RU166186U1 - STRENGTH TEST FOR A WELDED JOINT - Google Patents

Abstract

Оправка для испытания на прочность сварного соединения, выполненная из прямоугольных пластин, отличающаяся тем, что упомянутые пластины в количестве трех жестко соединены 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 упомянутых боковых пластин, меньшей по высоте, чем другая боковая пластина, выполнен вырез в форме полукруглого сегмента.A mandrel for testing the strength of a welded joint made of rectangular plates, characterized in that the said plates in the amount of three are rigidly interconnected, and two side plates are mounted vertically with their smaller faces along the edges of the surface of the supporting 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 aforementioned side plates, smaller in height than the other side plate, a half-circle cut is made Glogow segment.

Description

Полезная модель относится к области испытаний на прочность при сдвиге соединения, применяемого для обеспечения контакта вывода провода электрохимической защиты (ЭХЗ) для его соединения с трубопроводом (газопроводом).The utility model relates to the field of shear strength tests of a compound used to provide contact between the output of an electrochemical protection wire (ECP) for its connection with a pipeline (gas pipeline).

Из исследованного уровня техники выявлено большое количество технических решений, в том числе и изобретений, предназначенных для проведения испытаний сварных соединений.From the studied prior art revealed a large number of technical solutions, including inventions intended for testing welded joints.

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 напряжений судят о механических свойствах материала в зоне разрушения. При этом происходит полное разрушение удерживающего элемента, выполненного в виде ушек с отверстиями.A device is known that is described in the author's certificate for the invention of the USSR No. SU 847140 "Sample for determining the mechanical properties of the material of the weld and heat-affected zone" authors E.A. Guseva et al. (Priority date 10/20/1978, IPC G01N 1/28 and G01N 3/08), designed to study the strength of the material of the weld and heat-affected zone. The described device consists of a plate with a weld deposited on its surface and contains stress concentrators, the peaks of which are in different zones of the weld material and the heat-affected zone. The sample is tested in tension, while the destruction of the sample occurs in the region of the weld or heat-affected zone. By the destructive load and the stress concentration coefficient, the mechanical properties of the material in the fracture zone are judged. Thus there is a complete destruction of the retaining element, made in the form of ears with holes.

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.The disadvantages of the described device are a single cycle of its use due to the integral structure (test zone and holding zone) and its complete destruction at the end of the test, as well as the fact that when testing the device, it is not the welded joint and its strength, but the strength of the material in the welded or heat-affected zone that is examined .

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.A device is known for measuring the strength of a welded joint, described in the copyright certificate for the invention of the USSR No. SU 1065723 "Flat sample for testing the strength of a welded joint" by Yu.V. Shevnyuk et al. (Priority date 09/30/1982, IPC G01N 3/00), containing gripping parts and a working part, on which there are zones of the welded joint and the base material, the welded joint zone and the main material zone are arranged in series, the plane of the welded joint is parallel the sample plane, in each of the zones at a distance from their common border, greater than the width of the sample, V-shaped stress concentrators are made. In this case, both the test sample and the retaining element are made uniformly and indivisibly, the retaining element is made in the form of rectangular ears.

Недостатком описанного устройства является однократный цикл использования устройства вследствие неразъемности конструкции и его полного разрушения при окончании испытаний.The disadvantage of the described device is a single cycle of use of the device due to the integral structure and its complete destruction at the end of the test.

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.A device is known for determining the strength of welded joints, described in the copyright certificate for the invention of the USSR No. SU 1469295 "Sample for assessing the strength of welded joints" by Yu.Z. Yerusalimsky (priority date 06/19/1987, IPC G01N 3/04), consisting of several parts having parallel bases and connected by means of welds symmetrical about the axis of the specimen, inclined to its base, the parts being made in the form of equal isosceles curved trapezoidal displacements relative to each other in the direction of the axis of the sample to touch the side faces and connected by the same welds.

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 также приходят в негодность.The disadvantages of the described device are a single cycle of use of the device due to the integral structure and its destruction at the seams at the end of the test, as well as the fact that the holding device for the test sample is made of unconnected parts of a certain shape, which also become unusable after the test.

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.A device is known for determining the strength of a welded joint, described in the copyright certificate for the invention of the USSR No. SU 1424469 "Sample for the study of the strength characteristics of welded joints" by A.V. Egorsheva et al. (Priority date 01/16/1987, IPC G01N 3/32), consisting of two plates interconnected by a weld and having gripping portions, the weld being made at an acute angle a to the longitudinal axis of the specimen coinciding with the axis of the test cars. The sections of the plates at which the ends of the seams have protrusions symmetrical with respect to the axis of the specimen, the length of which is 0.1-0.3 of the width of the plate, the height of 0.05-0.1 of the width of the plate, and the edges of the protrusions are conjugated with the edges of the plate in radius, equal to 0.3-1.2 of the width of the plate. In this case, the retaining element is made together with the test sample, and inseparable from it.

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.The disadvantages of the described device are a single cycle of use of the device due to the integral structure and its destruction along the seam due to the protrusions leading to the destruction of the weld in its middle part, as well as the fact that the dimensions of the sample must be of certain values when in practice it is necessary to deal with different samples.

Известно 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). 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 третьей центральной пластины при проведении испытаний сварного соединения.A device for measuring strength is known, described in the USSR author's certificate for invention No. SU 1660906 “Sample for comparative mechanical testing of welded lap joints” by V.A. Gindin et al. (Priority date 07.21.1988, IPC V23K 31/02). The device described in USSR author's certificate for invention of the USSR No. SU 1660906 "Sample for comparative mechanical testing of welded lap joints" by V.A. Gindin et al. Consists of three geometrically similar rectangular plates of two rectangular lateral and one central plate and contains internal hubs located symmetrically with respect to the axis of the sample, with the central plate offset by a distance equal to 1-2 plate thicknesses along the vertical axis of the sample and connected to each of the side plates Steen two seams parallel to this axis, and the welds made without amplification. Two side plates in this case serve to hold the third central plate during testing of the welded joint.

Недостатками известного устройства (описанного выше) 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 device (described above) are a single cycle of use of the device due to the integral structure and its complete destruction at the end of the test, as well as poor lateral stability due to the small surface area of the side plates when tested under load.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, выявленному из исследованного уровня техники по наибольшему количеству совпадающих признаков, технической сущности и достигаемому результату является устройство для закрепления образца при исследовании на прочность сварного соединения (патент на изобретение DE 202006001678 U1, МПК G01N 3/04, дата публикации 13.04.2006), которое и выбрано в качестве прототипа. Известное устройство, 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.The closest to the proposed technical solution, identified from the investigated prior art by the largest number of matching features, the technical nature and the achieved result is a device for fixing the sample during the study on the strength of the welded joint (patent for invention DE 202006001678 U1, IPC G01N 3/04, publication date 04/13/2006), which is selected as a prototype. The known device, consisting of two parts, which are flat rectangular plates with holes for attaching the test sample with a T-shaped welded joint. Fastening components (flat plates) are provided with a loop for fastening and creating an active load on the test sample. In this case, the test specimen perceives tensile loads.

Недостатками описанного устройства в прототипе является усложнение процесса испытания образца за счет наличия специальных креплений, что увеличивает время подготовки образца к испытаниям, а так же приводит к особым требованиям к форме самого испытуемого образца. В прототипе возможно испытание только Т-образных образцов, за счет прямоугольной формы пазов в пластинах и конструкции прямоугольных удерживающих пластин.The disadvantages of the described device in the prototype is the complexity of the process of testing the sample due to the presence of special mounts, which increases the time of preparation of the sample for testing, and also leads to special requirements for the shape of the test sample. In the prototype, it is possible to test only T-shaped samples, due to the rectangular shape of the grooves in the plates and the design of the rectangular holding plates.

Технической задачей предлагаемого устройства оправки для испытания на прочность сварного соединения является повышение количества циклов использования устройства при проведении испытании образцов, а также повышение надежности и устойчивости оправки при разнородных нагрузках на испытуемый образец.The technical task of the proposed mandrel device for testing the strength of the welded joint is to increase the number of cycles of use of the device when testing samples, as well as to increase the reliability and stability of the mandrel under heterogeneous loads on the test sample.

Оправка для испытания на прочность сварного соединения, выполненная из прямоугольных пластин, отличающаяся тем, что упомянутые пластины в количестве трех жестко соединены между собой, причем две боковые пластины установлены вертикально своими меньшими гранями по краям поверхности опорной третей пластины, меньшей из них по размеру, с образованием между пластинами прямоугольного паза для размещения испытуемого образца, а в одной из упомянутых боковых пластин, меньшей про высоте, чем другая боковая пластина, выполнен вырез в форме полукруглого сегмента.A mandrel for testing the strength of a welded joint made of rectangular plates, characterized in that the said plates in the amount of three are rigidly interconnected, and two side plates are installed vertically with their smaller faces along the edges of the surface of the supporting third plate, the smallest of them in size, with the formation of a rectangular groove between the plates for the placement of the test sample, and in one of the mentioned side plates, shorter than the other side plate, a half-circle cut is made Glogow segment.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства и вид с боку оправки для испытания на прочность сварного соединения - его конкретная реализация, с вырезом в форме полукруглого сегмента на меньшей боковой прямоугольной пластине.In FIG. 1 shows a general view of the device and the side view of the mandrel for testing the strength of a welded joint — its specific implementation, with a cut in the form of a semicircular segment on a smaller side rectangular plate.

Устройство, изображенное на фиг. 1, представляет собой три металлические прямоугольные пластины 1 (например, размерами 250×60×20 мм), 2 (например, размерами 210×60×20 мм) и 3 (например, размерами 140×60×20 мм) в форме прямоугольных параллелепипедов, соединенные между собой (например, сваркой). При этом пластина 1 представляет собой прямоугольный параллелепипед 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 трех пластин 3, выполняющую роль опоры оправки. При этом пластина 1 и пластина 3 в месте соединения жестко приварены друг другу сваркой. Пластина 2 нижней гранью опирается на верхнюю грань пластины 3, а место контакта пластин 2 и 3 жестко приварено. 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).The device shown in FIG. 1, represents three rectangular metal plates 1 (for example, dimensions 250 × 60 × 20 mm), 2 (for example, dimensions 210 × 60 × 20 mm) and 3 (for example, dimensions 140 × 60 × 20 mm) in the form of rectangular parallelepipeds interconnected (for example, by welding). In this case, the plate 1 is a rectangular parallelepiped and acts as the back wall of the mandrel to hold the sample for testing the strength of the welded joint. The plate 1 is located vertically, the lower base (the smaller face) resting on the upper face of the smaller of the three plates 3, which acts as a support mandrel. In this case, the plate 1 and the plate 3 at the junction are rigidly welded to each other by welding. The plate 2 with the lower edge rests on the upper face of the plate 3, and the contact point of the plates 2 and 3 is rigidly welded. The plate 2 is 10-30% smaller in height of the plate 1 and has a large cutout in the form of a semicircular segment centered on the axis of the plate 2. Moreover, the diameter of the cutout is 10-20 mm less than the width of the 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. The plates 1 and 2 are thus fixed on the plate 3, which form uniform vertical surfaces from the sides. In this case, a rectangular internal groove is formed between the plates 1 and 2 to place the test specimen with the test surfacing in the form of a welded joint (for example, hemispherical or other shape).

Рассмотрим устройство оправки для испытания на прочность сварного соединения в действии:Consider a mandrel device for testing the strength of a welded joint in action:

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 задняя стенка оправки (1) 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, создает равномерную реакционную нагрузку на испытуемое сварное соединение.A flat sample is taken (of arbitrary dimensions, but not more than the dimensions formed by the plates 1 and 2 of the groove) with the surfacing (welded joint) and inserted into the rectangular groove of the mandrel formed by the plates 1 and 2 so that the surfacing (welded joint) is directly formed on the plate 2 semicircular segment. Next, the mandrel is fixed in the stationary part of the press (for example, brand IP-6010.100.1). Next, the actual test of the test specimen placed between plates 1 and 2 is carried out. While pressing the movable part of the press on the test specimen, the force is visually monitored (on the press scale) and its numerical value is recorded at the time of the fracture of the welded joint, which experiences the reaction of the press for the emphasis in the semicircular cut segment on the plate 2. In this case, the load is distributed evenly on the welded joint so that the workpiece itself cannot slip, which is sufficient It is ignored due to the semicircular cut-out segment acting as an additional support, and the back wall of the mandrel (1) prevents lateral displacement of the loaded sample, thereby increasing the accuracy of measurements and the reliability of tests under heterogeneous loads. Plates 1 and 2 serve as fixed guides, preventing lateral movements of the test specimens during the test. The semicircular segment in the plate 2 also prevents the displacements of the sample, creates a uniform reaction load on the test weld.

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.By the magnitude of the measured force, a conclusion is made about the quality of the welded joint. The test process is carried out with a loading speed of 2.0 mm / min. The value of shear strength, as well as the ratio of the surfacing area, must meet the requirements of 10.9.1.6 STO Gazprom 2-2.2-136-2007 “Instructions on welding technologies in the construction and repair of field and main gas pipelines”. At the moment when the test sample is under critical load, it is destroyed, however, the mandrel itself remains unharmed, and the sample for the next tests is replaced with a new one.

В случае удовлетворения указанным требованиям делают вывод о качественном сварном соединении, в противном случае изделие отбраковывается. 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.If these requirements are met, a conclusion is drawn about a high-quality welded joint, otherwise the product is rejected. Plate 3, perceiving the entire load on the mandrel, evenly distributes it over the entire area of the lower face, thereby eliminating the possibility of the mandrel overturning together with the test sample.

Кроме указанных целей заявленное техническое решение обеспечивает возможность снижения трудоемкости выполнения операций по проверке надежности контакта, с возможностью повышения эффективности технологии испытаний в целом.In addition to these goals, the claimed technical solution provides the opportunity to reduce the complexity of the operations to verify the reliability of the contact, with the possibility of increasing the efficiency of the test technology as a whole.

Claims (1)

Оправка для испытания на прочность сварного соединения, выполненная из прямоугольных пластин, отличающаяся тем, что упомянутые пластины в количестве трех жестко соединены 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 упомянутых боковых пластин, меньшей по высоте, чем другая боковая пластина, выполнен вырез в форме полукруглого сегмента.

A mandrel for testing the strength of a welded joint made of rectangular plates, characterized in that the said plates in the amount of three are rigidly interconnected, and two side plates are mounted vertically with their smaller faces along the edges of the surface of the supporting 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 aforementioned side plates, smaller in height than the other side plate, a half-circle cut is made Glogow segment.

Images