какие свойства определяют при испытании сварных соединений на статистическое растяжение

Какие свойства определяют при испытании сварных соединений на статистическое растяжение

СОЕДИНЕНИЯ СВАРНЫЕ. МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

Дата введения 1987-01-01

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ ПИСЬМОМ Министерства химического и нефтяного машиностроения от 10 марта 1986 г. N 11-10-4/217

В.А.Крошкин, Е.П.Рублев, Ф.С.Кузнецов, В.В.Агафонов, О.Н.Моргунова

с ЦК профсоюзов работников тяжелого машиностроения

ВЗАМЕН РТМ 26-336-79

Настоящий руководящий документ устанавливает основные виды механических испытаний, порядок и методы отбора проб, изготовления образцов, проведения испытаний, а также оценку механических свойств сварных соединений сосудов, аппаратов, трубопроводов и деталей трубопроводов в химическом, нефтяном и газовом машиностроении.

1.1. Контроль качества сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла методами механических испытаний осуществляется в соответствии с действующей нормативно-технической документацией и «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденными Госгортехнадзором СССР, СТ СЭВ 798-77, СТ СЭВ 7…..*9-77, СТ СЭВ 800-77.

1.2. Контроль качества сварного соединения, а также наплавленного металла методами механических испытаний или измерением твердости осуществляется в объеме, указанном в нормативно-технической документации на контролируемое изделие.

1.3. Механические испытания проводятся с целью определения качества изделия и сварочных материалов, показателей свариваемости металлов и сплавов, пригодности способов и режимов сварки при установлении квалификации сварщиков. Конкретная цель испытаний указывается в технических условиях на контролируемое изделие.

2. МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Виды испытаний

2.1.1. Основными методами определения характеристик механических свойств сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла являются:

испытание металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на статическое растяжение;

испытание металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на ударный изгиб (на надрезанных образцах);

испытание сварного соединения на статическое растяжение;

испытание металла различных участков сварного соединения на стойкость против механического старения;

испытание сварного соединения и наплавленного металла на (технологическая проба с наплавленным валиком) статический изгиб (загиб);

измерение твердости различных участков сварного соединения и наплавленного металла.

2.1.2. Выбор метода и температуры испытаний, типа образца предусматривается в нормативно-технической документации на контролируемое изделие, устанавливающей технические требования на нее.

2.1.3. При определении характеристик механических свойств сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла в качестве испытательных машин и приборов применяется испытательное оборудование всех систем при условии соответствия их требованиям ГОСТ 7855-74.

2.2. Проведение испытаний на статическое растяжение

2.2.1. Испытание на статическое растяжение при пониженной, комнатной и повышенной температурах проводится для определения следующих характеристик механических свойств материалов:

предела текучести (физического)

предела текучести (условного)

относительного удлинения после разрыва

относительного сужения после разрыва

Физический предел текучести оценивают при растяжении как частное от деления нагрузки (соответствует площадке текучести или явно выраженной остановке стрелки шкалы силоизмерительного устройства испытательной машины) к начальной площади поперечного сечения образца :

.

Условный предел текучести оценивают при растяжении как частное от деления нагрузки (нагрузка, отвечающая пределу текучести при допуске 0,2% на величину остаточного удлинения) к начальной площади поперечного сечения образца :

.

.

Относительное удлинение после разрыва оценивают как отношение приращения длины образца (после разрыва) к его первоначальной длине, выраженное в процентах:

%,

— начальная расчетная длина, мм.

Относительное сужение после разрыва оценивают как отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади поперечного сечения образца, выраженное в процентах:

%,

При испытании сварного соединения на статическое растяжение определяют только временное сопротивление наиболее слабого участ

2.2.2. Для испытания на статическое растяжение приняты цилиндрические образцы диаметром 3 мм и более и плоские толщиной 0,5 мм и более с начальной расчетной длиной (короткие пропорциональные образцы) или (длинные пропорциональные образцы).

Применение коротких пропорциональных образцов предпочтительнее. Допускается применять образцы с расчетной длиной , которая должна быть указана в нормативно-технической документации на контролируемое изделие.

2.2.3. Границы начальной расчетной длины наносят на образце с точностью до 1% от ее величины неглубокими кернами, рисками или иными метками.

На образцах из хрупкого материала границы расчетной длины наносят электроискровым методом или другими способами, исключающими повреждение поверхности образца.

Диаметр по рабочей части цилиндрического образца, толщина и ширина плоских образцов измеряются не менее чем в трех местах (в середине и по краям рабочей части образца) при помощи микрометра. По наименьшим из полученных размеров вычисляют площадь поперечного сечения образца с округлением в следующих пределах:

площадь до 100 мм округляют до 0,1 мм ;

площадь свыше 100 мм до 200 мм округляют до 0,5 мм ;

Расчетная длина измеряется штангенциркулем с ценой деления не более 0,05 мм. Измерение образцов после испытания производят с точностью до 0,1 мм

2.2.6. Для проведения испытаний на статическое растяжение при пониженной, комнатной и повышенной температурах допускается применение разрывных и универсальных машин всех систем, рабочее пространство которых позволяет устанавливать нагревательное устройство или сосуд с охлаждающей жидкостью.

2.2.7. При проведении испытаний на статическое растяжение должны соблюдаться следующие основные условия:

надежное центрирование образца в захватах испытательной машины;

возможность приостанавливать нагружение с точностью до одного наименьшего деления шкалы силоизмерителя;

2.2.8. При проведении испытаний на статическое растяжение при повышенной температуре должны соблюдаться следующие основные условия:

надежное центрирование образца в удлинительных штангах и захватах испытательной машины;

нагревательное устройство должно обеспечивать равномерный нагрев образца по всей его рабочей длине и поддержание заданной температуры в установленных пределах в течение всего времени испытания;

Источник

ГОСТ 6996-66 (ИСО 4136-89, ИСО 5173-81, ИСО 5177-81) Сварные соединения. Методы определения механических свойств (с Изменениями N 1, 2, 3, 4)

8. ИСПЫТАНИЕ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ НА СТАТИЧЕСКОЕ РАСТЯЖЕНИЕ

8.1. При испытании определяют прочность наиболее слабого участка стыкового или нахлесточного соединения или прочность металла шва в стыковом соединении.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

А. Определение прочности наиболее слабого участка стыкового и нахлесточного соединения

8.2. При испытании сварного соединения на статическое растяжение определяют временное сопротивление наиболее слабого участка. Временное сопротивление подсчитывают по ГОСТ 1497. При испытании определяют место разрушения образца (по металлу шва, по металлу околошовной зоны, по основному металлу).

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

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

Шероховатость поверхности после обработки более толстого элемента должна быть не более 6,3 мкм.

8.4. Форма и размер плоских образцов для испытания стыковых соединений должны соответствовать черт.20, 21 или 21а и табл.7. Допускается применение цилиндрических образцов типов I, II, III, IV и V. Металл шва в этих образцах должен располагаться по середине их рабочей части. Разрешается применение образца по ГОСТ 1497.

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

Источник

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:

Вид нагрузок:

растяжение
сжатие
изгиб
кручение
срез

Характер приложения нагрузки:

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:

— 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.

Источник

Глава 2. Механические свойства основного металла и сварных соединений

Механические статические испытания – вид разрушающих исследований, при котором испытуемый образец подвергается единичному воздействию с определенной скоростью постоянно действующей нагрузки. К ним относят следующие испытания:

При статических испытаниях определяют механические свойства – к примеру, прочность и пластичность. Без этих характеристик нельзя выполнить прочностной расчет конструкции. По результатам проведения разрушающих методов контроля проверяют правильность подобранных материалов, выбранных режимов и технологий, проводят оценку квалификации сварщиков.

Статические испытания на растяжение (Испытания на статическое растяжение)

Основным видом статических испытаний являются испытания на растяжение, которые стандартизированы и проводятся при повышенной, пониженной и комнатной температуре.

Независимая лаборатория проведет испытания на растяжение: проката, тонких листов, труб, проволоки, стали арматурной, сварных соединений, а также изделий из полимерных материалов.

Методика проведения статических испытаний на растяжение заключается в подаче нагрузки на стандартизированный образец до момента его разрушения. Для испытаний используют цилиндрические или призматические образцы с определенными размерами.

Данные испытания позволяют выяснить значения следующих параметров:

Выполним испытания на растяжение согласно требованиям ГОСТ 1497, ГОСТ 6996, ГОСТ 11701, ГОСТ 10006, ГОСТ Р ИСО 4136, ГОСТ Р ИСО 5178 и др.

Отвечает эксперт ЗАО ЦНИИПСК им. Мельникова

Испытание на растяжение металла заключаются в растяжении образца с построением графика зависимости удлинения образца (Δl) от прилагаемой нагрузки (P), с последующим перестроением этой диаграммы в диаграмму условных напряжений (σ — ε)

Испытания на растяжение проводятся по ГОСТ 1497, по этому же ГОСТу определяются и образцы на которых проводятся испытания.

Как уже говорилось выше, при испытаниях строится диаграмма растяжения металла. На ней есть несколько характерных участков:

Выше точки В диаграмма растяжения отходит от прямой — деформация начинает расти быстрее нагрузки, и диаграмма принимает криволинейный вид. При нагрузке, соответствующей Рт (точка С ), диаграмма переходит в горизонтальный участок. В этой стадии образец получает значительное остаточное удлинение практически без увеличения нагрузки. Получение такого участка на диаграмме растяжения объясняется свойством материала деформироваться при постоянной нагрузке. Это свойство называется текучестью материала, а участок диаграммы растяжения, параллельный оси абсцисс, называется площадкой текучести.

Иногда площадка текучести носит волнообразный характер. Это чаще касается растяжения пластичных материалов и объясняется тем, что вначале образуется местное утонение сечения, затем это утонение переходит на соседний объем материала и этот процесс развивается до тех пор, пока в результате распространения такой волны не возникает общее равномерное удлинение, отвечающее площадке текучести. Когда имеется зуб текучести, при определении механических свойств материала, вводят понятия о верхнем и нижнем пределах текучести.

После появления площадки текучести, материал снова приобретает способность сопротивляться растяжению и диаграмма поднимается вверх. В точке D усилие достигает максимального значения Pmax. При достижении усилия Pmax на образце появляется резкое местное сужение — шейка. Уменьшение площади сечения шейки вызывает падение нагрузки и в момент, соответствующий точке K диаграммы, происходит разрыв образца.

Прилагаемая нагрузка для растяжения образца зависит от геометрии этого образца. Чем больше площадь сечения, тем более высокая нагрузка необходима для растяжения образца. По этой причине, получаемая машинная диаграмма не дает качественной оценки механических свойств материала. Чтобы исключить влияние геометрии образца, машинную диаграмму перестраивают в координатах σ − ε путем деления ординат P на первоначальную площадь сечения образца A0 и абсцисс ∆l на lо. Перестроенная таким образом диаграмма называется диаграммой условных напряжений. Уже по этой, новой диаграмме, определяют механические характеристики материала.

Определяются следующие механические характеристики:

Предел упругости σу — условное напряжение, соответствующее появлению остаточных деформаций определенной заданной вели­чины (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); допуск на остаточную деформа­цию указывается в индексе при σу

Предел текучести σт – напряжение, при котором происходит увеличение деформации без заметного увеличения растягивающей нагрузки

Также выделяют условный предел текучести — это условное напряжение, при котором остаточная деформация достигает определенной величины (обычно 0,2% от рабочей длины образца; тогда условный предел текучести обозначают как σ0,2). Величину σ0,2 определяют, как правило, для материалов, у которых на диаграмме отсутствует площадка или зуб текучести

Кроме характеристик прочности материала, при испытании на растяжение определяют также характеристики пластичности — относительное удлинение δ и относительное сужение ψ

где lо – первоначальная расчетная длина образца, а lк – конечная расчетная длина образца

Испытания на статическое сжатие

Испытания на сжатие применяют существенно менее часто по сравнению с растяжением, поскольку сжатие не позволяет выявить все механические параметры. Пластичный материал в ходе сжатия не разрушается, а преобразуется в диск, что не дает возможности зафиксировать соответствующее разрушающей силе напряжение. В связи с этим испытание на сжатие чаще применяют к металлам и сплавам с высокой хрупкостью – хорошим примером таковых может служить чугун.

Статические испытания на сжатие выполняют согласно ГОСТ 25.503 на разрывной универсальной машине. Результаты испытания существенно зависят от формы и линейных размеров образцов. С целью исключения возможной потери устойчивости при испытании на сжатие используют короткие образцы. Чем больше длина образца, тем сильнее будет влияние изгиба.

В ходе испытаний на сжатие выявляют следующие показатели:

Практическая работа: «Испытание сварных швов на растяжение»

Испытание сварных швов на растяжение

Цель работы: познакомиться с методами разрушающих видов испытаний сварных швов.

Сварное соединение включает три характерные зоны, образующиеся во время сварки: зону сварного шва, зону сплавления и зону термического влияния, а также часть металла, прилегающую к зоне термического влияния.

Зоны сварного соединения

: самая светлая — зона основного металла, темнее — зона термического влияния, самая тёмная область в центре — зона сварного шва. Между зоной термического влияния и зоной сварного шва находится зона расплавления.

— участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации

расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации.

— сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом.

— металл подвергающихся сварке соединяемых частей.

— зона частично сплавившихся зёрен на границе основного металла и металла шва.

Зона термического влияния

— участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке или наплавке.

относится к разрушающему контролю.

Разрушающий контроль характеризуется тем, что по его завершении нарушается пригодность объекта контроля к использованию по назначению. При таком контроле испытывают отобранные образцы ( пробы) и измеряют возникающие в них напряжения, нагрузки или деформации. Преимущество разрушающего контроля — возможность определения по его результатам разрушающих нагрузок или других характеристик, определяющих эксплуатационную надежность объекта. Принципиальный недостаток его — выборочность, так как разрушаются одни изделия, а эксплуатируются другие. Достоверность разрушающих методов контроля зависит от однородности свойств в образцах, взятых для испытаний, и в реальных объектах, а также от сходства условий испытаний и эксплуатации.

К способам контроля сварных соединений с их разрушением относятся: – механические испытания; металлографические исследования; – специальные испытания с целью получения характеристик сварных соединений.

Эти испытания проводят на сварных образцах, вырезаемых из самого изделия или из специально сваренных контрольных соединений, выполненных в соответствии с требованиями и технологией на сварку изделия в условиях, соответствующих сварке. Целью этих испытаний являются:

оценка прочности и надежности сварных соединений и конструкций;

оценка качества основного и сварочного материалов; оценка правильности выбранной технологии; оценка квалификации сварщиков.

Свойства сварного соединения сопоставляют со свойствами основного металла. Результаты считаются неудовлетворительными, если они не соответствуют заданному регламентированному уровню.

Основными испытаниями являются механические испытания по ГОСТ 6996—66, который предусматривает следующие виды испытаний сварных соединений и металла шва:

испытание сварного соединения в целом и металла различных участков сварного соединения (наплавленного металла, зоны термического влияния, основного металла) на статическое (кратковременное) растяжение, статический изгиб, ударный изгиб (на надрезанных образцах), на стойкость против механического старения;

измерение твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла.

Контрольные образцы для механических испытаний выполняют определенных размеров (рис. 1).

Испытаниями на статическое растяжение определяют прочность сварных соединений. Испытаниями на статический изгиб определяют пластичность соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом. Испытаниями на ударный изгиб, а также ударный разрыв, определяют ударную вязкость сварного соединения.

В зависимости от характера действия внешних нагрузок, напряжённого состояния, конструктивных особенностей и температуры одна и та же деталь из определенного материала может разрушаться вязко или хрупко. Известно множество случаев хрупкого разрушения под действием ударной нагрузки металлов, обладающих высокими пластическими свойствами.

Ударные испытания различают:

а) по виду деформации – на изгиб, растяжение, сжатие, кручение, срез;

б) по скорости нагружения – обычные (4-7 м/с), скоростные (100 – 300 м/с) и сверхскоростные (свыше 300 м/с);

в) по числу ударов – одним ударом или повторными ударами;

г) по температуре испытания.

Наиболее широкое применение получил способ однократного испытания при ударном изгибе образцов прямоугольного сечения с надрезом посередине или без него (ГОСТ 9454-78). Наличие надреза способствует более хрупкому разрушению материала, что вызывает излом образца даже при пластичном материале. Кроме того, разрушению надрезанного образца способствует концентрация напряжений. Используют надрезы двух видов – V-образный и U-образный. Кроме этого может быть предварительно создана трещина.

Скорость движения маятника в момент удара должна составлять 5±0,5 м/с для копра с потенциальной энергией 300 Дж (30 кгс·м).

В результате испытания определяется работа удара K (KU, KV или KT) и ударная вязкость материала KC (KCU, KCV или KCT), представляющая собой работу, затраченную для ударного излома образца, отнесенную к площади поперечного сечения в месте надреза. Если сравнить два материала с одинаковым пределом прочности, но требующие для разрушения разное количество работы, то тот, для которого работа будет больше, называют более вязким материалом.

Рисунок 1 – Образец для испытания на ударную вязкость с U-образным надрезом

Хотя данные об ударной вязкости и не могут быть использованы при расчёте на прочность или для аналитической оценки опасности хрупкого разрушения, но они позволяют решить вопрос о применимости того или иного материала в условиях динамических нагрузок, в которых работают многие детали машин, имеющие отверстия, канавки для шпонок, разные конструктивные углы и т.п. Низкая ударная вязкость служит основанием для браковки материала. Стали, применяемые для изготовления деталей, работающих при динамических нагрузках, должны иметь ударную вязкость не менее 8·10 Н·м/м².

По результатам определения твердости судят о структурных изменениях и степени подкалки металла при охлаждении после сварки.

Металлографические исследования сварных соединений.

Основной задачей металлографического анализа является установление структуры металла и качества сварного соединения, выявление наличия и характера дефектов. Металлографические исследования включают в себя макро- и микроструктурный методы исследования металлов.

Рис. 1. Образцы для определения механических свойств: а, б — на растяжение наплавленного металла (а) и сварного соединения (б), в — на изгиб, г — на ударную вязкость

При макроструктурном методе

изучают макрошлифы и изломы металла невооруженным глазом или лупой (увеличение до 20 раз). Макроисследование позволяет определить характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений.

При микроструктурном
анализе
(микроанализ) исследуется структура металла при увеличении в 50—2000 раз с помощью оптических микроскопов. Микроисследование позволяет установить качество металла, в том числе обнаружить пережог металла, наличие окислов по границам зерен, засоренность металла неметаллическими включениями (оксидами, сульфидами), величину зерен металла, изменение состава металла при сварке, микроскопические трещины, поры и некоторые другие дефекты структуры.

Методика изготовления шлифов для металлографических исследований заключается в вырезке образцов из сварных соединений, шлифовке, полировке и травлении поверхности металла специальными травителями.

Металлографическое исследование сварных соединений дополняется измерением твердости и при необходимости химическим анализом.

Специальные испытания проводят с целью получения характеристик сварных соединений, учитывающих условия эксплуатации сварной конструкции: – определение коррозионной стойкости для конструкций, работающих в коррозионных средах; – усталостной прочности при циклических нагрузках; ползучести при эксплуатации в условиях воздействия повышенных температур и др.

Образцы сварных соединений стали 12 Х18Н9Т после испытаний на разрыв

Образец испытаний на статический изгиб.

Образец для испытаний на ударную вязкость.

Образцы после испытаний на ударную вязкость.

1.Дайте определение сварному соединению, сварному шву, опишите строение сварного соединения.

2. Опишите виды разрушающих испытаний. Составьте таблицу соответствия: испытание – оборудование – образец.

3. Опишите принцип испытаний на разрыв, зарисуйте образец до испытания и после, сделайте вывод.

4. Опишите принцип испытаний на статический изгиб, зарисуйте образец до испытания и после, сделайте вывод.

5. Опишите принцип испытаний на ударную вязкость, зарисуйте образец до испытания и после, сделайте вывод.

6. Опишите принцип металлографических исследования сварных соединений, какие виды таких исследований бывают.

7. Сделайте вывод по работе.

3.1. Отбор проб и заготовок

3.1.1. Определение характеристик механических свойств сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла методами механических испытаний производится на образцах, отбираемых непосредственно из контролируемого изделия или из специально сваренных контрольных соединений.

Если форма сварного соединения исключает возможность изготовления образцов данного типа (деталей сложной конфигурации, труб и т.д.), то образцы могут быть отобраны от специально сваренных плоских контрольных соединений.

3.1.2. Сварка контрольных соединений производится в условиях, тождественных условиям сварки контролируемого изделия с применением тех же способов подготовки под сварку, химического состава, основного металла и сварочных материалов, режимов сварки.

Если контролируемое изделие после сварки подлежит термообработке, все контрольные соединения перед разрезкой их на образцы должны быть подвергнуты той же термической обработке, что и основное контролируемое изделие.

3.1.3. Размеры контрольного соединения должны быть достаточными для проведения испытаний и для повторения этих испытаний на удвоенном количестве образцов в случае получения неудовлетворительных результатов на отдельных образцах. В случае невозможности изготовления из одного контрольного соединения требуемого количества образцов количество свариваемых контрольных соединений должно быть соответственно увеличено.

Примечание. Контрольная пластина при сварке продольных швов обечаек по возможности должна быть продолжением шва обечайки.

3.1.4. Для контрольных соединений, выполняемых дуговой, электрошлаковой и газовой сваркой из плоских элементов, ширина каждой свариваемой пластины, если нет иных указаний в нормативно-технической документации, должна быть не менее:

50 мм — при толщине металла до 4 мм;

70 мм — при толщине металла свыше 4 до 10 мм;

100 мм — при толщине металла свыше 10 до 20 мм;

125 мм — при толщине металла свыше 20 до 40 мм;

150 мм — при толщине металла свыше 40 до 80 мм;

200 мм — при толщине металла свыше 80 мм.

Размеры пластин для контрольных соединений, выполняемых другими способами сварки, не указанными выше, устанавливаются соответствующей нормативно-технической документацией.

Размеры проб, вырезаемых из контролируемой конструкции, определяются количеством и размерами образцов.

3.1.5. Сварка контрольных соединений производится под наблюдением контролера ОТК. На контрольное соединение сварщик наносит свое клеймо, а контролер, присутствующий при сварке, заверяет пластину своим клеймом. Клейма наносятся со стороны сварки последнего прохода.

3.1.6. При разметке сварного контрольного соединения должны быть учтены припуски на последующую механическую обработку образцов и ширину реза. Разметка контрольных соединений производится в соответствии со схемами вырезки заготовок образцов на каждый тип контролируемого изделия.

3.1.7. Разделка контрольных сварных соединений на заготовки может производиться механическим способом (на металлорежущих станках, механических пилах, штампах), а также газокислородной резкой с припуском на механическую обработку для удаления зоны термического влияния. Припуск должен составлять от 5 до 10 мм на сторону при газовой резке углеродистых сталей, 15 мм — при кислородно-флюсовой резке нержавеющих сталей и 5 мм — при плазменной резке.

3.1.8. Поле разметки (до вырезки заготовок образцов) в присутствии контролера ОТК на каждую заготовку переносится с маркировки контрольного соединения марка стали, номер чертежа изделия, номер заготовки или образца, номер заявки для ЦЗЛ и личное клеймо сварщика.

Клейма ставятся по продольной оси заготовки образца вне рабочей его части при обязательном сохранении сторон клеймения (сторона наложения последнего прохода шва). Остаток контрольного соединения клеймится этим же клеймом и хранится цехом на случай повторного проведения испытаний.

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:

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.

Схема растяжения для проверки пластичности

Прочность

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

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:

— 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.

Источник