SU1566241A1 - Способ испытани полых изделий на герметичность при криогенных температурах - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике и позвол ет имитировать температурно-силовые услови  эксплуатации. С двух сторон испытуемой зоны издели  устанавливают камеры. Поочередно заполн   с максимальной скоростью одну из полукамер хладагентом и одновременно откачива  вакуумным насосом другую, определ ют герметичность испытуемой зоны в услови х циклических ударных тепловых воздействий при охлаждени х и отогревах. Начальную температуру выбирают из услови  создани  в испытуемом участке наибольших напр жений не более 0,6 σ_т, где σ_т - предел текучести материала этого участка. Охлаждение с созданием теплового удара ведут до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипени  хладагента. Контроль герметичности в процессе температурных воздействий выполн ют с помощью течеискател  по хладагенту и теплоагенту, а окончательный контроль - по индикаторному газу. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобре.гние относитс  к испытательной технике и может использоватьс  дл  испытаний на герметичность элементов криогённо-вакуумных установок в услови х , имитирующих эксплуатационные температурно-силовые воздействи .

Цель изобретени  - повышение надежности испытаний путем приближени  температурно-силовых воздействий к эксплуатационным, а также повышение достоверности путем исключени  перегрузок изделий.

На чертеже представлена схема устройства дл  осуществлени  способа.

Над испытуемым сварным соединением 1 издели  в виде части криволинейной стенки 2 с двух сторон устанавливают герметизированные уплотнени  3, полукамеры 4 и 5 с установленными трубопроводами 6 и 7 дл  подвода хладагента или теплоагента и отвод щими трубопроводами 8 и 9. Полукамеры 4 и 5 подсоединены к вакуумному насосу 10 и течеискателю 11. На трубопроводах установлены запорно-регулирую- щие вентили 12.

Способ испытани  полых изделий на герметичность при криогенных темпера- ,турах осуществл етс  следующим образом .

Над испытуемым сварным соединением издели  в виде части криволинейной стенки 2, например стыковым сварным соединением элемента внутреннего сосуда из листового проката дл  негаба- ритного криогенного резервуара, низко- температурные испытани  которого возможны только после сборки, герметичсл

О О

S

но устанавливают полукамеры 4 и 5. Через патрубок 6 с отводом через патрубок 8 в полукамеру 4, при необходимости , подают теплоагент, например холодный газообразный азот, и охлаждают испытуемую зону соединени  1 до начальной температуры,.после чего дают выдержку дл  стабилизации температуры . Начальную температуру выбирают из услови  получени  при ударном тепловом воздействии охлаждением наибольших напр жений в слое материала стенки 2, например, на уровне (П, 5-0,6)(т, где 6 - предел текучести металла стенки испытуемой зоны. Одновременно вакуумным насосом Ю откачивают полость полукамеры 5. Затем через тру- бопроводы 6 и 8 с максимальной скоростью заполн ют полукамеру 4 хлад- агентом, например жидким азотом, обеспечива  ударное тепловое воздействие на внешнюю сторону испытуемой зоны соединени  1, охлажда  ее до температуры ниже температуры кризиса пленоч- ного кипени  хладагента. Под тепловым ударом понимаетс  изменение температуры издели  с такой скоростью, при которой в материале его стенки 2 возникают температурные напр жени , вы- званные неравномерным распределением температуры по толщине стенки. Под температурой кризиса пленочного кипени  понимаетс  температура, при которой пленочное кипение жидкого хлад- агента перехбдит в пузырьковое, и при этом из-за улучшени  теплоотдачи от охлаждаемой поверхности резко понижаетс  ее; температура. Дл  жидкого азота температура перехода обычно дости- гает 120 К. Утечки хладагента в процессе охлаждени  контролируют по тече искателю 11. После выдержки дл  стабилизации температуры проивод т отогрев испытуемой зоны, обеспечива  ударное тепловое воздействие на внешнюю сторону испытуемой зоны, отогрева  ее до начальной температуры при подаче теплоагента, например гор чего воздуха, в полукамеру 4 через трубо- проводы 6 и 8..Начальную температуру выбирают по приведенным услови м. Утечки одной из компонент греющего воздуха в процессе отогрева, например азота, контролируют по течеискателю 11. Затем выполн ют вторую половину цикла испытаний. Дл  этого дают выдержку дл  стабилизации температуры и откачивают полость полукамеры 4

ч 5 Q

5

вакуумным насосом 10. Затем через трубопроводы 7 и 9 с максимальной скоростью заполн ют полукамеру 5 хладагентом , например жидким азотом, обеспечива  ударное тепловое воздействие на внутреннюю сторону испытуемой зоны соединени  1, охлажда  ее до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипени  хладагента. Утечки хладагента в процессе охлаждени  контролируют по течеискателю 11.

После выдержки дл  стабилизации температуры производ т отогрев испытуемой зоны. Обеспечива  ударное тепловое воздействие на внутреннюю сторону испытуемой, зоны, нагревают ее до начальной температуры при подаче теплоагента, например, гор чего воздуха , в полукамеру 5 через патрубки 7 и 9. Начальную температуру выбирают по приведенным услови м. Утечки одной из компонент греющего воздуха в.процессе отогрева, например азота, контролируют по течеискателю 11. Полные испытательные циклы повтор ют необходимое число раз, например 5-10% от предполагаемого ресурса работы. Затем выполн ют окончательный контроль герметичности испытуемой зоны соединени  1 по течеискателю 11 при заполнении индикаторным газом, например гелием, одной из полукамер, например полукамеры 5, с одновременной откачкой другой полукамеры, например 4, и дают заключение о годности испытуемой зоны.

, Пример. Объект испытаний - ответственное стыковое соединение части обечайки (толщина 12 мм, материал сталь 12х18Н10Т) внутреннего сосуда . криогенного ррзервуара, например, располагающеес  в недоступном после сб ки месте. В этом случае температурнь ,: деформации локально охлаждаемой зоны компенсируютс  изменением кривизны стенки и дл  того, чтобы создать температурные напр жени  в слое металла, необходимы испытани  с созданием тепловых ударов. С обеих сторон испытуемой зоны устанавливают и герметизируют полукамеры 4 и 5. При необходимости подачей холодного газообразного азота в полукамеру 4, образующегос  при заполнении жидким азотом подвод щих магистралей, охлаждают испытуемую зону до начальной температуры 282- 288 К. Одновременно откачивают вакуумным насосом 10 полость полукамеры 5,

5

а подвод щую магистраль заполн ют жидким азотом. Затем, открыв вентиль 12, через трубопроводы 6 и 8 с максимальной скоростью заполн ют полукамеру 4 жидким азотом, обеспечива  теплоь ие1566 ,416

теплового удара создать в испытуемой зоне необходимое напр женное состо ние , например (0,5-0,6)6 , которое эависит от создаваемого при резком охлаждении скачка температуры, как

вой удар при охлаждении внешней стороны испытуемой зоны соединени  1. При этом в поверхностном слое металла в первые секунды охлаждени  возникает скачок раст гивающих напр жений, достигающий 0,66Т 283 К, который в процессе охлаждени  уменьшаетс  до 0,36 при 230 К - 0,1 6Т при 110 К. После достижени  температуры кризиса пленоч ного кипени  (около 100 К) из-за повторного скачка температуры возникает более продолжительный скачок раст гивающих напр жений, достигающих 0, при 100 К на глубине до 3-4 мм. Продолжа  охлаждение, довод т температуру испытуемой зоны до стабилизированного нижнего температурного уровн  (около 80 К), достижение которого

контролируют с помощью термопары или 25 ближаютс  к 6 ) и быстро убывающие

обеспечивают временем охлаждени , идентичным тарировочным охлаждени м и отогревам контрольных образцов. Утечки жидкого азота через дефекты испытуемой зоны в полость полукамеры 5 контролируют по течеискателю 11, например массосПектрометрическому течеискателю ПТИ-10, доработанному с целью дополнительной регистрации потоков азота. При отогреве создают ударное тепловое воздействие на внешнюю сторону испытуемой зоны, обдува  ее гор чим воздухом при 373-400 К и расходе 50-70 дм3/мин-см2. В первые сепо его толщине. Испытательные напр  ни  позвол ют вы вл ть скрытые скво ные дефекты или инициировать образо ние новых в потенциально опасных ме 30 тах, например зонах высоких остаточ ных сварочных напр жений.

Последовательно выполн емые двух сторонние температурные воздействи  на стенку испытуемой зоны позвол ют создать циклические раст гивающие и сжимающие напр жени , более равноме но нагружающие материал стенки с об их ее сторон. В результате полнебе имитируютс  эксплуатационные темпе-

35

кунды отогрева во внешнем поверхност- Q ратурно-силовые воздействи  на изде- ном слое металла возникает скачок сжимающих напр жений до 0,36тпри 80 К, затем уменьшающийс  до 0,154при 100 К, Отогрев ведут до начальной температуры 283-288 К, Утечки азота греющего воздуха в процессе отогрева контролируют по течеискателю 11. Вторую половину цикла испытаний выполн ют аналогично первой. При испытани х

лие, заполн емое хладагентом в сборе при неравномерном охлаждении, и создаютс  услови  дл  раскрыти  и накоп лени  изменений размеров сквозных де 45 фектов по всей их длине.

Температурные воздействи  на внеш нюю и внутреннюю поверхности стенки испытуемой зоны, выполн емые последо вательно, привод т к возникновению

выполн ют п ть полных циклов темпера-50 несимметричных полей температур и натурных воздействий, после чего запол-пр жений, вызывающих дополнительные- н ют гелием полукамеру 5 с одновре-изгибные напр жени , что усиливает ис- менной откачкой полукамеры 4 и на ос-питательное напр женное состо ние. новании показаний течеискател  11Охлаждение с созданием теплового дают заключение о годности испытуемой55 на поверхност х испытуемой зоны, зоны соединени  1. например нагружением ее в жидкий азот, Доведение температуры издели  до . создает в поверхностных сло х материа- заданного начального уровн  позвол етла стенки двухосевое раст жение, поз- при последующем охлаждении в режимевол ющее вы вл ть скрытые дефекты,

разности начальной температуры и температуры перехода к плавному охлаждению после первого температурного скачка.

Выдержка после достижени  начальной температуры обеспечивает ее стабилизацию по толщине стенки испытуе-г мой зоны.

Односторонние температурные воздействи  на стенку испытуемой зоны при резких охлаждени х и отогревах, создающих тепловые удары, обеспечивают скачкообразные изменени  темпера- 0 туры, в результате которых в стенке образуютс  односторонние раст гивающие или сжимающие напр жени , достигающие своего максимума в поверхностных сло х материала (здесь они припо его толщине. Испытательные напр жени  позвол ют вы вл ть скрытые сквозные дефекты или инициировать образование новых в потенциально опасных мес- 0 тах, например зонах высоких остаточных сварочных напр жений.

Последовательно выполн емые двухсторонние температурные воздействи  на стенку испытуемой зоны позвол ют создать циклические раст гивающие и сжимающие напр жени , более равномерно нагружающие материал стенки с обеих ее сторон. В результате полнебе имитируютс  эксплуатационные темпе-

5

ратурно-силовые воздействи  на изде-

лие, заполн емое хладагентом в сборе, при неравномерном охлаждении, и создаютс  услови  дл  раскрыти  и накоплени  изменений размеров сквозных де- фектов по всей их длине.

Температурные воздействи  на внешнюю и внутреннюю поверхности стенки испытуемой зоны, выполн емые последовательно , привод т к возникновению

например раскрывать трещины со сжатой полостью.

Отогрев с созданием теплового удара на поверхност х испытуемой зоны, например обдувом гор чим воздухом, создает в поверхностных сло х материала стенки двухосное сжатие, привод щее к скалыванию или пластическому деформированию стенок сжатого участка канала сквозного дефекта.

Охлаждение стенки испытуемой зоны до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипени  хладагента (до 120 К дл  жидкого азота) позвол ет получать повторное .скачкообразное охлаждение поверхностных слоев материала стенки за счет резкого улучшени  теплоотдачи от поверхности зоны при переходе от пленочного кипени  хладагента к пузырьковому. Процесс сопровождаетс  повторным возрастанием раст гивающих напр жений в более глубоко расположенных сло х материала стенки , чем в первый момент охлаждени .

Непрерывный контроль герметичности в процессе циклических испытательных температурных воздействий позвол ет вы вл ть сквозные дефекты, раскрывающиес  лишь при действии темпера турных напр жений, например трещины со сжатой полостью или сквозные дефекты , перекрытые жидкими загр знени ми .

Использование в качестве индикаторного вещества жидкого азота и азота греющего воздуха позвол ет контролировать герметичность в процессе температурных воздействий непосредственно на испытуемую зону без применени  специальных оболочек дл  удержани  специального индикаторного вещества что обеспечивает высокую теплоотдачу oi- поверхности издели  и повышает скорость его охлаждени .

Использование гели  в качестве индикаторного вещества при окончательном контроле позвол ет повысить досто верность определени  герметичности ис пытуемой зоны по сравнению с контролем по хладагенту и тештоагенту.

Применение двухсторонних температурных воздействий на стенку испытуе20

25

мой зоны с созданием тепловых уда- ров позвол ет создавать циклические

раст гивающие и сжимающие напр жени , , более равномерно нагружающие материал стенки с обеих ее сторон, что полнее имитирует температурно-силовые услови  эксплуатации.

Claims (4)

1.Способ испытани  полых изделий на герметичность при криогенных температурах , по которому после создани 

15 начальной температуры издели  оказывают циклические ударные тепловые воздействи  на внешнюю поверхность испытуемого участка издели  путем попеременного охлаждени  ее хладагентом и отогрева теплоагентом при непрерывном контроле герметичности испытуемого участка и после окончани  воздействий осуществл ют окончательный контроль герметичности, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности путем приближени  температурно-си- ловьгх воздействий к эксплуатационным между ударными тепловыми воздействи ми на внешнюю поверхность Испытуемого участка оказывают аналогичные ударные тепловые воздействи  на внутреннюю поверхность этого участка.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повыше35 ни  достоверности путем исключени  перегрузок, начальную температуру выбирают из услови  создани  при охлаждении хладагентом наибольших напр жений в испытуемом участке издели  не

40 более 0,66 , где (у - предел текучести материала этого участка.

3.Способ попп. Т и 2, отличаю щ и и с л тем, что охлаждение во всех циклах осуществл ют до темпе

45 ратуры ниже температуры кризиса пленочного кипени  хладагента.

4.Способ по пп. 1-3, отличающийс  тем, что при использовании в качестве хладагента жидкого

30

гретого воздуха, непрерывный контроль герметичности осуществл ют по азоту и только окончательный контроль - по индикаторному газу гелию.