Способ испытания полых изделий на герметичность при криогенных температурах Советский патент 1990 года по МПК G01M3/04 

Изобре.гние относится к испытательной технике и может использоваться для испытаний на герметичность элементов криогённо-вакуумных установок в условиях, имитирующих эксплуатационные температурно-силовые воздействия.

Цель изобретения - повышение надежности испытаний путем приближения температурно-силовых воздействий к эксплуатационным, а также повышение достоверности путем исключения перегрузок изделий.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа.

Над испытуемым сварным соединением 1 изделия в виде части криволинейной стенки 2 с двух сторон устанавливают герметизированные уплотнения 3, полукамеры 4 и 5 с установленными трубопроводами 6 и 7 для подвода хладагента или теплоагента и отводящими 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 испытания полых изделий на герметичность при криогенных темпера- ,турах осуществляется следующим образом.

Над испытуемым сварным соединением изделия в виде части криволинейной стенки 2, например стыковым сварным соединением элемента внутреннего сосуда из листового проката для негаба- ритного криогенного резервуара, низко- температурные испытания 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 соединения 1 до начальной температуры,.после чего дают выдержку для стабилизации температуры. Начальную температуру выбирают из условия получения при ударном тепловом воздействии охлаждением наибольших напряжений 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 заполняют полукамеру 4 хлад- агентом, например жидким азотом, обеспечивая ударное тепловое воздействие на внешнюю сторону испытуемой зоны соединения 1, охлаждая ее до температуры ниже температуры кризиса пленоч- ного кипения хладагента. Под тепловым ударом понимается изменение температуры изделия с такой скоростью, при которой в материале его стенки 2 возникают температурные напряжения, вы- званные неравномерным распределением температуры по толщине стенки. Под температурой кризиса пленочного кипения понимается температура, при которой пленочное кипение жидкого хлад- агента перехбдит в пузырьковое, и при этом из-за улучшения теплоотдачи от охлаждаемой поверхности резко понижается ее; температура. Для жидкого азота температура перехода обычно дости- гает 120 К. Утечки хладагента в процессе охлаждения контролируют по тече искателю 11. После выдержки для стабилизации температуры проиводят отогрев испытуемой зоны, обеспечивая ударное тепловое воздействие на внешнюю сторону испытуемой зоны, отогревая ее до начальной температуры при подаче теплоагента, например горячего воздуха, в полукамеру 4 через трубо- проводы 6 и 8..Начальную температуру выбирают по приведенным условиям. Утечки одной из компонент греющего воздуха в процессе отогрева, например азота, контролируют по течеискателю 11. Затем выполняют вторую половину цикла испытаний. Для этого дают выдержку для стабилизации температуры и откачивают полость полукамеры 4

ч 5 Q

5

вакуумным насосом 10. Затем через трубопроводы 7 и 9 с максимальной скоростью заполняют полукамеру 5 хладагентом, например жидким азотом, обеспечивая ударное тепловое воздействие на внутреннюю сторону испытуемой зоны соединения 1, охлаждая ее до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента. Утечки хладагента в процессе охлаждения контролируют по течеискателю 11.

После выдержки для стабилизации температуры производят отогрев испытуемой зоны. Обеспечивая ударное тепловое воздействие на внутреннюю сторону испытуемой, зоны, нагревают ее до начальной температуры при подаче теплоагента, например, горячего воздуха, в полукамеру 5 через патрубки 7 и 9. Начальную температуру выбирают по приведенным условиям. Утечки одной из компонент греющего воздуха в.процессе отогрева, например азота, контролируют по течеискателю 11. Полные испытательные циклы повторяют необходимое число раз, например 5-10% от предполагаемого ресурса работы. Затем выполняют окончательный контроль герметичности испытуемой зоны соединения 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, располагающееся в недоступном после сб ки месте. В этом случае температурнь ,: деформации локально охлаждаемой зоны компенсируются изменением кривизны стенки и для того, чтобы создать температурные напряжения в слое металла, необходимы испытания 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, образующегося при заполнении жидким азотом подводящих магистралей, охлаждают испытуемую зону до начальной температуры 282- 288 К. Одновременно откачивают вакуумным насосом 10 полость полукамеры 5,

5

а подводящую магистраль заполняют жидким азотом. Затем, открыв вентиль 12, через трубопроводы 6 и 8 с максимальной скоростью заполняют полукамеру 4 жидким азотом, обеспечивая теплоьие1566,416

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

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет имитировать температурно-силовые условия эксплуатации. С двух сторон испытуемой зоны изделия устанавливают камеры. Поочередно заполняя с максимальной скоростью одну из полукамер хладагентом и одновременно откачивая вакуумным насосом другую, определяют герметичность испытуемой зоны в условиях циклических ударных тепловых воздействий при охлаждениях и отогревах. Начальную температуру выбирают из условия создания в испытуемом участке наибольших напряжений 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 кипения хладагента. Контроль герметичности в процессе температурных воздействий выполняют с помощью течеискателя по хладагенту и теплоагенту, а окончательный контроль - по индикаторному газу. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

вой удар при охлаждении внешней стороны испытуемой зоны соединения 1. При этом в поверхностном слое металла в первые секунды охлаждения возникает скачок растягивающих напряжений, достигающий 0,66Т 283 К, который в процессе охлаждения уменьшается до 0,36 при 230 К - 0,1 6Т при 110 К. После достижения температуры кризиса пленоч ного кипения (около 100 К) из-за повторного скачка температуры возникает более продолжительный скачок растягивающих напряжений, достигающих 0, при 100 К на глубине до 3-4 мм. Продолжая охлаждение, доводят температуру испытуемой зоны до стабилизированного нижнего температурного уровня (около 80 К), достижение которого

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

обеспечивают временем охлаждения, идентичным тарировочным охлаждениям 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, обдувая ее горячим воздухом при 373-400 К и расходе 50-70 дм3/мин-см2. В первые сепо его толщине. Испытательные напря ния позволяют выявлять скрытые скво ные дефекты или инициировать образо ние новых в потенциально опасных ме 30 тах, например зонах высоких остаточ ных сварочных напряжений.

Последовательно выполняемые двух сторонние температурные воздействия на стенку испытуемой зоны позволяют создать циклические растягивающие и сжимающие напряжения, более равноме но нагружающие материал стенки с об их ее сторон. В результате полнебе имитируются эксплуатационные темпе-

35

кунды отогрева во внешнем поверхност- Q ратурно-силовые воздействия на изде- ном слое металла возникает скачок сжимающих напряжений до 0,36тпри 80 К, затем уменьшающийся 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 выполняют аналогично первой. При испытаниях

лие, заполняемое хладагентом в сборе при неравномерном охлаждении, и создаются условия для раскрытия и накоп ления изменений размеров сквозных де 45 фектов по всей их длине.

Температурные воздействия на внеш нюю и внутреннюю поверхности стенки испытуемой зоны, выполняемые последо вательно, приводят к возникновению

выполняют пять полных циклов темпера-50 несимметричных полей температур и натурных воздействий, после чего запол-пряжений, вызывающих дополнительные- няют гелием полукамеру 5 с одновре-изгибные напряжения, что усиливает ис- менной откачкой полукамеры 4 и на ос-питательное напряженное состояние. новании показаний течеискателя 11Охлаждение с созданием теплового дают заключение о годности испытуемой55 на поверхностях испытуемой зоны, зоны соединения 1. например нагружением ее в жидкий азот, Доведение температуры изделия до . создает в поверхностных слоях материа- заданного начального уровня позволяетла стенки двухосевое растяжение, поз- при последующем охлаждении в режимеволяющее выявлять скрытые дефекты,

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

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

Односторонние температурные воздействия на стенку испытуемой зоны при резких охлаждениях и отогревах, создающих тепловые удары, обеспечивают скачкообразные изменения темпера- 0 туры, в результате которых в стенке образуются односторонние растягивающие или сжимающие напряжения, достигающие своего максимума в поверхностных слоях материала (здесь они припо его толщине. Испытательные напряжения позволяют выявлять скрытые сквозные дефекты или инициировать образование новых в потенциально опасных мес- 0 тах, например зонах высоких остаточных сварочных напряжений.

Последовательно выполняемые двухсторонние температурные воздействия на стенку испытуемой зоны позволяют создать циклические растягивающие и сжимающие напряжения, более равномерно нагружающие материал стенки с обеих ее сторон. В результате полнебе имитируются эксплуатационные темпе-

5

ратурно-силовые воздействия на изде-

лие, заполняемое хладагентом в сборе, при неравномерном охлаждении, и создаются условия для раскрытия и накопления изменений размеров сквозных де- фектов по всей их длине.

Температурные воздействия на внешнюю и внутреннюю поверхности стенки испытуемой зоны, выполняемые последовательно, приводят к возникновению

например раскрывать трещины со сжатой полостью.

Отогрев с созданием теплового удара на поверхностях испытуемой зоны, например обдувом горячим воздухом, создает в поверхностных слоях материала стенки двухосное сжатие, приводящее к скалыванию или пластическому деформированию стенок сжатого участка канала сквозного дефекта.

Охлаждение стенки испытуемой зоны до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента (до 120 К для жидкого азота) позволяет получать повторное .скачкообразное охлаждение поверхностных слоев материала стенки за счет резкого улучшения теплоотдачи от поверхности зоны при переходе от пленочного кипения хладагента к пузырьковому. Процесс сопровождается повторным возрастанием растягивающих напряжений в более глубоко расположенных слоях материала стенки, чем в первый момент охлаждения.

Непрерывный контроль герметичности в процессе циклических испытательных температурных воздействий позволяет выявлять сквозные дефекты, раскрывающиеся лишь при действии темпера турных напряжений, например трещины со сжатой полостью или сквозные дефекты, перекрытые жидкими загрязнениями .

Использование в качестве индикаторного вещества жидкого азота и азота греющего воздуха позволяет контролировать герметичность в процессе температурных воздействий непосредственно на испытуемую зону без применения специальных оболочек для удержания специального индикаторного вещества что обеспечивает высокую теплоотдачу oi- поверхности изделия и повышает скорость его охлаждения.

Использование гелия в качестве индикаторного вещества при окончательном контроле позволяет повысить досто верность определения 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 позволяет создавать циклические

растягивающие и сжимающие напряжения, , более равномерно нагружающие материал стенки с обеих ее сторон, что полнее имитирует температурно-силовые условия эксплуатации.

Ю Формула изобретения

15 начальной температуры изделия оказывают циклические ударные тепловые воздействия на внешнюю поверхность испытуемого участка изделия путем попеременного охлаждения ее хладагентом и отогрева теплоагентом при непрерывном контроле герметичности испытуемого участка и после окончания воздействий осуществляют окончательный контроль герметичности, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем приближения температурно-си- ловьгх воздействий к эксплуатационным между ударными тепловыми воздействиями на внешнюю поверхность Испытуемого участка оказывают аналогичные ударные тепловые воздействия на внутреннюю поверхность этого участка.

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

45 ратуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента.

30

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