Обоснованность использования системы автоматической подачи образцов при проведении испытаний на ударную вязкость при пониженных температурах

Автоматическая подача образцов представляет собой систему специальных устройств, позволяющих удерживать стабильно низкую температуру в течение всего испытательного процесса.

Определение ударной вязкости

Для определения ударной вязкости необходимо провести испытания материала на ударный изгиб, растяжение и сжатие, т. е. определить способность оказывать сопротивление деформации на ударную нагрузку.

Ударную вязкость определяют практически для всех материалов – бетон, пластмассы, керамика и др. Рассмотрим аспекты использования автоматической подачи образцов при проведении испытаний на примере металла.

Подобные испытания проводятся в различных отраслях, где требуется высокая надежность и устойчивость работы изделий из металла в экстремальных условиях. Например, в аэрокосмической промышленности, где узлы и детали летательных аппаратов работают при очень низких температурах, особенно в открытом космосе. Определение ударной вязкости актуально для изделий, эксплуатируемых в нефтяной и газовой промышленности в условиях крайнего севера, где температуры могут достигать очень низких значений.

Для определения ударной вязкости металлов и сплавов разработан ГОСТ 9454-2025, устанавливающий температуру испытания образцов от -100 °С до +1200 °С. Понятно, что в процессе испытаний выдержать такие температурные параметры без использования специальных устройств практически невозможно. Суть проблемы заключается в том, что согласно требованиям стандарта температурой испытания считается температура образца в момент удара маятника копра. Для того чтобы «подогнать» ее к заданной НТД необходимо переохладить образец. Степень переохлаждения определяется экспериментальным путем.

В случае возможности проведения испытания в течение 3-5 с после извлечения образца из термостата, руководствуются табличными значениями (см. табл. 1).

Таблица 1

При таких жестких требованиях безошибочно удержаться в рамках требований ГОСТ задача не из легких. Здесь на помощь приходит система автоматической подачи образцов при проведении испытаний.

Криокамера с автоматической подачей образцов

Для ее внедрения создан испытательный комплекс, объединяющий криокамеру с копром и механизмом перемещения образца, позволяющий эффективно проводить серию испытаний однотипных образцов.

Автоматизация испытаний

Автоматическая система подачи образцов предназначена для более эффективного проведения испытаний. Кроме того, она обеспечивает проводящему испытания следующие преимущества:

• Простота управления процессом (необходимо только заложить образцы);
• Высокая точность процесса испытаний и контроля полученных результатов;
• Возможность проведения испытаний с ручным управлением;
• Гарантия протоколирования и длительного статического контроля;
• Расширение видов испытаний согласно требованиям НТД (обеспечивает модульная структура испытательного комплекса).

Система автоматической подачи образцов включает пять вариантов исполнения и использования.

Clip-on – применяется для испытания на растяжение. Основная деталь – подвижная опорная рама с пружинными или магнитными зажимами, удерживающими образец в вертикальном положении.

X-Linear – обеспечивает проведение испытаний на растяжение, сжатие и изгиб. Подвижная опорная рама оснащена электронными блоками, цанговыми зажимами, магазином кассетного или ленточного типа для образцов. Управление системой осуществляется компьютером. Измерение поперечного сечения испытываемого образца производится автоматически в трех местах.

Polar – основное предназначение – испытание на растяжение. Состоит из 6-и осевого робота с пневматическим манипулятором. Обеспечивает измерение поперечного сечения, твердости, шероховатости и др. параметров образца.

Leichtportal – предназначена для испытаний на растяжение, измерения твердости, шероховатости и толщины слоя. Состоит из трех штоков с поворотными модульными захватами.

Portal – основное отличие от рассмотренных заключается в возможности испытаний тяжеловесных образцов.

Краткая характеристика возможностей систем автоматической подачи образцов отражена в таблице (см. табл. 2).

Таблица 2

Принцип работы системы автоматической подачи образцов

Работа системы практически исключает участие человека в испытательном процессе, поскольку все операции осуществляются в автоматическом режиме.

Для испытания образцы загружаются в специальный отсек (магазин). С включением системы испытываемый образец подается в криокамеру, где происходит его охлаждение до заданной температуры, после чего он выталкивается из криокамеры и устанавливается в захваты испытательной машины. Перемещение образца, установка и центрирование в захватах происходят автоматически.

Сброс молота копра и поднятие его в исходное положение так же осуществляются в автоматическом режиме. Разрушенный образец перемещается в специальный отсек автоматически. Система снова готова к работе.

Процесс цикла испытания продолжается около 10 с. При серийных испытаниях временной промежуток между испытаниями образцов составляет 3-4 с.

Результаты испытаний фиксируются КИП системы с одновременной отбраковкой нестандартных или не прошедших испытания образцов.

Для общего представления процесса охлаждения технические характеристики криокамеры сведены в таблицу (см. табл. 3).

Таблица 3

Целесообразность использования системы автоматической подачи образцов при проведении испытаний на ударную вязкость при пониженных температурах обеспечивает:

1. Качество и достоверность полученных результатов.
2. Сокращение времени проведения испытаний.
3. Увеличение производительности.
4. Получение точных результатов испытаний при быстропротекающих процессах.
5. Безопасность и облегчение работы проводящего испытания персонала.

Таким образом использование системы автоматической подачи образцов является обоснованным.