Приспособление для коррозионных испытаний образцов

Полезная модель относится к области испытательной техники и может быть использована для проведения коррозионных испытаний стандартных цилиндрических образцов на определение стойкости к коррозионному растрескиванию при высоком давлении и температуре. Технический результат предлагаемой полезной модели выражается в повышении точности заданной испытательной нагрузки на образец и в повышении достоверности результатов испытаний за счет одновременного испытания трех и более образцов в одном приспособлении. Приспособление имеет цилиндрический корпус держателя с центральным отверстием и с четырьмя рабочими полостями, расположенными с внешней стороны корпуса. Корпус имеет высоту, меньшую, чем общая длина образца на величину, составляющую две высоты цилиндрической части головки образца, и выполнен с толщиной стенки, превышающей диаметр головки образца. Рабочие полости, служащие для размещения образцов и поступления испытательной среды, выполнены в виде продольных проточек, имеющих радиальную глубину, равную, по меньшей мере, диаметру головки образца, и ширину в своей верхней и нижней частях, меньшую, чем диаметр головки образца. Приспособление имеет резьбовые гайки, навинченные на обе головки образца и служащие для создания и фиксации испытательной нагрузки на образец. По сравнению с прототипом предлагаемое приспособление обеспечивает возможность получения более точных результатов испытания, имеет более компактную конструкцию, малую металлоемкость, характеризуется удобством использования, наличием простых элементов конструкции, не требующих высокой техники исполнения.

Полезная модель относится к области испытательной техники и может быть использована для проведения коррозионных испытаний материала, а именно испытаний стандартных цилиндрических образцов на определение стойкости к коррозионному растрескиванию при высоком давлении и температуре. Приспособление относится к погружному типу и может размещаться непосредственно в агрессивной среде, преимущественно в автоклаве или в трубопроводе.

Известно приспособление для нагружения и коррозионных испытаний образцов по типу рычага (ГОСТ 9.901.2-89 «Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Испытания на коррозионное растрескивание образцов в виде изогнутого бруса», Государственный комитет СССР по управлению качествам продукции и стандартам, г. МОСКВА, ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ, 1990 г. (пункт 3.4.1.7, чертеж 1e), содержащее два рычага с пазами для установки образца, нагрузка на который фиксируется винтом.

Известное приспособление используется для испытаний на стойкость к коррозионному растрескиванию плоских образцов, нагружаемых с помощью изгиба. Недостатком данного приспособления является то, что при нагружении изгибом появляются неравномерные напряжения по сечению нагруженного образца. При затяжке винта, на внешней стороне образца образуются максимальные растягивающие напряжения, а на внутренней стороне образца - сжимающие напряжения. Поэтому невозможно создать на образце точную величину его нагружения. В связи с этим снижается достоверность результатов испытаний. К тому же при использовании известного приспособления сложно производить расчет значения эквивалентных напряжений, так как они имеют разные значения по сечению образца.

В качестве прототипа принято приспособление для нагружения и коррозионного испытания образцов (РТМ 26-01-45-71 «Методы испытаний склонности к коррозионному растрескиванию углеродистых и низколегированных сталей», опубликовано 01.01.1971 г., пункт 2.2.2., черт. 3), содержащее корпус держателя с верхним и нижним центральными отверстиями, с боковыми сквозными окнами и с расположенной внутри корпуса рабочей полостью для размещения стандартного цилиндрического образца и поступления испытательной среды, резьбовой зажим с верхним отверстием-гнездом для помещения головки и галтелей стандартного цилиндрического образца с вкладышем для ее удержания в отверстии-гнезде. Резьбовой зажим вставляется внутрь корпуса держателя через боковые окна и нагружается при помощи резьбовой гайки, навинченной на резьбу зажима и опирающейся на верхнюю часть корпуса держателя. В нижней части корпуса держателя также имеется отверстие-гнездо для помещения головки образца с галтелью и с вкладышем. Верхнее и нижнее гнезда имеют конические сужения для галтелей верхней и нижней головки образца, который помещается в рабочую полость, расположенную внутри корпуса держателя, и устанавливается в держателе с помощью вкладышей, удерживающих головки образца в верхнем и нижнем гнездах держателя.

Известное приспособление используется для испытания стандартных цилиндрических образцов на стойкость к коррозионному растрескиванию. За счет равномерной нагрузки на образец эквивалентные растягивающие напряжения по всему сечению образца имеют одинаковую величину. При затяжке резьбовой гайки растягивающие усилия передаются от резьбового зажима к образцу, и таким образом фиксируется нагрузка на образец.

Прототип имеет следующие недостатки:

1. Большие осевые размеры корпуса держателя, превышающие длину стандартного образца почти в два раза, а также неэффективное использование его поперечных размеров. Известное приспособление позволяет разместить в корпусе только один стандартный образец и не позволяет разместить в нем несколько стандартных образцов в идентичных испытательных условиях. При размещении нескольких известных приспособлений в испытательных условиях образцы будут находиться на разных расстояниях от места испытания, т.е. располагаться последовательно друг за другом (конструкция корпуса не позволяет располагать их компактно в трубопроводе). Наличие кармана термопары, проходящей через центр в автоклаве, также не позволит это сделать. К тому же при указанном расположении образцов увеличивается вероятность их нахождения в условиях разных температур среды по длине трубопровода или автоклава, что может обусловить разную скорости коррозионных процессов и, как следствие, снизить степень достоверности результатов коррозионных испытаний образцов. При промышленных испытаниях известное приспособление крепится обычно с помощью проволоки, и существует вероятность его отрыва и уноса потоком рабочей среды.

2. Сложность и неудобство установки образца в корпусе держателя и его извлечения из него.

3. Невозможность использования разрывной машины для задания точной величины напряжения в образце, так как он расположен внутри корпуса держателя, что препятствует установке в держатель предварительно нагруженного образца.

4. Сниженная точность заданной нагрузки на образец. В известном приспособлении имеется шесть мест сопряжения его деталей: вкладыш-образец (нижняя часть), вкладыш-держатель (нижняя часть), вкладыш-образец (верхняя часть), вкладыш-верхняя часть держателя, резьбовой зажим-гайка, корпус-гайка, что снижает точность задания напряжений в образце через изменение усилия затяжки резьбовой гайки в связи с большой суммарной податливостью всех указанных сопряженных элементов.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности заданной испытательной нагрузки на образец и повышение достоверности результатов испытания, а также обеспечение компактности приспособления и удобства его использования

Поставленная задача решается тем, что предлагаемое приспособление для коррозионных испытаний образцов, содержащее корпус держателя с центральным отверстием, рабочую полость для размещения образца и поступления испытательной среды, верхнее и нижнее гнезда для помещения галтелей головок образца, резьбовую гайку для фиксации испытательной нагрузки на образец, согласно полезной модели, корпус держателя имеет высоту, меньшую, чем общая длина образца на величину, составляющую две высоты цилиндрической части головки образца, и выполнен с толщиной стенки, превышающей диаметр головки образца, рабочая полость для размещения образца и поступления испытательной среды расположена с внешней стороны корпуса держателя и выполнена в стенке упомянутого корпуса в виде продольной проточки, имеющей глубину, равную, по меньшей мере, диаметру головки образца, и ширину в своей верхней и нижней частях, меньшую, чем диаметр головки образца, а резьбовая гайка имеет возможность установки на цилиндрической части головки образца, имеющей ответную винтовую резьбу, при этом в корпусе держателя выполнено, по меньшей мере, три рабочих полости для размещения образцов и поступления испытательной среды.

Корпус держателя может иметь цилиндрическую форму или форму параллелепипеда.

Продольная проточка может иметь расширение в своей средней части для увеличения объема испытательной среды, контактирующей с образцом.

Технический результат предлагаемой полезной модели выражается в повышении точности заданной испытательной нагрузки на образец за счет возможности использования для этого разрывной машины, а также в повышении достоверности результатов испытаний за счет одновременного испытания нескольких образцов (трех и более) в идентичных условиях агрессивной среды и в одинаковом объеме испытательного пространства.

Конструкция полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показано расположение в автоклаве двух предлагаемых приспособлений с предварительно нагруженными образцами для испытаний; на фиг. 2 - осевое сечение приспособления с установленными в держателе образцами для испытаний; на фиг.3 - аксонометрическая проекция корпуса держателя, имеющего цилиндрическую форму, без образцов для испытаний.

Приспособление для коррозионных испытаний образцов постоянными осевыми нагрузками содержит корпус 1 держателя, имеющий цилиндрическую форму, с рабочей полостью 2 для размещения стандартного цилиндрического образца 3 и для поступления испытательной среды. Рабочая полость 2 имеет нижнее и верхнее гнезда 4 для помещения галтелей головок 5 образца 3. Гнезда 4 служат в качестве радиальных направляющих для головок 5 при установке образца 3 в рабочую полость 2. Галтель (на чертежах не обозначена) - это переходная часть головки 5 от большего к меньшему диаметру образца 3, имеющая радиус скругления - 15 мм. Общая длина стандартного цилиндрического образца 3 составляет 85 мм. Длина его рабочей части - 30 мм, диаметр головки - 8 мм, высота цилиндрической части головки 5 составляет 12,5 мм. На цилиндрической части головок 5 выполнена винтовая резьба. Корпус 1 держателя может иметь форму параллелепипеда (на чертежах не показан). Корпус 1 имеет высоту L, меньшую, чем общая длина образца 3 на величину, составляющую две высоты цилиндрической части головки 5 образца 3. Корпус 1 выполнен с толщиной стенки b, превышающей диаметр головки 5 образца 3. Рабочая полость 2 для размещения образца 3 и поступления испытательной среды расположена с внешней стороны корпуса 1 и выполнена в стенке корпуса 1 в виде продольной проточки, имеющей глубину h, равную, по меньшей мере, диаметру головки 5 образца 3, и ширину в своей верхней и нижней частях, меньшую, чем диаметр головки 5 образца 3. Продольная проточка может иметь расширение в своей средней части для увеличения объема испытательной среды, контактирующей с рабочей частью образца 3. Корпус 1 держателя имеет, по меньшей мере, три рабочих полости 2 для размещения образцов 3 и поступления испытательной среды. Корпус 1 имеет центральное осевое отверстие 6 для обеспечения возможности установки приспособления на трубке 7 термопары, расположенной внутри автоклава 8 (фиг. 1) или внутри трубопровода (на чертежах не показано). На винтовой резьбе головок 5 навинчены резьбовые гайки 9 для фиксации нагрузки на образец 3.

Предлагаемое приспособление работает следующим образом.

Для проведения испытаний используются стандартные цилиндрические образцы 3 по СТО 2-5.1-148-2007, NACE ТМ 0177 и др. с резьбовой головкой 5. Гайки 9 для фиксации образцов 3 изготавливаются из того же материала что и образцы 3 для уменьшения отрицательного влияния температуры (термическое расширение) и для уменьшения влияния на них возможной электрохимической коррозии. Место контакта гайки 9 с корпусом 1 держателя в случае испытания в электролитах обрабатывается герметиком или лаком. На резьбу головок 5 образцов 3 навинчивают гайки 9 таким образом, чтобы резьбовые концы головок 5 оставались свободными на 2-3 витка резьбы, что является достаточным для установки образцов 3 в держатели разрывной машины (на чертежах не показано). На разрывной машине образцу 3 с навинченными на обе головки 5 гайками 9 задают необходимое осевое растягивающее усилие. Затем корпус 1 держателя заводят свободной рабочей полостью 2 на образец 3, закрепленный на разрывной машине (на чертежах не показано) так, чтобы образец 3 вошел в рабочую полость 2 на глубину h. При этом гнезда 4 позволяют галтелям головок 5 свободно проходить в радиальном направлении в продольную проточку рабочей полости 2 и обеспечивают правильное (симметричное) расположение головок 5 над торцевыми поверхностями корпуса 1. После этого гайки 9 подтягивают на головках 5 образца 3 до упора с торцевыми поверхностями корпуса 1 держателя. Затем либо рассчитывают податливость гайки 9 и задают с помощью разрывной машины на образце 3 дополнительное усилие, компенсирующее эту податливость после снятия нагрузки, либо гайки 9 доворачивают на четверть оборота для придания незначительного дополнительного усилия затяжки. После чего нагрузку на разрывной машине снимают, и образец 3 освобождают из держателей разрывной машины. Описанный цикл повторяют для нагружения очередного образца 3.

Процесс нагружения образцов 3 можно осуществлять и вручную с помощью создания на гайках 9, навинченных на обе головки 5 образца 3, помещенного в рабочую полость 2 корпуса 1 жержателя, дозированного усилия затяжки специальным инструментом.

Размещение предлагаемого приспособления внутри трубопровода или автоклава осуществляется путем закрепления корпуса 1 на трубке 7 термопары, введенной через штуцер в трубопровод (на чертежах не показано) или через фланцевое соединение - в автоклав 8 (фиг. 1). Предлагаемое приспособление может насаживаться на карман термопары и крепиться с помощью шайбы с винтом (на чертежах не показано), что обеспечивает его жесткую фиксацию.

Предлагаемое приспособление в отличие от прототипа имеет всего три места механического контакта: образец-держатель, гайка-образец и гайка-держатель, что позволяет повысить точность задания нагрузки на образец 3 за счет значительного сокращения величины суммарной податливости его деталей.

Кроме того предлагаемое приспособление позволяет проводить испытания одновременно трех образцов 3, находящихся в идентичных испытательных условиях, что повышает достоверность результатов испытаний при одинаковых с прототипом объеме и размере испытательного пространства. Например, при общей длине испытательного пространства, равной 150 мм, и его диаметре 45 мм можно провести испытания при использовании прототипа - только одного образца 3, а при одновременном использовании в этих же условиях двух предлагаемых приспособлений - восемь образцов 3. Необходимость экономии места при автоклавных испытаниях обусловлена небольшим объемом автоклавов, а при промышленных испытаниях - ограничением по допустимым размерам врезки в аппарат или трубопровод. Согласно нормативным требованиям, для испытания в одинаковых условиях должно быть использовано одновременно не менее трех образцов 3, чтобы обеспечить возможность сравнения результатов испытания. Именно этим требованиям и отвечает конструкция предлагаемого приспособления.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое приспособление обеспечивает возможность получения более точных результатов испытания, имеет более компактную конструкцию, малую металлоемкость, характеризуется удобством использования, наличием простых элементов конструкции, не требующих высокой техники исполнения.

1. Приспособление для коррозионных испытаний образцов, содержащее корпус держателя с центральным отверстием, рабочую полость для размещения образца и поступления испытательной среды, верхнее и нижнее гнёзда для помещения галтелей головок образца, резьбовую гайку для фиксации испытательной нагрузки на образец, отличающееся тем, что корпус держателя имеет высоту, меньшую, чем общая длина образца, на величину, составляющую две высоты цилиндрической части головки образца, и выполнен с толщиной стенки, превышающей диаметр головки образца, рабочая полость для размещения образца и поступления испытательной среды расположена с внешней стороны корпуса держателя и выполнена в стенке упомянутого корпуса в виде продольной проточки, имеющей глубину, равную, по меньшей мере, диаметру головки образца, и ширину в своей верхней и нижней частях, меньшую, чем диаметр головки образца, а резьбовая гайка имеет возможность установки на цилиндрической части головки образца, имеющей ответную винтовую резьбу, при этом в корпусе держателя выполнено, по меньшей мере, три рабочих полости для размещения образцов и поступления испытательной среды.

2. Приспособление по п. 1, отличающееся тем, что корпус держателя имеет цилиндрическую форму или форму параллелепипеда.

3. Приспособление по п. 1, отличающееся тем, что продольная проточка имеет расширение в своей средней части для увеличения объема испытательной среды, контактирующей с образцом.