Меню

Механические испытания для сварных труб

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.

Твердость измеряется в области диффузного слоя и зоны термического влияния, оценивается структурная прочность металла на шлифах методами металлографии.

  • 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.

Читайте также:  Для каких труб используется мастер флеш

Твердость

  • 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.

Источник

ГОСТ 6996-66 Сварные соединения. Методы определения механических свойств

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Welded joints.
Methods of mechanical properties determination

(Измененная редакция, Изм. № 4).

Настоящий стандарт устанавливает методы определения механических свойств сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла при всех видах сварки металлов и их сплавов.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Стандарт устанавливает методы определения механических свойств при следующих видах испытаний:

а) испытании металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на статическое (кратковременное) растяжение;

б) испытании металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на ударный изгиб (на надрезанных образцах);

в) испытании металла различных участков сварного соединения на стойкость против механического старения;

г) измерении твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла;

д) испытании сварного соединения на статическое растяжение;

е) испытании сварного соединения на статический изгиб (загиб);

ж) испытании сварного соединения на ударный разрыв.

1.2. Стандарт распространяется на испытания, проводимые при определении качества продукции и сварочных материалов, пригодности способов и режимов сварки, при установлении квалификации сварщиков и показателей свариваемости металлов и сплавов.

1.3. Виды испытаний, типы образца и применение метода предусматривается в стандартах и технических условиях на продукцию, устанавливающих технические требования на нее.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

1.4. Допускается применять образцы и методы испытаний по международным стандартам ИСО 4136, ИСО 5173, ИСО 5177, приведенным в приложениях 1, 2, 3 .

(Введен дополнительно, Изм. № 4).

2. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

2.1. Образцы для испытаний отбирают из проб, вырезанных непосредственно из контролируемой конструкции или от специально сваренных для проведения испытаний контрольных соединений.

2.2. Если форма сварного соединения исключает возможность изготовления образцов данного типа (детали сложной конфигурации, трубы и др.), то образцы могут быть отобраны от специально сваренных плоских контрольных соединений.

2.3. При выполнении контрольных соединений характер подготовки под сварку, марка и толщина основного металла, марки сварочных материалов, положение шва в пространстве, начальная температура основного металла, режим сварки и термической обработки должны полностью отвечать условиям изготовления контролируемого изделия или особому назначению испытания.

Сварку контрольных соединений, предназначенных для испытания сварочных материалов (электродов, сварочных проволок, присадочных прутков, флюсов и др.), если нет специальных требований, производят с остыванием между наложением отдельных слоев. Температура, до которой должен остывать металл, устанавливается стандартом или другой технической документацией.

(Измененная редакция, Изм. № 2, 3).

2.4. Размеры пластин для изготовления контрольных соединений определяются требованиями, указанными ниже.

2.4.1. Для контрольных соединений, выполняемых дуговой, электрошлаковой и газовой сваркой из плоских элементов, ширина каждой свариваемой пластины, если нет иных указаний в стандартах или другой технической документации, должна быть не менее:

50 мм — при толщине металла до 4 мм;

Ширина контрольного соединения, выполненного из круглого или фасонного проката, должна быть не менее двух диаметров или ширин элементов.

2.4.2. Длина свариваемых кромок пластин определяется размерами и количеством подлежащих изготовлению образцов с учетом повторных испытаний, припусков на ширину реза и последующую обработку и с добавлением длины неиспользуемых участков шва. Размеры неиспользуемых участков принимают равными:

— при ручной дуговой сварке покрытыми электродами и газовой сварке — не менее 20 мм в начале и не менее 30 мм в конце шва;

— при автоматической и полуавтоматической сварке с любым типом защиты, кроме флюса, при толщине металла до 10 мм — не менее 15 мм в начале и не менее 30 мм в конце шва, а при толщине металла более 10 мм — не менее 30 мм в начале и не менее 50 мм в конце шва;

Читайте также:  Как положить профнастил вокруг трубы

— при автоматической и полуавтоматической дуговой сварке под флюсом на токе до 1000 А, при электрошлаковой сварке и дуговой сварке с принудительным формированием — не менее 40 мм в начале и не менее 70 мм в конце шва;

— при автоматической сварке под флюсом на токе более 1000 А — не менее 60 мм в начале шва. Длину неиспользуемого участка в конце шва для этого случая принимают равной длине кратера шва (участок, имеющий неполное сечение).

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.4.3. Размеры пластин для контрольных соединений, выполняемых способами сварки, не указанными в п. 2.4.1, устанавливаются соответствующими техническими условиями.

В случаях сварки пластин с применением приставных планок для вывода начала и конца шва можно отбирать образцы по всей длине контрольного соединения. Приставные планки изготавливают из того же материала, что и пластины.

Длина приставных планок должна быть не менее размера неиспользуемых участков шва (см. п. 2.4.2).

2.5. Размеры проб, вырезаемых из контролируемой конструкции, определяются количеством и размерами образцов.

При кислородной вырезке проб их размеры определяют с учетом припуска на последующую механическую обработку, обеспечивающую отсутствие металла, подвергшегося термическому влиянию при резке в рабочей части образцов.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.6. Вырезку заготовок для образцов из проб и контрольных соединений рекомендуется выполнять на металлорежущих станках. Допускается вырезать заготовки на ножницах, штампах, кислородной, плазменной, анодно-механической и другими методами резки.

Припуск на величину заготовки, при котором обеспечивается отсутствие в рабочей части образца металла с измененными в результате резки свойствами, назначают в зависимости от метода резки. Минимальное значение припуска должно быть:

— при толщине металла до 10 мм: кислородная и плазменная резка — 3 мм, механическая, в т. ч. анодно-механическая резка, — 2 мм;

— при толщине металла более 10 до 30 мм: кислородная резка — 4 мм, плазменная резка — 5 мм, механическая, в т. ч. и анодно-механическая резка, — 3 мм;

— при толщине металла более 30 до 50 мм: кислородная резка — 5 мм, плазменная резка — 7 мм, механическая, в т. ч. и анодно-механическая, — 3 мм;

— при толщине металла более 50 мм: кислородная резка — 6 мм, плазменная резка — 10 мм, механическая, в т. ч. и анодно-механическая, — 3 мм.

При вырезке заготовок для образцов из металла, в котором под воздействием резки не изменяются свойства в рабочей части образца, допускается уменьшение указанных выше припусков, но не более чем в два раза.

Величина припуска для способов резки, не перечисленных выше, должна быть указана в нормативно-технической документации (НТД) на данный вид продукции или на метод отбора проб.

При изготовлении образцов необходимо принимать меры, исключающие возможность изменения свойств металла в результате нагрева или наклепа, возникающих при механической обработке.

(Измененная редакция, Изм. № 2, 3).

2.7. На пробах, контрольных соединениях и заготовках из листового проката и труб следует указывать направление прокатки основного металла по отношению к шву.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

2.8. Правка контрольного соединения или пробы, отбираемой от контролируемой конструкции, не допускается. Разрешается править готовые образцы вне их рабочей части. При испытании сварных соединений из труб допустимость правки образцов оговаривается стандартами или другой технической документацией.

Если нет иных указаний в стандартах или другой технической документации, то стрела прогиба f на длине 200 мм ( черт. 1) не должна превышать 10 % от толщины металла, но не более 4 мм.

Несовпадение плоскости листов h в стыковых соединениях ( черт. 2) не должно превышать 15 % от толщины листа, но не более 4 мм.

2.9. Термическую обработку, если она оговорена НТД, проводят до чистовой обработки образцов. Термической обработке могут подвергаться пробы, контрольные соединения или вырезанные из них заготовки для Образцов. В случае нормализации или закалки термическая обработка заготовок для образцов не допускается.

Термическую обработку контрольных соединений или заготовок для образцов предпочтительно совмещать с термической обработкой контролируемого изделия. Порядок проведения термической обработки при изготовлении образцов из материалов с s В более 1000 МПа (100 кгс/мм 2 ) оговаривается НТД.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.10. Клеймение проб, контрольных соединений заготовок и готовых образцов можно производить любым способом так, чтобы клеймо располагалось вне рабочей части образца и сохранялось на нем после испытания.

3. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ И ОЦЕНКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Образцы, имеющие отступления от чертежных размеров по чистоте обработки, а также механические повреждения в рабочей части, к испытаниям не допускаются и заменяются таким же числом новых образцов, изготовленных из той же пробы или контрольного соединения. Если размеры пробы или контрольного соединения исключают возможность изготовления новых образцов, производят вырезку новой пробы или сварку нового контрольного соединения.

Читайте также:  Железная труба 300мм 6 метров

При соответствии результатов механических испытаний требованиям стандартов или другой технической документации, во всех случаях, кроме арбитражных испытаний, допускается использование образцов с более низким классом шероховатости поверхности.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

3.2. Если нет других указаний в стандартах или другой технической документации, то испытания по разд. 4 , 8 и 9 проводят не менее чем на двух образцах; по разд. 5 , 6 и 10 — не менее чем на трех образцах; по разд. 7 — не менее чем на четырех точках для каждого участка сварного соединения. Если размеры сварного соединения исключают возможность размещения четырех точек, то допускается уменьшить их количество в соответствии с реальными возможностями.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

3.3. Результаты по всем видам испытаний определяют как среднее арифметическое результатов, полученных при испытании всех образцов. Если нет указаний в соответствующих стандартах или другой технической документации, то для всех видов испытаний, кроме испытаний на статический изгиб и измерения твердости, допускается снижение результатов испытаний для одного образца на 10 % ниже нормативного требования, если средний арифметический результат отвечает нормативным требованиям. Допускаемое снижение результатов испытания образцов на статический изгиб и при измерении твердости должно оговариваться в соответствующих стандартах или другой технической документации. При испытании на ударный изгиб допускаемое снижение ниже нормативных требований устанавливается не более 5 Дж/см 2 (0,5 кгс × м/см 2 ).

3.4. Испытания, предусмотренные разд. 7 — 10 , проводят при нормальной температуре, равной (20±10) ° С [(293 ± 10) К]. Температуру образца принимают равной температуре помещения, в котором проводят испытания. Испытания, предусмотренные разд. 4 — 6 , проводят при нормальной температуре или по требованию, оговоренному в соответствующих стандартах или другой технической документации, при повышенных или пониженных температурах. При испытании при пониженной или повышенной температурах температуру образца принимают равной температуре среды, в которой проводят нагрев или охлаждение. Допускается определение температуры на образцах-свидетелях.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3.5. Результаты испытаний считают неудовлетворительными, если не выполняются требования п. 3.3 или в изломе образца, или на его поверхности выявлены кристаллизационные или холодные трещины (кроме случаев, когда наличие трещин допускается соответствующей НТД). При неудовлетворительных результатах испытания повторяют на удвоенном количестве образцов. Если в изломе образца, результаты испытания которого считают неудовлетворительными, обнаружены дефекты основного металла или сварного соединения (кроме трещин), его исключают из оценки и заменяют одним новым образцом.

Общие результаты испытаний определяют по показаниям, полученным при повторных испытаниях. Результаты повторных испытаний являются окончательными.

(Измененная редакция, Изм. № 2, 3).

3.6. Методика определения размеров образцов, требования, предъявляемые к оборудованию для испытаний, условия проведения испытаний и подсчет результатов должны соответствовать:

— при испытании на статическое растяжение при комнатной температуре — ГОСТ 1497 , при пониженных температурах — ГОСТ 11150 , при повышенных температурах — ГОСТ 9651 ;

— при испытании на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах — ГОСТ 9454 ;

— при измерении твердости — ГОСТ 2999 , ГОСТ 9013 и ГОСТ 9012 .

Другие требования к условиям проведения испытаний, определению размеров образцов, оборудованию для испытаний и подсчету результатов должны оговариваться стандартом иди другой технической документацией.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.7. Протокол при всех видах испытаний должен содержать: обозначение настоящего стандарта, толщину и марку основного металла, способ сварки, тип соединения, вид термической обработки (если она выполняется), индекс образца (по клейму), тип образца, место его отбора, результаты данного вида испытаний всех образцов, наличие дефектов в изломе образца, при испытании сварных соединений — место разрушения (по металлу шва, по металлу зоны термического влияния, по основному металлу). Для испытаний, проводимых по разд. 4 — 6 , дополнительно указывают температуру испытания; по разд. 5 и 6 — максимальную энергию копра; по разд. 7 — схему расположения точек замера твердости.

(Измененная редакция, Изм. № 2, 3).

4. ИСПЫТАНИЕ МЕТАЛЛА РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКОВ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ И НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА НА СТАТИЧЕСКОЕ (КРАТКОВРЕМЕННОЕ) РАСТЯЖЕНИЕ

4.1. При испытании металла на статическое (кратковременное) растяжение определяют следующие характеристики механических свойств:

— предел текучести физический s Т , МПа (кгс/мм 2 ) или предел текучести условный s 0,2 , МПа (кгс/мм 2 );

— временное сопротивление s В , МПа (кгс/мм 2 );

— относительное удлинение после разрыва (на пятикратных образцах) s 5 , %;

— относительное сужение после разрыва, j , %.

Испытания проводят для металла шва, металла различных участков зоны термического влияния наплавленного металла при всех видах сварки плавлением.

4.2. Форма и размеры образцов, применяемых для испытания, должны соответствовать черт. 3 или 4 и табл. 1 .

Допускается увеличение размера диаметра образца и его высоты.

Источник

Adblock
detector