Устройство для испытания материалов при сложнонапряженном состоянии в агрессивной среде Советский патент 1985 года по МПК G01N17/00 

i Изобретение относится к испытательной тех нике, а именно к устройствам для испытания материалов при спожнонапряженном состоянии Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспече ния разли шых соотношений нагрузок, действу ющих на образец. На фиг.1 изображена схема устройства, общий вид; на фиг. 2 - рабочая камера, вид сверху; на фиг. 3 - рабочая камера с систе мой регистрации, общий вид. Устройство для испытания материалов при сложнонапряженном состоянии в агрессивной среде содержит основание 1, двухкоординатный стол 2 с микроскопом 3, пассивный и активный захваты 4 и 5 образца 6, герметичную рабочую камеру 7, в которой установлены образец 6 и микроэлектроды 8-10, трехкоординатные микроманипуляторы 11-13 для подвода микрозлектродов 8- 10 соответственно, штатив 14, приспособление 15 для закручивания образца 6, установленное на валу 16, связанном с активным захватом 5, и соосно установленное на валу 16 приспособление 17 для нагружения образца растяжением-сжатием Приспособление 17 имеет индивидуальный привод 18 и выполнено в виде концентрично установленных на валу 16 втулки 19 с гайко 20, во втулке 19 выполнена полость в виде двух обращенных друг к другу большими ос нованиями конусов с установленным в ней двойным упорным подшипником 21 качения со вставками 22 в форме полусфер, плоские грани которых взаимодействуют через подшип ник 21 с буртом 23 вала. 16. Приспособление 15 также имеет индивидуальный привод 24 , а закручивание образца осуществляется благодаря проточке 25 на конце вала 16 и шариковых направляющих 26 внут ри полого вала червячного колеса 27. На пассивном захвате 4 установлены датчики 28 и 29 осевой нагрузки и упругий элемент 30 с датчиком 31 измерения крутящего момента. Устройство снабжено также двумя коробками 32 и 33 скоростей, установленными соответственно между приводом 24 и приспособлением 15 для закручивания и между приводом 18 и приспособлением 17 для растяжения-сжатия образца 6. Для проведения исследований в газонасыщенных жидких средах рабочая камера 7 выполнена герметичной и термостатируемой, установлена на .штативе 14 и посредством сильфонов 34-36 подсоединена к образцу 6 и крышке 37, закреш1е1шой неподвижно на корпусе объектива 38 микроскопа 3. К крьшлсе 37, в свою очередь, посредством скльфонов 39-41 подсоединены микроэлектроды 8-10, 4 предназначенные для измерения величины электродного потенциала, тока в микрогальванической паре и рН раствора в коррозионной микротрещине. В рабочей камере 7 также размещены платиновый поляризующий электрод 42 и термодатчик 43. Система регистрации включает в себя блок 44 измерения электродных потенциалов структурных составляющих, соединенный с микроэлектродом 10, блок 45 измерения величины тока в микрогальванических парах, соединенный с микроэлектродами 8 и 10, блок 46 измерения рН раствора в коррозионной микротрещине, соединенный с рН-чувствительным микроэлектродом 9 и микрозлектродом 8, потенциостат 47, соединенный с образцом 6, микро-; электродом 8 и платиновым электродом 42, и блок 48 измерения температуры коррозионной средь, соединенный с термодатчиком 43. Система управления (не показана) включает в себя блоки программирования. каждого вида нагружения, блоки сравнения сигналов датчиков 28, 29 и 31, блоки цифровой индикаций, подключаемые к ЭВМ. Устройство работает следующим образом. Для обеспечения одновременного воздействия на образец 6 нескольких видов нагрузок реверсивный двигатель тиристорного привода 18 через коробку скоростей 32 и приспособление 17 растяжения-сжатия перемещает поступательно активный захват 5, а реверсивный двигатель привода 24 передает крутящий момент через коробку скоростей 33, приспособление 15 для закручивания в шариковые направля- ющие 26 активному захвату 5, что позволяет имитировать работу различных деталей оборудования, например бурильных труб, которые в процессе эксплуатации подвергаются одновременному воздействию растягивающих и скручивающих нагрузок в коррозионных средах. Использование реверсивных тиристорных приводов 18 и 24 и коробок 32 и 33 скоростей позволяет получить бесступенчатое регулирование скорости деформации образца. Активный захват 5 самоустанавливается с помощью двойного упорного подшипника 21 качения в форме полусфер, плоские грани которых взаимодействуют с буртом 23 вала 16, обеспечивая при нагружении соосность приложения осевой нагрузки и разгрузку образца 6 от поперечных нагрузок. Активный захват 5 передает осевую нагрузку и крутящий момент образцу 6, последний пассивному захвату 4, где величина осевой нагрузки регистрируется датчиками 28 и 29 при растяжении и сжатии соответственно, а упругий элемент 30, в свою очередь, воспринимает крутящий момент, регистрируемый датчиком

31. Скорость деформирования образца задают блоком програмирования. (не показан).

Деформацию образца 6 определяют путем измерения размеров рабочей части образца в начале и в процессе испытания. Размеры рабочей части образца 6 (длину и цшрину плоского образца, длину и диаметр цилиндрического) измеряют посредством микрометрических винтов 49 при перемещении двухкоординатного стола 2 с микроскопом 3 в пределах границ измеряемого участка, отмечаемых по перекрестию в микроскопе 3. Для определения деформации отдельных структурных составляющих материала образца 6 используют микроскоп 3, который приспособлен для наблюдения и фотографирования микроструктуры материала в отраженном свете при коррозионных испь1таннях.

Для проведения исследований в газонасыщенных жидких средах, учитывая, что. расгворенные газы существенно меняют кинетику и даже механизм коррозионного разрущения (например, присутствие сероводорода в электролите изменяют скорость коррозии и приводит к сульфидному растрескиванию), коррозионную среду 50, в которой испытьшают образец 6, заливают в рабочую камеру 7 и герметизируют, а с помощью щтатива 14, имеющего возможность вертикального перемещения, регулируют глубину погружения образца 6 подготовленного как микрощлиф.

Электродные потенциалы отдельных структурных составляющих материала измеряют с помощью блока 44, включающего усилитель с высоким входным сопротивлением и цифровой

микровольтметр (не показаны), используя микроэлектрод 10, представляющие собой хлорсеребряный электрод сравнения, оканчивающийся стеклянным микрокапилляром, который при помощи трехкоординатного микроманипулятора 13 устанавливают в поле зрения микроскопа 3 и подводят к исследуемой структурной составляющей образца 6, при этом всю остальную поверхность образца покрывают лаком или химически чистым парафином. Диаметр микрокапилляра для обеспечения стабильности результатов измерений должен быть в 3-5 раз меньще размера исследуемой структурной составляющей.

Для расширения информации о механизме и кинетике разрущения нагруженного образца 6 измеряют величину тока в микрогальванических парах, которая является характеристикой скорости электрохимической коррозии, с помощью блока 44 и микрозлектродов 8 и 10, а величину рН раствора, которая влияет на кинетику развития микротрещин, измеряют с помощью блока 46, используя микроэлектрод 8 и рН-чувствительный микрозлектрод 9, например, стеклянный сурьмяноокисный.

Для определения контролирующего фактора процесса и скорости коррозии при приложении механических нагрузок проводят поляризационные исследования структурных составляющих материала, используя потенциостат 47 подключаемый к образцу 6, микроэлектроду 8 и платиновому поляризующему электроду 42.

Температуру коррозионной среды 50 измеряют блоком 48, связанным с термодатчиком 43. Л 23 J9 Ю 7П № 19 23 2Г 22 20 27 2В ;//// /.////// 29 11 В 9 -И

УСТЮЙСЛГВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СЛОЖНОНАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ В АГРЕССИВНОЙ СРЕДЕ, содержащее основание, установленные на нем герметичную камеру для среды, пассивный и активный захваты, вал, связанный с активным захватом, установленные на валу приспособление для закручивания образца и приспособление для растяжения-сжатия образца с индивидуальными приводами и систему регистрации нагрузки и деформации, отличающееся тем, что с целью расишрения функциональных возможностей путем обеспечения различных соотношений нагрузок, действующих на образец, вал выполнен с кольцевым буртом, приспособление для растяжениясжатия образца вьшолнено в виде концентрично установленной на валу и взаимодействующей с буртом втулки, в которой имеется полость в виде двух обращенных друг к другу больi шими основаниями конусов, гайки, охватыва(Л ющей втулку, и размещенного в полости втулки двойного подщипника качения со вставками в форме полусфер, плоские грани которых взаимодействуют с буртом вала, а приспособление для закручивания образца установлено на валу соосно приспосо (тлению для растяжения-сжатия образца. ;о Од 4

3ff

фиг.2

10

35

37