Прочность на растяжение сварного шва гост
ГОСТ Р ИСО 4136-2009
ОКС 25.160.40
Дата введения 2011-01-01
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 15 декабря 2009 г. N 1085-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 4136:2001* «Испытания разрушающие сварных соединений металлических материалов. Испытание на растяжение образцов, вырезанных поперек шва» (ISO 4136:2001 «Destructive tests on welds in metallic materials — Transverse tensile tests», 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)
Введение
Международный стандарт ИСО 4136 разработан Техническим комитетом ИСО/ТК 44 «Сварка и родственные процессы», подкомитетом SC 5 «Испытание и приемка сварки».
Приложение А стандарта является рекомендуемым.
1 Область применения
Настоящий стандарт определяет размеры испытательных образцов и процедуру проведения испытаний стыковых сварных соединений в целях определения предела прочности и места разрушения при растяжении поперек сварного шва.
Настоящий стандарт распространяется на все виды металлических конструкций, имеющих сварные соединения, выполненные сваркой плавлением.
Если в отдельных пунктах стандарта не указаны требования, то следует руководствоваться требованиями, изложенными в стандарте ИСО 6892-1.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных — последнее издание (включая все изменения).
ISO 4063:1998, Welding and allied processes — Nomenclature of processes and reference numbers (Сварка и родственные процессы. Перечень и условное обозначение процессов)
ISO 6892-1, Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature (Материалы металлические. Испытания на растяжение. Часть 1. Испытание при комнатной температуре)
3 Метод испытаний
Сварное соединение подвергается растяжению поперек сварного шва приложением плавно нарастающего усилия вплоть до полного разрушения.
Если нет других указаний в стандартах или другой технической документации, то испытания проводят при нормальной температуре (23±5)°С.
4 Обозначения
Обозначения размеров, используемых при испытаниях, и значения символов приведены в таблице 1 и представлены на рисунках 1-3.
Таблица 1 — Символы и их значение
Символ | Значение символов | Единица измерения |
Ширина рабочей части образца | мм | |
Ширина захватной части образца | мм | |
Диаметр пробки | мм | |
Наружный диаметр трубы | мм | |
Длина рабочей части | мм | |
Исходная базовая длина | мм | |
Максимальная ширина сварного шва после обработки | мм | |
Полная длина образца | мм | |
Радиус перехода от рабочей части образца к захватной | мм | |
Толщина сварного соединения | мм | |
Толщина образца | мм | |
Термин «труба» используют для обозначения трубы или круглого сечения. | ||
5 Изготовление испытательных образцов
5.1 Вырезка образцов
Образцы для испытаний (испытательные образцы) могут вырезать из сварной конструкции или из специально изготовленного контрольного сварного соединения.
Образцы вырезают поперек сварного соединения таким образом, чтобы после механической обработки ось сварного шва располагалась посредине его рабочей части длиной .
Для труб небольших диаметров допускается проводить испытание на всей трубе (см. рисунок 3). Если нет других указаний в стандартах или другой технической документации, испытания проводят на трубах с наружным диаметром 18 мм.
5.2 Маркировка
Каждый испытательный образец должен быть замаркирован так, чтобы после вырезки можно было точно определить его положение в конструкции или в контрольном сварном соединении.
Если стандарт или другая техническая документация содержат требование о дополнительной информации, связанной с целью испытаний, по конструкции или технологии (например, направление проката, поковка и т.п.), это также учитывают при маркировке.
5.3 Термическая обработка и (или) старение
Термическую обработку сварных соединений или вырезанных испытательных образцов 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 испытаниях сварных соединений сплавов на основе железа требуется исключить влияние водорода на результаты испытаний, то проводят дегазацию сварных соединений или испытательных образцов.
5.4 Требования к технологии вырезки испытательных образцов
5.4.1 Общие требования
Механические или термические процессы, используемые при вырезке испытательных образцов, не должны оказывать влияния на его механические свойства.
5.4.2 Сталь
Рубка на ножницах допускается при толщине не более 8 мм.
При использовании термической резки или других методов вырезки, которые могут повлиять на результаты испытаний, вырезку проводят с припуском на величину заготовки не менее 8 мм.
Термическая резка по толщине сварного соединения параллельно свариваемым поверхностям не допускается.
5.4.3 Другие металлические материалы
Термическая резка не допускается. Следует использовать только механическую обработку.
5.5 Механическая обработка испытательных образцов
5.5.1 Общие требования
Допуски на размеры испытательных образцов должны соответствовать ИСО 6892-1.
5.5.2 Расположение испытательных образцов по сечению сварного соединения
Толщина испытательного образца должна быть, как правило, равна толщине основного металла рядом со сварным швом (см. рисунок 1а). Если требуется испытание всего сечения сварного шва при толщине металла более 30 мм, вырезают несколько образцов так, чтобы перекрыть всю толщину шва (см. рисунок 1b). В этом случае расположение каждого образца указывают в протоколе испытаний.
а) испытание полного сечения
. |
Примечание — Испытательные образцы могут частично перекрывать друг друга по толщине соединения.
b) испытание нескольких образцов по сечению
Рисунок 1 — Примеры расположения испытательных образцов по сечению сварного соединения
5.5.3 Размеры
5.5.3.1 Пластины и трубы
Толщина испытательного образца должна быть одинаковой по всей длине рабочей части . Форма и размеры испытательных образцов должны соответствовать значениям, указанным в таблице 2, значения символов указаны на рисунке 2 и в таблице 1.
Для испытательных образцов, вырезаемых из трубы, допускается сплющивание захватной части. Возможное при этом изменение толщины не должно оказывать влияния на размеры рабочей части образца и на результаты испытаний.
Таблица 2 — Размеры испытательных образцов, вырезаемых из пластин и труб
В миллиметрах
Наименование размера | Символ | Размеры | |
Общая длина образца | Соответствие особенностям разрывной машины | ||
Ширина захватной части образца | 12 | ||
Ширина рабочей части образца | пластин | 12 для 2 25 для 2 | |
труб | 6 для 50 12 для 50168,3 25 для 168,3 | ||
Длина рабочей части образца | 60 | ||
Радиус перехода от рабочей части образца к захватной | 25 | ||
Для прессовой сварки и лучевой сварки (группы процессов 2, 4, 51 и 52 в соответствии с ИСО 4063:1998) 0. Для некоторых металлических материалов (например, алюминий, медь или их сплавы) возможно 100. | |||
а) образцы для испытаний сварных соединений пластин
b) образцы для испытаний сварных соединений труб
Рисунок 2 — Образцы для испытаний сварных соединений труб и пластин
5.5.3.2 Трубы полного сечения
Размеры для испытаний труб полного сечения показаны на рисунке 3.
Рисунок 3 — Образцы для испытаний труб
5.5.3.3 Материалы высокой прочности
Размеры цилиндрических испытательных образцов при испытании сварных соединений материалов высокой прочности должны быть согласованы с заказчиком.
После механической обработки размеры цилиндрических образцов должны соответствовать ИСО 6892-1, за исключением длины рабочей части образца , которая должна быть не менее чем 60 мм, как показано на рисунке 4, а для алюминия, меди и их сплавов — в соответствии со сноской b) в таблице 2.
Рисунок 4 — Цилиндрические образцы для материалов высокой прочности
5.5.4 Требования к поверхности
Окончательную механическую обработку необходимо выполнять на режимах, исключающих деформацию, перегрев или поверхностную закалку материала испытательного образца.
На поверхности рабочей части не допускаются царапины, забоины, надрезы, расположенные поперек оси образца, кроме подрезов сварного шва, допускаемых соответствующим стандартом.
Если нет других указаний в стандартах или иной технической документации на изделие, выпуклости сварного шва с обеих сторон удаляют механической обработкой до уровня основного металла, за исключением выпуклости внутри трубы при испытании полного сечения труб.
6 Процедура испытания
При испытании образец подвергают нарастающей нагрузке в соответствии с ИСО 6892-1.
7 Результаты испытаний
7.1 Общие положения
Результаты испытаний необходимо определять в соответствии с ИСО 6892-1.
7.2 Место разрушения
Место разрушения указывают в протоколе испытаний. При необходимости место расположения сварного шва определяют травлением образца.
7.3 Контроль поверхности разрушения
Поверхность разрушения после испытаний образца должна быть обследована на наличие дефектов, которые могли повлиять на результаты испытаний. Вид дефектов и их размеры должны быть занесены в протокол испытаний. При наличии дефектов вида «рыбий глаз» они должны быть описаны в протоколе, при этом только их центральные области следует рассматривать как дефекты.
8 Протокол испытаний
Протокол должен включать следующую информацию дополнительно к тому, что указано в ИСО 6892-1:
а) ссылки на настоящий стандарт, т.е. на ГОСТ Р ИСО 4136;
b) тип и место вырезки испытательного образца, эскиз, если требуется (см. рисунок 1);
c) температура испытаний, если отличается от нормальной;
d) место разрушения;
e) типы и размеры обнаруженных дефектов.
Пример формы типового протокола приведен в приложении А.
Приложение А (рекомендуемое). Форма протокола испытаний
Приложение А
(рекомендуемое)
N | ||||||
Согласно pWPS | ||||||
Результаты испытаний «__________» | ||||||
Изготовитель: | ||||||
Цель испытаний: | ||||||
Форма конструкции: | ||||||
Основной металл: | ||||||
Присадочный металл: | ||||||
Температура испытаний: | ||||||
Таблица А.1 — Результаты испытаний на растяжение образцов согласно ГОСТ Р ИСО 4136
N образца | Размеры/ | Максимальная нагрузка , H | Предел прочности , Н/мм | Место разрушения | Примечание |
Исполнитель или группа исполнителей | Утверждаю |
(Ф.И.О., дата, подпись) | (Ф.И.О., дата, подпись) |
Приложение ДА (справочное). Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам
Приложение ДА
(справочное)
Таблица ДА.1
Обозначение ссылочного международного стандарта | Степень соответствия | Обозначение и наименование соответствующего национального стандарта |
ИСО 4063:1998 | — | * |
ИСО 6892-1 | — | * |
* 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: испытания разрушающие, соединения сварные, материалы металлические, растяжение, предел прочности | ||
Электронный текст документа
подготовлен АО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2020
Источник
На чтение 7 мин. Опубликовано 13.08.2020
В производстве металлоконструкций самым надежным методом соединения между собой отдельных деталей является сварка. Прочность сцепления при этом обеспечивается межмолекулярным взаимодействием, возникающим под влиянием высокой температуры. Чтобы стыки (дорожки, швы) готового изделия получились качественными, перед началом работы должны быть правильно выполнены расчеты сварного шва. Точные вычисления нужны для выбора основных и расходных материалов, для понимания того, насколько надежной и монолитной будет конструкция.
Расчет сварного шва на срез производится по общепринятым стандартным формулам.
Какие параметры используются в расчете
В расчете на прочность сварных соединений необходим целый ряд показателей.
Их знание позволяет провести подсчеты с наименьшей погрешностью.
При этом учитывают следующие основные параметры:
- Ry — сопротивление материала изделия с учетом предела текучести; это постоянная величина для каждого металла;
- Ru — сопротивление материала в соответствии с временным сопротивлением; стандартный табличный показатель;
- Rwy — сопротивление с учетом предела текучести;
- N — предельно допустимая нагрузка, которую может выдержать сцепление;
- t — минимальная толщина соединяемых деталей;
- lw — максимальная длина сварного стыка, при вычислении ее уменьшают на 2t;
- gс — коэффициент условий, которые преобладают на рабочем месте; стандартизированный параметр, присутствует в общепринятых таблицах, в частности, в методичках для сварщиков.
Процесс растяжения и сжатия металла вычисляют по формуле:
.
Если при изготовлении изделия свариваются детали из разных металлов, то в формулах используются Ry и Ru для материала с наименьшей прочностью. Аналогично поступают при включении параметров в расчете шва на срез.
При расчете на прочность необходим ряд показателей.
Кроме названных числовых показателей на надежность соединения влияют:
- качество материала изделия;
- правильно подобранные расходные материалы (присадки, электроды);
- режим сварки, в т. ч. полярность и сила тока;
- тщательность обработки заготовок — на кромке стыков не должно быть никаких деформаций и посторонних вкраплений;
- соответствие сварного аппарата требуемой технологии сварки и мощности.
Такие характеристики обязательно берутся во внимание, от каждой из них зависит точность расчета качества сцепления.
Коэффициент прочности шва
Это показатель φ, являющийся отношением между собой прочностей сварной дорожки и основного материала. Его значение нормировано и определяется способом сварки и конструкцией стыка. Он принимается на основании Правил Госгортехнадзора и отражается в приложениях ГОСТов Р52857.1-2007, 14249-89 и 34233.1-2017.
Таблица 1. Коэффициенты прочности сварочных швов
| Тип сварного соединения | Значение φ | |
| Контролируемый участок от общей протяженности шва: | ||
| 100% | 10-50 % | |
| Стыковое одностороннее, выполненное ручной сваркой | 0,9 | 0,65 |
| Тавровое, с конструктивно предусмотренным зазором между деталями | 0,8 | 0,65 |
| Встык одностороннее, производимое с подкладкой из флюса или керамики, автоматической или полуавтоматической сваркой | 0,9 | 0,8 |
| Втавр или встык со сплошным двусторонним проваром, выполняемый автоматикой или полуавтоматикой | 1,0 | 0,9 |
| Стыковое с подвариванием корня шва или тавровый со сплошным проваром с 2 сторон, выполненные ручной сваркой | 1,0 | 0,9 |
| Одностороннее встык, во время сварки имеет со стороны корня шва металлическую подкладку, прилегающую к основному материалу по всей длине шва | 0,9 | 0,8 |
Коэффициент прочности для дорожек, паянных мягкими и твердыми припоями с использованием аппаратов из цветных металлов, составляет 0,7 для композиционной пайки, 1 — для однородной.
Используемые формулы
Есть много формул, по которым производят расчеты для создания качественных сварных дорожек. В них используются показатели, определяемые не только типом шва, но и видом и толщиной основного материала, площадью и расположением стыкуемых деталей, предельными нагрузками, эксплуатационной температурой изделия и др. Уравнения для отдельных разновидностей сварных швов различаются.
Есть много формул, по которым производят расчеты.
Расчет прочности швов на выпуклых поверхностях
В производстве сосудов — труб различных емкостей — применяются стыковые сварные соединения. Сюда относятся швы на выпуклых днищах (меридиональные и хордовые) и на обечайках (продольные). Принятые стандарты и методы расчета на прочность таких изделий отражены в ГОСТ 34233.11-2017. Расчет сварного соединения выпуклой поверхности зависит от ряда показателей — марки и толщины стали, из которой изготавливается сосуд, внутреннего и внешнего давления на стенки, типа нагрузки и т. д.
Уравнение расчета допускаемого напряжения (измеряется в МПа) на примере цилиндрической обечайки для сосуда, работающего при однократных статических нагрузках и выполненного из низколегированной или углеродистой стали:
Данная формула применима только для сосудов из пластичных материалов в условиях использования металлов.
Зависимость от типа сварочного шва
Существует несколько вариантов сцепления металлических элементов в единую конструкцию. По расположению соединяемых деталей различают следующие виды сварных швов:
- Стыковой — наиболее рациональный, т. к. концентрация напряжения в шве при таком методе минимальна. Свариваются торцы деталей, в результате одна часть изделия продолжает другую.
- Угловой — соединяемые элементы располагаются перпендикулярно друг другу. Прочность здесь во многом зависит от верно рассчитанного предельного усилия.
- Тавровый — похож на угловой с той лишь разницей, что детали свариваются торцами. Такая дорожка прочная, экономичная и простая в выполнении.
- Нахлесточный — края сцепляемых деталей несколько находят друг на друга. Такой тип позволяет укрепить соединение и применяется там, где нужно сварить металл толщиной не более 5 мм.
Для каждого из названных типов расчет производится по индивидуальной формуле.
Прежде чем начинать вычисление прочности будущего сцепления, нужно рассчитать площадь его поперечного сечения. Для этого длину сварного соединения умножают на его толщину.
Соединение листов внахлест
Для расчета напряжения среза используют формулу:
,
где:
- P — нагрузка на шов, Н;
- [τ]’ср — допускаемое напряжение на срез, Па;
- 0,7k — толщина шва в наиболее опасном сечении, см;
- l — длина сварной дорожки, мм.
При соединении внахлест разделка кромок не требуется.
Из выражения понятно, что полученное напряжение на срез должно получиться меньше максимально допустимого.
Значение нагрузки P таково:
.
При расчете учитывают минимальную площадь сечения сварной дорожки в поперечнике. Это связано с тем, что сварочные материалы по прочности могут превышать основной металл.
Угловые конструкции
Такие соединения рассчитываются на основании их поперечного сечения, причем наименьшего, т. е. в наиболее опасном месте дорожки. Показатель устойчивости простого углового шва на изгиб, когда он нагружен лишь моментом M, вычисляется так:
,
где:
- Wc — момент сопротивления опасного сечения дорожки (шва);
- M — изгибающий момент.
Угловые конструкции рассчитываются на основании их поперечного сечения.
А напряжение простого углового соединения на срез запишется таким образом:
,
где:
- M — нагружающий момент на срез;
- Fc = 0,7kl — площадь сечения дорожки в опасном месте, мм²;
- P — допустимая нагрузка на дорожку.
При расчете угловых сварных швов на срез применяется общепринятое выражение:
,
где:
- N — максимальная нагрузка, давящая на линию сцепления;
- с — коэффициент условий рабочей среды, значение указано в стандартизированных таблицах;
- ßf, ßz — постоянные величины, не зависящие от марки металла, ßz = 1, ßf = 0,7;
- Rwf — сопротивление срезу, табличная величина для разных материалов;
- Rwz — сопротивление на линии стыка; стандартные, постоянные табличные величины;
- kf — толщина дорожки, измеряется по линии сплавления;
- Ywf — для стыка материала с сопротивлением 4200 кгс/см² составляет 0,85;
- Ywz — 0,85 для всех марок стали;
- lw — общая длина стыка, уменьшенная на 10 мм.
В определении длины сварочного сцепления на отрыв обязательно учитывают силу, направленную к центру тяжести. При этом площадь сечения выбирают в самом опасном месте дорожки, т. е. наименьшую.
Тавровые швы
Условие прочности сцепления втавр, выполненного встык и работающего на растяжение Р и момент M, выглядит так:
.
Формула для такого же, но не стыкового, а углового шва:
.
Тавровые швы могут быть односторонними и двусторонними.
Если тавровое соединение будет нагружено изгибом и крутящим моментом, то применяется уравнение:
.
Крутящая и изгибающая сила соответственно определяются следующими формулами:
и
.
Сварка на стыке
Расчет шва встык, который будет работать на сжатие либо на растяжение, выполняется по уравнению:
,
где:
- l — длина сварочной дорожки, мм;
- P — нагрузка, действующая на стык, Н;
- s — толщина соединяемых деталей, мм;
- [σ]’ р1сж1 — допускаемое для сцепления напряжение на растяжение либо сжатие, Па.
Допустимая действующая нагрузка P составит:
.
Стыковое сцепление, работающее на изгиб, рассчитывается по формуле:
,
где:
- М — это изгибающий момент, Н/мм;
- Wc — момент сопротивления расчетного сечения.
Если напряжение шва возникает и от изгиба М, и от сжатия либо растяжения Р, то оно определяется уравнением:
.
Источник