Установка для испытания на растяжение колец при нагреве Советский патент 1992 года по МПК G01N3/18 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для изучения свойств материалов трубчатой формы, работающих при высоких температурах и давлениях в различных средах. „

Известно устройство для испытания колец на растяжение при нагреве, содержащее два раздвижных полудиска, образующих цилиндрическую, оправку, предназначенные для взаимодействия с внутренней поверхностью образца в виде кольца,- связанные с ними тяги для приложения растягивающего усилия и нагреватель, выполненный в виде цилиндра и установленный соосно цилиндрической оправке, причем на внутренней поверхности полудисков установлены шторки. После выхода на заданный температурный режим включают испытательную машину и через тяги и полудиски нагрузка передается на образец. Шторки защищают образец от прямого излучения нагревателя. Однако при нагреве из-за интенсивного теплоотвода, преимущественно, по силопередающим тягам образец нагревается неравномерно, что снижает точность определения механических характеристик материала - модуля упругости, условного предела текучести, предела прочности и относительного удлинения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является установка для испытания колец на растяжение при нагреве, содержащая два установленных с возможностью пе- ремещения друг относительно друга полудиска, предназначенных для взаимодействия с внутренней поверхностью кольца, с глухими пазами в каждом, связанные с полудисками тяги, оси которых перпендикулярны оси пазов, и нагреватель, части которого размещены в упомянутых пазах. В каждом полудиске выполнен паз с вершиной в форме полуцилиндра. Нагреватель изготовлен s виде двух цилиндрических элементов, каждый из которых расположен соосно с соответствующей полуцилиндрической вершиной паза в полудисках. Размеры паза определяются исходя из того, чтобы отсутствовал прямой тепловой поток от цилиндрических элементов нагревателя на образец при максимальном разводе полудисков.

Однако при повышении температуры

выше 1500 К начинает падать конструкционная прочность полудисков, что ведет к иска- жению получаемых характеристик прочности и пластичности. Наличие неподвижного нагревателя, а также теплоотвод по

пассивной тяге при большой деформации испытуемого кольца дает неравномерное распределение температуры по образцу. Это приводит к появлению термических напряжений в исследуемом материале, что существенно снижает точность испытаний, особенно при исследовании волокнистых металлических композиционных материалов,

Цель изобретения - повышение точности испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что в установке для испытания колец на растяжение при нагреве, содержащей два установленных с возможностью перемеа1ения

друг относительно друга полудиска, предназначенных для взаимодействия с внутренней поверхностью кольца, с глухими пазами в каждом, связанные с полудисками тяги, оси которых перпендикулярны оси , и нагреватель, части которого размещены в упомянутых пазах, каждая часть нагревателя выполнена с независимым подключением и установлена с возможностью перемещения с соответствующим полудиском.

Особенностью предлагаемого устройства является и то, что пазы изготовлены в виде глухих отверстий, форма которых повторяет форму нагревателя,

Задача устанЬвки состоит в том, чтобы расширить температурный диапазон испытаний до 2000 К и одновременно повысить точность получаемых механических характеристик исследуемых материалов. Температурный диапазон расширен за счет изменения конструкции полудисков (сделав ее коробчатой), за счет глухих отверстий прямоугольной формы (форму выбирают исходя из размеров нагревателя и возможности ее выполнения), что привело к усилению

конструкции полудисков (важно при высоких температурах) и более эффективной передаче тепла от нагревателя к полудискам, а также за счет установки дополнительного нагревателя с дополнительным источником тока. Точность испытаний достигнута путем равномерного распределения температуры по кольцевому образцу как в статике (нагрев образца и выдержка при заданной температуре), так и в динамике (во время испытания образца при перемещении дисков). Это достигнуто за счет добавления еще одного нагревателя, причем с независимым источником питания, что дало возможность регулировать температуру на двух полудисках; особенно это важно во время деформирования образца, когда увеличивается теплоот- вод по тягам, причем неравномерный. При испытании пластичных материалов, относительное удлинение которых больше 8%, на- личие второго нагревателя, закрепленного на подвижной тяге, дает возможность сохранить начальные условия нагрева вплоть до разрушения образца. В противном случае, например при испытании в газовой среде, разноудаленность полудисков с образцом от нагревателя во время деформирования ведет к неравномерному распределению температуры по образцу и, как следствие, искажению получаемых характеристик прочности и пластичности.

На фиг. 1 показана рабочая зона испытательной камеры установки; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (полудиски с образцом и нагревателями в пазах); на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 (две пары токовводов с каналами охлаждения); на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1 (переходник с парой токовводов и с каналами подвода и отвода хладагента); на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг, 1 (токовводы и полудиск с нагревателем).

Установка содержит две тяги 1 и 2. К тяге 2 при помощи хомута 3 прикреплен переходник А. При помощи хомутов 5 и 6 к тяге 1 и переходнику 4 прикреплены раз- движные элементы с полудисками 7 и 8, образующими цилиндрическую оправку, на которую установлен кольцевой образец 9., Внутри полудисков 7 и 8 выполнены глухие пазы 10 и 11, соосно осям которых уЪтанов- лены нагреватели 12 и 13, концы которых закреплены в токовводах 14 и 15 соответственно, а также 16 и 17 Токовводы 16 и 17 электрически изолированно установлены на переходнике 4 и при помощи кабелей 18 и 19 соединены с дополнительным независимым источником питания (не показан), Токовводы 16 и 17 через переходник 4 снабжены системой каналов 20-27 для подвода и от- вода хладагента, циркуляцию которого

обеспечивает рассекатель 28. Система охлаждения включает в себя насос и систему трубопроводов (не показано). Управление нагревом осуществляется при помощи двух сметем БРТ-3 (не показано).

Установка работает следующим образом,

На полудиски 7 и 8 испытательной машины устанавливают образец 9. На нагреватели 12 и 13 подают электрический ток. За счет радиационного излучения последних полудмски 7 и 8 нагреваются и это тепло передается на образец 9. После достижения заданной температуры на образце 9 и необходимой выдержки включается механизм нагружения (не показан), и через тяги 1 и 2, а также полудиски 7 и 8 к образцу 9 прикладывается растягивающее усилие.

Охлаждение подвижных токовводов 16 и 17 осуществляется хладагентом по каналам 20 и 21, образующихся рассекателем 28 и переходником 4. Дальше хладагент движется по каналам 22 и 23 переходника 4, а затем по каналам 24 и 25 токовводов 1 б и 17 соответственно, и через каналы 26 и 27 переходника 4 поступает в каналы, образованные рассекателем 28 и переходником 4 на слив, Токовводы 14 и 15 охлаждаются аналогично (не показано).

Предлагаемая установка по сравнению с известной позволяет увеличить точность получаемых результатов за счет установки второго нагревателя 13 на активной тяге 2 с независимым источником питания, Это позволяет более точно регулировать распределение температуры по образцу 9 во время испытаний, когда увеличивайся теплоот- вод, причем неодинаковый по обеим тягам. Кроме того, точность испытаний повышается за счет изменения конструкции полудисков 7 и 8 путем повышения их жесткости, для чего пазы 10 и 11 в полудисках 7 и 8, куда вставляются нагреватели 12 и 13, выполнены глухими.

Формула изобретения

1. Установка тля испытания на растяжение колец при нагреве, содержащая два установленных с возможностью перемещения друг относительно друга полудиска, предназначенных для взаимодействия с внутренней поверхностью кольца, с глухими пазами в каждом, связанные с полудисками тяги, оси которых перпендикулярны оси пазов, и нагреватель, части которого размещены в упомянутых пазах, отличаю щая- с я тем, что, с целью повышения точности, каждая часть нагревателя выполнена с независимым подключением и установлена с возможностью перемещения с соответствующим полудиском.

2. Установка по п. 1, отличаю щая- с я тем, что пазы выполнены а виде глухих отверстий.

3. Установка по п. 1,отличающаяс я тем, что форма пазов повторяет форму нагревателя,

Б д

Изобретение относится к испытаниям на прочность. Цель изобретения - повышение точности испытания за счет совместного перемещения нагревателя и полудиска в процессе деформации образца. Раздвижные полудиски 7 и 8 связаны с тягами 1 и 2. Внутри полудисков выполнены глухие пазы

f4Фиг. 2.

-15

J

Фаг. 9

Г-Г

Ю