Способ испытания полых изделий на герметичность при криогенных температурах

 

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<SB POS="POST">т</SB>, где σ<SB POS="POST">т</SB> - 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.

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦ ЙЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) С 01 М 3/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 441 7 769/25-28 (22) 27.04.88 (46) 23.05.90. Бюл. Р 19. (72) 10.В.Алейник, В.И.Куприянов и Г.И.Сайдаль (53) 620.165.29(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1224638, кл. С Qi M 3/02, 1983. (54) СПОСОБ ИСП11ТАНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ

НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ПРИ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ (57) 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 хладагенИзобре,ание относится к испытательной технике и может использоваться для испытаний на герметичность элементов криогенно-вакуумных установок в условиях, имитирующих эксплуатационные температурно-силовые воздействия.

Цель изобретения — повьппение надежности испытаний путем приближения температурно-силовых воздействий к эксплуатационным, а также повьппение 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 устанавли. вают герметизированнъ|е уплотнения 3, полукамеры 4 и 5 с установленными тру-

„.Я0„„156624! А I том 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 (. где 6 — предел текучести материала т 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 теплоа,генту, а .окончательный контроль — по индикатор- ® ному газу. 3 з.п. ф — лы, 1 ил. бопроводами 6 и 7 для подвода хладагента или теплоагента и отводящими фий трубопроводами 8 и 9. Полукамеры 4 ф и 5 подсоединены к вакуумному насо- фф су 10 и течеискателю 11. На трубопроводах установлены запорно-регулирую- ф 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, герметич1566241 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 охлажда5 ют 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 (n, 5-n,á),, где 6 — предел текучести металла стенки испытуемой зоны. Одновременно вакуумным насосом 1А откачивают полость полукамеры 5. Затем через трубопроводы 6 и 8 с максимальной скоростью заполняют полукамеру 4 хладагентом, например жидким азотом, обеспечивая ударное тепловое воздействие на внешнюю сторону испытуемой эоны соединения 1, охлаждая ее до температуры ниже температуры кризиса пленоч- 25 ного кипения хладагента. Под тепловым ударом понимается изменение темпера-. туры изделия с такой скоростью, при которой в материале его стенки 2 возникают температурные напряжения, выэваннйе неравномерным распределением температуры по толщине стенки. Под температурой кризиса пленочного кипения понимается температура, при которой пленочное кипение жидкого хладагента переходит в пузырьковое, и при этом из-за улучшения теплоотдачи от охлаждаемой поверхности резко понижа-ется ее; температура. Дня жидкого азота температура перехода обычно дости- 4О гает 12О К. Утечки хладагента в процессе охлаждения контролируют по течеискатепю 11. После выдержки для ста билизации 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 трубопроводы 6 и 8..Начальную температуру выбирают по приведенным условиям.

Утечки одной из компонент греющего воздуха в процессе отогрева, например азота, контролируют по течеискате- лю 11. Затем выполняют вторую половину цикла испытаний. Для этого дают выдержку для стабилизации температуры и откачивают полость полукамеры 4 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 одноч из компонент греющего воздуха в.процессе отогрева, например азота, контролируют по течеискателю 11. Полные испытательные циклы повторяют необх димое число раз, например 5-107. 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 12x18H10T) внутреннего сосуда . криогенного резервуара, 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 282288 К. Одновременно откачивают вакуумным насосом 1О полость полукамеры 5, 15Ь6241

55 а подводящую магистраль заполняют жидким азотом. Затем, открыв вентиль

12, через трубопроводы 6 и 8 с максимальной скоростью заполняют полукамеру 4 жидким азотом, обеспечивая тепловой удар при охлаждении внешней стороны испытуемой зоны соединения 1.

При этом в поверхностном слое металла в первые секунды охлаждения возникает скачок растягивающих напряжений, достигающий 0,66 283 К, который в процессе охлаждения уменьшается до 0,3 т при 230 К вЂ” О, 1 г при 110 К. После достижения температуры кризиса пленочного кипения (около 100 К) из-эа повторного скачка температуры возникает более продолжительный скачок растягивающих напряжений, достигающих

0,35 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 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 массосг1ектрометрическому 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 †4 К и расходе 50 — 70 дм /мин.см . Б первые секунды отогрева во внешнем поверхностном слое металла возникает скачок сжимающих напряжений до 0,36 при 80 К, затем уменьшающийся до 0,156 при т

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 выполняют пять полных циклов температурных воздействий, после чего заполняют гелием полукамеру 5 с одновременной откачкой полукамеры 4 и на основании показаний течеискателя 11 дают заключение о годности испытуемой зоны соединения 1.

Доведение температуры изделия до заданного начального уровня позволяет при последующем охлаждении в режиме теплового удара создать в испъггуемой зоне необходимое напряженное состояние, например (0,5-0,6)$, которое зависит от создаваемого при резком охлаждении скачка температуры, как разности начальной температуры и температуры перехода к плавному охлажлению после первого температурного скачка.

Выдержка после достижения начальной температуры обеспечивает ее стабилизацию по толщине стенки испъгтуе мой зоны.

Односторонние температурные воздействия на стенку испытуемой зоны при резких охлаждениях и отогревах, создающих тепловые удары, обеспечивают скачкообразные изменения температуры, в результате которых в стенке образуются односторонние растягивающие или сжимающие напряжения, достигающие своего максимума в поверхностных слоях материала (эдесь они приближаются к & ) и быстро убывающие по его толщине. Испытательные напряжения позволяют выявлять скрытые сквозные дефекты или инициировать образование новых в потенциально опасных местах, например зонах высоких остаточньгх 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. Б результате полнее имитируются эксплуатационные температурно-силовые вбздействия на изделие, заполняемое хладагентом в сборе, при неравномерном охлаждении, и создаются условия для раскрытия и накопления изменений размеров сквозных дефектов по всей их длине.

Температурные воздействия на внешнюю и внутреннюю поверхности стенки испытуемой зоны, вьгполняемые последовательно, приводят к возникновению несимметричных полей температур и напряжений, вызывающих дополнительные. изгибные напряжения, что усиливает испытательное напряженное состояние.

Охлажцение с созданием теплового удара на поверхностях испытуемой зоны, например нагружением ее в жидкий азот, создает в поверхностных слоях материала стенки двухосевое растяжение, позволяющее выявлять скрытые дефекты, 1566241 например раскрывать трещины со сжатой полостью. L

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 10 канала сквозного дефекта.

Охлаждение стенки испытуемой эоны до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента (до 120 К для жидкого азота) позволя- 15 ет получать повторное .скачкообразное охлаждение поверхностных слоев материала стенки за счет резкого улучшения теплоотдачи от поверхности зоны при переходе от пленочного кипения хлад- yg агента к пузырьковому. Процесс сопровождается повторным возрастанием растягиваощих 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-30 турных напряжений, например трещины. со сжатой полостью или сквозные дефекты, перекрытые жидкими загрязнениями

3S

Использование в качестве индикаторного вещества жидкого азота и азота греющего воздуха позволяет контролировать герметичность в процессе температурных воздействий непосредствен- 40 но на испытуемую зону без применения специальных оболочек для удержания специального индикаторного вещества. что ооеспечивает высокую теплоотдачу ог поверхности изделия и повышает ско-45 рость его охлаждения.

Использование гелия в качестве индикаторного вещества при окончательном контроле позволяет повысить достоверность определения герметичности ис-50 пытуемой зоны по сравнению с контролем по хладагенту и теплоагенту.

Применение двухсторонних темпера" турных воздействий на стенку испытуе55 мой зоны с созданием тепловых ударов позволяет создавать циклические растягивающие и сжимающие напряжения, более равномерно нагружающие материал стенки с обеих ее сторон, что полнее имитирует температурно-силовые условия эксплуатации.

Формула изобретения

1. Способ испытания полых изделий на герметичность при криогенных температурах, по которому после создания 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-силовых воздействий к эксплуатационным между ударными тепловыми воздействиями на внешнюю поверхность Испытуемого участка оказывают аналогичные ударные тепловые воздействия на внутреннюю поверхность этого участка.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения достоверности путем исключения перегрузок, начальную температуру выбирают из условия создания при охлаждении хладагентом наибольших напряжений в испытуемом участке изделия не более 0,6, где 5 — предел текучести материала этого участка.

3. Способ чо пп. T и 2, о т л и— ч а ю щ и и с л тем, что охлажпенп во всех циклах осуществляют до темпе ратуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента.

4. Способ по пп. 1 — 3, о т л и— ч а ю шийся тем, что при использовании в качестве хладагента жидкого азота, а в качестве теплоагента — нагретого воздуха, непрерывный контроль герметичности осуществляют по азоту и только окончательный контроль по индикаторному газу гелию.

1566241

Составитель Л.Пилишкина

Техред М.Дидык Корректор Л.Патай

Редактор Н.Бобкова

Тирал 443

Заказ 1216

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ушгород, ул. Гагарина, 101