2.5 Исследование напряженного состояния внутренней поверхности трубы с помощью электролитического травления [9]
В качестве образца использовался участок гнутой трубы D=603,5 мм, с радиусом гиба 2D, массой 1,5 кг, материал трубы – сталь 10.
Схема установки для электролитического травления показана на рисунке 25. В металлический бак 1 с помощью штатива 2, прикрепленного к крышке 3 из оргстекла, помещен исследуемый образец 4 (гнутая труба). В качестве электролита использовался раствор поваренной соли. Вдоль средней части трубы установлен электрод 7 из медного прутка диаметром 8 мм. К электродам – детали и прутку – подводился ток силой 10 А, что вызвало электролитическое растворение внутренней стенки трубы. В процессе растворения внутренней стенки из-за наличия в трубе остаточных напряжений, происходит ее деформация, которая передается на рычаг 5.
Рисунок 25 ‒ Установка для электролитического травления:
1 – бак, 2 – штатив, 3 – крышка,
4 – исследуемый образец (гнутая труба), 5 – рычаг,
6 – индикатор, 7 – электрод, 8 – коническое отверстие
Перемещение верхнего конца рычага 5 определялось с помощью индикатора часового типа 6 с ценой деления 0,01 мм (рисунок 26). Коническое отверстие 8 позволяет судить о величине утонения стенки трубы. Внешняя поверхность трубы, которая не должна подвергаться травлению покрывалась лаком.
Рисунок 26 ‒ Фотография установки
При электролитическом травлении происходит послойное удаление напряженных слоев, в результате чего нарушается равновесие остаточных напряжений и происходит деформация образца. Измеряя деформации можно судить о распределении, как поверхностных остаточных напряжений, так и о распределении их по глубине.
Рисунок 27 ‒ График зависимости деформации трубы от времени
За время исследований были замерены величины деформаций (таблица 6), на основании которых построен график зависимости деформации трубы от времени (рисунок 27). Из графика видно, что с увеличением времени величина деформации возрастает практически прямо пропорционально. В целом за время проведения эксперимента труба «выпрямилась» на 1 мм, что свидетельствует о значительных остаточных напряжениях, которые могут сказаться на надежности трубопровода.
Таблица 6 ‒ Результаты эксперимента
|
Время, ч |
Прогиб, мм |
Время, ч |
Прогиб, мм |
Время, ч |
Прогиб, мм |
Время, ч |
Прогиб, мм |
|
1,0 |
0,02 |
14,3 |
0,32 |
23,1 |
0,53 |
32,5 |
0,76 |
|
2,0 |
0,04 |
14,6 |
0,33 |
23,9 |
0,55 |
32,8 |
0,78 |
|
3,0 |
0,06 |
15,0 |
0,34 |
24,8 |
0,56 |
33,2 |
0,79 |
|
4,3 |
0,09 |
15,3 |
0,35 |
24,9 |
0,57 |
33,5 |
0,8 |
|
5,3 |
0,11 |
15,5 |
0,36 |
25,2 |
0,58 |
33,9 |
0,81 |
|
5,9 |
0,13 |
16,1 |
0,37 |
25,5 |
0,59 |
34,4 |
0,82 |
|
6,4 |
0,15 |
16,5 |
0,38 |
26,5 |
0,6 |
35,1 |
0,83 |
|
7,4 |
0,16 |
17,1 |
0,39 |
27,4 |
0,61 |
35,8 |
0,84 |
|
8,2 |
0,17 |
17,9 |
0,4 |
27,7 |
0,62 |
36,2 |
0,85 |
|
8,5 |
0,18 |
18,1 |
0,41 |
28,1 |
0,63 |
36,3 |
0,86 |
|
9,2 |
0,2 |
18,5 |
0,42 |
28,9 |
0,64 |
36,5 |
0,87 |
|
9,8 |
0,21 |
18,6 |
0,43 |
29,3 |
0,65 |
36,8 |
0,88 |
|
10,4 |
0,22 |
18,9 |
0,44 |
29,8 |
0,66 |
37,2 |
0,89 |
|
10,9 |
0,24 |
19,3 |
0,45 |
30,1 |
0,67 |
37,5 |
0,9 |
|
11,5 |
0,25 |
19,9 |
0,46 |
30,5 |
0,68 |
37,9 |
0,91 |
|
12,1 |
0,26 |
20,6 |
0,47 |
31,0 |
0,69 |
38,2 |
0,92 |
|
12,4 |
0,27 |
20,9 |
0,48 |
31,2 |
0,71 |
38,6 |
0,93 |
|
13,0 |
0,28 |
21,5 |
0,49 |
31,4 |
0,72 |
39,0 |
0,94 |
|
13,3 |
0,3 |
22,4 |
0,5 |
31,9 |
0,73 |
|
|
|
13,8 |
0,31 |
22,6 |
0,52 |
32,1 |
0,75 |
|
|