Способ изготовления образца для испытаний на термоусталость сварных соединений из разнородных сталей

 

Изобретение относится к сварке, в частности к способу изготовления образца для испытаний на термоусталость сварных соединений из разнородных сталей, и может найти применение в теплотехнике. Цель изобретения - расширение технологических возможностей. Узел крепления патрубка приваривают к осесимметричному ступенчатому элементу из материала с меньшим коэффициентом теплового расширения так, чтобы ступень с меньшим диаметром проходила внутри отверстия в узле крепления. На этой ступени устанавливают шайбу и гайку, фиксируют гайку штифтами и затем производят циклический нагрев-охлаждение готового образца. При этом влияние осевого усилия от действия внутреннего давления в патрубке обеспечивают за счет изготовления центрального отверстия в ступенчатом элементе, диаметр которого рассчитывают по аналитической формуле. Готовый образец отличается простой формой , позволяет аналитически связывать температуру и возникающие в нем напряжения , не требует применения горячих тензометрических измерений, что расширяет диапазон температуры испытаний в область более высоких температур. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. ел с

СО1ОЗ СОЧЕТСКИХ

СО11ИЛЛИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 31/12

ГОСУДАРСТВЕй!ЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4753797/27 (22) 20.07.89 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (71) Производственное объединение "Ижорский завод", (72) A.Á.Áoðèíöåâ, Л.К,Штейнцайг и

Л.А. Юдин (53) 621.791.75.011(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1114925, кл. В 23 К 28/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1089483, кл. В 23 К 28/00. 1982, Авторское свидетельство СССР

М 1593855, кл. В 23 К 31/12, 1988. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦА

ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ТЕРМОУСТАЛОСТЬ

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ РАЗНОРОДHblX СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к способу изготовления образца для испытаний на термоусталость сварных соединений из разнородных сталей, и может найти применение в теплотехнике. Цель

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания узлов приварки патрубков в условиях циклического из1ленения давления и температур.

Известен способ испытания материалов на прочность и термостойкость. по которол1у образец с нагружателел1, выполненными из материалов с разными коэфф:щие11тал1и тепловогоо рзс1 i1, рен11я, и,.: r >а Вагог и ос! ">у, / а 1от.

ПО Э1С:;у СПССОбу СеарНСВ СОЕд 1нЕН11Е Обре эца с нагру.",:ато ьем при теплосл.анах подеаржено либо росте;,;.;нию, либо сжато о. но не срезу.

„„SU„„1704992 А1 изобретения — расширение твхнологических возможностей. Узел крепления патрубка приваривают к осесимметричному ступенчатому элементу из материала с меньшим коэффициентом теплового расширения так, чтобы ступень с 1леньши1л диаметром проходила внутри отверстия в узле крепления. На этой ступени устанавливают шайбу и гайку, фиксируют гайку штифта1ли и затем производят циклический нагрев-охлаждение готового образца, При этом влияние осевого усилия отдействия внутреннего давления в патрубке обеспечивают за счет изготовления центрального отверстия в ступенчатом элементе, диаметр которого рассчитывают по аналитической формуле.

Готовый образец отличается простой формой, позволяет аналитически связывать температуру и возникающие в не1л напряжения, не требует применения горячих тензол1етрических измерений, ч10 расширяет диапазон температуры испытаний е область более высоких температур, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известен также образец для испытаний на термическую усталость сварных соединений двух разнородных сталей, нап рил1е р перлитной и аустенитной, Выполненнь1й в виде цилиндра, состоящего из нескольких частей, с плоскостью их соединения, параллельной его оси. Образец пр11способлен для иссле",ования г1, оцессов обрэзова11ия тре щин термической усталос11, в об з)гл рожанной зоне сварного соадинен11я 1ипа

t:1nлаeки, но на 11„ .способ н 4л .исг1ы1ания сварных швоВ на срез-по осел с1оей тол1ц,111е.

1704992

О1 i-Ь Of h „О1 Ь ег р g$ !+ь pl gt 1+b pt ») I+b) (12

Известен также Об)р )зсц дпя испытания

ilB термоусталость сварных соединений, у которого о одном из элсл1с»1он с коз<, )ф11циентом теплового расш)1рснил çt и)лсются каналы для и,)Одулз горячо l il холодной с()е- 5 ,,;. и по I райней мере одно глухое отверстие, о котором установлен соосно перволюбу другой элел1сит из л.атериала с коэффициентом теплового расширения «2 большилл ài.

На этом элементе распопэга1от соосно ему 10 втулку из-)латс1)иола с та »..1 же коэффициентом àz и при нариоают сс IL э) ому элементу и к элементу из материала с а ь В этом об разце aft et tet IT из t.tàòåðttàëà с az установлен с упора)л о ступеньку или дно Отверстия о 15 элементе из материала с 3) и cfo разогрев о ходе испытаний приводит Y. растлжени)о втулки и соответствующему нагружению сварных шог)н, что ил итирусгусловия нагружения реальных патрубков. установленных 20

С натягом.

Укаэанный образец не позволяет ил)итирооать условия работы патруб",oo, установленных с гарантирован)1ым зазором, которь и не выбирается во всем диапазоне 25 рабочих температур, и появление осевых усилий сжатия от защемления трубы патрубка в отверстии исключено, но имеютсл противоположные осевые усилия от внутгдс0с — наружныйдиаиетрступениэлемент 30 из материала с а) меньшего диаметра;

ЛС -1макс — T< — приращение температуры во время испытаний;

Ьр — изменение опутрсннсго давления о реальном изделии при его разогреве от 35

1мин llO (макс п — заданный коэффициент запаса по напряженилл ;

Е, Ez — средние модули упругости материалов с а1 и а2 соответственно в диапазоне 40 тЕМПЕратур 07 i+Ltjt дО ймакс, 0ь, бь. — наружный и внутренний диамс1ры втулки;

I, b — осевые размеры в)улки и шайбы;

h — глубина провора в шве приварки >15 элемента из материала с àt к о)улке;

dt — внутре1н)ие диаметр т рубы иатрубка;

0, (4 — наружный и внутрен гв1й диаметры шайбы. 50

С целью сии)кения ллсталлосмкости сопостаоимых испытаний. элемент из материала с 8) выполняют в о11дс ступсичатогг) рсн»с о даолсиия иа ftoft рхиость, заглуша«оьцу1О г)т1трубок. которые в отсутствии защемпс»; я беспрепятственно псрсда1отся иа ofynKy и сварные швы, приводят их к сжатиго и срезу.

Цепь изобретения — расширение технологи tcct;ttx возможностей путем приближеIlLtë услоftий испытания к условиям работы патрубков, уста11анлинасмых с гарантированным зазором.

Поставленная цель достигается тем. что элемс)гг из материала с ) l изготоо))я1ат о виде ступенчатого цилиндра, о ступени большсго диаметра выполняют глухое отверстие под второй элемент иэ материала с

az, ступень меньшего диа)лотра выполнгиот с резьбой на конце, элемент из материала с а2 размещают о глухом отверстии с зазором по отношению к элсл)енсу из материала с а ), и посла принэрки втулки на ступени меньшего диаметра устаианлиоа1от шайбу, гайку и штифты и затягина от их, создавая о сварных швах и втулке заданные усилил.

Для получения но втулке осевых усилий, соответствующих реальным условиям, в элементе из материала с а1 оыполняют центральное отверстие диаметром dp, который определяют из следующего соотношения цилиндра с двумя ступенями с меньшими диаметрами, чем центральная третья ступень, на каждой ступе»и с л)еньшил1 диа летром располагают элементы из материала с а2, а также шайбы, гайки и штифты.

На фиг.1 и 2 показан пример изготовления образца для испытаний па термоусталость сварных сосди)1сний из различных сталей соответственно с од 10! I lt доул я ступенями элемента из материала с а1.

Изготовление образца осуществляют, исходя из данных о реальной ко»струкции и условиях ес эксплуатации. Элемент 1 из л)атсриала с а) изгатонп«1от в виде ступенчатоfo цилиндра. На ко11цс ступени меньшего диаметра нарезают резьбу. В ступени большего диаметра выполняют глухое отгергтис

ДиаметРОМ dp, Ра))иыл) отвеРстию поД элеMEит 2 из ttnfåðt""и с ;а„>. .U элс;.:н)с 1 из материала с à) вь.нолняют центральное отверстие диаметром cfog. Е полости глухого

Отнерсти«н ступенях элемента из материала c Qi ныполил)от ка1 IIIH 3 для продуоа

1704992

15

55 горячей и холодной среды и для вывода проводов от тенэорезисторов и термопар. Втулку 4 из материала с а2 приварива1от к элементу 1 швом 5 по контуру глухого отверстия. В полости глухого отверстия и отверстия во втулке устанавливают с зазором элемент 2 и приваривают его наружный торец к торцу втулки швом 6. Устанавливают на ступень меньшего диаметра шайбу 7 и гайку 0. гайку затягивают и стопорят от раскручива11ия штифтами 9.

При изготовлении образца диаметр dp глухого отверстия в элементе 1, геометрические размеры и конфигурация элемента 2, втулки 4, швов 5 и 6 приварки соответствуют размерам и конфигурации узла крепления патрубка в реальном изделии. Размеры ступеней элемента из материала с а1 выбирают, исходя иэ размещения на них остальных частей образца и обеспечения достаточной жесткости при испытаниях. Диаметр dc центрального отверстия в элементе 1 рассчитывают по формуле (1), исходя из размеров остальных частей образца и условий работы реального изделия.

Конкрстну1о программу испытаний образца строят с учетом условий работы реального изделия по внутреннему давлению р и температуре 1. В тех случаях, когда в реальной конструкции имеется давление ро при температуре окружающей среды, в образце с помощью гайки 8 создают предварительное натяжение, соответствующее этому давлению. В предлагаемом образце это можно сделать независимо от диаметра центрального отверстия путем затяжки гайки и контроля за осевыми напряжениями в ступени меньшего диаметра или втулке. В тех случаях, когда реальная конструкция сначала разогревается до некоторой температуры, а, начиная с этой температуры. происходит рост давления, в образце между шайбой и торцом элемента 2 устанавливают зазор, обеспечивающий при разогреве образца необходимую задержку в появлении осевых усилий в ступени с меньшим диаметром и втулке до момента полного выбора всех зазоров. В тех случаях, когда повышение давления о реальной конструкции происходит одновременно с повышением температуры, предварительный натяг устанавливают минимальным, достаточным лишь для выбора всех зазоров.

От диаметра центрального отверстия в злел1цIòc из материала с а1 ззвисит вели IIIII3 осевого усилия при мзксил13ль11ой температуре- разогрева с„;1кс. Максил1альную тел1пературу разогрева образца устанавливают равной температуре t,.„,:c реального изделия. Чтобы осевое усилие в образце при этой температуре было равно возникающему усилию в элементе 2 и втулке 4 реального изделия необходимо, чтобы элемент 1 был определенной жесткости. Изменение диаметра центрального отверстия позволяет изменять жесткость элемента 1, а следовательно, величину приращения усилия при приращении температуры образца

IIa заданную величину, Таким образом, образец позволяет производить испытания при изменении одного парал1етра нагружения — температуры, а осевые усилия от давления получаются автоматически.

Для испытания узлов крепления патрубков крышки сосуда давления с заданными геометрическими размерами (Db = 130 мм;

db = 106 мм; 1 = 50 мм; h = 8 мм; d1 = 75 мм) выбирают остальные размеры образца (в частности Dl(= 106 мм; dk =. 70 л1м; Ь = 10 мм;

Dc = 70 мм) из условий 0 < dc < Dc, по формуле (1) находят режимы, которые можно воспроизвести на образце (ht/ hp> 6 18п ) и по подходящим режимал1 работы реального изделия (давление от 0 до 25 МПа, температура от 20 до 160 С, 200 циклов; давление от 0 до 18 МПа, температура от 20 до 350 С, 900 циклов) определяют соответствующие диаметры центрального отверстия по формуле (1) dcI = 17 мм; dc = 62 мм, при и =1. б

Образец изготавливают с начальным диаметром центрального отверстия d:1 и производят соответствующее число циклов нагрева — охлаждения образца по первому режиму от 20 до 160 С (с учетом требуемых запасов по числу циклов нагружения). Зател1 центральное отверстие в образце расширяют до диаметра бс2 и производят соответствующее число циклов нагрева — охлаждения образца по второму режиму от 20 до 350 С.

Готовый образец отличается простой формой, позволяет аналитически связывать температуру и возникающие в нем напряжения. не требует применения горячих тензометрических измерений, что расширяет диапазон температуры испытаний в область более высоких температур.

Формула изобретения

1. Способ изго1овления обрлзца для испытаний на терл1оусталость сварцых со .динений из разнородных сталей, при которол1 в одном из элементов с коэфф11ц11ентом 1еплового расширения а1 выполняют каналы для продуэа горячей и холодной среды и по крайней мере одно глухое отверс1ие, ра.лоЛаГЗЮт В НЕЛ1 СООСНО ПЕРВОМУ ДРугОй ЗЛЕмент из л атериа13 с коэ 11,; цi1ен ror4

1704992

Е1  — Ь О3 Ь О1 Ь е2 (pL-g) I+b pL g<2 I+b p) д1 I.+b ) 2 р2 ? теплового расширснпл а2, большим э1, на элементе располагают соосно ему втулку из материал» с таким же коэффициентом а и

:-..иваривэлют ее у зто;.:у элементу и к опемеГп у i:3:..3териала с: 1.:о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью рэ" ширения технологических возможностей1 путсм приближения условий иг.пытания к условиям работы патрубков, устанавливаемых с гарантирован. ным зазором, элемент из материала с à1 изготовлл чт в виде ст- пенчатого цилиндра, в ступени большего дизметра выполняют глухое отверстие под ВтороА элемент, ступень меньшего диаметра выполняют с резь где 0 — наружный д11аметр ступени элемент

113 материала с а1 меньшего диаметра;

h \ = смаке — тмин — и ри рэщение температуры во время испытанг1й;

h p — изменение внутреннего давления в реальном изделии при его разогреве от гиии до 1>ланкс п — заданный коэффициент запаса по напряжениям;

Г1, E2 — средние модули упругости материалов с а f L1 а соответственно вдиапазоне температур от сии до1ахс:

Di;, дь — i Гаружный и епу диаметры в1улки; ° (, б — осевые размеры втулки и шайбы; бой на конце, элемент из материала с а2 размещают в глухом отверстии с зазором по отношению к элементу из ма1ериала с а1, затем на ступени меньшего диаметра уста5 навливают шайбу, гайку и штифты и затягивают их, создавая в элементе из материала с а1, втулке и сварных швах заданное усилие.

2.Способпоп.1,отличающийся тем, 10 что, с целью получения по втулке осевых усилий, соответствующих реальным условиям, в элементе из материала с а1 выполняют центральное отверстие диаметром d,, который определяют из соотношения

h — глубина провара в шое приварки элемента из материала с а1 к втулке:

dL — внутренний диаметр трубы патрубка;

20 0к, da — наружный и внутреннийдиаметры шайбы, 3. Способпо пп.1 и 2,отл ича ющийс я тем, что, с целью снижения металлоемкости сопоставимых испытаний, элемент из

25 материала с а1 выполняют в виде ступенчатОго цилиндра с двумя ступенями с меньшими диаметрами, чем центральная третья ступень, на каждой ступени с меньшим диаметром располагают элементы из материа30 ла с ар, а также шайбы, гайки и штифты.

1704992

1704992

Редактор И.Касарда

Составитель Л.Назарова

Техред М,Моргентал Корректор О.Кравцова

Производственно-издательский комбинат "Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 153 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССГ

1}3035, Москва, Ж-35. Раушская нэб., 4/5