RU165281U1 - Оправка для испытания на прочность сварного соединения - Google Patents

Abstract

Оправка для испытания на прочность сварного соединения, состоящая из прямоугольных пластин, отличающаяся тем, что прямоугольные пластины соединены с образованием двух форм, в каждой из которых пластины соединены в Г-образную форму в продольном сечении, с образованием внутренней полости между пластинами для размещения испытуемого образца со сварным соединением, при этом меньшая из боковых пластин выполнена с вырезом в форме правильной треугольной призмы с высотой равной толщине пластины, а большая боковая пластина выполнена П-образной формы, при этом меньшая и большие пластины двух Г-образных форм соединены между собой четырьмя подвижными разборными болтовыми соединениями.

Description

Полезная модель относится к области испытаний на прочность при сдвиге сварного соединения, служит для удерживания образца при выявлении прочности наплавки металла к пластине для определения прочностных свойств полученного соединения, применяемого для обеспечения контакта вывода провода электрохимической защиты (ЭХЗ) для его соединения с трубопроводом (газопроводом).

Из исследованного уровня техники выявлено большое количество технических решений, в том числе и изобретений, предназначенных для проведения испытаний сварных соединений.

Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 847140 «Образец для определения механических свойств материала сварного шва и околошовной зоны» авторов Е.А. Гусевой и др. (дата приоритета 20.10.1978, МПК G01N 1/28 и G01N 3/08), предназначенное для исследования прочности материала сварного шва и околошовной зоны. Описанное устройство состоит из пластины с наплавленным на ее поверхность сварным швом и содержит концентраторы напряжений, вершины которых находятся в различных зонах материала сварного шва и околошовной зоны. Образец испытывается на растяжение, при этом разрушение образца происходит в области сварного шва или околошовной зоны. По разрушающей нагрузке и коэффициенту концентрации напряжении судят о механических свойствах материала в зоне разрушения. При этом происходит полное разрушение удерживающего элемента, выполненного в виде ушек с отверстиями.

Недостатками описанного устройства являются однократный цикл его использования вследствие неразъемности конструкции (зоны испытания и зоны удерживания) и его полного разрушения при окончании испытаний, а также то, что при испытании устройства исследуется не сварное соединение и его прочность, а прочность материала в сварной или околошовной зоне.

Известно устройство, предназначенное для измерения прочности сварного соединения, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1065723 «Плоский образец для исследования прочности сварного соединения» авторов Ю.В. Шевнюка и др. (дата приоритета 30.09.1982, МПК G01N 3/00), содержащее захватные части и рабочую часть, на которой имеются зоны сварного соединения и основного материала, причем зона сварного соединения и зона основного материала расположены последовательно, плоскость сварного соединения параллельна плоскости образца, в каждой из зон на расстоянии от их общей границы, большем ширины образца, выполнены V-образные концентраторы напряжений. При этом и испытуемый образец и удерживающий элемент выполнены едино и неразъемно, удерживающий элемент выполнен в виде прямоугольных ушек.

Недостатком описанного устройства является однократный цикл использования устройства вследствие неразъемности конструкции и его полного разрушения при окончании испытаний.

Известно устройство, предназначенное для определения прочности сварных соединений, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1469295 «Образец для оценки прочности сварных соединений» автора Ю.З. Ерусалимского, (дата приоритета 19.06.1987, МПК G01N 3/04) состоящее 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.

Недостатками описанного устройства 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, после испытания которые так же приходят в негодность.

Известно устройство, предназначенное для определения прочности сварного соединения, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1424469 «Образец для исследования прочностных характеристик сварных соединений» авторов А.В. Егоршева и др. (дата приоритета 16.01.1987, МПК G01N 3/32), состоящее из двух пластин, соединенных между собой сварным швом и имеющих захватные участки, причем сварной шов выполнен под острым углом а 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 пластины. При этом удерживающий элемент выполнен вместе с испытуемым образцом, и неразъемен с ним.

Недостатками описанного устройства 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.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, выявленному из исследованного уровня техники по наибольшему количеству совпадающих признаков, технической сущности и достигаемому результату является устройство, предназначенное для измерения прочности, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1660906 «Образец для сравнительных механических испытаний сварных нахлесточных соединений» авторов В.А Гиндина и др. (дата приоритета 21.07.1988, МПК В23К 31/02 которое и выбрано в качестве прототипа.

Устройство, описанное в авторском свидетельстве на изобретение СССР № SU 1660906 «Образец для сравнительных механических испытаний сварных нахлесточных соединений» авторов В.А Гиндина и др. состоит 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 третей центральной пластины при проведении испытаний сварного соединения.

Недостатками прототипа (выше описанного устройства) 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.

Технической задачей предлагаемого устройства оправки для испытания на прочность сварного соединения является повышение количества циклов использования устройства при проведении испытании образцов, а так же повышение надежности и устойчивости оправки при разнородных нагрузках на испытуемый образец.

Решаемая техническая задача в устройстве оправки для испытания на прочность сварного соединения состоящего из прямоугольных пластин, достигается тем, что прямоугольные пластины образуют две формы, в каждой из которых пластины соединены в «Г» образную форму в продольном сечении, с образованием внутренней полости между пластинами для размещения испытуемого образца, при этом меньшая из боковых пластин выполнена с вырезом в форме правильной треугольной призмы с высотой равной толщине пластины (правильным треугольным сегментом), а большая боковая пластина выполнена «П» образной формы, при этом меньшая и большие пластины двух «Г» образных форм соединены между собой четырьмя подвижными разборными болтовыми соединениями.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства, вид сверху и вид сбоку оправки для испытания на прочность сварного соединения - его конкретная реализация, с вырезом в форме правильной треугольной призмы на меньшей боковой прямоугольной пластине первой «Г» образной формы и большей боковой пластиной выполненной «П» образной формы второй «Г» образной формы, при этом меньшая и большие пластины двух «Г» образных форм соединены между собой четырьмя подвижными разборными болтовыми соединениями.

Устройство, изображенное на фиг. 1, представляет собой две «Г» образные формы, соединенные подвижным разборным болтовым соединением 4, каждая из которых состоит из двух металлических прямоугольных пластин 1-5 и 2-3 соответственно. Первая «Г» образная форма состоит из прямоугольной пластины 1 (например, размерами 250×60×20 мм), и 5 (например, размерами 140×60×20 мм) в форме прямоугольных параллелепипедов, соединенных между собой (например, сваркой). При этом пластина 1 представляет собой прямоугольный параллелепипед выполненный таким образом, что образует «П» образную форму, имея два боковых ограничителя, по толщине аналогичные основному телу пластины (например, 20 мм) а по высоте равные высоте пластины 2 (например, 210 мм), и выполняет роль задней стенки оправки для удерживания образца для испытания на прочность сварного соединения. Пластина 1 располагается вертикально, нижним основанием (меньшей гранью) опираясь на верхнюю грань меньшей из двух пластин 5, выполняющую роль опоры оправки. Боковые ограничители пластины 1 служат для более надежного удерживания испытуемого образца в вертикальном положении при разнородной нагрузке, минимизируя продольные перемещения испытуемого образца вдоль пластины 1. Ширина боковых ограничителей пластины 1 не превышает 20 мм. При этом пластина 1 и пластина 5 в месте соединения жестко приварены друг другу сваркой.

Вторая «Г» образная форма состоит из прямоугольной пластины 2 и 3, при этом нижней гранью пластина 2 (например, размерами 210×60×20 мм) опирается на верхнюю грань пластины 3 (например, размерами 140×60×20 мм), а место контакта пластин 2 и 3 жестко приварено (например, сваркой). Пластина 2 на 10-30% меньше по высоте пластины 1 и имеет на больших гранях вырез в форме правильной треугольной призмы с высотой равной толщине пластины (правильным треугольным сегментом), центрированного по оси пластины 2. При этом сторона правильного треугольного сегмента (выреза) на 10-20 мм меньше ширины пластины 2 (например, 40-50 мм). Правильный треугольный сегмент служит для создания реакционного усилия на сварное соединение, которое размещается непосредственно в образованный на пластине 2 правильный треугольный сегмент.

Пластины 1 и 2 закреплены таким образом соответственно на пластинах 5 и 3, что с боков образуют единые вертикальные поверхности. При этом между пластинами 1 и 2 образуется прямоугольная внутренняя полость для размещения испытуемого образца с испытуемой наплавкой в виде сварного соединения (например, полусферической или иной формы). При этом образованная пластинами 1 и 2 прямоугольная полость за счет наличия подвижного разборного болтового соединения 4 (состоящего из четырех одинаковых, расположенных по форме габаритов пластины 2, соединения) может изменять свои поперечные габариты, раздвигаясь или сужаясь, за счет затягивания болтов 4. Под болтовые соединения в пластинах 1 и 2 проделаны четыре соосных отверстия таким образом, что при скреплении пластин 1 и 2 болтовыми соединениями 4 при горизонтальном расположении оправки, уровень нижних граней прямоугольных пластин 3 и 5 совпадают, при этом оси отверстий так же горизонтальны.

Рассмотрим устройство оправки для испытания на прочность сварного соединения в действии:

Берется плоский образец (произвольных габаритов, но не более чем габариты образованного 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 образованным на пластине 2 правильном треугольном сегменте. Далее испытуемый образец закрепляют между пластинами 1-2 болтовым разъемным соединением 4, стягивая болты до тех пор, пока испытуемый образец не будет надежно закреплен. Далее оправку помещают в неподвижную часть пресса (например, марки ИП-6010.100.1). Далее проводят собственно испытания, испытуемого образца, помещенного между пластинами 1 и 2 и скрепленного (сжатого) при помощи разъемного болтового соединения 4, при этом наличие боковых ограничителей на пластине 1 предотвращает продольное перемещение испытуемого образца сварного соединения вдоль поверхности пластин 1 и 2, что повышает чистоту эксперимента, делает измерения более точными, а сам процесс более безопасным (при этом заготовка не вылетает из оправки в случае подачи нагрузки, а блокируется боковыми ограничителями с боку и пластинами 1 и 2 спереди и сзади). Наличие разъемного болтового соединения делает возможным использование оправки для достаточно габаритных испытуемых заготовок со сварным соединением в том числе с небольшой кривизной (сегмент трубы как малого, так и большого диаметра). 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 правильный треугольный вырезанный сегмент на пластине 2. При этом нагрузка распределяется равномерно, на сварное соединение таким образом, что сама заготовка (испытуемый образец) не может соскользнуть, что достигается за счет создания не менее двух точек контакта на сторонах правильного треугольного сегмента, выполняющего роль дополнительной опоры, а задняя стенка оправки (1) с ограничителями предотвращает поперечное и продольное 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. Правильный треугольный вырезанный сегмент в пластине 2 также препятствует смещениям образца, создает равномерную реакционную нагрузку на испытуемое сварное соединение как минимум в двух - трех точках, что придает дополнительную устойчивость испытуемого образца при разнородной нагрузке.

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 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 остается невредимой, а образец для следующих испытаний заменяется на новый.

В случае удовлетворения указанным требованиям делают вывод о качественном сварном соединении, в противном случае изделие отбраковывается. Пластины 3 и 5 воспринимая всю нагрузку на оправку равномерно распределяет ее по всей площади нижних граней, тем самым исключается возможность опрокидывания оправки вместе с испытуемым образцом.

Кроме указанных целей заявленное техническое решение обеспечивает возможность снижения трудоемкости выполнения операций по проверке надежности контакта, с возможностью повышения эффективности технологии испытаний в целом. При этом боковые ограничители пластины 1 создают дополнительные ребра жесткости, что так же влияет на надежность все конструкции оправки в целом и безопасность проведения испытательных работ. Наличие разъемного болтового соединения 4 расширяет технические возможности оправки, для испытания негабаритных заготовок (элементов труб) с небольшими радиусами кривизны.

Claims (1)

1. Оправка для испытания на прочность сварного соединения, состоящая из прямоугольных пластин, отличающаяся тем, что прямоугольные пластины соединены с образованием двух форм, в каждой из которых пластины соединены в Г-образную форму в продольном сечении, с образованием внутренней полости между пластинами для размещения испытуемого образца со сварным соединением, при этом меньшая из боковых пластин выполнена с вырезом в форме правильной треугольной призмы с высотой равной толщине пластины, а большая боковая пластина выполнена П-образной формы, при этом меньшая и большие пластины двух Г-образных форм соединены между собой четырьмя подвижными разборными болтовыми соединениями.

   

Images