Способ испытания на циклическую прочность неразъемных соединений и устройство для его осуществления

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Тарасенко Ирина Владимировна Латыпова Елена Юрьевна Березиенко Валерий Петрович Цумарев Юрий Алексеевич Фурманов Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) 1. Способ испытания на циклическую прочность неразъемных соединений, при котором образец неразъемного соединения скрепляют с захватами, устанавливают его в испытательную машину, нагружают, приводят во вращение и регистрируют количество циклов нагружения, отличающийся тем, что перед скреплением образца с захватами производят его кернение в точках, являющихся центрами торцовых поверхностей, в процессе испытания измеряют электрическое сопротивление между этими точками, по величине которого судят о размере трещины, при этом момент прекращения испытания устанавливают по достижению заданной величины электрического сопротивления. 2. Устройство для испытания на циклическую прочность неразъемных соединений,содержащее захваты, скрепленный с ними образец неразъемного соединения, включающий две круглые пластины, соединенные друг с другом сваркой или пайкой, грузы, подвешенные к одному из захватов, и привод вращения, при этом оси образца и захватов совпадают с осью вращения привода, отличающееся тем, что в образце выполнены углубления в виде кернов, расположенные в центре его торцовых поверхностей, по оси захватов выполнены отверстия, в которых установлены электроды, изолированные от захватов, при этом концы электродов размещены в углублениях образца, а электроды подключены к омметру.(56)1173247 , 1985.56117160 , 1981.04204043 , 1992.05157721 , 1993.63191048 , 1988.1117521 , 1984.58009059 , 1983.56124041 , 1981.0806658 1, 1997.98/12554 1.1056027 , 1983.938117, 1982.93042135 , 1996.94032306 1, 1996.974215, 1982. Изобретение относится к области исследования прочностных свойств материалов, а именно циклической прочности неразъемных (паяных, сварных) соединений. Известен способ испытания на циклическую прочность, при котором образец устанавливают в испытательную машину, скрепляют с захватами, нагружают, доводят до разрушения и определяют количество циклов (см. В.С. Золотаревский. Механические испытания и свойства металлов. - . Металлургия, 1974. - С. 279-284). Устройство для осуществления указанного способа испытания на циклическую прочность содержит образец, скрепленный с захватами испытательной машины, пульсатор,при этом захваты соединены с пульсатором (см. В.С. Золотаревский. Механические испытания и свойства металлов. - . Металлургия, 1974. - С. 279). Недостатками приведенных выше способа испытания на циклическую прочность и устройства для его осуществления являются высокая стоимость процесса испытаний, а также большие габариты испытательной машины. Высокая стоимость процесса испытания обусловлена значительной его энергоемкостью, а большие габариты испытательной машины обусловлены наличием пульсатора, усложняющего конструкцию нагружающего устройства и машины в целом. Наиболее близким к заявляемому способу является способ испытания на циклическую прочность неразъемных соединений, при котором образец скрепляют с захватами, устанавливают в испытательную машину, нагружают его, приводят во вращение и регистрируют количество циклов нагружения (см. А.с. СССР 1173247 // Бюл.30, 1985). Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для осуществления способа испытания на циклическую прочность неразъемных соединений, содержащее захваты, скрепленный с захватами образец неразъемного соединения, состоящий из двух круглых пластин, соединенных друг с другом сваркой или пайкой, грузы, подвешенные к одному из захватов, и привод вращения, при этом оси образца и захватов совпадают с осью вращения привода (см. А.с. СССР 1173247 // Бюл.30, 1985). Недостатками приведенных выше способа испытания на циклическую прочность и устройства для его осуществления являются отсутствие возможности изучения кинетики разрушения образца, а также высокая стоимость процесса испытания. Отсутствие возможности изучения кинетики разрушения образца обусловлено тем,что возникновение и рост трещины происходит между круглыми пластинами образца, где нельзя визуально определить размер трещины при разном цикле количестве циклов нагружения. Высокая стоимость процесса испытания обусловлена необходимостью приня 2 6823 1 тия специальных мер безопасности, т.к. при разрушении быстро вращающегося образца могут образовываться осколки, летящие с большой скоростью. Задачей изобретения является обеспечение возможности изучения кинетики разрушения образца, а также снижение стоимости процесса испытания. Поставленная задача достигается тем, что в способе испытания на циклическую прочность неразъемных соединений, при котором образец неразъемного соединения скрепляют с захватами, устанавливают его в испытательную машину, нагружают, приводят во вращение и регистрируют количество циклов нагружения, согласно изобретению, перед скреплением образца с захватами производят его кернение в точках, являющихся центрами торцовых поверхностей, в процессе испытания измеряют электрическое сопротивление между этими точками, по величине которого судят о размере трещины, при этом момент прекращения испытания устанавливают по достижению заданной величины электрического сопротивления. Кроме того, поставленная цель достигается тем, что в устройстве для осуществления способа испытания на циклическую прочность неразъемных соединений, содержащее захваты, скрепленный с ними образец неразъемного соединения, включающий две круглые пластины, соединенные друг с другом сваркой или пайкой, грузы, подвешенные к одному из захватов, и привод вращения, при этом оси образца и захватов совпадают с осью вращения привода, согласно изобретению, образец снабжен углублениями в виде кернов,расположенных в центре его торцовых поверхностей, по оси захватов выполнены отверстия, в которых установлены электроды, изолированные от захватов, при этом концы электродов размещены в углублениях образца, а электроды подключены к омметру. Благодаря тому, что перед скреплением образца с захватами производят его кернение в точках, являющихся центрами торцовых поверхностей, в процессе испытания измеряют электрическое сопротивление между этими точками и по величине электрического сопротивления судят о размере трещины, появляется возможность изучать кинетику разрушения образца, фиксируя размер трещины в сварном или паяном соединении в зависимости от количества циклов нагружения. Благодаря тому, что момент прекращения испытания устанавливают по достижению заданной величины электрического сопротивления, испытываемый образец не нужно доводить до разрушения, что исключает образование осколков, повышая тем самым безопасность и снижая стоимость испытания за счет отказа от специальных мер безопасности. Благодаря тому, что в образце выполнены углубления в виде кернов, расположенные в центре его торцовых поверхностей, а также благодаря тому, что по оси захватов выполнены отверстия, в которых установлены электроды, подключенные к омметру, создаются условия, необходимые для измерения электрического сопротивления одного и того же участка, непосредственно прилегающего к зоне разрушения, где изменения электрического сопротивления наиболее адекватно отражают изменения размера трещины. При этом исключается возможность ошибки в измерении электрического сопротивления (а значит,и в определении размера трещины), обусловленной тем, что на разных стадиях испытания измеряется электрическое сопротивление между разными точками образца. Благодаря тому, что концы электродов размещены в углублениях образца и изолированы от захватов, устраняется шунтирование участка электрической цепи между центрами торцовых поверхностей испытываемого образца через захваты, что также повышает точность определения размера трещины. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показано устройство для осуществления способа испытания на циклическую прочность неразъемных соединений. Устройство для осуществления способа испытания на циклическую прочность неразъемных соединений содержит захваты 1 и 2, образец неразъемного соединения 3, скрепленный с захватами 1 и 2 посредством крепежных болтов 4, электродов 5, размещенных в отверстиях 6, которые выполнены по оси захватов 1 и 2. Электроды 5 изолированы от 3 6823 1 захватов 1 и 2 втулками 7 из электроизоляционного материала, например фторопласта, и подключены к омметру 8. Образец неразъемного соединения 3 состоит из двух круглых пластин, соединенных друг с другом в центральной части посредством сварки или пайки. В центре каждой из торцовых поверхностейиобразца 3 выполнены углубления в виде кернов, в которых размещены концы электродов 5. Захват 1 установлен в зажиме 9 испытательной машины (на чертеже не показана), а к захвату 2 приложена поперечная изгибающая сила , которая создается с помощью груза (на чертеже не показан), подвешенного к концу этого захвата. Оси образца 3, захватов 1 и 2 совпадают с осью зажима 9, а значит, и с осью вращения привода. Испытание на циклическую прочность проводят в следующей последовательности. Производят кернение образца 3 в точках, которые являются центрами торцовых поверхностейи , после чего образец 3 скрепляют с захватами 1 и 2, к захвату 2 прикладывают поперечную изгибающую силус помощью груза, подвешенного к концу захвата 2. Затем в отверстия 6 вставляют изолирующие втулки 7, внутри которых размещают электроды 5, каждый из которых одним своим концом вводят в углубление - керн образца 3, а другой подключают к омметру 8, зажим 9 испытательной машины приводят во вращательное движение, которое через захват 1 передается на образец 3 и захват 2, создавая циклически изменяющиеся напряжения в неразъемном соединении испытываемого образца 3. При этом за каждый оборот образца 3 происходит полный цикл изменения напряжений. Т.к. оси образца 3, захватов 1 и 2 совпадают с осью зажима 9 и с осью вращения привода, контакт электродов 5 с углублениями - кернами образца 3 происходит в неподвижной точке и вращение не влияет на показания омметра 8. В процессе испытания одновременно регистрируют количество циклов нагружения, которое равно количеству оборотов привода, и электрическое сопротивление образца 3 между электродами 5. По изменению электрического сопротивления судят об образовании усталостной трещины в неразъемном соединении и о ее размерах. По достижению заданной величины электрического сопротивления испытания прекращают. Экспериментально было установлено, что после того,как усталостная трещина займет 70 площади поперечного сечения неразъемного соединения испытания можно прекратить, т.к. к этому моменту фактическая удельная нагрузка на испытываемый сварной или паяный шов резко возрастает, оставшийся ресурс циклической прочности соответствует столь малому количеству циклов, что им можно пренебречь в оценке результатов. Чтобы по величине электрического сопротивления судить о размере усталостной трещины в неразъемном соединении испытываемого образца, проводят предварительное исследование, при котором измеряют электрическое сопротивление между накерненными точками и соответствующие ему размеры усталостной трещины, разрезая образец и выявляя трещину в нем металлографическим методом. Использование предлагаемого изобретения позволяет изучать кинетику разрушения при циклическом нагружении неразъемных соединений методом кругового изгиба, снизить стоимость испытаний и получить за счет этого экономический эффект. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.