Механические испытания сварных соединений: методы проведения

В этой статье мы расскажем, что такое механические испытания сварных швов и соединений.

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:

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.

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.
Механические испытания применяются для серийного выпуска деталей

Механические испытания применяются для серийного выпуска деталей

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

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.

Читайте также: Все о контроле качества сварных соединений 

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

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.

Как сдать образцы на экспертизу?

Для проведения испытаний одной пробы недостаточно. При серийном выпуске для исследования из каждой партии отбирают определенное количество заготовок, рекомендованное ГОСТ. Их толщина зависит от типа сварки, а размер и форма — от вида экспертизы. Для испытаний на растяжение используют прямоугольный или цилиндрический образец, способность выдерживать ударный изгиб испытывают на надрезанных заготовках.

Механические испытания сварных соединений

На контрольных соединениях указывают направление прокатки металла по отношению к шву.

Образцы для проведения испытаний

Исследования выполняют на стандартных образцах, форма и размер которых устанавливаются с учетом вида испытания.

Например, для проверки на растяжение применяют стандартные цилиндрические образцы круглого сечения или плоские заготовки прямоугольного сечения. Заготовки должны иметь определенные размеры, установленные стандартами.

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.

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.

Мы также рекомендуем выбирать не одну, а несколько деталей из всей партии для проведения контроля. Наверняка все полученные результаты будут отличаться, но вы сможете составить некий усредненный результат и предоставить более точные данные касаемо целой партии изделий. Такой вариант контроля всегда предпочтительнее, чем исследование одной заготовки из огромной партии. Нужно понимать, что на производстве всегда есть человеческий фактор, даже если используются одни и те же сварочные аппараты с одними и теми же режимами работы. И взяв на контроль только одну деталь вы рискуете нарваться на брак или наоборот его не заметить среди большого количества выпускаемой продукции.

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.

Испытание по Бринеллю

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).

Испытание по Роквеллу

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.

Испытание по Виккерсу

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...