Испытание сварного шва на растяжение
При испытании определяют:
- • прочность наиболее слабого участка стыкового или нахлес- точного соединения;
- • прочность металла шва в стыковом соединении.
Определение прочности наиболее слабого участка стыкового и нахлесточного соединения. При испытании сварного соединения на статическое растяжение определяют временное сопротивление наиболее слабого участка.
Испытания проводят, как правило, на образцах, толщина или диаметр которых равен толщине или диаметру основного металла. При испытании сварного соединения из листов разной толщины более толстый лист путем механической обработки должен быть доведен до толщины более тонкого листа.
Форма и размеры плоских образцов для испытания стыковых соединений должны соответствовать рис. 6.14 или 6.15 и табл. 6.2.
Рис. 6.14. Форма и размеры плоских образцов для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение
Рис. 6.15. Форма и размеры плоских образцов с рабочей частью для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение
Допускается применение цилиндрических образцов типов I, II, III, IV и V. Разрешается применение образцов по приложению 3 к ГОСТ 1497-84.
При испытании материалов высокой прочности разрешается изменять конструкцию захватной части образцов.
Форма и размеры образцов для испытания стыковых соединений стержней должны соответствовать рис. 6.16 и табл. 6.3.
Утолщение шва должно быть снято механическим способом до уровня основного металла. При удалении утолщения разрешается снимать основной металл по всей поверхности образца на глубину
Таблица 6.2
Размеры образцов в мм
Толщина основного металла а | Ширина рабочей части b | Ширина захватной части образца Ь | Длина рабочей части образца/ | Общая длина образца L |
До 6 | 15 ± 0,5 | 25 | 50 | L=l+2h |
Более 6 до 10 | 20±0,5 | 30 | 60 | |
Более 10 до 25 | 25 ±0,5 | 35 | 100 | |
Более 25 до 50 | 30 ±0,5 | 40 | 160 | |
Более 50 до 75 | 35 ±0,5 | 45 | 200 |
Примечания: 1. Длину захватной части образца И устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины.
2. Размеры образца по толщине металла более 75 мм устанавливаются соответствующими техническими условиями.
Таблица 6.3
Размеры образцов в мм
Диаметр стержня d | Длина рабочей части образца/ | Общая длина образца L |
До 10 | 60 | L=l+2h |
Более 10 до 25 | 100 | |
Более 25 до 50 | 160 | |
Более 50 до 75 | 200 |
Примечания: 1. Длину захватной части образца L устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины.
2. Размеры образца по толщине металла более 75 мм устанавливаются соответствующими техническими условиями.
до 15 % от толщины металла или диаметра стержня, но не более 4 мм. Удаление основного металла с поверхности образца производят только с той стороны, с которой снимают утолщение шва или имеется уступ. Строгать утолщение следует поперек шва. Острые кромки плоских образцов должны быть закруглены радиусом не более 1,0 мм путем сглаживания напильником вдоль кромки.
Разрешается строгать утолщение вдоль шва с последующим удалением рисок.
По требованию, оговоренному в стандартах или другой технической документации, разрешается производить испытание образцов типов XII, XIII и XIV без снятия утолщения. В этом случае в формулу подсчета временного сопротивления (п. 34 ГОСТ 1497—84) вводят значение площади сечения образца вне шва.
Рис. 6.16. Форма и размеры плоских образцов для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение при недостаточной мощности разрывной машины
При недостаточной мощности разрывной машины разрешается испытывать плоские (рис. 6.17) или цилиндрические (рис. 6.18, 6.19) образцы. Величину захватной части образцов h устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины.
Разрешается применение цилиндрических образцов с другими рабочими диаметрами и другим типом захватной части в соответствии с приложением 1 к ГОСТ 1497—84. Допускается проведение испытаний на образцах типов XII—XVII с более низким классом чистоты обработки при условии соответствия характеристик механических свойств испытываемого металла всем установленным требованиям.
Рис. 6.17. Форма и размеры плоских образцов с рабочей частью для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение при недостаточной мощности разрывной машины: а — толщина основного металла, мм
Рис. 6.18. Форма и размеры цилиндрических образцов для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение при недостаточной мощности разрывной машины
Рис. 6.19. Форма и размеры цилиндрических образцов с рабочей частью для испытаний стыковых соединений на статическое растяжение при недостаточной мощности разрывной машины
Рис. 6.20. Образцы для контроля прочности сварных соединений труб
Для контроля прочности сварных соединений труб применяют образцы, приведенные на рис. 6.20. В этом случае в формулу подсчета временного сопротивления (п. 34 ГОСТ 1497—84) вводят значение площади сечения трубы вне шва. В случае сплющивания концов трубы, если этого требует конструкция разрывной машины, расстояние от оси шва до начала сплющиваемого участка должно быть не менее 2D.
По требованию, оговоренному в стандартах или другой технической документации, испытание образцов типа XVIII проводится со снятым утолщением шва.
Максимальный диаметр трубы при испытании образцов типов XVIII и IX определяется мощностью оборудования для испытаний.
При недостаточной мощности разрывных машин разрешается при диаметре трубы более 60 мм производить испытание стыкового соединения труб на образцах типов XII и XIII. Образец не выправляют. Для этой же цели разрешается применение образцов типов I—V. Металл шва располагают посередине рабочей части образца (рис. 6.21).
Сварные соединения, выполненные точечной сваркой и электрозаклепками, испытывают на срез путем растяжения образца, приведенного на рис. 6.22, или на отрыв растяжением образца, приведенного на рис. 6.23. При испытании электрозаклепок ширина образца во всех случаях равна 50 мм.
Размеры образца должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 6.4.
Рис. 6.21. Образцы для контроля прочности сварных соединений груб диаметром более 60 мм при недостаточной мощности разрывной машины
Рис. 6.22. Форма и размеры образца с одной сварной точкой, выполненной точечной сваркой или электрозаклепками для испытания на срез:
а — толщина основного металла в мм; h — в зависимости от конструкции испытательных машин; / — длина рабочей части образца
Рис. 6.23. Форма и размеры образца с одной сварной точкой, выполненной точечной сваркой или электрозаклепками для испытания на отрыв растяжением образца
При испытании определяют разрушающую нагрузку на точку в килограммах (ньютонах).
Для предотвращения изгиба образцы типа XXI закрепляют в специальном приспособлении. Приспособление должно обеспечивать жесткость образца и возможность испытания его на разрывных машинах.
Таблица 6.4
Размеры образцов в мм
Толщина основного металла а | Ширина образца Ь, не менее |
До 1 | 20 |
Более 1 до 2 | 25 |
Более 2 до 3 | 30 |
Более 3 до 4 | 35 |
Более 4 до 5 | 40 |
Более 5 | 45 |
Рис. 6.24. Форма и размеры образцов соединения, выполненного шовной сваркой, для испытания на срез путем растяжения образцов
Сварные соединения листов, выполненные шовной сваркой, испытывают на срез путем растяжения образцов, приведенных на рис. 6.24.
При толщине металла до 1,0 мм испытывают образцы типа XXIII. При толщине металла более 1,0 мм выбор типа образца не устанавливается. При испытании определяют разрушающую нагрузку на образец в килограммах (ньютонах).
Вырезку образцов типов XX, XXII и XXIII из контрольных сварных соединений, сваренных точечной или шовной сваркой, производят согласно рис. 6.25. Шаг точек должен обеспечивать возможность вырезки образцов заданных размеров.
Разрешается сваривать образцы с одной точкой в соответствии с рис. 6.25.
Рис. 6.25. Контрольное сварное соединение, выполненное контактной точечной или шовной сваркой, для вырезки образцов типов XX, XXII и XXIII
Источник
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.
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 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.
Схема растяжения для проверки пластичности
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.
Схема испытания на прочность
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.
Схема испытаний на ударную вязкость: а — схема маятникового копра; б — расположение образца на копре; 1 — корпус; 2 — маятник; 3 — образец
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.
Схема испытания на твердость
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.
Источник
ГОСТ Р ИСО 5178-2010
ОКС 25.160.40
Дата введения 2012-01-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным учреждением «Научно-учебный центр «Сварка и контроль» при МГТУ им.Н.Э.Баумана (ФГУ НУЦСК при МГТУ им.Н.Э.Баумана), Национальным агентством контроля и сварки (НАКС) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 «Сварка и родственные процессы»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 ноября 2010 г. N 606-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 5178:2001* «Испытания разрушающие сварных швов металлических материалов. Испытание на продольное растяжение металла шва сварных соединений, выполненных сваркой плавлением» (ISO 5178:2001 «Destructive tests on welds in metallic materials — Longitudinal tensile test on weld metal in fusion welded joints», IDT).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2020 г.
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает размеры образцов для испытаний и порядок проведения испытаний на растяжение для определения механических свойств наплавленного металла сварных швов.
Настоящий стандарт распространяется на все металлические сварные конструкции, изготовляемые с применением сварки плавлением и имеющие сварные швы, размер которых позволяет изготовить цилиндрические образцы для испытаний с размерами согласно ИСО 6892.
Если по отдельным пунктам стандарта не указаны требования, то следует руководствоваться требованиями, изложенными в стандарте ИСО 6892.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных — последнее издание (включая все изменения):
ISO 6892, Metallic materials — Tensile testing at ambient temperature (Материалы металлические. Испытания на растяжение при температуре окружающей среды)
_______________
Заменен на ISO 6892-1:2019.
3 Метод испытаний
Испытание проводят на цилиндрических образцах, вырезанных из наплавленного металла вдоль сварного шва, приложением плавно нарастающей нагрузки до полного разрушения.
Если нет других указаний в стандартах или другой технической документации, то испытания проводят при нормальной температуре (23±5)°С.
4 Символы и их значения
При испытаниях применяют символы и их значения, указанные в ИСО 6892.
5 Отбор образцов для испытаний
5.1 Местоположение
Образцы для испытаний могут быть взяты в виде пробы из продольного сварного шва готового изделия или из специально сваренного контрольного сварного соединения. После механической обработки образец для испытаний по всей длине должен состоять только из наплавленного металла (см. рисунки 1 и 2).
Рисунок 1 — Пример расположения образца для испытаний вдоль шва
а — для всех сварных швов, согласно принятой классификации | b — для односторонних сварных швов | с — для двусторонних сварных швов |
Рисунок 2 — Примеры расположения образцов для испытаний в поперечном сечении шва
Чтобы обеспечить точность расположения образца на шве, необходимо сделать макротравление поперечного сечения обоих торцов сварного шва.
5.2 Маркировка
Каждая проба должна быть промаркирована согласно своему расположению в конструкции или в шве, из которого она вырезана.
Каждый образец для испытания при вырезке должен быть промаркирован согласно расположению его в испытываемой пробе или контрольном соединении, из которого он вырезан.
5.3 Термообработка и/или старение
Термообработку сварных соединений или образцов для испытания проводят только в тех случаях, если она предусмотрена технической документацией на контролируемое сварное соединение. Сведения о проведении любой термической обработки заносят в протокол испытаний.
При испытаниях сварных соединений из алюминиевых сплавов, склонных к естественному старению, в протокол испытаний заносят время между сваркой и испытаниями.
Примечание — Если при испытании сварных соединений сплавов на основе железа требуется исключить влияние водорода на результаты испытаний, то проводят дегазацию сварных соединений или образцов для испытаний.
5.4 Требования к вырезке образцов для испытаний
5.4.1 Общие требования
Механические или термические процессы, применяемые при изготовлении образцов, не должны оказывать влияния на механические свойства металла.
5.4.2 Сталь
Рубка на ножницах допускается при толщине не более 8 мм. При использовании термической резки или других методов вырезки образцов, которые могут повлиять на результаты испытаний, вырезку производят на расстоянии не менее 8 мм от окончательной поверхности образца.
Термическая резка по толщине сварного соединения параллельно свариваемым поверхностям не допускается.
5.4.3 Другие металлические материалы
Термическая резка не допускается, используют только механическую обработку (например, резка пилой, фрезерование, точение).
5.5 Механическая обработка образцов для испытаний
5.5.1 Место вырезки образцов
Если нет других указаний в стандартах на испытание конкретных сварных швов, то образцы вырезают из середины металла шва: вдоль шва, как показано на рисунке 1, и в поперечном сечении шва, как показано на рисунке 2. В случае, когда образец для испытания берут не из середины шва, размер от лицевой поверхности заносят в протокол испытаний (см. рисунок 2,b). При испытании сварных швов больших толщин или двусторонних сварных швов вырезают несколько образцов по сечению шва (см. рисунок 2,с), в этом случае в протокол испытаний заносят размеры и для каждого образца.
5.6 Размеры
Образец для испытаний должен иметь круглое поперечное сечение, а его размеры по длине определяют как функцию диаметра в соответствии с ИСО 6892.
Стандартный диаметр равен 10 мм. Если это невозможно выполнить, диаметр должен быть насколько возможно большим, но не менее 4 мм. Фактический размер заносят в протокол испытаний.
Захватная часть образца для испытаний должна соответствовать техническим характеристикам разрывной машины.
5.7 Качество изготовления
Допуски на изготовление должны соответствовать ИСО 6892.
Следует избегать деформации материала при закалке или высоком нагреве.
6 Условия испытаний
При испытании образец подвергают возрастающей нагрузке в соответствии с ИСО 6892.
7 Результаты испытаний
7.1 Общие требования
Результаты испытаний следует определять в соответствии с ИСО 6892.
7.2 Контроль поверхности разрушения
Поверхность разрушения после испытаний образца должна быть исследована на наличие каких-либо дефектов, которые могли неблагоприятно повлиять на результаты испытаний. Вид дефектов, их размер и количество должны быть указаны в протоколе испытаний. В случае если присутствуют «рыбьи глаза», они должны быть описаны и только их центральные области следует рассматривать как дефект.
8 Протокол испытаний
Протокол испытаний должен включать следующую информацию дополнительно к той, которая указана в ИСО 6892:
a) ссылку на настоящий стандарт;
b) местоположение образца для испытаний, эскиз, если требуется (рисунки 1 и 2);
c) температура испытаний, если отличается от нормальной температуры;
d) типы и размеры обнаруженных дефектов;
e) диаметр .
Форма протокола испытаний приведена в приложении А.
Приложение А (рекомендуемое). Форма протокола испытаний
Приложение А
(рекомендуемое)
N | ||||||
Согласно WPS | ||||||
Результаты испытаний | ||||||
Производитель: | ||||||
Цель испытаний: | ||||||
Форма конструкции: | ||||||
Основной металл: | ||||||
Присадочный металл: | ||||||
Таблица А.1 — Результаты испытания на растяжение согласно ГОСТ Р ИСО 5178
Образец для испытаний N/положение | Размер/ диаметр | , Н | , H | , Н/мм | , Н/мм | , мм | , % | , % | Темпе- | Приме- |
Исполнитель или группа исполнителей | Утверждаю |
фамилия, дата, подпись | фамилия, дата, подпись |
Приложение ДА (справочное). Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов ссылочным национальным стандартам
Приложение ДА
(справочное)
Таблица ДА.1
Обозначение ссылочного международного стандарта | Степень соответствия | Обозначение и наименование соответствующего национального стандарта |
ISO 6892 | — | * |
* Соответствующий национальный стандарт отсутствует. До его принятия рекомендуется использовать перевод на русский язык данного международного стандарта. | ||
УДК 621.791:006.354 | ОКС 25.160.40 | |
Ключевые слова: разрушающие испытания, сварные соединения, металлические материалы, металл шва, растяжение, сварка плавлением | ||
Электронный текст документа
подготовлен АО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2020
Источник