Механические испытания сварных соединений – это разрушающие методы контроля, которые используют для проверки швов под разноплановыми нагрузками. С их помощью определяют важные эксплуатационные параметры конструкций, а затем, на основании полученных сведений, рассчитывают возможные нагрузки. При проведении проверок используется специализированное контрольное оборудование.
В качестве контрольных отбираются серийные образцы сварных швов. Заключение делают на основании одинаковых исследований устойчивости к разрушениям, пластичности шва.
Суть проведения механических испытаний сварных соединений
Исследования проводятся несколькими способами, а именно:
- Статическим. Подразумевает плавное увеличение нагрузки. Исследования растянуты по времени, чтобы разрушающая нагрузка была постоянной.
- Динамическим. Суть – в мгновенном воздействии за непродолжительный интервал времени.
- Усталостным. Это многократное воздействие на образец. Число циклов определяет величина, которая исчисляется десятками миллионов. Нагрузку изменяют по значению, знаку.
Статические методики – это испытания стыковых швов, которые определяют их физических характеристики: ползучесть, твердость, пластичность, растяжимость и пр. В ходе испытания сварных швов их сравнивают с подобными образцами из целостного металла. При этом применяют образцы и с зачищенным, и с незачищенным валиком.
Условный предел текучести – это напряжение, при котором образцы увеличиваются на 0,2% от первоначальных показателей длины. Исследования на изгиб проводят, чтобы выявить пластичность диффузного слоя. Нагрузку на изгиб осуществляют, пока на поперечном и продольном соединении не появится первая трещина. Для проведения тестов применяют трубчатые или плоские образцы.
При динамических испытаниях выявляют склонность швов к усталостной деформации и прочность на изгиб. Тесты проводят при пониженной, нормальной или повышенной температуре. Полученные данные заносят в виде графиков в протокол.
Твердость определяют в зоне термического влияния и диффузного слоя. При этом оценивают структурную прочность металла методами металлографии. Помимо прочего, проверяют необработанный и обработанный шовный валик.
Нормативная документация для испытаний сварных соединений
Методы проведения исследований, используемые формулы регламентируются руководящим документом Минхимпрома РД 26-11-08-86. Отбор образцов, а также определение типа исследований выполняется согласно ГОСТ 6996-66. Толщина образцов регламентируется в соответствии с типом сварки. Также оговаривается способ подготовки сварного шва к испытанию, условия, в которых они будут проводиться. По итогам контроля составляют протокол, где указывают метод, которым были проверены образцы.
Образцы для проведения испытаний
Исследования выполняют на стандартных образцах, форма и размер которых устанавливаются с учетом вида испытания.
Например, для проверки на растяжение применяют стандартные цилиндрические образцы круглого сечения или плоские заготовки прямоугольного сечения. Заготовки должны иметь определенные размеры, установленные стандартами.
Преимущества и недостатки механических испытаний
К достоинствам методов относятся следующие:
- получение данных об эксплуатационных характеристиках сварных соединений;
- изучение механических свойств швов;
- установление расчетных величин, что позволяет определить максимальные нагрузки – сведения, необходимые для проектных работ;
- проверка возможностей зоны термического влияния, диффузного слоя, в которых зачастую обнаруживаются внутренние дефекты;
- небольшие затраты, но при этом получение точных результатов, на основе которых можно определить прочностные характеристики конструкций, выбрать наилучший способ сварки разных сплавов.
Недостатки у испытаний сварных соединений механическими методиками тоже есть. Например, это разрушение образцов, которые невозможно восстановить. Поэтому применять эти методики для приемки готовых соединений нельзя – их используют только для исследований, которые проводятся на этапе запуска в серийное производство.
Свойства, которые определяют механические испытания
Для испытания швов в целях определения механических характеристик диффузного слоя применяют разные методы. Образцы подвергают разнонаправленным усилиям, выявляют, под какой нагрузкой по швам возникает деформация. При этом учитывают надрывы, трещины, изменения размеров, формы. Также определяют технологически важные характеристики, которые влияют на герметичность и несущую способность соединений.
Рассмотрим основные характеристики, которые позволяют определить испытания сварных соединений.
Пластичность
Для определения пластичности проводят тесты на статическое растяжение, в ходе которых выявляется податливость участка термического влияния и диффузного слоя, изменения формы. Пластичность – это характеристика, от которой зависит способность штамповки с вытягиванием. Удлинение определяют посредством измерения образцов до растяжения и после.
Прочность
Показатели прочности особенно важны для опорных конструкций, которые испытывают разнонаправленные нагрузки. От прочности зависит надежность, безопасность, целостность сооружения. Определяют характеристики несколькими методами. Для этого проводятся исследования на изгиб и на усталость. Испытания сварных соединений на изгиб подразумевают прикладывание усилий до момента критической деформации образцов. Исследования на усталость выполняются с разными нагрузками, пока образец не разрушится.
В ходе экспериментов могут проводиться:
- Искривление заготовки под заданным углом.
- Двухсторонний изгиб, пока стороны заготовки не сплющатся.
- Искривление тонких заготовок, пока стороны не встанут параллельно и образец не примет U-образную форму.
Ударный изгиб
Для определения ударного изгиба выполняются динамические исследования. Они подразумевают высокую скорость изменения нагрузки. Сварные швы проверяют на хрупкость, склонность к растрескиванию и деформации. Для этого применяют образец с надрезанным шовным валиком. В месте, где выполнен надрез, от удара маятниковым копром со специальной шкалой концентрируется напряжение. В результате испытаний рассчитывают ударную вязкость, которая определяется как отношение работы по отталкиванию в месте концентрации к площади сечения целостного образца, т.е. до нанесенного разреза. Если в образце не появятся трещины, изломы, надрывы и расслоения, значит, он выдержал испытание.
Твердость
Для определения твердости заготовки используют три методики:
- Тестирование по методу Роквелла. Во время исследования в металл вдавливают твердый наконечник – индентор, в качестве которого выступают алмазный конус или стальной шарик, прошедший специальную закалку.
- Исследования по Виккерсу. Способ, имеющий сходство с методом Роквелла. В качестве индентора используется алмазная пирамидка.
- Способ Бринелля. Применяется стальной шар с высокой плотностью и твердостью.
Твердость соединения проверяют по продольной оси, а также от центра стыка по направлению к основному металлу заготовки.
Метод Роквелла используют для контроля соединений на листовой стали или тонком металле, Виккерса – на деталях малой толщины и тонких поверхностных слоях, Бринелля – на других типах заготовок. Твердость напрямую определяет пластичность материала, т.е. чем тверже диффузный слой, тем меньше он будет изгибаться.
Особенности механических исследований
Главная особенность состоит в том, что механические исследования – это разрушающие методы контроля. Т.е. в большинстве случаев исследуемые образцы разрушаются или повреждаются. Но если разрушение – не лучший вариант в определенном случае, приходится выбирать другие методы испытания.
В помещении, где проводятся эксперименты, должен поддерживаться один температурный режим. Данные, полученные в ходе проверки, обязательно фиксируются.
Для получения максимально точных результатов проверяют несколько образцов из одной партии. Вполне вероятно, что результаты будут различаться. Тогда из полученных показателей выводится среднее значение – это и будет самый точный результат.
Механические испытания целесообразно применять при серийном выпуске деталей, когда из каждого тиража берут количество изделий, регламентированное стандартами, и проводят исследования. Только по одному образцу выдать корректное заключение не получится. Если изделие единичное, для него стоит использовать неразрушающие методы контроля.
Результаты испытаний зависят от разных факторов. Это и первоначальное состояние заготовок, и наличие дефектов в металле. Поэтому перед определением технических характеристик нужно провести дефектоскопию сварных соединений, например, ультразвуковой контроль.
