящий из двух пластин, соединенных между собой сварным швом и имеющих захватные участки, причем сварной шов выполнен под острым углом 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 полосы. При этом удерживающий элемент выполнен вместе с испытуемым образцом и неразъемен с ним [авторское свидетельство SU №1424469 авторов Егоршева А.В. и др., МПК G01N 3/32, дата приоритета 16.01.1987, опубл. 07.12.1991].
Недостатками известного образца 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.
Известен образец для сравнительных механических испытаний сварных нахлесточных соединений, состоящий 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 [авторское свидетельство SU №1660906 авторов Гиндина В.А. и др., МПК B23K 31/02, дата приоритета 21.07.1988, опубл. 07.07.1991].
Недостатками известного образца 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.
Известно устройство для закрепления образца при исследовании на прочность сварного соединения, 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 [патент DE №202006001678, МПК G01N 3/04, G01N 3/24, дата приоритета 01.02.2006, опубл. 13.04.2006].
Недостатками известного устройства является усложнение процесса испытания образца за счет наличия специальных креплений, что увеличивает время подготовки образца к испытаниям, а также приводит к особым требованиям к форме самого испытуемого образца. Также, возможно испытание только Т-образных образцов за счет прямоугольной формы пазов в пластинах и конструкции прямоугольных удерживающих пластин.
Известна оправка для испытания на прочность сварного соединения, состоящая из трех металлических прямоугольных пластин, жестко соединенных между собой, причем две боковые пластины установлены вертикально своими меньшими гранями по краям поверхности опорной третьей пластины, меньшей из них по размеру, с образованием между пластинами прямоугольного паза для размещения испытуемого образца, а в одной из боковых пластин, меньшей по высоте, чем другая боковая пластина, выполнен вырез в форме полукруглого сегмента. При этом между двумя пластинами образуется прямоугольный внутренний паз для размещения испытуемого образца с испытуемой наплавкой в виде сварного соединения [патент RU №166186 авторов Кантюкова P.P. и др., МПК B23K 37/00, G01N 3/04, дата приоритета 23.12.2015, опубл. 20.11.2016].
Недостатком известного устройства является то, что в случае качественной приварки испытуемой наплавки к образцу, в момент испытаний наплавка не разрушается и все приложенное усилие со стороны испытательной машины, например пресса, направляется на раздвигание боковых пластин оправки и вдавливание образца с наплавкой в пространство между боковыми пластинами, тем самым приводит к разрушению оправки.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению, выбранной заявителем в качестве прототипа, является оправка для испытания на прочность сварного соединения при сдвиге, содержащая три металлические прямоугольные пластины, жестко соединенные между собой, причем две боковые пластины установлены вертикально своими меньшими гранями по краям поверхности опорной третьей пластины, меньшей из них по размеру, с образованием между пластинами прямоугольного паза для размещения испытуемого образца, а на меньшей по высоте боковой прямоугольной пластине выполнен вырез в форме полукруглого сегмента, с каждой из двух боковых сторон боковых пластин жестко закреплены по одному усиливающему элементу, выполненному в виде пластины [патент RU №200113 автора Романова В.В., МПК B23K 37/00, G01N 3/04, дата приоритета 19.02.2020, опубл. 07.10.2020].
Недостатком прототипа является трудоемкость извлечения испытуемой наплавки (сварного соединения) в процессе испытаний образца в связи с тем, что в момент испытаний наплавка разрушается и попадает в пространство между боковыми пластинами.
Технической проблемой заявленной полезной модели является создание оправки с улучшенными характеристиками, позволяющими уменьшить трудоемкость извлечения испытуемой наплавки в процессе испытаний образца с сохранением повышенной надежности оправки при разнородных нагрузках на испытуемый образец.
Технический результат заключается в уменьшении трудоемкости извлечения испытуемой наплавки в процессе испытаний образца с сохранением повышенной надежности оправки при разнородных нагрузках на испытуемый образец.
Технический результат в оправке для испытания на прочность сварного соединения при сдвиге, содержащей три металлические прямоугольные пластины, жестко соединенные между собой, причем две боковые пластины установлены вертикально своими меньшими гранями по краям поверхности опорной третьей пластины, меньшей из них по размеру, с образованием между пластинами прямоугольного паза для размещения испытуемого образца, а на меньшей по высоте боковой прямоугольной пластине выполнен вырез в форме полукруглого сегмента, с каждой из двух боковых сторон боковых пластин жестко закреплены по одному усиливающему элементу, выполненному в виде пластины, достигается тем, что усиливающие элементы в виде пластины выполнены по высоте на 60-70% меньше высоты боковой пластины, имеющей вырез в форме полукруглого сегмента.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид оправки и вид сбоку (в сечении), на фиг. 2 представлен пример реализации.
Оправка для испытания на прочность сварного соединения при сдвиге состоит из трех металлических прямоугольных пластин 1, 2, 3 в форме прямоугольных параллелепипедов, жестко соединенных между собой. Пластина 1 представляет собой прямоугольный параллелепипед и является задней стенкой 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, являющейся опорой оправки. При этом пластина 1 и пластина 3 в месте соединения жестко соединены друг с другом, например сваркой. Пластина 2 нижней гранью опирается на верхнюю грань пластины 3, а место контакта пластин 2 и 3 жестко соединено, например сваркой. 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. С каждой из двух боковых сторон боковых пластин 1 и 2 оправки жестко закреплены, например сваркой, по одному усиливающему элементу 4 и 5, выполненному в виде пластины и по высоте на 60-70% меньше высоты боковой пластины 2, имеющей вырез в форме полукруглого сегмента. Усиливающие элементы 4 и 5 в виде пластин придают оправке повышенную прочность при разнородных нагрузках на испытуемый образец и повышают надежность оправки, а благодаря тому, что они выполнены по высоте на 60-70% меньше высоты боковой пластины 2, уменьшается трудоемкость извлечения испытуемой наплавки в процессе испытаний образца.
Таким образом, техническая проблема решена и технический результат достигнут.
В примере конкретной реализации усиливающие элементы 4 и 5 выполнены в виде металлических пластин, по высоте на 60-70% меньше высоты боковой пластины 2, а по ширине не превышают общей ширины боковой стороны боковых пластин 1 и 2 оправки.
Оправка для испытания на прочность сварного соединения при сдвиге работает следующим образом.
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 пластина 1, являющаяся задней стенкой оправки 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, а два усиливающих элемента 4 и 5, выполненных в виде пластин, жестко закрепленных с каждой из двух боковых сторон боковых пластин 1 и 2 оправки исключают в момент испытаний раздвигание боковых пластин 1 и 2 и вдавливание образца с наплавкой в пространство между боковыми пластинами 1 и 2, тем самым повышается прочность оправки и создается равномерная реакционная нагрузка 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 пункта 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 за счет двух усиливающих элементов 4 и 5, выполненных в виде пластин, жестко закрепленных с каждой из двух боковых сторон боковых пластин 1 и 2, остается невредимой, а образец для следующих испытаний заменяется новым. При этом перед испытанием следующего образца, благодаря тому, что усиливающие элементы 4 и 5 выполнены по высоте на 60-70% меньше высоты боковой пластины 2, уменьшается трудоемкость извлечения испытуемой наплавки, находящейся в пространстве между пластинами 1 и 2. 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.
В случае удовлетворения указанным требованиям делают вывод о качественном сварном соединении, в противном случае изделие отбраковывается.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения неизвестна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности полезной модели новизна.
Заявляемое техническое решение промышленно применимо, изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных подручных материалов и технологий и используется в лаборатории неразрушающего контроля и механических испытаний инженерно-технического центра ООО «Газпром трансгаз Казань».