RU200113U1

RU200113U1 - Shear strength test mandrel

Info

Publication number: RU200113U1
Application number: RU2020107772U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Викторович Романов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань"
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2020-10-07

Abstract

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.Технической проблемой заявленной полезной модели является создание оправки с повышенной прочностью, что позволит повысить надежность 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, достигается тем, что с каждой из двух боковых сторон боковых пластин жестко закреплены по одному усиливающему элементу, выполненному в виде пластины. 1 н. п. ф-лы, 2 фиг.The utility model relates to the field of tests for the strength of a welded joint in shear, serves to hold the specimens when identifying the strength of the deposition of the metal to the plate to determine the strength properties of the resulting joint, which is used to ensure contact of the output of the electrochemical protection wire for its connection to the gas pipeline. is the creation of a mandrel with increased strength, which will improve the reliability of the mandrel under dissimilar loads on the test specimen. The technical result in a mandrel for testing the strength of a welded joint in shear, containing three metal rectangular plates rigidly connected to each other, with two side plates installed vertically by their smaller edges along the edges of the surface of the third supporting plate, the smaller of them in size, with the formation between the plates of a rectangular groove for placing the test sample, and at a smaller height, a lateral rectangular layer The cutout is not made in the form of a semicircular segment, it is achieved by the fact that one reinforcing element made in the form of a plate is rigidly fixed to each of the two lateral sides of the side plates. 1 n. p. f-ly, 2 fig.

Description

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.The utility model relates to the field of tests for the strength of a welded joint in shear, serves to hold the specimens when identifying the strength of the deposition of the metal to the plate to determine the strength properties of the resulting joint, which is used to ensure the contact of the output of the electrochemical protection wire for its connection with the gas pipeline.

Из исследованного уровня техники выявлено большое количество технических решений, в том числе устройств, предназначенных для проведения испытаний сварных соединений.A large number of technical solutions, including devices designed for testing welded joints, have been identified from the investigated prior art.

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).There is a known sample for assessing the strength of welded joints, consisting of several parts having parallel bases and connected by means of welds symmetrical relative to the sample axis, inclined to its base, and the parts are made in the form of identical isosceles curved trapezoids displaced relative to each other in the direction of the sample axis to touching the side faces and connected by the same welded seams (author's certificate SU No. 1469295 by the author Yerusalimsky Yu.Z., IPC G01N 3/04, priority date 06/19/1987, publ. 03/30/1989).

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.The disadvantages of the known sample are a one-time cycle of using the device due to the integral structure and its destruction at the seams at the end of the tests, as well as the fact that the holding device for the test sample is made of parts of a certain shape that are not connected to each other, which also become unusable after testing.

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).A known sample for studying the strength characteristics of welded joints, consisting of two plates connected by a welded seam and having gripping sections, and the weld is made at an acute angle to the longitudinal axis of the sample, coinciding with the axis of the testing machine. The sections of the plates, on which the ends of the seams are located, have protrusions symmetrical about the sample axis, the length of which is 0.1-0.3 of the plate width, the height of 0.05-0.1 of the plate width, and the edges of the protrusions are conjugated with the edges of the plate along the radius, equal to 0.3-1.2 bandwidth. In this case, the holding element is made together with the test specimen and is inseparable from it (author's certificate SU No. 1424469 by authors AV Egorshev et al., IPC G01N 3/32, priority date 16.01.1987, publ. 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.The disadvantages of the known sample are a single cycle of using the device due to the inseparability of the structure and its destruction along the seam due to the presence of protrusions leading to the destruction of the welded seam in its middle part, as well as the fact that the dimensions of the sample must be certain values when in practice it is necessary to deal with different samples.

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 В23К 31/02, дата приоритета 21.07.1988, опубл. 07.07.1991).A known sample for comparative mechanical tests of welded lap joints, consisting of three geometrically similar rectangular plates: two rectangular lateral and one central plate and contains internal concentrators located symmetrically relative to the sample axis, and the central plate is displaced by a distance equal to 1-2 plate thicknesses, along the vertical axis of the sample and is connected to each of the side plates by two seams parallel to this axis, and the welds are made without reinforcement. At the same time, two side plates serve to hold the third central plate during testing of the welded joint (Inventor's certificate SU No. 1660906 by the authors of VA Gindin et al., IPC V23K 31/02, priority date 07.21.1988, publ. 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.The disadvantages of the known sample are a single cycle of using the device due to the integral structure and its complete destruction at the end of the tests, as well as poor lateral stability due to the small surface area of the side plates during load tests.

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).Known is a device for fixing a sample when testing the strength of a welded joint, which consists of two parts, which are flat rectangular plates with holes for attaching a test sample with a T-shaped welded joint. The fastening components (flat plates) are equipped with a loop for fastening and creating an effective load on the test specimen, while the test specimen perceives tensile loads (patent DE No. 202006001678, IPC G01N 3/04, G01N 3/24, priority date 01.02.2006, publ. . 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.The disadvantages of the known device is the complication of the process of testing the sample due to the presence of special fasteners, which increases the preparation time of the sample for testing, and also leads to special requirements for the shape of the test sample itself. It is also possible to test only T-shaped specimens due to the rectangular shape of the grooves in the plates and the design of the rectangular retaining plates.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению, выбранной заявителем в качестве прототипа является 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 В23К 37/00, G01N 3/04, дата приоритета 23.12.2015, опубл. 20.11.2016).The closest in terms of the set of essential features to the claimed technical solution, selected by the applicant as a prototype, is a mandrel for testing the strength of a welded joint, consisting of three metal rectangular plates rigidly connected to each other, and two side plates are installed vertically with their smaller edges along the edges of the support surface the third plate, the smallest of them in size, with the formation of a rectangular groove between the plates to accommodate the test sample, and in one of the side plates, which is smaller in height than the other side plate, a cutout is made in the form of a semicircular segment. In this case, a rectangular internal groove is formed between the two plates to accommodate the test specimen with the tested surfacing in the form of a welded joint (patent RU No. 166186 by the authors of PP Kantyukov et al., IPC V23K 37/00, G01N 3/04, priority date 12/23/2015, publ . 20.11.2016).

Недостатком прототипа 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.The disadvantage of the prototype is that in the case of high-quality welding of the tested surfacing to the sample, at the time of testing, the surfacing is not destroyed and all the applied force from the testing machine, for example, a press, is directed to expanding the side plates of the mandrel and pressing the sample with surfacing into the space between the side plates, thereby leading to the destruction of the mandrel.

Технической проблемой заявленной полезной модели является создание оправки с повышенной прочностью, что позволит повысить надежность оправки при разнородных нагрузках на испытуемый образец.The technical problem of the claimed utility model is the creation of a mandrel with increased strength, which will improve the reliability of the mandrel under dissimilar loads on the test sample.

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, достигается тем, что с каждой из двух боковых сторон боковых пластин жестко закреплены по одному усиливающему элементу, выполненному в виде пластины.The technical result in a mandrel for testing the strength of a welded joint in shear, containing three metal rectangular plates rigidly connected to each other, and the two side plates are installed vertically with their smaller edges along the edges of the surface of the third supporting plate, the smaller of them in size, with the formation between the plates a rectangular groove for placing the test specimen, and a cutout in the form of a semicircular segment is made on the lower side rectangular plate, which is achieved by the fact that one reinforcing element made in the form of a plate is rigidly fixed on each of the two side sides of the side plates.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.The claimed technical solution is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен общий вид оправки и вид сбоку (в сечении), на фиг. 2 представлен пример реализации.FIG. 1 shows a general view of the mandrel and a side view (in section), FIG. 2 shows an example of implementation.

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. Усиливающие элементы 4 и 5 в виде пластин придают оправке повышенную прочность при разнородных нагрузках на испытуемый образец и повышают надежность оправки.The mandrel for testing the strength of a welded joint in shear consists of three metal rectangular plates 1, 2, 3 in the form of rectangular parallelepipeds, rigidly connected to each other. Plate 1 is a rectangular parallelepiped and is the back wall of the mandrel for holding a specimen for testing the strength of a welded joint. The plate 1 is located vertically, with the lower base (smaller face) resting on the upper face of the smaller of the three plates 3, which is the mandrel support. In this case, plate 1 and plate 3 at the junction are rigidly connected to each other, for example by welding. The plate 2 with its lower face rests on the upper face of the plate 3, and the contact point of the plates 2 and 3 is rigidly connected, for example by welding. Plate 2 is 10-30% less in height than plate 1 and has a cutout on large edges in the form of a semicircular segment centered along the axis of plate 2. The cutout diameter is 10-20 mm less than the width of plate 2, for example 40-50 mm. The semicircular segment serves to create a reaction force on the welded joint, which is placed directly in the semicircular segment formed on the plate 2. Plates 1 and 2 are fixed in such a way on plate 3 that from the sides they form single vertical surfaces. In this case, a rectangular internal groove is formed between plates 1 and 2 to accommodate the test specimen with the tested surfacing in the form of a welded joint, for example, hemispherical or other shape. On each of the two lateral sides of the side plates 1 and 2, the mandrels are rigidly fixed, for example by welding, one reinforcing element 4 and 5, made in the form of a plate. Reinforcing elements 4 and 5 in the form of plates give the mandrel increased strength under dissimilar loads on the test piece and increase the reliability of the mandrel.

В примере конкретной реализации усиливающие элементы 4 и 5 выполнены в виде металлических пластин, по высоте равны высоте боковой пластины 2 и на 10-30% меньше по высоте пластины 1, а по ширине не превышают общей ширины боковой стороны боковых пластин 1 и 2 оправки.In an example of a specific implementation, the reinforcing elements 4 and 5 are made in the form of metal plates, in height equal to the height of the side plate 2 and 10-30% less in height of the plate 1, and in width does not exceed the total width of the side of the side plates 1 and 2 of the mandrel.

Оправка для испытания на прочность сварного соединения при сдвиге работает следующим образом.A mandrel for testing the strength of a welded joint in shear works as follows.

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.A flat sample is taken (of arbitrary dimensions, but no more than the dimensions formed by plates 1 and 2 of the groove) with surfacing (welded joint) and inserted into the rectangular slot of the mandrel formed by plates 1 and 2 in such a way that the surfacing (welded joint) is directly formed on the plate 2 by a semicircular segment. Further, the mandrel is fixed in the stationary part of the press, for example, of the IP-6010.100.1 brand. Next, the actual tests of the test sample, placed between plates 1 and 2, are carried out. By pressing the moving part of the press on the test sample, visual control of the force is carried out (on the press scale) and its numerical value is recorded at the moment of the onset of destruction of the welded joint, which experiences the reactionary action of the press for due to the stop on the semicircular cut-out segment on plate 2. In this case, the load is evenly distributed on the welded joint in such a way that the workpiece itself cannot slip, which is achieved due to the semicircular cut-out segment, which acts as an additional support, and plate 1, which is the back wall of the mandrel, prevents transverse displacement of the loaded sample, thereby increasing the measurement accuracy and reliability of tests under dissimilar loads. Plates 1 and 2 serve as fixed guides preventing lateral movement of the test specimens during testing. The semicircular segment in plate 2 also prevents the sample from displacement, and two reinforcing elements 4 and 5, made in the form of plates rigidly fixed to each of the two lateral sides of the side plates 1 and 2 of the mandrel, exclude at the time of testing the spreading of the side plates 1 and 2 and the indentation of the sample with surfacing in the space between the side plates 1 and 2, thereby increasing the strength of the mandrel and creating a uniform reaction load on the tested welded joint.

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».By the magnitude of the measured force, a conclusion is made about the quality of the welded joint. The test process is carried out at a loading rate of 2.0 mm / min. The value of the shear strength, as well as the ratio of the surfacing area must meet the requirements of paragraph 10.9.1.6 STO Gazprom 2-2.2-136-2007 "Instruction on welding technologies during the construction and repair of field and main gas pipelines".

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. 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.At the moment when the test sample experiences a critical load, it collapses, however, the mandrel itself, due to two reinforcing elements 4 and 5, made in the form of plates rigidly fixed to each of the two sides of the side plates 1 and 2, remains intact, and the sample is replaced by a new one for the next tests. Plate 3, taking the entire load on the mandrel, evenly distributes it over the entire area of the lower facet, thereby eliminating the possibility of the mandrel tipping over together with the test sample.

В случае удовлетворения указанным требованиям делают вывод о качественном сварном соединении, в противном случае изделие отбраковывается.If these requirements are met, a conclusion is made about a high-quality welded joint, otherwise the product is rejected.

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.The analysis of known technical solutions, carried out on the basis of scientific, technical and patent documentation, showed that the set of essential features of the proposed technical solution is unknown from the prior art, therefore, it meets the conditions of patentability of a utility model novelty.

Заявляемое техническое решение промышленно применимо и изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных подручных материалов и технологий.The claimed technical solution is industrially applicable and manufactured on standard equipment using modern materials and technologies at hand.

Claims

A mandrel for testing the strength of a welded joint in shear, containing three metal rectangular plates, rigidly connected to each other, and two side plates are installed vertically with their smaller faces along the edges of the surface of the third supporting plate, the smaller of them in size, with the formation of a rectangular groove between the plates for placement of the test specimen, and a cutout in the form of a semicircular segment is made on the lower side rectangular plate, characterized in that one reinforcing element made in the form of a plate is rigidly fixed on each of the two lateral sides of the side plates.