Стандартные методы определения механических свойств сварных и паяных соединений

Существует много стандартных методов определения механи­ческих свойств металлов. Это испытания на растяжение, испытания гладких образцов на статический изгиб и надрезанных образцов на ударный изгиб, определение твердости металла, испытание на длительную прочность и многие другие. Основное назначение этих испытаний состоит в получении количественных характеристик металла, необходимых для выполнения инженерных расчетов. Часть методов предназначена для получения характеристик ме­талла, которые хотя и не участвуют как количественные в расчетах на прочность, но используются для качественной оценки работо­способности изготовляемых из него деталей или для установления соответствия металла техническим условиям на его поставку.

Болыдая часть этих методов испытаний может быть применена также и для оценки механических свойств металла шва, околошовных зон или даже сварных соединений. Тем не менее существу­ет отдельный стандарт (ГОСТ 6996—66 «Сварные соединения. Ме­тоды определения механических свойств»), который специально регламентирует процедуру испытаний только сварных соединений.

Назначение этих методов испытаний состоит в определении механических свойств, которые используются для количественной и качественной оценки работоспособности сварных соединений и конструкций, а также для сравнения механических свойств основ­ного металла и металла сварных соединений с целью оценки соот­ветствия принятой технологии сварки тем требованиям, которые предъявлены к сварной конструкции. Рассмотрим основные требования к образцам и условиям проведения стандартных испытаний сварных соединений.

В испытаниях на статическое растяжение образцов (рис. 3.3) определяют условный или действительный предел текучести σ_т, временное сопротивление σ_в, относительное удлинение после раз­рыва δ₅ на образцах, рабочая длина l₀ которых в пять раз больше диаметра d₀, относительное сужение после разрыва ψ. Образцы изготовляют из металла шва, участков околошовной зоны илинаплавленного металла. Отбор образцов ведут либо непосред­ственно из конструкции, либо из специально сваренных соедине­ний. Такие образцы используются для испытаний при нормальной и ^пониженной температурах. Образцы с резьбой на концах исполь­зуются при различных температурах, в том числе и при повышенных. Для определения сопротивляемости металла разрушению при ударных нагрузках в присутствии концентратора проводят испы­тания на ударный изгиб надрезанных образцов (рис. 3.4). Определяют так называемую удар­ную вязкость α _n метал­ла шва, околошовной зо­ны в, различных участках и наплавленного металла. Надрез распо­лагают в том месте, где необходимо определить

свойства. Используют надрезы с различной остротой. Чем острее надрез, тем меньше работа, затрачиваемая на изгиб образца до появ­ления трещины, и тем больше работа, идущая на распространение трещины по образцу α _n = A/F, где А — работа, идущая на удар­ный излом образца; F — площадь поперечного сечения в зоне над­реза. Величину α _n в СИ выражают в Дж/м² или (чаще) в кратных единицах — МДж/м³. Ранее применялась единица 1 кгс-м/см²≈ я 0,1 МДж/м².

Рис. 3.4. Образцы для испытаний на ударный изгиб; а — тупой надрез; б — острый надрез

Измерение твердости металла позволяет косвенно судить о его механических свойствах и структурном состоянии, а также позво­ляет определить размеры закаленных и отпущенных зон, степень _упрочнения и разупрочнения металла в сварном соединении. Изме­нение твердости основного металла, металла околошовной зоны и шва производят на приборах Виккерса, Роквелла и Бринелляна макрошлифах поперечного сечения образцов. Твердость опре­деляют вдавливанием в необходимые точки образца индентора — алмазной пирамиды (Виккерс), алмазного конуса (Роквелл) или стального шарика (Бринелль) - с последующим измерением раз­мера отпечатка и пересчетом в соответствующие единицы твер­дости (HV, HRC, НВ).

Испытание сварного соединения на статическое растяжение предназначено для определения прочности сварного соединения. Для определения прочности стыковых соединений используют плоские образцы, представленные на рис. 3.5. Утолщение шва

снимают механическим пу­тем. Разрушение происхо­дит обычно по наименее прочному участку соедине­ния. Уровень прочности, определяемый таким пу­тем, характеризует проч­ность сварного соединения в целом, а не прочность отдельной слабой зоны (см. § 3).

Для определения проч­ности металла шва в об­разцах делают выкружку, ослабляющую среднюю часть образца (рис. 3.6). Определяют временное со­противление по формулеσ '_в= kP/F,

Рис. 3.6. Образец для определения времен­ного сопротивления металла шва при испы­таниях на статическое растяжение

где k — поправочный ко­эффициент, для сталей k = 0,9; F — площадь на­именьшего поперечного сечения до испытания.

Для определения пла­стичности металла стыко­вых сварных соединений

проводят испытания образцов на статический изгиб. Образцы прямоугольной формы (рис. 3.7, а, б), вырезанные вдоль или поперек стыкового шва и механически обработанные со всех сто­рон, помещают на две опоры специального приспособления и производят изгиб образцов посередине пуансоном, имеющим радиус закругления, соответствующий конкретной толщине образца.Изгиб производят до появления трещины или надрывов длиной более 5 мм на растянутой стороне образца. Угол α(рис. 3.7, в) характеризует пластичность металла сварного соединения.

Свойства паяных соединений определяют при ударном и стати­ческом нагружениях согласно ГОСТ 23046—78 и 23047—78. Статическую прочность на срез определяют на образцах соединений внахлестку (рис. 3.8, а) или на образцах паяных телескопических соединений (рис. 3.8, б). Ударные испытания в зависимости от рас­положения спая проводят на различных по форме образцах. Соеди­нения внахлестку испытывают на ударный изгиб или на ударный срез (рис. 3.9, а, б). Паяные соединения встык испытывают на ударный изгиб, располагая ось надреза в плоскости спая (рис. 3.9, в). В случае косого расположения спая под углом 30° или 45° образец для испытания на ударный изгиб имеет более сложную форму (рис. 3.9, г). Во всех случаях ударных испытаний свойства паяных соединений характеризуют работой разрушения А, отнесенной к начальной площади спая F (а = AIF). При прочном и пластичном спае в пластическую деформацию частично вовлекается также и основной металл. Таким образом, удельная работа разрушения αявляется характеристикой паяного соединения, а не металла припоя.

Дата добавления: 2015-07-08