Механические испытания сварных швов и соединений

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.

Сейчас для разрушающего механического контроля применяются специальные агрегаты. Они не только испытывают швы на прочность, но и фиксируют полученный результат. Это существенно упрощает и ускоряет работу. Обычно проводят анализ только одной детали из всей партии, но для более точного результата можно подвергнуть испытаниям несколько деталей.

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.

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.

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.

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!

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.

Читайте также  Как отполировать сталь до зеркального блеска?

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.

Механические испытания сварных соединений

Автор: Игорь

Дата: 22.10.2016

  • Статья
  • Фото
  • Видео

Когда шов сварного соединения изготовлен, то он приобретает определенные свойства, в зависимости от того, каким методом производилась сварка, какие материалы соединялись между собой, какие условия этому сопутствовали и так далее. Естественно, что для каждой сферы применения важным может оказаться свой параметр. Чтобы определить, какими именно характеристиками обладает шов того или иного типа, проводятся механические испытания сварных соединений.

Как понятно из названия, они помогают определить механические свойства испытуемых образцов. Испытания проводятся на отдельно взятых деталях и измеряются показатели, которые показывает взятый образец. Как правило, такие процедуры проводятся при серийном производстве, когда все детали изготавливаются одним и тем же методом и можно по одному образцу понять, какие свойства есть у других изделий этой серии.

Испытания проводятся при помощи различных машин, которые могут не только дать необходимый уровень воздействия силы, но и зафиксировать результат. Это очень важно для составления характеристик изготовленной металлоконструкции. Чтобы сделать более точные измерения, могут проводиться анализы нескольких заготовок. К сожалению, практически ни один метод испытания сварочных швов на механическую прочность не относится к неразрушающему контролю сварных соединений, за редким исключением.

Преимущества механических испытаний

  • Имеется возможность получить все необходимые данные о свойствах соединений, в том числе и на предельную прочность.

Недостатки

  • Образцы часто разрушаются и не подлежат восстановлению.

Нормативные документы

Механические испытания сварных соединений проходят по ГОСТ 6996-66. К нормативным документам также можно отнести РД 26-11-08-86., которые непосредственно относятся к механическим испытаниям.

Принцип проведения испытания сварочных швов

Практически все механические свойства характеризуют возможности металла сопротивляться деформации. Чтобы провести то или иное испытание, требуется подвергнуть образец такому воздействию, чтобы он деформировался. Сила воздействия и будет максимальным пределом, с которым может столкнуться заготовка. Среди основных свойств, которые помогают выявить испытания сварных соединений, имеются:

  • Пластичность – способность детали к изменению формы, когда не нее воздействует нагрузка, но при этом не разрушаясь;

Схема растяжения для проверки пластичности

  • Твердость – способность заготовки противостоять проникновению в нее других предметов, которые более твердые, чем она;

Схема испытания на твердость

  • Прочность – способность заготовки противостоять разрушению при воздействии нагрузки;

Схема испытания на прочность

  • Ударная вязкость – способность заготовки к сопротивлению динамическим ударам, при этом не разрушаясь.

Виды и условия испытаний

Разрушающий метод контроля сварных соединений может происходить при помощи нескольких различных способов. Это могут быть:

  • Измерение твердости;
  • Испытания на изгиб от механического удара;
  • Испытания на изгиб от статических нагрузок;
  • Испытание на растяжение.

Стоит отметить, что в то время, когда проходят мех испытания сварных швов, фиксируются условия, при которых они проводились. Необходимо знать температуру окружающей среды, характер и вид нагрузок, а также прочие данные.

Технология проведения

Механические испытания сварных соединений металлоконструкций имеют свои особенности, которые зависят от своего конкретного типа.

Изгиб от удара. Это динамические испытания, которые обладают довольно высокой скоростью деформирования. Она намного выше, чем при статических нагрузках. Благодаря данным испытаниям можно выявить склонность металла к хрупкому разрушению. В основу метода входит разрушение образца с надрезом. На месте надреза происходит концентрация напряжения. Удар осуществляется при помощи копра маятникового типа.

Схема испытания соединения ударным изгибом

Благодаря такому способу можно рассчитать ударную вязкость материала. В данном случае это понятие воспринимается как работа удара, относящуюся к изначальной площади сечения образца в месте концентратора. Иными словами, чтобы вычислить ударную вязкость, необходимо величину работы удара разделить площадь поперечного сечения исследуемого образца. Результаты испытания можно определить по шкале, которая нанесена на маятниковый копр. Площадь сечения необходимо измерить еще до испытаний.

Определение твердости. Твердые тела способны оказывать сопротивление при пластической деформации. В их поверхностный слой вдавливается шарик, пирамида или конус, в зависимости машины испытания. Это простой и быстрый способ измерения. Разрушение изделие происходит далеко не всегда.

Схема определения твердости соединения

Существует несколько методов определения твердости:

  • По Роквеллу – здесь используется специальный наконечник, у которого контактный конус сделан из алмаза. Этот конус вдавливается в образец. На исследуемую деталь воздействует два типа нагрузок. Сначала идет предварительная, а затем основная. Чтобы определить, насколько твердый металл, необходимо измерить глубину проникновения. Для контроля на приборе имеется специальная шкала. Алмазный наконечник сделан для того, чтобы прибор можно было использовать многократно. Форма наконечника выполнена в виде правильной пирамиды с четырьмя ровными гранями. Такой метод отлично подходит для того, чтобы измерять детали с относительно небольшой толщиной. Это могут быть тонкие листы с высокой твердостью.
  • По Бриннелю – в данном случае вдавливается стальной шарик диаметром в 1 см. после окончания воздействия нагрузки снимается отпечаток. Чем больше диаметра полученного отпечатка, тем больше шар вдавился, а значит, тем меньше твердость. При увеличении твердости снижается пластичность материала. Нагрузка, которая устанавливается на приборе, зависит от мягкости металла. К примеру, при анализе олова, нагрузка ставится в 250 Н, а при анализе чугуна – 1000 Н.
Читайте также  Чем обработать алюминий от окисления?

Испытания на изгиб. Благодаря данной технологии можно определить, насколько способен металл воспринимать механические изгибы, по заданной форме и размерам. При достижении определенных усилий, когда деталь смещается до критического угла, происходит разрушение. Для сварных соединений, которые будут эксплуатироваться при динамических нагрузках, это очень важный параметр. Процедура проводится для контроля листовых и фасонных заготовок. Но если при работе с фасонными деталями они берутся полностью, то для листовых достаточно лишь части.

Изгиб можно поделить на несколько разновидностей, среди которых выделяют:

  • Изгиб вокруг оправки до тех пор, пока не будет достигнута параллельность сторон;
  • Изгиб до угла определенной величины, чаще всего, пока не произойдет разрушение;
  • Изгиб до сплющивания обеих сторон.

Схема испытания на статический изгиб

Механические испытания сварных соединений трубопроводов и прочих конструкций во многом зависит от того, в каком состоянии они находятся. Ведь если сравнивать показания обыкновенного образца и того, на котором есть дефекты, то они будут заметно отличаться. Поэтому, перед основным испытанием проводится дефектоскопия сварных швов, а также может потребоваться несколько образцов, чтобы получить более точные данные.

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:

— 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.

Проведение проверки сварочных соединений путем механических испытаний

Технология, которая применялась во время того как создавали сварочный шов не так уж и важна. При любых условиях шов имеет общие характеристики, которые можно заметить у любых сварочных соединений.

Одни из этих качеств это ударная вязкость, твердость, прочность, пластичность. И качество этих свойств зависит от того, профессионально ли выполнена работа.

Но возможно ли выявить уровень качества этих общих характеристик и как это сделать? Чтобы выполнить такую проверку нужно применить разрушающий метод контроля качества швов. Такие проверки называются механическими испытаниями сварных соединений.

Швы при таком методе проверки деформируются, так как они подвергаются механическому воздействию. Поэтому этот способ испытания и получил такое название, потому что испытывает соединения на прочность.

Сейчас мы и расскажем в подробностях об методе механических испытаниях сварных соединений, его особенностях, плюсах и минусах.

  • Вводные данные
  • Плюсы и минусы метода
  • Исследуемые свойства
  • Характерные отличия
  • Подведем итог

Вводные данные

Механические испытания сварных швов — это сочетание нескольких механических действий, которые определяют механические качества сварных соединений. Этот метод проверки имеет разрушающих эффект, поэтому его применяют на крупных предприятиях.

Там всё производство серийно, и чтобы создать тираж, берут единый образец для всех заготовок, по одному объекту можно определить качество всей партии.

Для метода, который мы рассматриваем необходимо особенное оборудование. Оно проверяет сварные швы на прочность, сохраняет полученные данные. Это значительно ускоряет и упрощает дело.

Обычно проверяют только один образец, но чтобы результат был наиболее точным, можно взять на испытание несколько образцов. Для регулирования механической проверки швов существует нормативный документ. Он называется ГОСТ 6996-66.

Также стоит прочитать РД 26-11-08-86 – это дополнение, в котором тоже можно прочитать о регулировке испытаний сварных соединений.

Для всех начинающих будет полезным изучить в подробностях эти документы, так как там существует детальная инструкция по механическим испытаниям сварных швов.

Читайте также  Радиационная дефектоскопия сварных соединений

В этих документах вы сможете найти больше информации про механические испытания сварных соединений, чем в отдельных статьях. Там собрана вся информация по этой теме.

Плюсы и минусы метода

Положительные и отрицательные стороны есть у всего, и у механических испытаний сварных соединений тоже. Их количество небольшое, но всё же стоит знать, чтобы лучше понимать, когда этот метод проверки проводить не желательно.

Основная положительная сторона сосредоточена в максимальном получении всей информации о характеристиках соединений. Вам будет известен показатель прочности и пластичности, какой ударной вязкостью и твердостью обладает сварной шов.

А ещё этот вариант не потребует много денег, конечно если использовать простое оборудование, без лишних функций и без сложного управления.

Также механические испытания сварных соединений не требуют большого опыта и профессиональной подготовки. Достаточно поручить это дело одному из сварщиков. Изучение процесса испытания пройдёт быстро.

Далее о минусах. Самый основной из них – это узкая направленность. Некоторые детали могут не выдержать давления оборудования и разрушиться.

Один образец может ничего не значить для большого тиража, но при выпуске маленьких партий, разрушение одного экземпляра может повредить всему производству.

Исследуемые свойства

Деформация детали при механических испытаниях сварных соединений зависит напрямую от физических свойств металла, из которого она изготовлена. Если по-простому, то какой металл, столько она прослужит.

Для того чтобы это вычислить образец необходимо проверить разрушительным методом испытания. Основная цель – это выяснить на что способна та или иная деталь. Для этого производится давление до тех пор, пока она не сломается.

Основные характеристики швов, которые вы сможете проверить путём механического испытания, вам уже известны. Туда входят твёрдость, ударная вязкость, прочность, пластичность. А теперь мы поведаем об этих свойствах более углубленно.

Показатель, который позволяет узнать насколько образец может изменять свою форму – это пластичность. Для выяснения этого аспекта металл проходит через механическое удлинение.

Насколько возможно, что другой предмет может проникнуть в структуру нашей детали? Это мы можем узнать при помощи показателя твердости металла. Возможен не один способ проверки этого показателя.

Например, методы, названные в честь Бринеля, Виккерса, Роквелла. А общее у них одно – в образец, который испытывают, подают какую-нибудь вещь, затем фиксируют, как деталь противостоит этому влиянию.

Способов для проверки этого показателя крайне много, поэтому останавливаться мы здесь не будем.

Испытание прочности чем-то похоже на испытание твёрдости. Но прочность всё же отличается. Эта проверка на умение образца сопротивляться всяческим нагрузкам.

Например, сопротивление растяжения. Запчасти крепятся в специальном оборудовании, которое производит растяжение металла в разные стороны.

Этот способ обладает хорошей эффективностью. Но если вы хотите увеличить её уровень, можете повышать температуру металла в процессе. В испытательном аппарате для этого специально встроена муфельная печь.

Также печь позволяет узнать о теплостойкости детали. Нагревать металл необходимо около получаса. Только в этом случае вы можете добиться максимальной достоверности.

Показатель ударной вязкости сварных соединений не менее важен. Он позволяет выяснить насколько деталь может подвергаться ударным нагрузкам.

Для этого испытания можно использовать обычные механические удары, бить до того момента, пока образец не разрушится.

Один из часто используемых видов проверки – это проверка при помощи маятника, на котором закреплен груз. Образец попадает под удары, путём поднимания и опускания оборудования. Маятник достигает нужной скорости, и сила удара возрастает.

Характерные отличия

Конечно, в большинстве случаев таких испытаний запчасти будут повреждены или вовсе разрушены. Но бывают моменты, когда разрушение не самый лучший выход.

Поэтому в таких ситуациях нужно подумать о других методах испытаний сварных соединений, с минимальными разрушениями.

Когда вы приступаете к разрушающему методу необходимо поддерживать один температурный режим в комнате, где производите работу. Также фиксируйте данные исследуемых сварных заготовок и все виды нагрузок.

Также разрушающий метод для проверки деталей может производиться с оглаской на начальное состояние заготовок. Если вы в первый раз занимаетесь такими испытаниями швов, вы можете забыть об этой важной детали.

Ведь если взять изначально деталь плохого качества, то вероятно она сломается гораздо быстрее, чем качественный образец без изъянов.

Для того чтобы не сталкиваться с такими неудобствами, нужно просто заранее проверить деталь на наличие сварных дефектов.

Опытный сварщик, пользуясь своими глазами, а в некоторых случаях лупой, сможет выявить все огрехи, которые наверняка плохо бы отразились на итоговом результате разрушающих испытаний.

Чтобы эти дефекты не портили конечный итог, обязательно проверяйте образцы на визуальные недостатки.

Также желательно подвергать проверке несколько образцов из одного тиража, для более точного результата. Есть вероятность что результаты, которые вы получите, будут различаться друг от друга.

Из этих итогов можно вывести среднее значение, тем самым у вас будет на руках наиболее точный результат. Испытания нескольких деталей из всей партии намного предпочтительнее.

Человеческий фактор также важен, несмотря на то что все детали выполнялись одним сварочным оборудованием с одинаковыми режимами работы.

Поэтому когда вы берёте лишь один образец, вы можете наткнуться на бракованную деталь, или наоборот пропустить такую, среди множества похожих заготовок из всей партии.

Подведем итог

Если эта проверка сварных соединений показалась вам сложной, то это не так. Среди большинства методов, этот довольно прост и быстр.

В отличие от металлографии, при которой необходимо изучать саму структуру соединений под микроскопом. Этот метод явно сложнее и утомительнее.

Такие испытания не желательно применять на маленьком производстве с небольшими партиями продукции. Но для крупносерийного предприятия этот метод довольно эффективен.

Проводя испытания всего на одной детали, вы можете выявить общие качества всей партии. А знаком ли вам разрушающий метод проверки швов? Пишите о своём опыте в комментариях. Продуктивности в работе!

Проверка сварочных соединений механическими методами воздействия. Разновидности испытаний сварочных соединений

Тесты сварных соединений механическим методом используются для выявления их характеристик. Механические исследования чаще всего проводят на специально сделанных для этого образцах, которые изготавливаются по той же технологии, что и сварочное соединение. Иногда испытания проводятся на фрагментах, вырезанных из самого сварочного соединения. Размеры и форма взятых для испытания элементов должны соответствовать ГОСТ 6996-66.

Механические методы контроля сварочных соединений

При выполнении контроля сварочных соединений способы его осуществления делятся на две группы:

  • разрушающие (когда испытуемый фрагмент подвергается уничтожению);
  • неразрушающие (сварочное соединение остается целым).

Чаще всего на практике стараются проводить неразрушающие опыты, но в некоторых случаях для получения достоверной информации о характеристиках сварного шва необходимо подвергнуть испытуемый образец разрушению. В зависимости от характера действующих на образец сил испытания делятся на следующие:

Испытания металла на пластичность путём растяжения

Пластичность — это способность материала принимать новую форму и оставаться в ней, не разрушаясь под воздействием нагрузок. Для испытания металла на пластичность образец помещается в специальную испытательную машину, которая будет его загибать. Такие машины называют разрывными, они обеспечивают небольшую скорость при растяжении образца для определения пластичности.

Требования к образцам и испытанию определяет ГОСТ 1497-84, требования к оборудованию — ГОСТ 7855-84.

Показателем пластичности при этом тестировании служит относительное удлинение: чем оно больше, тем больше пластичность. Для проверки на пластичность сварочных соединений берутся плоские образцы, вырезанные поперек шва, и испытываются на загиб.

Чем больше угол загиба при испытании, тем выше пластичность соединения: угол в 180° говорит о хорошей пластичности. Образец при этом загибается до образования трещины. При данном контроле качества сварного шва временное сопротивление на разрыв должно составлять не меньше 38 кгс/мм, угол загиба — не менее 100°.

Прочность. Определение прочности металла

Прочность — это способность материала выдерживать внешние нагрузки, не разрушаясь. Считается основным свойством, которым должен обладать любой металл либо металлоконструкция. Мерой прочности считается та нагрузка, которую выдерживает каждый миллиметр сечения детали.

Для проверки сварных узлов на прочность также используются разрывные машины, которые растягивают подготовленные образцы. При этом площадь поперечного сечения образца постепенно становится меньше, его длина увеличивается, и он становится тоньше. Затем образец прекращает растягиваться по всей длине и продолжает растягиваться только в одном месте, которое называется «шейка», потом образец разрывается.

Существенное удлинение происходит только у вязких металлов, у хрупких (чугун, твердая сталь) процесс происходит значительно быстрее.

Максимальную нагрузку, которую образец выдержал до разрушения, измеряют прибором — силоизмерителем, встроенным в испытательную машину. Эту нагрузку затем делят на прочность поперечного сечения до растяжения и в итоге получают величину, называемую пределом прочности (σв).

Для проведения испытаний при повышенных температурах в испытательную машину обычно встраивается муфельная электрическая печь, которая равномерно нагревает испытуемый узел в течение 30 минут.

Определение ударной вязкости образцов сварных соединений

Ударная вязкость — это способность материала поглощать энергию, которая выделилась при разрушении и деформации вследствие ударной нагрузки. При испытании на ударную вязкость используют специальный квадратный образец с надрезом со стороны раскрытия кромок, который устанавливают на маятниковый копер в сторону, противоположную удару ножа маятника. Таким образом при испытании на удар оценивают работоспособность металла в сложных условиях и оценивают его склонность к разрушению.

Надежность работы металла в критических условиях, при которых проявляется концентрация напряжения, напрямую зависит от ударной вязкости. Концентрацию напряжений вызывают: понижение температуры, скорость нагружения и геометрические концентраторы.

Ударная вязкость падает при снижении температуры, поэтому часто проводятся опыты с предварительным охлаждением образцов да -40°С и -80°С.