Какие свойства определяют при испытании сварных соединений? - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Какие свойства определяют при испытании сварных соединений?

Механические испытания сварных соединений

Особенность механических испытаний сварных соединений – обязательность разрушения образцов под разнонаправленными нагрузками. Только так определяют важные эксплуатационные показатели, на основании которых производятся расчеты возможных нагрузок. Предусмотрены различные способы испытаний. Для них разработано специальное контрольное оборудование.

Для механических испытаний отбирают несколько серийных образцов сварных соединений. Заключение составляется на основании нескольких одинаковых исследований пластичности шва, устойчивости к разрушениям.

Сущность проведения механических испытаний сварных соединений

Разработан и регламентирован комплекс исследований швов, получаемых различными видами сварки. Среди испытаний сварных соединений выделяют группы методов испытаний сварных соединений с направленными напряжениями:

  • Статический способ предусматривает плавное увеличение разрушающей нагрузки. Испытания растянуты во времени, чтобы напряжение было постоянным.
  • Динамические действуют мгновенно, непродолжительный временной интервал.
  • Усталостные подразумевают многократное воздействие на исследуемый образец. Число циклов – величина, исчисляемая в десятки миллионов. Нагрузка изменяется по знаку, значению.

Статические испытания включают испытания стыковых сварных соединений, определяющие физические характеристики швов: твердость, ползучесть, растяжимость, пластичность, способность изгибаться и другие. Сварное соединение сравнивают с подобным образцом из целостного металла. Для исследований используют образцы с зачищенным и незачищенным валиком.

Условным пределом текучести называют напряжение, при котором образец увеличивается в длину на 0,2% от первоначальной длины. Испытание на изгиб необходимо для контроля пластичности диффузного слоя. Нагрузка на изгиб оказывается до появления первой трещины на продольном и поперечном сечении сварного соединения. Для экспериментов используют плоские и трубчатые образцы.

В ходе динамических испытаний соединений определяют склонность швов к усталостной деформации, прочности на ударный изгиб. Испытания проводят при разных условиях: нормальной, пониженной и повышенной температуры. Результаты заносятся в протокол в виде графиков, исследуются по типу кривых. В некоторых случаях применяются другие нормативно утвержденные исследования.

Твердость измеряется в области диффузного слоя и зоны термического влияния, оценивается структурная прочность металла на шлифах методами металлографии.

Исследуются три области:

  • диффузный слой шва;
  • зона термического влияния;
  • металл заготовки, не подвергающийся нагреву при сварке.

Проверяется обработанный и необработанный шовный валик. Для каждого вида сварки разработаны свои эталонные формы образцов. Выделяются области, в которых возможны остаточные напряжения.

Нормативные документы

Методика проведения механических испытаний, расчетные формулы регламентированы РД 26-11-08-86 (руководящий документ Минхимпрома). Отбор образцов, определение вида исследований производится в соответствии ГОСТ 6996-66. Для различных видов сварки регламентируется толщина контрольных образцов. Оговаривается метод подготовки сварных соединений к испытаниям сварных швов, условия проведения исследований. По результатам проверки составляется протокол, в котором указывается способ проверки образцов.

Преимущества и недостатки метода

Сначала об уникальных возможностях методики:

  • получают данные об эксплуатационных свойствах сварки;
  • изучают механические характеристики соединений;
  • устанавливают расчетные величины для определения максимальных нагрузок (данные необходимы для проектных работ);
  • проверяются возможности диффузного слоя, зоны термического влияния, где возможны внутренние дефекты.

При малых затратах на изучение образцов получают данные, по которым судят о прочностных характеристиках деталей серийного выпуска. Выбирают оптимальный вариант сварки различных сплавов.

Недостатки очевидны. Предполагается разрушение образцов, они не подлежат восстановлению. Такой метод контроля нельзя применять для приемки сварных соединений. Методики нужны для исследований на стадии запуска серий в производство.

Особенность механических испытаний сварных соединений – обязательность разрушения образцов под разнонаправленными нагрузками.

Какие свойства определяют при испытании сварных соединений

В разработанных методиках, утвержденных стандартом, указывается несколько способов испытания сварных швов для определения механических свойств диффузного слоя образцов. Кусочки термически соединенного металла подвергают воздействию разнонаправленных усилий. Определяют, под какой силой возникает деформация по шву. Учитываются:

  • трещины;
  • надрывы;
  • изменения первоначальной формы, линейных размеров.

Отдельно определяются технологически значимые свойства, влияющие на несущую способность, герметичность соединений.

Пластичность

Эксперименты на статическое растяжение определяют податливость диффузного слоя и зоны термического влияния к изменению первоначальной формы под воздействием удлиняющих усилий. От пластичности зависит способность к штамповке с вытягиванием. Показатель удлинения определяется методом измерения образцов до нагрузки и после нее. Расчеты производятся по отношении величины удлинения к первоначальным размерам. Каждую из прочностных характеристик стоит рассмотреть подробно. От каждой из них зависит качество сварки.

Прочность

Для сварных опорных конструкций, испытывающих разнонаправленные напряжения, показатель прочности важен, от него зависит целостность сооружения. Прочностные характеристики определяются:

  • на изгиб, усилия прикладываются до момента критической деформации образца;
  • на усталость, количество циклов с различными нагрузками до разрушения.

Методика определение прочности на изгиб предусматривает три способа исследований:

  • искривление тонкой заготовки вокруг стандартной оправки до параллельности сторон U-образно изогнутого образца;
  • искривление под заданным углом;
  • двухсторонний изгиб до состояния сплющивания сторон.

Ударная вязкость

Динамические исследования на ударный изгиб проводятся с высокой скоростью изменения нагрузки. Соединение проверяется на хрупкость от удара, склонность к деформации или растрескивание. Для исследований готовят образцы с надрезанным шовным валиком. В месте надреза концентрируется напряжение при ударе копром маятникового типа. На основании показаний испытаний рассчитывается ударная вязкость, определяется как отношение работы по отталкиванию концентратора к площади сечения целого образца, до нанесения разреза. Для удобства проведения исследований на маятниковый копер наносится измерительная шкала.

Твердость

Применяются три способа:

  • разработанный Роквеллом предусматривает вылавливание в металл жестких калиброванных образцов: стального шарика, прошедшего процедуру закалки, или алмазного конуса.
  • Шкала Веклера разработана на основе аналогичных испытаний с использованием алмазной пирамидки;
  • способ Бринелля основан на использовании стального шарика большой плотности и твердости.

На твердость стыковое соединение проверяют в двух направлениях:

  • по продольной оси;
  • от центра шва, направляясь к основному металлу сварной заготовки.

По Роквелу определяют твердость швов на тонком металле, листовой стали. По Бринелю и Векслеру – все остальные. Твердость металла зависит от пластичности. Чем тверже получается диффузный слой, тем меньше будет изгибаться. Это говорит о низкой пластичности сварного соединения.

Заключение

Механические испытания применяются для серийного выпуска деталей, из каждой партии берется регламентированное стандартом число деталей, по исследованию одного образца заключение не выдается. Для единичных изделий лучше применять неразрушающий контроль сварных соединений, не повреждающий готовую деталь.

Показания механических испытаний сварных соединений во многом зависят от первоначального состояния сварных заготовок, наличия внутренних дефектов в металле. Поэтому перед определением технических характеристик проводится дефектоскопия заготовок и проверяемых сварных швов.

Испытание сварного соединения на статическое растяжение

При испытании определяют:

  • • прочность наиболее слабого участка стыкового или нахлес- точного соединения;
  • • прочность металла шва в стыковом соединении.

Определение прочности наиболее слабого участка стыкового и нахлесточного соединения. При испытании сварного соединения на статическое растяжение определяют временное сопротивление наиболее слабого участка.

Испытания проводят, как правило, на образцах, толщина или диаметр которых равен толщине или диаметру основного металла. При испытании сварного соединения из листов разной толщины более толстый лист путем механической обработки должен быть доведен до толщины более тонкого листа.

Форма и размеры плоских образцов для испытания стыковых соединений должны соответствовать рис. 6.14 или 6.15 и табл. 6.2.

Рис. 6.14. Форма и размеры плоских образцов для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение

Рис. 6.15. Форма и размеры плоских образцов с рабочей частью для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение

Допускается применение цилиндрических образцов типов I, II, III, IV и V. Разрешается применение образцов по приложению 3 к ГОСТ 1497-84.

При испытании материалов высокой прочности разрешается изменять конструкцию захватной части образцов.

Форма и размеры образцов для испытания стыковых соединений стержней должны соответствовать рис. 6.16 и табл. 6.3.

Утолщение шва должно быть снято механическим способом до уровня основного металла. При удалении утолщения разрешается снимать основной металл по всей поверхности образца на глубину

Размеры образцов в мм

Толщина основного металла а

Ширина рабочей части b

Ширина захватной части образца Ь

рабочей части образца/

Общая длина образца L

Примечания: 1. Длину захватной части образца И устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины.

2. Размеры образца по толщине металла более 75 мм устанавливаются соответствующими техническими условиями.

Размеры образцов в мм

Диаметр стержня d

Длина рабочей части образца/

Общая длина образца L

Примечания: 1. Длину захватной части образца L устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины.

2. Размеры образца по толщине металла более 75 мм устанавливаются соответствующими техническими условиями.

до 15 % от толщины металла или диаметра стержня, но не более 4 мм. Удаление основного металла с поверхности образца производят только с той стороны, с которой снимают утолщение шва или имеется уступ. Строгать утолщение следует поперек шва. Острые кромки плоских образцов должны быть закруглены радиусом не более 1,0 мм путем сглаживания напильником вдоль кромки.

Разрешается строгать утолщение вдоль шва с последующим удалением рисок.

По требованию, оговоренному в стандартах или другой технической документации, разрешается производить испытание образцов типов XII, XIII и XIV без снятия утолщения. В этом случае в формулу подсчета временного сопротивления (п. 34 ГОСТ 1497—84) вводят значение площади сечения образца вне шва.

Читайте также:  Фурнитура для сборки мебели своими руками

Рис. 6.16. Форма и размеры плоских образцов для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение при недостаточной мощности разрывной машины

При недостаточной мощности разрывной машины разрешается испытывать плоские (рис. 6.17) или цилиндрические (рис. 6.18, 6.19) образцы. Величину захватной части образцов h устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины.

Разрешается применение цилиндрических образцов с другими рабочими диаметрами и другим типом захватной части в соответствии с приложением 1 к ГОСТ 1497—84. Допускается проведение испытаний на образцах типов XII—XVII с более низким классом чистоты обработки при условии соответствия характеристик механических свойств испытываемого металла всем установленным требованиям.

Рис. 6.17. Форма и размеры плоских образцов с рабочей частью для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение при недостаточной мощности разрывной машины: а — толщина основного металла, мм

Рис. 6.18. Форма и размеры цилиндрических образцов для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение при недостаточной мощности разрывной машины

Рис. 6.19. Форма и размеры цилиндрических образцов с рабочей частью для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение при недостаточной мощности разрывной машины

Рис. 6.20. Образцы для контроля прочности сварных соединений труб

Для контроля прочности сварных соединений труб применяют образцы, приведенные на рис. 6.20. В этом случае в формулу подсчета временного сопротивления (п. 34 ГОСТ 1497—84) вводят значение площади сечения трубы вне шва. В случае сплющивания концов трубы, если этого требует конструкция разрывной машины, расстояние от оси шва до начала сплющиваемого участка должно быть не менее 2D.

По требованию, оговоренному в стандартах или другой технической документации, испытание образцов типа XVIII проводится со снятым утолщением шва.

Максимальный диаметр трубы при испытании образцов типов XVIII и IX определяется мощностью оборудования для испытаний.

При недостаточной мощности разрывных машин разрешается при диаметре трубы более 60 мм производить испытание стыкового соединения труб на образцах типов XII и XIII. Образец не выправляют. Для этой же цели разрешается применение образцов типов I—V. Металл шва располагают посередине рабочей части образца (рис. 6.21).

Сварные соединения, выполненные точечной сваркой и электрозаклепками, испытывают на срез путем растяжения образца, приведенного на рис. 6.22, или на отрыв растяжением образца, приведенного на рис. 6.23. При испытании электрозаклепок ширина образца во всех случаях равна 50 мм.

Размеры образца должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 6.4.

Рис. 6.21. Образцы для контроля прочности сварных соединений груб диаметром более 60 мм при недостаточной мощности разрывной машины

Рис. 6.22. Форма и размеры образца с одной сварной точкой, выполненной точечной сваркой или электрозаклепками для испытания на срез:

а — толщина основного металла в мм; h — в зависимости от конструкции испытательных машин; / — длина рабочей части образца

Рис. 6.23. Форма и размеры образца с одной сварной точкой, выполненной точечной сваркой или электрозаклепками для испытания на отрыв растяжением образца

При испытании определяют разрушающую нагрузку на точку в килограммах (ньютонах).

Для предотвращения изгиба образцы типа XXI закрепляют в специальном приспособлении. Приспособление должно обеспечивать жесткость образца и возможность испытания его на разрывных машинах.

Контроль качества с разрушением сварного соединения – механические испытания

Механические испытания определяют прочность и надежность сварных соединений. Основные методы определения механических свойств сварных соединений и их отдельных зон устанавливает ГОСТ 6996 — 66, предусматривающий статические и ударные испытания при нормальных, а в некоторых случаях и при пониженных или повышенных температурах. Для сварных соединений ответственных конструкций, изготовленных из высокопрочных материалов или предназначенных для работы в условиях отрицательных температур и вибрационных нагрузок, дополнительно проводятся испытания на устойчивость к хрупкому разрушению и усталостную прочность. По характеру нагружения различают механические испытания:

  • статические — при которых сила нагружения плавно возрастает или длительное время остается постоянной;
  • динамические — при которых сила нагружения возрастает практически почти мгновенно и действует короткое время;
  • усталостные — при которых нагрузка многократно (при числе циклов от десятков до миллионов) изменяется по значению и знаку.

Статические испытания. Стыковые сварные соединения подвергаются следующим статическим испытаниям: на растяжение, изгиб, ползучесть, твердость и т. д.

Рис. 1. Образцы для определения относительной прочности шва при толщине основного металла менее 3 мм (а) и более 3 мм (б)

Испытание на растяжение производится в целях определения прочности и пластичности сварного соединения. Для оценки временного сопротивления σв сварного соединения при растяжении (напряжения, отвечающего наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца) используют:

  • образцы с валиком шва на лицевой поверхности (рис. 1), которые позволяют найти относительное значение σв шва в сравнении с σв основного металла;
  • образцы с валиком шва, снятым заподлицо с основным металлом, и специально выполненной выточкой шва, предопределяющей место разрушения (рис. 2), которые позволяют определить абсолютное значение σв.

Если прочность сварного соединения меньше прочности основного металла, то допускается использование для испытаний плоских и круглых образцов с одинаковым сечением. Причем длина захватной части таких образцов может выбираться в зависимости от конструкции испытательной машины, а изменение других их размеров недопустимо.

Для испытаний участков сварного соединения используются круглые образцы с рабочей частью диаметром 3 … 10 мм, вырезанные вдоль оси сварного шва в соответствующей зоне соединения при многослойной сварке.

При испытании на растяжение определяют условный предел текучести σ02, временное сопротивление σв и относительное удлинение δ.

Под условным пределом текучести понимают напряжение, при котором деформация образца составляет 0,2 % от его первоначальной расчетной длины.

Относительное удлинение образца представляет собой процентное отношение абсолютного остаточного удлинения к первоначальной расчетной длине образца.

Рис. 2. Образец для определения абсолютной прочности шва

Рис. 3. Схемы испытаний образцов на изгиб при продольном (а) и поперечном (б) расположении шва: В — ширина пуансона; S — толщина образца

Испытание на изгиб производится для определения пластичности сварного соединения в целом. Пластичность стыкового соединения при изгибе определяется по углу изгиба образца до образования первой трещины на любом его участке.

Схемы испытаний образцов на изгиб при продольном и поперечном расположении шва приведены на рис. 3, а формы образцов для испытаний — на рис. 4.

На практике часто вместо плоских образцов используют трубчатые. При испытаниях односторонних сварных швов в растянутой зоне должен располагаться верхний слой металла, а при многослойной сварке — шов, сваренный последним.

Для ответственных сварных соединений считается удовлетворительным угол изгиба 120 … 180° без образования трещин. При отсутствии трещин испытание заканчивается изгибом образца до достижения параллельности его сторон.

Рис. 4. Формы образцов для испытаний на изгиб с продольным (а) и поперечным (б) швами

Динамические испытания. К динамическим относятся испытания на ударный изгиб и усталость (выносливость).

Испытания на ударный изгиб заключаются в определении ударной вязкости сварного соединения при нормальной, пониженной и повышенной температурах, обусловленных условиями его работы. Образцы для таких испытаний (рис. 5) изготовляют в соответствии с ГОСТ 6996—66. Испытания проводятся на специальных образцах с надрезом, который может располагаться по оси шва, линии сплавления или в зоне термического влияния со стороны раскрытия шва. Место расположения надреза зависит от цели испытания. При испытании металла шва или основного металла надрез можно делать с любой стороны образца.

Испытания производятся на маятниковых копрах с различной предельной энергией. Для применения в лабораториях строительно-монтажных организаций рекомендуется маятниковый копер МК-30А, имеющий 15 ступеней запаса энергии и 17,5 тыс. ч полного технического ресурса. После испытания сварного шва исследуют структуру излома для определения дефектов. Ударная вязкость определяется как отношение работы, затраченной на излом образца, к площади его поперечного сечения в месте надреза до испытания.

Испытаниями на усталость (выносливость) определяют устойчивость металла к воздействию переменных нагрузок при изгибе, растяжении и кручении. Переменные нагрузки создаются при симметричном, асимметричном и пульсирующем циклах нагружения.

Рис. 5. Образцы разной толщины, используемые для испытаний на ударный изгиб: а — 10 мм и более; б — 5 … 10 мм; в — 2 … 5 мм

Рис. 6. Изменение действующих напряжений (а) и относительного удлинения (б) образца из металла в зависимости от числа циклов до разрушения

Испытаниям в условиях осевого нагружения подвергаются цилиндрические или плоские образцы специальной формы и определенных размеров, вырезанные поперек сварного соединения. При испытаниях определяют предел выносливости образца. Количественной оценкой усталостной прочности является число циклов, которое выдержал сварной образец до разрушения.

Читайте также:  Как сделать перочинный нож своими руками

Типичные зависимости для металлов между уровнем действующих циклических напряжений σmax, удлинением после разрушения δ и числом N циклов изменения напряжений до разрушения образца, построенные по результатам испытаний при пульсирующем цикле, т. е. когда нагрузка изменяется от нуля до максимального растягивающего значения, показаны на рис. 6.

На кривой зависимости между действующими напряжениями и числом циклов до разрушения (рис. 6, а) можно выделить три участка. На участке I, называемом участком квазистатического разрушения, происходит направленное пластическое деформирование, и разрушение образца здесь соответствует разрушению при однократном приложении нагрузки. При этом относительное удлинение образца (рис. 6, б) равно относительному удлинению при статическом разрушении δст, а в некоторых случаях превышает его, и излом ничем не отличается от излома при статическом разрушении металлов.

На участке II имеет место малоцикловая усталость материала, и разрушение образца происходит вследствие возникновения и развития усталостной трещины, сопровождающейся заметными пластическими деформациями.

Участок III — это участок многоциклового усталостного разрушения материала при почти полном отсутствии остаточного удлинения образца. В некоторых случаях этот участок на кривой σmax = f(N) переходит в горизонтальную линию, соответствующую напряжению σг, что свидетельствует об отсутствии разрушений при напряжениях ниже этого значения, даже если число циклов нагружения существенно увеличивается.

Число циклов нагружения, при котором имеет место переход от одного участка зависимости σmax = f(N) к другому, для различных материалов и режимов нагружения различное.

Исследование разрушения металлов в условиях многоциклового изменения нагрузки производится, как правило, при синусоидальном цикле нагружения. При этом различают симметричный и асимметричные циклы нагружения. При симметричном нагружении (рис. 7, а) среднее напряжение цикла σср равно нулю, а изменяется напряжение от минимальных значений сжатия σmin до максимальных напряжений растяжения σmax. При асимметричных циклах нагружения (рис. 7, б) среднее напряжение не равно нулю, и оно может иметь любые значения как в области растяжения, так и в области сжатия.

Рис. 7. Синусоидальные циклы нагружения образцов: а — симметричный; б — асимметричный

Рис. 8. Типовая кривая усталости для образцов металлов: Nб — базовое число циклов

Результаты исследования усталости металлов представляются в виде кривых усталости — графиков, характеризующих зависимость между максимальными, или амплитудными, напряжениями (деформациями) и числом циклов нагружения образца до разрушения, которые были получены при испытании партии одинаковых образцов при одинаковом среднем напряжении (деформации) цикла или при одинаковом коэффициенте его асимметрии (рис. 8).

Помимо рассмотренных видов испытаний, предусмотренных ГОСТ 6996 — 66, иногда необходимо проведение дополнительных испытаний для получения других прочностных характеристик. Обычно при этом стремятся создать условия нагружения и работы образцов, идентичные тем, на которые рассчитана работа конструкции. Например, это дополнительное испытание особых образцов, в рабочих сечениях которых тем или иным способом создается плоское напряженное поле, характерное для металла сосудов, работающих под давлением. В этом случае образцы представляют собой плоские или круглые стержни с захватами на концах и специальными проточками в центральной части, которые обеспечивают получение плоской схемы напряжений при нагружении.

Однако в настоящее время чаще применяют схему испытаний с разрушением основного металла или сварных соединений. Критериями прочности в этом случае являются максимальное давление и утончение образца.

Измерение твердости. Для установления изменения структуры металла шва и околошовной зоны, а также для оценки степени закалки зон сварного соединения и неоднородности его механических свойств измеряют твердость сварных швов.

Рис. 9. Схемы (а, б) измерения твердости сварных швов (измерения производятся в точках пересечений линий 110)

Обычно твердость определяют на шлифах для металлографического анализа тремя способами:

  1. вдавливанием стального закаленного шарика диаметром 1,568 мм или алмазного конуса с углом при вершине 120° (способ Роквелла);
  2. вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды с квадратным основанием и углом между противоположными гранями 136° (способ Виккерса);
  3. вдавливанием стандартного стального закаленного шарика определенного диаметра (способ Бринелля).

Измерение твердости по сечению стыкового шва производят в двух направлениях: по его продольной оси и от центра к основному металлу. Образцы для испытаний вырезаются таким образом, чтобы в них имелись все участки сварного соединения: основной металл, металл шва и зоны термического влияния, и на этих трех участках определяют твердость. Измерения производятся на поперечном сечении образца в двух взаимно-перпендикулярных направлениях: по оси шва и вдоль линий, параллельных верхней и нижней поверхностям листа (рис. 9). У стыковых соединений толщиной до 3 мм твердость может измеряться на их наружной поверхности при снятом усилении шва.

Испытание материалов и сварных соединений

Механические свойства характеризуют сопротивление металла деформации и разрушению под действием механических сил (нагрузки).

К основным механическим свойствам относят:

– прочность
– пластичность
– ударную вязкость
– твердость

Прочность – это способность металла не разрушаться под действием механических сил (нагрузки).

Пластичность – это способность металла изменять форму (деформироваться) под действием механических сил (нагрузки) без разрушения.

Ударная вязкость определяет способность металла противостоять ударным (динамическим) механическим силам (ударным нагрузкам).

Твердость – это способность металла сопротивляться проникновению в него других более твердых материалов.

Виды и условия механических испытаний металлов

Для определения механических свойств выполняют следующие виды испытаний:

– испытания на растяжение;
– испытания на статический изгиб;
– испытания на ударный изгиб;
– измерение твердости.

К условиям испытаний образцов относятся: температура, вид и характер приложения нагрузки к образцам.

Температура проведения испытаний:

– нормальная (+20°С);
– низкая (ниже +20°С, температура 0. -60°С);
– высокая (выше+20°С, температура +100. +1200°С).

Вид нагрузок:

растяжение
сжатие
изгиб
кручение
срез

Характер приложения нагрузки:

– нагрузка возрастает медленно и плавно или остаётся постоянной – статические испытания;
– нагрузка прилагается с большими скоростями; нагрузка ударная – динамические испытания;
– нагрузка многократная повторно-переменная; нагрузка изменяется по величине или по величине и направлению (растяжение и сжатие) – испытания на выносливость.

Образцы для механических испытаний

Механические испытания выполняют на стандартных образцах. Форма и размеры образцов устанавливаются в зависимости от вида испытаний.

Для механических испытаний на растяжение используют стандартные цилиндрические (круглого сечения) и плоские (прямоугольного сечения) образцы. Для цилиндрических образцов в качестве основных приняты образцы диаметром dо=10 мм короткий lо=5×do = 50 мм и длинный lо=10×do = 100 мм.

Короткий круглый образец

Длинный круглый образец

Плоские образцы имеют толщину равную толщине листа, а ширина устанавливается равной 10, 15, 20 или 30 мм.

Плоский образец без головок для захватов разрывной машины

Плоский образец с головками

Механические свойства, определяемые при статических испытаниях

Статическими называют испытания, при которых прилагаемая нагрузка к образцу возрастает медленно и плавно.

При статических испытаниях на растяжение определяются следующие основные механические характеристики металла:

– предел текучести (σ т);
– предел прочности или временное сопротивление (σ в);
– относительное удлинение (δ);
– относительное сужение (ψ).

Предел текучести – это напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.

Предел прочности – это напряжение при максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца.

Относительное удлинение – это отношение приращения длины образца после разрушения к его начальной длине до испытания.

Относительное сужение – это отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрушения к его начальной площади до испытания.

При испытании на статическое растяжение железо и другие пластические металлы имеют площадку текучести, когда образец удлиняется при постоянной нагрузке Рm.

При максимальной нагрузке Рmax в одном участке образца появляется сужение поперечного сечения, так называемая “шейка”. В шейке начинается разрушение образца. Так как сечение образца уменьшается, то разрушение образца происходит при нагрузке меньше максимальной. В процессе испытания приборы рисуют диаграмму растяжения, по которой определяют нагрузки. После испытания разрушенные образцы складывают вместе и измеряют конечную длину и диаметр шейки. По этим данным рассчитывают прочность и пластичность.

Механические испытания на ударный изгиб

Динамическими называют испытания, при которых скорость деформирования значительно выше, чем при статических испытаниях.

Динамические испытания на ударный изгиб выявляют склонность металла к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с надрезом (концентратором напряжений) одним ударом маятникового копра.

Стандарт предусматривает образцы с надрезами трех видов:

образец U – образный с радиусом R = 1 мм (метод KCU);

образец V – образный с радиусом R = 0.25 мм (метод KCV);

образец I – образный с усталостной трещиной (метод КСТ).

Под ударной вязкостью понимают работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.

После испытания по шкале маятникового копра определяют работу удара, которую затрачивают на разрушение образца. Площадь сечения образца определяют до разрушения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ

Твердостью называется свойство металла оказывать сопротивление пластической деформации в поверхностном слое при вдавливании шарика, конуса или пирамиды. Измерение твердости отличается простотой и быстротой осуществления и выполняется без разрушения изделия. Широкое применение нашли три метода определения твердости:

Читайте также:  Лазерный уровень своими руками пошаговое руководство

– твердость по Бринеллю (единица твердости обозначается HB);
– твердость по Роквеллу (единица твердости обозначается HR);
– твердость по Виккерсу (единица твердости обозначается HV).

Определение твердости по Бринеллю заключается во вдавливании стального шарика диаметром D = 10 мм в образец (изделие) под действием нагрузки и в измерении диаметра отпечатка d после снятия нагрузки.

Твердость по Бринеллю обозначают цифрами и буквами НВ, например, 180 НВ. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость. Чем выше твердость, тем больше прочность металла и меньше пластичность. Чем мягче металл, тем меньше устанавливают нагрузку на приборе. Так при определении твердости стали и чугуна нагрузку принимают 3000 Н, никеля, меди и алюминия – 1000 Н, свинца и олова – 250 Н.

Определение твердости по Роквеллу заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом (шкалы А и С) или стального шарика диаметром 1.6 мм (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной (Ро )и основной (Р) нагрузок и в измерении глубины внедрения наконечника (h). Твердость по Роквеллу обозначается цифрами и буквами HR с указание шкалы. Например, 60 HRC (твердость 60 по шкале С).

Определение твердости по Виккерсу заключается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды, в образец (изделие) под действием нагрузки и в измерении диагонали отпечатка d, оставшегося после снятия нагрузки. Метод используется для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоёв с высокой твердостью. Твердость по Виккерсу обозначается цифрами и буквами HV, например, 200 HV.

Испытания на статический изгиб

Технологические испытания на статический изгиб служит для определения способности металла воспринимать заданный по форме и размерам загиб. Аналогичные испытания проводят и на сварных соединениях.

Испытанию на загиб подвергают образцы из листового и фасонного (пруток, квадрат, уголок, швеллер и др.) металла. Для листового металла ширина образца (b) принимается равной двойной толщине(2•t), но не менее 10 мм. Радиус оправки указывается в технических условиях.

Различают три вида изгиба:

– загиб до определенного угла;
– загиб вокруг оправки до параллельности сторон;
– загиб вплотную до соприкосновения сторон (сплющивание).

Отсутствие в образце трещин, надрывов, расслоений или излома является признаком того, что образец выдержал испытание.

Свойства сварного соединения

Все физические характеристики, для определения свойства соединения сварочных швов, определяются как комплексные механические свойства сварного соединения. Все эти параметры зависят от расчётного соотношения механических свойств металлической поверхности шва, а также обрабатываемой зоны металла и термических характеристик структуры металлического изделия. Если мы будем исходить из принципа понятия свойства металла сварного соединения, то швы и прочие соединения должны быть максимально приближены к структуре металла. Сварное соединение может считаться доброкачественным, только в том случае, если есть обеспечение величины прочности по параметрам предельности, а также по пределам текучести не меньше тех заданных свойств, которые характерны для достаточного запаса пластичности.

Правильный сварочный шов на изделии

Факторы, влияющие на характеристики прочности сварного соединения

Существует ряд технических особенностей, а также физических параметров, которые так или иначе завязаны на равнопрочности сварного соединения.

  • Определение текущего сварочного материала для процессе- электроды, флюсы, проволоки.
  • Естественные химические данные материала соединения.
  • Определение реального режима сварки.
  • Выбор методики проведения работ по пайке или резке металла.
  • Размерные данные материалы (в основном толщина).
  • Скорость охлаждения материала.
  • Возможная величина деформации в пластических характеристиках шва.

Именно этот регламент указывает на физические и технические параметры свойств металла, а также на их подгруппы. Этот момент необходимо учитывать для того, чтобы была возможность определить фактические свойства металла при переходе от легированного типа к нелегированному металлу, а также в обратном направлении.

что основные моменты на определение механических свойств сварных соединений зафиксированы в действующем регламентом положении ГОСТ 9467-60.»

Точно также сварные соединения методы определения механических свойств характерны для операций с использованием флюса и прочих технологий – ручная, дуговая, электродуговая автоматическая, полуавтоматическая.

Механические параметры испытаний

Единым регламентом, определяющий правила свойства сварного шва при однородном растяжении является ГОСТ 6996, в котором отмечены следующие факторы определения свойств:

  • Испытание статистическим или кратковременным растяжением.
  • Испытание на ударный вид образца, только для надрезанных образцов.
  • Стойкость при условии воздействия механизма старения механического способа.
  • Определение твёрдости для наплавленного участка, а также для сварного соединения.
  • Полное статическое напряжение с выдержанным параметром времени.
  • Испытание на статический способ загиба или изгиба.
  • Испытание полученного соединения на ударный разрыв.

В некоторых случаях методы исследования свойств сварных соединений определяются дополнительными способами, но при этом общая рекомендация заключается в использовании только проверенных методов по ГОСТ.

Обзор методов для определения свойств сварных швов

Самыми простейшими и доступными методами проверки качества, являются определение допуска чешуйчатости сварного шва по параметру временного сопротивления, данным фактической текучести изделия, относительным характеристикам удлинения, свойствам поперечного сужения. В качестве образцов используют цилиндрические формы металлов, применяемые для статического растяжения в соответствии с 4, 2 видом испытаний.

Чешуйчатость сварного шва

Самой простейшей и распространённой формой определения задачи, какие свойства определяют при испытании сварных соединений, является временное сопротивление. В качестве опытных образцов можно взять детали, частички металла, которые расположены в шовной или околошовной частях. Таким образом, можно определить однородность структуры металла. Но, для маленьких образцов лучше всего использовать другие методы, так как порою сложно понять, дальнейшие конструкционные свойства изделия. Временное сопротивление лучше всего использовать для больших и объёмных образцов.

Предел текучести может быть не определён для некоторых материалов, так явная неоднородность изделий и сварных швов, может преподнести искажённые данные. Текучесть, для того, чтобы решить вопрос, чем определяются свойства сварного соединения, используют только для однородной структуры металлического образца. Перед тем, как определение проходит фактическую стадию, рекомендуется подробно ознакомиться с положениями регламента.

В качестве экономии расхода затрат на операцию как влияют окислы в сварном шве на свойства сварного соединения, лучшей методикой признано определение твёрдости. Распределение окислов происходит корреляционным методом, который эффектов указывает зональность параметров твёрдого состояния сварного соединения.

Метод определения твёрдости также позволяет узнать дополнительные сведения о твёрдости всего состояния металла.»

Для оценки пластичности шва, используют метод статичности, точнее определение состояния на изгиб или загиб. В данном случае осуществляется изгиб, где до первого сопряжения появляется трещина, по которой можно определить технические характеристики шва и состояния металла в целом. Если трещина имеет показатели, не превышающие 20% общих фактических параметров состояния зоны, но не более 5 мм на любой площади, то такая пластичность не является критичной для металла по сварному шву. Все испытания осуществляются ровно до того состояния, который регулирует угол изгиба. То есть, изгиб или загиб осуществляются в любом случае до появления первой трещины и анализ НТД показывает общие параметры пластичности металлической конструкции.

Общие сведения по сварным соединениям

Как известно каждая группа металлов имеет свои параметры, которые отличаются по физическим, механическим и химическим данным. Для определения естественных критериев свариваемости, ориентируются на следующие показатели:

  • Каким образом возникает чувствительность металла при проведении сварочных работ.
  • Какую склонность к росту зерна имеет металл, при этом сохраняются как пластические, так и прочностные характеристики металла, в зоне термического обслуживания.
  • Химическая природа и структура металла, которая зависит от теплового эффекта и прочих данных обработки металлической поверхности.
  • Параметры сопротивляемости металла.

Это основные показатели, которые используют специалисты при расчётах.

Классификация стали по свариваемости

Марка стали углеродистая

Марка стали – конструкционная

Ст. 1; Ст.2; Ст. З; Ст.4; 0,8; сталь І0, 15, 20, 25;12кп, 15кп, 16кл, 20кп15Г; 20Г; 15Х; 15ХА; 20Х; 15ХМ; 14ХГ. С, 10ХСМД; 10ХГСМД;15ХСМД2. Удовлетворительная.Сг5; сталь 30, 35(2ХМ2; 12ХНЗА; [4Х2МП; 10Г2МП; 20ХНЗА; 20ХЙ; 20ХГСА; 25ХГСА; 30Х; 30 М3. Ограниченная группаСтб; сталь40, 45, 5035Г; 40Г; 45Г; 40Г2; 35Х; 40Х; 45Х; 40ХН;40; 40ХМФА; 30ХГС; 30ХГС; 30ХГСМ; 35ХМ; 20Х2Н4А; 4ХС; 12Х2Н4МА4. ПлохаяСталь 65, 70, 75, 80, 85, У7, У8, У9, У10, У11, У1250Г; 50Г2; 50Х; 50ХН; 45ХНЗМФА; бХс; 7X3; 9ХС; 8X3; 5ХНТ; 5ХНВ

В табличной части указана «хорошая» группа стали, при этом содержание углерода должно быть меньше, чем 0,25%. Такие стали прекрасно свариваются без образования закалочной группы металла, как это принято для других подгрупп. Отсутствуют трещины, которые характерны для других подгрупп в широком диапазоне измерения.»

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector