CZ22301U1 - Zařízení pro provádění creepových zkoušek kovových materiálů - Google Patents

Description

Zařízení pro provádění creepových zkoušek kovových materiálů

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro provádění creepových zkoušek kovových materiálů, zejména oceli, prováděných při zvýšené teplotě na miniaturizovaných zkušebních vzorcích.

Dosavadní stav techniky

Pro provádění klasických creepových zkoušek resp. zkoušek na zjištění meze tečení materiálů, jsou zpravidla používány zkušební vzorky v podobě zkušební tyče kruhového průřezu, opatřené pro upnutí do zátěžového mechanismu závitovými hlavami. Samotná zkouška pak spočívá v dlouhodobé expozici této zkušební tyče na vysoké teplotě za současného působení zpravidla ío tahového napětí. Zkouška je vedena až do přetržení zkušební tyče, přičemž může nebo nemusí být registrován rozvoj deformace v čase.

Pracoviště pro provádění creepových zkoušek obvykle sestávají z vlastního zkušebního zařízení a z pracovního stolu s řídicím a vyhodnocovacím počítačem, dále ze záložního zdroje UPS, měřicích přístrojů a řídicího softwaru. Samotné zkušební zařízení se skládá z nosného rámu, na kte15 rém je instalována pícka, v níž je umístěn zkoušený vzorek. Zatížení vzorku je provedeno sadou závaží, jejichž hmotnost je přenášena na zkoušený vzorek. Skutečné zatížení je měřeno tenzometrickým snímačem a hodnoty zatížení jsou k dispozici v počítači.

Při hodnocení zbytkové životnosti hlavně energetických zařízení je však pro tyto účely nezbytné odebrat dostatečně veliký kus exponovaného materiálu a místo odběru následně opravovat. Proto je snaha zkušební vzorky co nejvíce miniaturizovat a minimalizovat tak zásah do integrity dané součásti s cílem se zcela vyhnout následným opravám, což by představovalo přinejmenším značnou ekonomickou úsporu, spočívající zejména v absenci opravných svarů a následného tepelného zpracování.

Samotné creepové zkoušky malých vzorků přitom představují důležitou a jedinečnou materiálo25 vou zkoušku při hodnocení zbytkové životnosti právě v případech, kdy je materiál exponován v oblasti s převládající creepovou deformací a kdy je tato zkouška pro zpřesnění prováděných odhadů nezbytná a má také největší vypovídací schopnost.

Dosud však nejsou creepové stroje resp. zařízení pro provádění creepových zkoušek malých vzorků sériově nikde vyráběny, výzkumná pracoviště a laboratoře si je vyrábějí adaptací klasic30 kých creepových strojů, což je značně neefektivní a mnohdy i nedostatečné z hlediska nutnosti správného provedení zkoušky a dosažení přesných výsledků.

Podstata technického řešení

Tyto nevýhody dosavadního stavu techniky jsou odstraněny zařízením pro provádění creepových zkoušek kovových materiálů, zejména oceli, prováděných při zvýšené teplotě na miniaturizova35 ných zkušebních vzorcích, podle předkládaného technického řešení. Toto zařízení sestává jako dosud existující obdobná zařízení z nosného rámu s píckou pro ohřev zkušebního vzorku a ze soustavy závaží pro vyvození napěťového zatížení tohoto zkušebního vzorku, přičemž pod soustavou závaží je uspořádán její zvedací mechanismus s poháněcím ústrojím pro přesné nastavení polohy zvedacího mechanismu a umožnění proměnlivé rychlosti zatěžování zkušebního vzorku z klidového stavu na požadované zatížení, a to bez jakýchkoli rázů. Podstata technického řešení přitom spočívá v tom, že v nosném rámuje pod píckou upevněn příčník s polohovacím trnem pro ustavení zkušebního vzorku ve vnitřním prostoru pícky, přičemž zkušební vzorek je uložen ve zkušebním pouzdru s přímým přenosem zatěžovací síly (F) od soustavy závaží na zkušební vzorek prostřednictvím zatěžovací vidlice, opatřené nad píckou horním táhlem s ramenem snímače pro kontinuální měření deformace, upevněným pomocí držáku v nosném rámu.

- 1 CZ 22301 Ul

Podstata technického řešení spočívá rovněž v tom, že zkušební pouzdro s výhodou sestává z opěrné matice se spodním fixačním šroubem, v němž je shora vytvořena opěrná matrice pro uložení zkušebního vzorku. V opěmé matici je pak uspořádáno přítlačné pouzdro zkušebního vzorku do této opěmé matrice, přičemž přítlačným pouzdrem shora opěmé matice prochází tlačný tm penetrační kuličky, vtlačované zatěžovací vidlicí přes tlačný tm v průběhu zkoušky do materiálu zkušebního vzorku.

Podstata technického řešení spočívá dále i v tom, že pro umožnění provádění creepových zkoušek v ochranné atmosféře, obvykle v argonu, je polohovací tm zkušebního pouzdra, jakož i spodní fixační šroub a opěrná matrice ve zkušebním pouzdru, opatřen alespoň jedním průchozím kanálem pro přívod ochranné atmosféry do prostoru zkušebního vzorku a tlačný tm alespoň jednou průchozí drážkou pro odvádění ochranné atmosféry z prostoru zkušebního vzorku do prostoru zatěžovací vidlice. Samozřejmě však zařízení podle technického řešení umožňuje provádění creepových zkoušek i bez přívodu ochranné atmosféry, tj. na vzduchu, v tomto případě však zejména vzhledem k malé velikosti zkušebních vzorků jsou výsledky nevyhnutelně ovlivněny vysokoteplotní oxidací vzorků během zkoušení.

Právě však provádění creepových zkoušek na velmi malých zkušebních vzorcích, například v podobě tenkého kruhového disku o průměru 8 mm a tloušťce 0,5 mm, je největší předností zařízení podle tohoto technického řešení. Zařízení je samozřejmě dále vybaveno tenzometrickým snímačem pro měření skutečného zatížení a hodnoty zatížení jsou pak k dispozici v počítači.

Teplota na zkoušeném vzorku v průběhu zkoušky je snímána samostatným termočlánkem a měřicí ústřednou. Optický signalizační sloupek umístěný na rozvaděči řízení upozorňuje obsluhu na stavy stroje a na probíhající zkoušku a akustická signalizace upozorní obsluhu na případné závažné poruchy. Uložení zkušebního vzorku ve zkušebním pouzdru spolu s vysoce teplotně odolným materiálem penetrační kuličky, zhotovené obvykle z keramiky, jejím přesným tvarem a povrchem, daným výrobními tolerancemi, jakož i přímý přenos zatěžovací síly od soustavy závaží na zkušební vzorek prostřednictvím zatěžovací vidlice a tlačného tmu penetrační kuličky na rozdíl od dosud používaných přenosů zatěžovací síly například pomocí různých pákových systémů, zajišťuje výbornou přesnost a opakovatelnost naměřených výsledků a zároveň vysokou životnost celého zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále blíže objasněno pomocí výkresů příkladného provedení zařízení pro provádění creepových zkoušek podle technického řešení, kde znázorňuje:

Obr. 1 - sestavu celého zařízení v nárysu,

Obr. 2 - zkušební pouzdro se zkušebním vzorkem a zatěžovací vidlicí,

Obr. 3 - detail měření deformace zkušebního vzorku.

Příklad provedeni technického řešení

Zařízení pro provádění creepových zkoušek kovových materiálů, zejména oceli, prováděných pri zvýšené teplotě na miniaturizovaných zkušebních vzorcích a v ochranné atmosféře argonu, sestává v zobrazeném příkladném provedení, jak patrno z obr. 1, z nosného rámu 1 s odporovou píckou 2 pro ohřev zkušebního vzorku 3 a ze soustavy závaží 4 pro vyvození napěťového zatížení tohoto zkušebního vzorku 3. Pod soustavou závaží 4 je uspořádán její zvedací mechanismus 5 s již blíže neoznačenými koncovými spínači jištění polohy a s poháněcím ústrojím 6 pro přesné nastavení polohy zvedacího mechanismu 5 a umožnění proměnlivé rychlosti bezrázového zatěžování zkušebního vzorku 3 z klidového stavu na požadované zatížení, tvořený v tomto případě šroubovým zvedákem a šnekovou převodovkou s elektromotorem a řetězovým kolem. V nosném rámu i je pod píckou 2 upevněn příčník 7 se závěsnými táhly 19 a vedením závěsu tenzometru 27, opatřený polohovacím trnem 8 pro ustavení zkušebního vzorku 3 ve vnitřním prostoru pícky

-2 CZ 22301 Ul

2. Nosný rám I je uspořádán na podstavci 29 a je opatřen rozvaděčem 26 a centrálním přívodem 28 argonu.

Jak je patrno z obr. 1 a dále pak z obr. 2, je zkušební vzorek 3 uložen ve zkušebním pouzdru 10 s přímým přenosem zatěžovací síly (F) od soustavy závaží 4 na zkušební vzorek 3 prostřednictvím zatěžovací vidlice 9, opatřené nad píckou 2 horním táhlem 20 s ramenem 23 snímače 24 deformace, upevněným pomocí držáku 25 v nosném rámu i. Horní táhlo 20 je se zatěžovací vidlicí 9 spojeno jejím uzavíracím závěsem 22,

Jak je pak z obr. 2 dále patrno, sestává zkušební pouzdro 10 z opěrné matice H se spodním fixačním šroubem 12, v němž je shora vytvořena opěrná matrice 13 pro uložení zkušebního io vzorku 3, přičemž v opěrné matici 11 je uspořádáno jeho přítlačné pouzdro 14. Přítlačným pouzdrem 14 shora opěmé matice H prochází tlačný tm 15 penetrační kuličky 16, vtlaěované v průběhu zkoušky zatěžovací vidlicí 9 resp. jejím uzavíracím závěsem 22 přes tlačný tm 15 do materiálu zkušebního vzorku 3. Mezi vnitřním osazením opěmé matice U a horním čelem přítlačného pouzdra 14 je umístěna podložka 21, určená zejména pro kompenzaci rozdílů v teplotní roztaži5 nosti mezi přítlačným pouzdrem 14 a opěrnou maticí H v zájmu rozebíratelnosti celé sestavy zkušebního pouzdra 10 po provedení zkoušky.

Jak je rovněž patrno z obr. 2, je polohovací tm 8 zkušebního pouzdra 10, jakož i spodní fixační šroub 12 a opěrná matrice 13 ve zkušebním pouzdru 10 opatřen průchozími kanály 17 pro přívod ochranné atmosféry do prostoru zkušebního vzorku 3 a tlačný tm 15 průchozími drážkami 18 pro odvádění ochranné atmosféry z prostoru zkušebního vzorku 3 do prostoru zatěžovací vidlice 9.

Před započetím zkoušky se zkušební vzorek 3 umístí do zkušebního pouzdra W, které se pak vloží do zatěžovací vidlice 9 a tato se shora uzavře uzavíracím závěsem 22 na horním táhle 20. Celá tato sestava se vsune do pícky 2 a usadí se na polohovací tm 8, umístěný na příčníku 7. Do polohovacího tmu 8 je přiveden ochranný plyn - argon, který je průchozími kanály 17 rozváděn kolem zkušebního vzorku 3, čímž se zabraňuje jeho oxidaci. Ke spodní ěásti zátěžové vidlice 9 se připevní soustava závaží 4, kterými se nastavuje zatížení zkoušky. Takto sestavený zkušební řetězec je připraven ke zkoušení, které je plně softwarově řízeno. Po ohřevu na zkušební teplotu, která je snímána již blíže nenaznačeným termočlánkem, umístěným v polohovacím tmu 8 co nejblíže zkušebnímu vzorku 3, je stroj automaticky zatížen posuvem zvedacího mechanismu 5, který garantuje dosazení plného zatížení v čase do 1 sekundy a bez rázu. Během zkoušení je softwarově zaznamenávána a ukládána doba zkoušení, velikost zatížení, průtok ochranného plynu, prodloužení a zkušební teplota. Doba zkoušení a prodloužení (deformace) vzorku je kontinuálně zaznamenávána a zobrazena v grafické podobě.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro provádění creepových zkoušek podle tohoto technického řešení je vedle ocelí vhodné k provádění těchto zkoušek již běžně známými metodami i u ostatních kovů a slitin, přičemž je způsobilé pro použití v systémech jakosti dle ISO 9001:2009.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro provádění creepových zkoušek kovových materiálů, zejména oceli, provádě40 ných při zvýšené teplotě na miniaturizovaných zkušebních vzorcích, sestávající z nosného rámu (1) s píckou (2) pro ohřev zkušebního vzorku (3) a ze soustavy závaží (4) pro vyvození napěťového zatížení tohoto zkušebního vzorku (3), pod kterou je uspořádán její zvedací mechanismus (5) s poháněcím ústrojím (6) pro přesné nastavení polohy zvedacího mechanismu (5) a umožnění proměnlivé rychlosti bezrázového zatěžování zkušebního vzorku (3) z klidového stavu na poža45 dováné zatížení, vyznačující se tím, že v nosném rámu (1) je pod píckou (2) upevněn

   -3 CZ 22301 Ul příčník (7) s polohovacím trnem (8) pro ustavení zkušebního vzorku (3) ve vnitrním prostoru pícky (2), přičemž zkušební vzorek (3) je uložen ve zkušebním pouzdru (10) s přímým přenosem zatěžovací síly (F) od soustavy závaží (4) na zkušební vzorek (3) prostřednictvím zatěžovací vidlice (9), opatřené nad píckou (2) horním táhlem (20) s ramenem (23) snímače (24) deformace, upevněným pomocí držáku (25) v nosném rámu (1).
2. 2. Zařízení pro provádění creepových zkoušek podle nároku 1, vyznačující se tím, že zkušební pouzdro (10) sestává z opěmé matice (11) se spodním fixačním šroubem (12), v němž je shora vytvořena opěrná matrice (13) pro uložení zkušebního vzorku (3), přičemž v opěmé matici (11) je uspořádáno jeho přítlačné pouzdro (14), kterým shora opěmé matice (11) prochází tlačný tm (15) penetraČní kuličky (16), vtlačované zatěžovací vidlicí (9) přes tlačný tm (15) v průběhu zkoušky do materiálu zkušebního vzorku (3).
3. 3. Zařízení pro provádění creepových zkoušek podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že polohovací tm (8) zkušebního pouzdra (10), jakož i spodní fixační šroub (12) a opěrná matrice (13) ve zkušebním pouzdru (10) je opatřen alespoň jedním průchozím kanálem (17) pro přívod ochranné atmosféry do prostoru zkušebního vzorku (3) a tlačný tm (15) alespoň jednou průchozí drážkou (18) pro odvádění ochranné atmosféry z prostoru zkušebního vzorku (3) do prostoru zatěžovací vidlice (9).