Устройство для испытания образцов из стали на коррозионную трещиностойкость

Авторы патента:

Никитин Денис Александрович (RU)

Симонов Юрий Николаевич (RU)

Юрченко Александр Николаевич (RU)

Кузнецова Ольга Вячеславовна (RU)

G01N17/00 - Исследование устойчивости материалов к атмосферному или световому воздействию; определение антикоррозионных свойств

Владельцы патента RU 2782685:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области коррозионно-механических испытаний металлов и их сплавов и может быть применено для ускоренных испытаний образцов с исходной трещиной из высокопрочной стали в условиях, приближенных к эксплуатационным. Устройство для испытания образцов из стали на коррозионную трещиностойкость содержит станину, механизм нагружения образца, захваты для образца, систему фиксации роста трещины, емкость с коррозионной средой, снабженную капельной системой, отличается тем, что станина состоит из устойчивого металлического каркаса, к которому прикреплен неподвижный захват, второй захват выполнен подвижным с малым удельным весом, причем захваты изготовлены из пассивного химически нейтрального материала или снабжены прокладками, установленными со стороны закрепления образца, изготовленными из химически нейтрального материала с целью избежания электрохимического контакта между образцом и захватами. Механизм нагружения состоит из подвижного захвата, к концу которого подвешен на металлическом тросе груз, емкость с коррозионной средой, снабженная капельной системой, закреплена на вертикальной стенке, прикрепленной к станине выше неподвижного захвата. Капельная система установлена с возможностью регулирования скорости подачи жидкости таким образом, чтобы жидкость попадала непосредственно в зону трещины образца. Система фиксации роста трещины содержит узконаправленный источник света, неподвижно установленный на подвижном захвате или грузе; стойку с нанесенной на ней разметкой для отметки световых точек, изменяющих свое положение во времени в зависимости от роста трещины в процессе воздействия коррозионной среды и статического нагружения, и видео-фиксатор, постоянно регистрирующий изменение светящейся точки на стойке. Стойка выполнена из прозрачного материала в случае установки видео-фиксатора за стойкой или выполнена из непрозрачного материала в случае установки видео-фиксатора с той стороны, откуда направлен световой луч, к станине и подвижному захвату прикреплен гибкий эластичный элемент, защищающий излом от коррозионной среды после разрушения образца. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, повышение достоверности испытаний. 5 ил.

Изобретение относится к области коррозионно-механических испытаний металлов и их сплавов. Оно может быть применено для ускоренных испытаний образцов с исходной трещиной под постоянной нагрузкой в агрессивной среде преимущественно из высокопрочной стали (например, типа 40Х или новых, перспективных сталей типа Х2Г2С2МФ), т.е. в условиях приближенных к эксплуатационным.

Известно устройство для испытания образца при определении коррозионной усталости (Ф.Ф. Ажогин, Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей, металлург, 1977 г.), содержащий машину для определения предела усталости, которое дополнено устройством для подвода коррозионной среды к образцу, включающее емкость стеклянным краном, из которого коррозионный раствор по каплям подается на образец в районе опасного сечения.

Недостатками устройства являются:

- отсутствие системы фиксации процесса разрушения образца под воздействием коррозионной среды и нагрузкой;

- отсутствие системы отвода коррозионной среды от образца в процессе нагружения;

- отсутствие системы отвода коррозионной среды от изломов двух половинок после разрушения образца;

- захваты выполнены из металла, но покрыты сверху изолирующим материалом, что приводит к взаимодействию материала захвата с той агрессивной средой, в которой находится образец, а продукты такого взаимодействия оказывают ингибирующее или каталитическое воздействие на коррозию образца.

Отсутствие данных систем приводит к получению неточной информации о времени до разрушения и невозможности исследования этапов развития трещины на световом или электронном микроскопе.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для испытания образцов на трещиностойкость в коррозионной среде (SU 911241, МПК G01N 17/00 07.03.1982), содержащее станину, установленный на ней механизм нагружения образца с захватами и счетчиком циклов, коррозионную камеру для среды и систему измерения электродного потенциала с рабочим капилляром-электродом. Дополнительно оно снабжено синхронизированным со счетчиком механизмом перемещения рабочего капилляра-электрода и системой отвода среды из капилляра. Данное устройство принято за прототип.

Недостатки устройства:

- устройство проводит испытания знакопеременным нагружением, т.е. проводит циклические испытания и не может быть применено к испытаниям при постоянной нагрузке;

- устройство усложнено как системой измерения, так и системой подачи к трещине коррозионной среды, не привнося достоверных данных о влиянии коррозионной среды на образец с трещиной, т.к. коррозионная среда, находясь в камере одновременно с образцом, не может подаваться постоянно свежей к трещине, поскольку её воздействие распространяется на весь образец;

- испытания носят длительный характер, поэтому окончание процесса непредсказуемо, особенно для новых составов сталей перспективных в области машиностроения, ракетостроения, нефтяной промышленности и т.д;

- в устройстве отсутствует защита излома от коррозионной среды в момент и после разрушения образца, что не обеспечивает своевременный отвод коррозионной среды от поверхности разрушения для ее сохранения, что, в свою очередь, не позволяет достоверно определить и оценить этапы развития трещины под нагрузкой на световом или электронном микроскопе;

- устройство сконструировано так, что при испытаниях реализуются только условия водородной деполяризации, что невозможно изменить, если возникнет необходимость для испытаний в условиях кислородной деполяризации;

- в устройстве узел отвода коррозионной среды выполнен сложно и является многозвеньевым.

Технический результат – повышение достоверности испытаний, приближенных к условиям эксплуатации, расширение функциональных возможностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для испытания образцов из стали на коррозионную трещиностойкость, содержащем станину, механизм нагружения образца, захваты для образца, систему фиксации роста трещины, емкость с коррозионной средой, снабженную капельной системой, согласно изобретению станина состоит из устойчивого металлического каркаса, к которому прикреплен неподвижный захват, второй захват выполнен подвижным с малым удельным весом, причем захваты изготовлены из пассивного, химически нейтрального материала или снабжены прокладками, установленными со стороны закрепления образца, изготовленными из химически нейтрального материала с целью избежания электрохимического контакта между образцом и захватами, при этом механизм нагружения состоит из подвижного захвата, к концу которого подвешен на металлическом тросе груз, емкость с коррозионной средой, снабженная капельной системой, закреплена на вертикальной стенке, прикрепленной к станине выше неподвижного захвата, при этом капельная система установлена с возможностью регулирования скорости подачи жидкости таким образом, чтобы жидкость попадала непосредственно в зону трещины образца, система фиксации роста трещины содержит узконаправленный источник света, неподвижно установленный на подвижном захвате или грузе; стойку с нанесенной на ней разметкой для отметки световых точек, изменяющих свое положение во времени в зависимости от роста трещины в процессе воздействия коррозионной среды и статического нагружения и видео-фиксатор, постоянно регистрирующий изменение светящейся точки на стойке, при этом стойка выполнена из прозрачного материала в случае установки видео-фиксатора за стойкой, или выполнена из непрозрачного материала в случае установки видео-фиксатора с той стороны, откуда направлен световой луч, к станине и подвижному захвату прикреплен гибкий эластичный элемент, защищающий излом от коррозионной среды после разрушения образца.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения и известного устройства, взятого за прототип, показал, что заявляемое решение обладает новизной, имеет изобретательский уровень и практически востребовано, а, следовательно, и применимо.

В отличие от прототипа станина выполнена из тяжелого устойчивого металлического каркаса, к которому прикреплен неподвижный захват. Захват сконструирован таким образом, чтобы проводить испытания для образцов по ГОСТ 9454-78. Имеется второй захват с малым удельным весом, который является подвижным и к нему на металлическом тросе подвешивается груз.

Захваты выполнены из пассивного, химически нейтрального материала, например, полимера, или между образцом и захватом устанавливаются прокладки также из химически нейтрального материала с целью избежания электрохимического контакта между образцом и захватами.

Емкость, в которой находится коррозионная среда, сделана из пластмассы и закреплена на вертикальной стенке, прикрепленной к станине выше неподвижного захвата. От емкости отходит вертикально вниз канал, из которого подается капельным способом коррозионная среда непосредственно в зону трещины образца. Скорость подачи можно регулировать. Это создает условия для отвода старой и подвода новой порции агрессивной среды. Что, в свою очередь, позволяет с большей точностью приблизить лабораторные испытания к эксплуатационным условиям. При использовании данной системы подачи жидкости происходит воздействие кислорода воздуха и агрессивной среды.

Система фиксации роста трещины выполнена из: лазерного источника света, неподвижно размещяющегося на статически отклоняющемся захвате или грузе; стойки с нанесенной на ней разметкой, или закрепленной на стойке миллиметровой бумаги, для отметки световых точек, изменяющих свое положение во времени в зависимости от роста трещины в процессе воздействия коррозионной среды и статического нагружения; и видео-фиксатора постоянно регистрирующего изменение светящейся точки на стойке. Такая измерительная система обеспечивает получение качественной информации о росте трещины и четко фиксирует моменты этапы развития трещины.

Система защиты излома, обеспечивающая быстрое и надежное изолирование излома одной из половинок образца, остающейся в неподвижном захвате, закрепленном на станине, после разрушения самого образца, от воздействия коррозионной среды, выполнена в виде эластичного гибкого диэлектрического элемента, прикрепленного к станине и второму захвату с грузом, при падении которого (после разрушения образца), эластичный гибкий элемент закрывает излом, находящийся в неподвижном захвате, закрепленном на станине. Элемент должен быть коррозионностойким, нейтральным по отношению к коррозионной среде (например, фторопласт, резина), обеспечивая чистоту эксперимента и, следовательно, его качество.

На фиг. 1 схематично показан общий вид устройства.

На фиг. 2 схематично показана стойка с фиксированным с помощью светящегося источника изменением отклонения захвата в процессе статического нагружения и воздействия коррозионной среды в зону трещины.

На фиг. 3 схематично показан момент завершения эксперимента и защиты излома гибким элементом.

На фиг. 4 показан излом (сталь 40Х), зафиксированный без использования гибкого элемента.

На фиг. 5 показан излом (сталь 40Х), зафиксированный после использования гибкого элемента.

Устройство содержит станину 1 (фиг. 1), к которой прикреплен неподвижный захват 2 (фиг. 1). Станина состоит из тяжелого устойчивого металлического каркаса. Образец 3 (фиг. 1) с трещиной 4 (фиг. 1) по ГОСТ 9454-78 устанавливается в неподвижный 2 (фиг. 1) и подвижный 5 (фиг. 1) пассивные захваты. Подвижный 5 захват имеет малый удельный вес.

На противоположной части от закрепления образца 3 подвижного захвата 5 подвешен на металлическом тросе 6 (фиг. 1) груз 7 (фиг. 1).

К станине 1 выше неподвижного 2 захвата закреплена на вертикальной стенке емкость 8 (фиг.1) с коррозионной средой, снабженная капельной системой 9. Капельная система 9 установлена с возможностью регулирования скорости подачи жидкости таким образом, чтобы жидкость попадала непосредственно в зону трещины 4 образца 3 (фиг.1).

Устройство включает систему фиксации роста трещины, содержащую (фиг.1) узконаправленный источник света 10, стойку 11 с нанесенной на ней разметкой 12 для отметки световых точек, изменяющих свое положение во времени в зависимости от роста трещины в процессе воздействия коррозионной среды и статического нагружения и видео-фиксатор 13, постоянно регистрирующий изменение светящейся точки на стойке 11.

Узконаправленный источник света 10 жестко закреплен на подвижном захвате 5 или грузе 7.

На некотором расстоянии от источника света 10 установлена стойка 11 (фиг. 1) с разметкой 12 (фиг. 2). Если стойка 11 выполнена из прозрачного материала, то видео-фиксатор 13 располагается за стойкой 11. Если стойка 11 не прозрачна, то видео-фиксатор 13 устанавливается в оптимальном для наблюдения месте с той стороны, откуда направлен световой луч. Например, как показано на фиг. 1 или может быть закреплена вблизи емкости 8. Над неподвижным захватом 2 закреплен гибкий эластичный элемент 14 (фиг. 3), защищающий излом от коррозионной среды после разрушения образца.

Устройство работает следующим образом.

На образец 3 из стали, преимущественно высокопрочной стали, например, типа 40Х или сталей типа Х2Г2С2МФ, наносят трещину 4 в соответствии с ГОСТ 9454-78. Устанавливают образец 3 в захваты 2 и 5 (фиг.1). Устанавливают вертикально над трещиной 4 образца 3 емкость (в воздушной среде) 8 с капиллярной системой 9. На металлический трос 6 подвешивают постоянный груз 7. Включают источник постоянного узконаправленного света 10, типа лазера. Включают видео-фиксатор 13. Запускают по каплям подачу коррозионной среды непосредственно в зону трещины 4 образца 3. Видео-фиксацию ведут по узконаправленному источнику света на стойке (фиг.2) до момента разрушения образца. В результате разрушения образца 3 подвижный захват 5 с грузом 7 и половинкой образца падает. Гибкий эластичный элемент 14, присоединенный к грузу, тянется за грузом вниз и закрывает половинку образца, которая остается в неподвижном захвате 2. Таким образом, в результате работы такого устройства половинки образцов сохраняют свои поверхности разрушения (фиг.5) в отличие от излома без защиты (фиг.4), так как одна половинка падает вместе с подвижным захватом, а вторая половинка закрывается гибким эластичным элементом (фиг.3) в момент падения подвижного захвата 5.

Устройство имеет преимущества:

- устройство повышает достоверность испытаний за счет наличия системы подачи коррозионной среды к трещине образца, защитной системы излома после разрушения образца, системы видео-фиксации, что расширяет функциональные возможности устройства, испытаний и последующего исследования поверхности излома;

- устройство с использованием видео-фиксации позволяет узнать точное время до разрушения образца, а также собрать больше данных об изменении роста трещины в процессе воздействия коррозионной среды и статического нагружения;

- устройство достаточно просто в использовании и может применяться в лабораторных и полевых условиях.

Устройство для испытания образцов из стали на коррозионную трещиностойкость, содержащее станину, механизм нагружения образца, захваты для образца, систему фиксации роста трещины, емкость с коррозионной средой, снабженную капельной системой, отличающееся тем, что станина состоит из устойчивого металлического каркаса, к которому прикреплен неподвижный захват, второй захват выполнен подвижным с малым удельным весом, причем захваты изготовлены из пассивного химически нейтрального материала или снабжены прокладками, установленными со стороны закрепления образца, изготовленными из химически нейтрального материала с целью избежания электрохимического контакта между образцом и захватами, при этом механизм нагружения состоит из подвижного захвата, к концу которого подвешен на металлическом тросе груз, емкость с коррозионной средой, снабженная капельной системой, закреплена на вертикальной стенке, прикрепленной к станине выше неподвижного захвата, при этом капельная система установлена с возможностью регулирования скорости подачи жидкости таким образом, чтобы жидкость попадала непосредственно в зону трещины образца, система фиксации роста трещины содержит узконаправленный источник света, неподвижно установленный на подвижном захвате или грузе; стойку с нанесенной на ней разметкой для отметки световых точек, изменяющих свое положение во времени в зависимости от роста трещины в процессе воздействия коррозионной среды и статического нагружения, и видео-фиксатор, постоянно регистрирующий изменение светящейся точки на стойке, при этом стойка выполнена из прозрачного материала в случае установки видео-фиксатора за стойкой или выполнена из непрозрачного материала в случае установки видео-фиксатора с той стороны, откуда направлен световой луч, к станине и подвижному захвату прикреплен гибкий эластичный элемент, защищающий излом от коррозионной среды после разрушения образца.

Изобретение относится к исследованию антикоррозионных свойств материалов и их устойчивости к воздействию агрессивных сред и может быть использовано при разработке мероприятий по антикоррозионной защите оборудования в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности. Способ проведения испытания на коррозионную стойкость включает подготовку испытательных образцов, их обезжиривание, взвешивание на весах, продувку инертным газом герметичной ёмкости с установленными в ней испытательными образцами и отдельной герметичной ёмкости с испытательным раствором, перекачку испытательного раствора в ёмкость с испытательными образцами, выдерживание в испытательной среде, после чего образцы извлекают из ёмкости, очищают от продуктов коррозии, вновь взвешивают и на основе изменения массы образцов до и после проведения испытания рассчитывают скорость коррозии.

Устройство для контроля обрастания и коррозии покрытий в текучей среде // 2778196

Изобретение относится к устройствам для контроля обрастания и коррозии покрытий в текучей среде и может быть использовано в закрытых системах технического водоснабжения ТЭС для испытания противокоррозионных и противообрастающих покрытий, а также для контроля миграции нежелательных биоорганизмов. Устройство содержит вертикальный корпус, внутри которого последовательно снизу вверх установлены: подставка для размещения образцов, аксиально-лопаточный завихритель и фильтрующая сетка.

Способ оценки стойкости сталей и сплавов к коррозии // 2777695

Изобретение относится к методу неразрушающего магнитного контроля локальных зон повышенной коррозионной активности. Способ для контроля зон избыточной коррозионной активности стальных металлоконструкций заключается в локальном определении кривой перемагничивания - петли магнитного гистерезиса, при этом петли магнитного гистерезиса представляются в виде изменяющегося во времени сигнала, анализируются спектральными функциями Фурье, по величине гармонических составляющих или их комбинации определяют скорость коррозии в месте проведения измерения и находят области с избыточной коррозионной активностью для каждой конкретной агрессивной среды.

Камера соляного тумана // 2777500

Изобретение относится к испытательной технике в области климатических исследований и может быть использовано для испытания изделий, материалов или покрытий для защиты от коррозии с целью определения их коррозионной стойкости, а также пригодности изделий к эксплуатации во влажной атмосфере или в атмосфере в присутствии солей.

Способ определения коррозионной активности гликолей в теплообменном оборудовании // 2777000

Изобретение относится к области исследований коррозионных процессов и может быть использовано при определении скорости коррозии стали и коррозионной активности гликолей в теплообменном оборудовании. Способ определения коррозионной активности гликолей в теплообменном оборудовании включает взаимодействие в реакционной емкости гликоля и рабочего электрода, выполненного из марки стали теплообменного оборудования, при этом ячейка дополнительно содержит вспомогательный графитовый электрод и электрод сравнения, к электроду сравнения и рабочему электроду подключают вольтметр, вспомогательный графитовый и рабочий электроды через амперметр подключают к источнику постоянного тока с возможностью регулировки выходного тока и смены полярности электрических выводов, последовательно выполняют анодную и катодную поляризацию рабочего электрода с дискретным повышением выходного тока источника постоянного тока, строят потенциостатическим методом вольтамперные графики катодной и анодной поляризации, по углу между графиками анодной и катодной поляризации, определяют коррозионную активность гликоля.

Способ и система для определения остаточного срока службы технологического устройства, через которое протекает текучая среда // 2773762

Изобретение относится к способу определения остаточного срока службы технологического устройства (1), через которое протекает текучая среда и которое представляет собой теплообменник, колонну или резервуар для разделения фаз. Вычислительный блок (20) установлен на устройстве (1) и соединен с возможностью передачи данных с удаленным вычислительным блоком.

Камера соляного тумана // 2772638

Изобретение относится к испытательной технике в области климатических исследований и может быть использовано для испытания изделий, материалов и покрытий для защиты от коррозии. Камера соляного тумана содержит рабочий объем, в котором размещены генератор тумана с пьезоэлементом, установленном на параллелограмме, с закрепленным на нем отражателе и соединенным с трубопроводом для подачи рабочего раствора, контуры ускоренного и основного обогрева, расположенные под теплоизолирующим элементом, охватывающими весь рабочий объем, за исключением полусферической теплоизолированной крышки камеры, а ко дну рабочего объема подсоединен сливной трубопровод, при этом камера оснащена устройством для перекачивания соляного тумана из рабочего объема, содержащим гофрированный ресивер, соединенный перекинутым через блоки тросом с рукоятью, закрепляющейся на креплении для рукояти, расположенном на внешней стенке камеры.

Способ коррозионных испытаний и установка для его осуществления // 2772614

Предлагаемое изобретение относится к установкам специальных гравиметрических исследований коррозионных процессов, протекающих при периодическом контакте металлической поверхности с водной и газовой фазами. Способ коррозионных испытаний и стенд для его осуществления заключается в моделировании условий эксплуатации оборудования и трубопроводов, работающих в двухфазных (газ/жидкость) средах при периодическом контакте с ними.

Способ коррозионных испытаний и высокоскоростная циркуляционная установка для его осуществления // 2772612

Заявленная группа изобретений относится к установкам гравиметрических и электрохимических исследований коррозионных процессов, протекающих в водных фазах при повышенных скоростях потоков этих водных фаз. Способ коррозионных испытаний заключается в размещении испытуемых образцов или датчиков в испытательной секции, которая до начала испытаний монтируется на установке, но не включается в оборотный цикл испытуемой среды, подготовке испытуемой среды при ее циркуляции по байпасной секции, которая включает продувку газами, и по завершении подготовки среды ее перенаправляют в испытательную секцию с образцами и начинают отсчет периода испытаний.

Способ и система для защиты работы поезда в загрязняющей воздушной среде // 2771514

Использование: для защиты работы поезда в загрязняющей атмосферной среде. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют сбор нескольких групп данных регистрации качества воздуха на крыше и под вагоном; получение показателей Q0 и Q1 всесторонней оценки качества воздуха на крыше и под вагоном путем использования экспериментальных данных; вычисление времени T0 воздействия на компоненты крыши и времени T1 воздействия на подвагонные компоненты; обучение модели вычисления состояния загрязнения компонента крыши и модели вычисления состояния загрязнения подвагонного компонента; обнаружение данных регистрации качества воздуха на крыше и под вагоном после остановки поезда; привлечение моделей вычисления состояния загрязнения компонента крыши и подвагонного компонента для получения уровней загрязнения компонента крыши и подвагонного компонента; и выполнение соответствующих очистки и процесса защиты компонента крыши и подвагонного компонента согласно полученным уровням загрязнения компонента крыши и подвагонного компонента.