Механические испытания сварных швов

Механические испытания сварных швов

Механические испытания металла сварных швов и околошовной зоны позволяют определить численное значение прочности, пластичности и вязкости материалов в различных условиях их работы.

В соответствии с характером действующих сил механические испытания делятся на три вида:
статические, когда усилие (нагрузка на образец) плавно возрастает или длительное время остается постоянным. К ним относятся испытания на растяжение, изгиб и ползучесть, определение твердости и микротвердости различных участков сварного соединения и наплавленного металла;
динамические, при которых усилие возрастает практически мгновенно и действует короткое время. К ним относятся испытания на ударный изгиб, на ударный разрыв и стойкость против механического старения;
испытание на выносливость, когда нагрузка на образец многократно изменяется по величине или по направлению.

Механические испытания в лабораторных условиях проводят в соответствии с ГОСТ 6996—66 как при нормальных (комнатных), так и при пониженных или повышенных температурах в зависимости от условий последующей работы конструкций.

Испытание на статическое растяжение проводят для определения: предела прочности или временного сопротивления разрыву; физического или условного предела текучести; относительного удлинения после разрыва или относительного сужения. Испытание на растяжение производят на разрывных и универсальных машинах всех систем при условии соответствия их ГОСТ 1497—84 и ГОСТ 7855—84.

Пределы прочности и текучести определяют по диаграмме растяжения, которая автоматически записывается в процессе испытания.

Относительное удлинение и относительное сужение определяют путем непосредственного измерения длины образца и площади его сечения до и после испытания.

Для испытания на растяжение металла шва, металла различных участков околошовной зоны и наплавленного металла при всех видах сварки плавлением применяют круглые образцы Гагарина.

Для определения прочности стыковых и нахлесточных соединений применяют специальные плоские образцы без снятия усиления шва, а для определения прочности металла шва в стыковых соединениях — плоские и круглые образцы со снятым усилением и специальной выточкой, предопределяющей место разрушения.

В ГОСТ 6996—66 даны чертежи и таблицы с размерами образцов и с указаниями по их вырезке.

Для перевода предела текучести и временного сопротивления в МПа необходимо соответствующие данные, полученные в кг/мм 2 , умножить на 10, т. е. 1 кг/мм 2 = 10 МПа.

Источник: www.stroitelstvo-new.ru

Механические испытания сварных швов

От химического состава и структуры наплавленного металла, режимов сварочного процесса, наличия дефектов в металле шва зависят его механические свойства. Кроме механических свойств металла шва, во многих случаях надо определить и механические свойства сварного соединения в целом. При этом сравнивают прочность металла шва с прочностью основного металла и металла зоны термического влияния. Наплавленный металл часто является слабым местом сварного соединения. Для практической проверки квалификации сварщиков обязательным является испытание стыковых соединений на растяжение и изгиб. При сварке ответственных изделий изготовляют контрольные образцы, результаты испытаний которых являются критерием качества сварки.

Характер механических испытаний образцов зависит от того, какую нагрузку несет сварное соединение при эксплуатации. Испытания бывают статические (с постоянной или медленно возрастающей нагрузкой), динамические (с ударной нагрузкой) и вибрационные. При вибрационном испытании, или испытании на выносливость, нагрузка изменяется в течение определенного времени по величине и направлению много раз. Порядок механических испытаний сварных швов и соединений регламентирован ГОСТ 6996—66*.

Испытание металла* различных участков сварного соединения на статическое (кратковременное) растяжение производят на стандартных образцах. При этом определяют: предел текучести (физический огт или условный о

,); предел прочности ств (временное сопротивление); относительное удлинение после разрыва 8в (на пятикратных образцах); относительное сужение после разрыва ф. ГОСТом предусмотрено пять типов образцов. Для испытаний, проводимых при нормальной или пониженной температуре, применяют образцы всех типов.

Образцы вырезают из швов угловых или стыковых соединений или из специально подготовленных наплавок

Усиление шва снимают до уровня основного металла. В отдельных случаях разрешается производить испытание образцов без снятия усиления. При этом площадь сечения образца принимают вне шва При испытании образца со снятым усилением определяется прочность наиболее слабого участка соединения.

Для испытания стыковых соединений стержней применяют образцы круглого сечения. Усиление шва должно быть снято механической обработкой до уровня основного металла. Кроме стандартных образцов механическим испытаниям подвергают готовые изделия и конструкции Целью такого испытания, которое большей частью проводят в условиях, близких к условиям работы изделия, является выявление его прочности.

Источник: www.svarmet.ru

Механические испытания

Сварные конструкции эксплуатируются в различных условиях (при высоких и низких температурах, под значительными нагрузками), поэтому проводят механические испытания сварных соединений с целью определения их характеристик.

Механические свойства материалов определяют в результате механических испытаний специальных образцов.

При определении механических свойств сварных соединений руководствуются стандартами, предусматривающими: испытание на растяжение сварных стыковых соединений с усилением и при снятом усилении; испытание на растяжение металла шва; испытание сварного соединения на изгиб; измерение твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла; испытание сварного соединения на ударную вязкость.

Образцы для испытаний вырезают из контролируемой конструкции или из специально сваренных пластин.

Механические испытания металлов позволяют определить механические свойства металлов. По характеру приложения нагрузки различают испытания статические, динамические, а также испытания на усталость.

Статические испытания — экспериментальная проверка воздействия на образцы статической нагрузки. Характеризуются малой скоростью деформации образца.

Динамические испытания — экспериментальная проверка воздействия на сварные образцы нагрузки, которая изменяется с большой скоростью и сопровождается значительными силами инерции движущихся масс.

Испытание на усталость — испытание металла для выявления его способности сопротивляться действию многократно повторяющихся переменных нагрузок, которые изменяются во времени по величине и направлению. Испытания на усталость производят при изгибе, растяжении и кручении в нормальных условиях, а также при повышенных или пониженных температурах, под воздействием коррозии и т.д.

Читать еще:  Для чего используются маршрутизаторы

На практике производят механические испытания отдельно металла сварного шва или же металла сварного соединения в целом.

Механические испытания металла шва — это испытания образцов, вырезанных из сварных заготовок так, что их рабочая часть включает только металл шва. Участки около- шовной зоны допускаются только в нерабочих частях образца (например, в головке разрывных образцов и др.).

Механические испытания сварного соединения — это испытания вырезанных из сварных заготовок образцов, включающих все характерные участки сварного соединения.

Испытание на растяжение (испытание на разрыв) — определение механических свойств материалов путем растяжения образцов. При таких испытаниях определяют: предел пропорциональности; предел упругости; предел текучести; временное сопротивление (предел прочности); истинное сопротивление разрыву; относительное удлинение после разрыва; относительное сужение после разрыва.

Испытания на разрыв производят на машинах, снабженных, как правило, приборами для автоматической записи диаграммы растяжения в координатах нагрузка — удлинение. Испытывают образцы круглого или прямоугольного сечения. При испытаниях на разрыв металла шва эти образцы вырезают из стыковых и угловых швов как односторонних, так и двусторонних.

Испытания на ударную вязкость заключаются в определении работы разрушения при ударном приложении изгибающей нагрузки. Эти испытания проводятся на надрезанных образцах. Испытания на ударную вязкость сварных соединений предусматривают определение работы разрушения для металла шва и для зоны термического влияния. Соответственно выбирается и место надреза в образце (в металле шва или в зоне термического влияния).

Испытания на твердость — определение способности материала сопротивляться проникновению в него инородного тела, не получающего остаточных деформаций. Твердость материала связана с его прочностью и износоустойчивостью.

Различают следующие основные виды испытаний на твердость: по Бринелю, по Роквеллу, по Виккерсу, по Шору.

Сущность испытания по Бринелю заключается во вдавливании стального шарика в образец (изделие) под действием нагрузки и измерения диаметра отпечатка после снятия испытательной нагрузки.

При испытании по Роквеллу вдавливают алмазный конус или стальной шарик в испытуемый образец под действием последовательно прилагаемой предварительной и основной нагрузок и измеряют остаточное увеличение глубины внедрения наконечника после снятия основной и сохранения предварительной нагрузки. Твердость определяется в условных единицах.

Метод определения твердости по Виккерсу заключается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной пирамиды, в образец под действием определенной нагрузки и измерении диагонали отпечатка, оставшегося после снятия нагрузки.

Испытание по Шору заключается в том, что на образец с определенной высоты падает стандартный боек и твердость материала измеряется в условных единицах по высоте отскока бойка.

Описанные методы определения твердости характеризуют среднюю твердость металла. Для того чтобы определить твердость отдельных составляющих сплава, надо вдавливать алмазную пирамидку в определенное место, найденное на шлифе при увеличении в 100-400 раз под небольшой нагрузкой (0,049-4,905 Н), с последующим измерением под микроскопом диагонали отпечатка. Полученная характеристика называется микротвердостью. Для оценки микротвердости применяют специальные приборы, например микротвердомер ПМТ-3.

При лабораторных испытаниях часто используется образец-свидетель — образец шва, выполненного в условиях, соответствующих условиям сварки контролируемого шва.

На практике часто определяют конструктивную прочность — прочность материалов и сварных соединений, устанавливаемую при испытании конструкций или их частей.

Источник: studref.com

Механические испытания сварных соединений

Не важно, с применением какой технологии был создан сварной шов. Он в любом случае будет обладать характерными свойствами, которые присущи всем сварным соединениям. Среди таких свойств прочность, твердость, пластичность и ударная вязкость. И от качества проведенных работ во многом зависит, насколько перечисленные выше свойства соответствуют нормам.

Но как определить, насколько высока прочность или пластичность шва? Для этого применяются разрушающие методы контроля качества швов. Они также называются просто механические испытания сварных соединений. В ходе этих испытаний швы подвергаются механической нагрузке, из-за чего могут деформироваться. Поэтому такой метод контроля называется разрушающим, ведь он влияет на прочность сварных соединений. В этой статье мы подробно расскажем, что такое механические испытания сварных соединений, какие есть достоинства и недостатки у такого метода контроля.

Общая информация

Итак, механические испытания сварных соединений — это комплекс различных механических операций, направленных на определение механических свойств шва. Как мы писали выше, данный метод контроля качества называется разрушающим, а потому применяется лишь при крупносерийном производстве. Ведь серийные изделия производятся по одному и тому же принципу, поэтому по одному образцу можно в целом судить о качестве партии.

Механические испытания сварных соединений регулируются отдельным нормативным документом, это ГОСТ 6996-66. Также изучите документ РД 26-11-08-86., он дополнительно регулирует механические испытания. Мы в целом рекомендуем всем новичкам изучать нормативные документы, поскольку в них довольно подробно и точно расписано, как и при каких условиях нужно проводить разрушающий контроль швов. Именно из нормативных документов вы узнаете всю актуальную информацию, а никак из статей в интернете. Так что не поленитесь и прочтите два этих небольших документа.

Преимущества и недостатки

Механические испытания сварных соединений имеют свои плюсы о минусы. Их, в целом, немного, но мы все же расскажем, чтобы вы четко понимали, в каких ситуациях не стоит использовать такой метод контроля качества.

Итак, главный плюс — это возможность получения информации о всех механических свойствах шва. Вы гарантировано узнаете, насколько шов прочный и пластичный, какова его ударная вязкость и твердость. К тому же, это относительно недорогой способ контроля качества. Но только при условии, что используются бюджетные агрегаты для контроля, а не технически сложные приборы с множеством функций.

Еще один неочевидный плюс — нет нужды в отдельном контролере с профильным образованием. Можно просто делегировать обязанности сварщику. И обучение не займет много времени.

Читать еще:  Лист стальной 10 мм вес 1м2

Теперь о недостатках. Самый главный недостаток — узкое применение такого метода контроля. Контролируемые детали зачастую не выдерживают механических испытаний и разрушаются. И если потеря в одну деталь несущественна при выпуске большой партии, то при изготовлении малых тиражей каждая деталь на вес золота.

Исследуемые свойства

У каждого металла есть свои физические свойства, исследовав которые можно понять, насколько деталь противостоит деформации. Проще говоря, насколько она будет долговечной. Чтобы это узнать деталь нужно подвергнуть той самой механической деформации. При этом главная задача — узнать максимальные возможности детали. Поэтому ее подвергают сильным нагрузкам до тех пор, пока она не разрушится.

Выше мы уже перечисляли свойства, которые можно определить методом механического разрушающего контроля. Это пластичность, твердость сварных швов, их прочность и ударная вязкость. Но далее мы расскажем подробнее, что кроется за каждым из этих терминов.

Итак, пластичность — это показатель металла, благодаря которому можно понять, насколько деталь подвержена изменению формы. Чтобы узнать показатель пластичности деталь подвергается механическому удлинению.

Далее твердость. Твердость металла — это показатель, благодаря которому мы можем узнать, насколько деталь противостоит проникновению в ее структуру другого предмета. Существует множество способов определения твердости (метод Бринеля, метод Роквелла, метод Виккерса и так далее). Всех их объединяет одно — в испытуемую деталь подается какой-нибудь предмет (стальной шарик, алмазный конус, алмазная пирамида) и фиксируется, насколько деталь сопротивляется этому механическому воздействию. В этом материале мы не будем подробно рассказывать о каждом методе проверки на твердость, поскольку их больше десятка и это тема для отдельной статьи.

Также испытывается прочность металла. Прочность и твердость во многом похожи, но не стоит их путать. Прочностью называют способность детали противостоять различным нагрузкам, в том числе растяжению. Детали помещают в специальный аппарат, который растягивает их в разные стороны. Такое испытание на прочность вполне эффективно. Но для большей эффективности детали могут дополнительно нагревать в ходе испытания. Для этих целей используется муфельная печь, встроенная в испытательную машину. С помощью печи можно заодно узнать и теплостойкость заготовки. Рекомендуется нагревать деталь не менее получаса, только результаты будут более достоверными.

Не забывайте и про ударную вязкость. Ударная вязкость — это способность металла к сопротивлению ударным нагрузкам. Деталь могут в прямом смысле испытывать с помощью механических ударов, пока не узнают ее предел. Самый распространенный способ проверки на ударную вязкость — это использование маятника, на конце которого расположено грузило. Маятник поднимают и затем опускают, в ходе падения он набирает определенную скорость и с силой бьет деталь.

Особенности

Как вы понимаете, такие физические методы контроля сварных швов наверняка приведут к разрушению детали. А разрушающий метод контроля сварных соединений не всегда приветствуется. Если у вас есть возможность произвести контроль, используя неразрушающие методы, то лучше выберите такой вариант. И не забывайте, что во время контроля нужно зафиксировать температуру воздуха в контрольной комнате, данные самой детали и все типы нагрузок, которым вы подвергаете металл.

Еще обращаем ваше внимание, что механические испытания сварных соединений должны проводиться исходя из начального состояния детали. Это очень важный нюанс, о котором не знают многие новички. Согласитесь, если деталь с многочисленными внешними дефектами подвергнуть тем же механическим нагрузкам, что и детали без дефектов, то первые образцы явно покажут себя не с лучшей стороны.

Чтобы избежать таких проблем нужно проводить простейший визуальный контроль качества. Сварщик с помощью своих глаз и пары простых инструментов (вроде лупы) может обнаружить все видимые дефекты, которые в последствии могут повлиять на результаты механического контроля. Так что не поленитесь и внимательно осмотрите деталь перед тем, как выполнять механический разрушающий контроль.

Вместо заключения

Если данный метод контроля кажется вам слишком сложным, то спешим вас разубедить. Существуют, например, металлографические исследования сварных соединений, когда досконально изучается структура шва с помощью микроскопа. И, поверьте, это куда сложнее, чем просто подвергнуть деталь механическим нагрузкам.

Да, механические испытания — это не лучший метод контроля качества, если производство не крупносерийное. Но он достаточно эффективный, если завод выпускает продукцию большими партиями. Можно подвергнуть контролю только одно изделие из всей партии и получить более-менее объективную картинку касаемо всех остальных изделий. А вы когда-нибудь проводили механические испытания сварных соединений? Расскажите об этом в комментариях ниже. Желаем удачи!

Источник: svarkaed.ru

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:

Читать еще:  Датчик скрытой проводки схема
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:

— 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: weldering.com

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector