Способ определения пластичности сварного соединения

Способ определения пластичности сварного соединения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и соединений . Целью изобретения является повышение достоверности результатов путем обеспечения возможности определения пластичности различных зон сварного соеИзобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и соединений , точнее к способам определения пластичности сварного соединения. Цель изобретения - повышение достоверности и информативности путем обеспечения возможности определения пластичности различных зон сварного соединения непосредственно после сварки в интервале температур образования холодных трещин. На фиг, 1 показан образец для определения пластичности, сварного соединения; на фиг. 2 - схема испытания образца; на фиг. 3 -- график зависимости предельной пладинения непосредственно после сварки в интервале температур образования холодных трещин. Способ включает изготовление пары пластин, разделку кромок, сварку пластин , нагружение образца трехточечным изгибом . Перед разделкой кромок на расстоянии a(0,,4)t (t - толщина металла ) от одной из боковых граней каждой из стыкуемых пластин на всю толщину металла выполняют сквозной паз (1+tg «)(«- угол скоса кромок), нагружение трехточечным изгибом производят непосредственно после сварки с одновременной записью диаграммы перемещение - время, нагрузка-время , затем измеряют величину предельной деформации каждой части образца по обе стороны прорези, строят диаграмму пластичности исследуемой зоны1 сварного соединения в температурном интервале холодных трещин. 6 ил. 1 табл. ел с стичности от уровня жесткости; на фиг. 4 - график зависимости нагрузка-время ; на фиг, 5 - график перемещение-время ; на фиг.б - совмещенный график для прогнозирования возможности образования холодных трещин. Способ реализуют следующим образом: изготавливают пару пластин 1,2. Затем на заданном расстоянии a(0,2-0,4)t, где t - толщина металла, от одной из боковых граней каждой из пластин на всю толщину металла выполняют сквозной паз 3 длиной l(l+tg а), где аугол скоса кромок. При определении пластичности металла шва непосредственно после выполнения оо о о со ел о

/qadi/ к."= ут

"Т сок э советских социллистических

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 и 3/20 госудлРственное плтентное

ВЕДОМСТВО СССР (госплтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4845254/28 (22) 02.07.90 (46) 15.04,93. Бюл. ¹ 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (72) А,С. Рахманов, А,В, Цуйко, Н,П, Сбарская и О.И. Нейфельд (56) Колмогоров В.Л, Напряжение, деформация, разрушение. М.: Металлургия, 1971, с. 10 — 20, ГОСТ 6996 — 66.

Авторское свидетельство СССР №976343,,кл. G 01 N 3/20, 1979. (45) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ (57) Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и соединений. Целью изобретения является повышение достоверности результатов путем обеспечения возможности определения пластичности различных зон сварного соеИзобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и соединений, точнее к способам определения пластичности сварного соединения.

Цель изобретения — повышение достоверности и информативности путем обеспечения возможности определения пластичности различных зон сварного соединения непосредственно после сварки в интервале температур образования холодных трещин.

На фиг, 1 показан образец для определения пластичносги. сварного соединения; на фиг. 2 — схеула испытания образца; на фиг.

3 — график зависимости предельной пла„„Я „„1809359 А1 динения непосредственно после сварки в интервале температур образования холодных трещин. Способ включает изготовление пары пластин, разделку кромок, сварку пластин, нагружение образца трехточечным изгибом. Перед разделкой кромок на расстоянии а=(0,2 — 0,4)т (s — толщина металла) от одной иэ боковых граней каждой из стыкуемых пластин на всю толщину металла выполняют сквозной паз !>Зт(1+19 а) (аугол скоса кромок), нагружение трехточечным изгибом производят непосредственно после сварки с одновременной записью диаграммы "перемещение — время", инагруэка-время", затем измеряют величину предельной деформации каждой части образца по обе стороны прорези, строят диаграмму пластичности исследуемой зоны сварного соединения в температурном интервале холодных трещин. 6 ил. 1 табл.

0 стичности от уровня жесткости; на фиг. 4 — сО график зависимости "нагрузка-время", на фиг. 5 — график "перемещение-время"; на фиг.6 — совмещенныи график дяя прогнозиеЪ рования возможности образования холодных трещин.

Способ реализуют следующим образом: изготавливают пару пластин 1,2. Затем на заданном расстоянии а=(0,2 — 0,4)1, где — толщина металла, от одной из боковых граней каждой из пластин на всю толщину металла выполняют сквозной паэ 3 длиной

I>(l+tg а), где а — угол скоса кромок, При определении пластичности металла шва непосредственно после выполнения

1809359 прорези на каждой иэ пластин осуществляют разделку кромок, например 0- или V-образную, Пластины стыкуют и сваривают, после чего на образец со стороны корня шва

4 устанавливают двухконсольный датчик 5 и подвергают образец нагружению со стороны, противоположной корню шва по схеме трехточечного изгиба с одновременной записью диаграммы "нагрузка-время" и "перемещение-время", При определении пластичности зоны термического влияния после разделки кромок, перед сваркой пластин поперек одной иэ них, например, пластины 1 на испытуемом участке осуществляют острый надрез 6 на глубину f=- 0,2 — 0,8)t со стороны корневого слоя, при этом одну из сторон надреза размещают перпендикулярно поверхности образца.

Пример.

Предложенным способом иэ стали К65 толщиной 14,5 мм были изготовлены пластины шириной 76 мм, со сквозным пазом длиной I=72 мм I > 3t(1+tg а) примеры 1-4 и

7 — 9 и I=62 мм I < Зс (1+tga) примеры 5 и 6.

На пластинах в примере 1 прорезь наносили на расстоянии 1,5 мм а< 0,2t, в примерах 2,5 и 8 — на расстоянии 3,0 мм а=0,2t, в примерах 3,6, 7 и 9 — на расстоянии 5,5 мм а=0,4t и в примере 4 — на расстоянии 6 мм (а> 0,4t) от боковой грани.

На образцах 1-7 по зоне термического влияния сделали дополнительный надрез с углом раскрытия 45 градусов. Надрез наносили на глубину: 3 мм (f=0,2t) — примеры

1,3,5,7,9 и 11:11 мм (f=0,8с) — примеры

2,4,6,8,10 и 12; 1,5 мм (f< 0,2t) примеры 13 и

15; 13 мм (f>0,8t) — примеры 14 и 16, а на образцах в примерах 17 и 18 надрез не нан о сил и.

Сборку образцов производили в соответствии с фиг. 1. Например — две половины образца сварили в один слой электродами типа Э 50А-Б. Режим сварки: ток — 110 А, напряжение — 24 В, скорость сварки -13 см/мин. Сразу после окончания сварки первого образца, со стороны корня шва установили датчики перемещения тензометрического типа для записи диаграмм (4 и 5). Образец поместили на испытательную машину, а затем, после охлаждения его до температуры, при которой наиболее вероятно образование холодных трещин, нагрузили трехточечным изгибом, Поскольку, наиболее вероятно образование холодных трещин в температурном интервале

200-100 С, то испытание образцов производили после охлаждения их до температу45

50 эа счет снижения точности аппроксимации, поскольку значения жесткости напряженного состояния /П/ близки /<0,5/ или получения некачественного сварного соединения из-за образования дефектов в сварном шве и значительной деформации образца.

Как видно из таблицы, наибольшая разность в значениях жесткости напряженного состояния металла по обе стороны от паза, а следовательно и наибольшая точность при построении диаграммы пластичности достигается при ширине а=(0,2 — 0,4)t, длине паза (>Зс(1+с9 а) и глубине надреза f=(0,2--0,8)t (примеры 3-.6}.

Для прогнозирования возможности образования холодных трещин flo значениям ры +160 С и до температуры окружающей среды — +20 С.

Результаты испытания приведены в таблице.

Сравнение полученных результатов . проводили по группам образцов, испытанных при одинаковой температуре, Результаты испытания показали, что при нанесении паза на расстоянии менее 0,2с(1,5 мм), (примеры 1 и 2) - невозможно обеспечить выполнение качественного сварного соединения иэ-за образования дефектов в сварном шве, а следовательно и невозможно достоверно

15 ценить его пластичность, При выполнении паза на расстоянии более 0,4t (6 мм), (примеры 7 и 8), при выпол- нении паза длиной I=62 мм I< Çt(1+tg a ) (примеры 9-12), а также при выполнении

20 надреза глубиной f=1,5 мм (f< 0,2t) (пример . 13) — жесткость напряженного состояния на участках образца по обе стороны от прорези настолько близка, что при этом значительно теряется точность аппроксимации и досто25 верность прогнозирования пластичности металла; Для наиболее высокой точности аппроксимации диаграммы пластичности необходимо, чтобы интервал интерполяции охватывал наиболее широкий диапазон из30 менения реально встречающихся значений показателя жесткости напряженного состояния.

При глубине надреза f=11 мм (f> 0,8t) (примеры 14 и 15) значительно снижается

35 достоверность получаемых результатов, изза деформации образцов под воздействием термического цикла сварки и потери устой- чивости в поперечном направлении узкой части образца при нагружении его изгибом.

Таким образом, при выполнении образцов с отклонениями от заданных диапазонов величин а, 1 и f уменьшается достоверность получаемых результатов или

1809359 предельной пластичности, по предлагаемому способу (фиг. 7) сварку производили в один слой электродами типа Э 50Б, Режим сварки: ток — 110А, напряжение — 24В, скорость сварки 13 см/мин. 5

По способу, принятому за прототип а,с.

hL 976343 сварку швэ производили в 6 слоев электродами типа Э 50Б. Режим сварки корневого слоя шва: ток — 110 А, напряжение—

24В, скорость сварки — 13 см/мин, Режим сварки последующих слоев: ток 120-130А, напряжение — 24В, скорость сварки — 10 см/мин, Сразу после окончания сварки образцов, при испытании по предлагаемому спо15 собу, со стороны корня шва установили датчики перемещения тензометрического типа, образец поместили на испытательную машину, а затем, после охлаждения его до 20 температуры +160 град, С нагрузили трехточечным изгибом.

При испытании по способу, принятому за прототип, из сваренных пластин механическим способом были изготовлены образ- 25 цы. На боковые грани образцов фотоспособом нанесли координатную сетку с размером ячейки 0,5Х0,5 мм, после чего образцы, имеющие температуру окружающей среды (+20 град. С) испытали по схеме 30 трехточечного изгиба. Затем провели измерения ячеек сетки, по которым определили интенсивность деформаций сдвига и по ним предельную пластичность металла шва.

Данные фиг, 6 показывают, что наибо- 35 лее низкие значения предельной пластичности наблюдаются в зоне термического влияния. Значения предельной пластичности металла шва при испытании по предлагаемому способу в интервале температур 40 образования холодных трещин ниже, чем при испытании образцов при температуре окружающего воздуха по способу, принятому за прототип.

При испытании по предлагаемому способу в околошовной зоне наблюдались холодные трещины, в то время как по способу, принятому за прототип, наличие холодных трещин не поддается определению, Для проверки достоверности прогнозирования образования холодных трещин и места их расположения по данным предельной пластичности отдельных зон сварного соединения, были сварены одним слоем кольцевые стыки труб в условиях монтажа.

Сварка производились на тех же режимах, что и сварка образцов по предлагаемому способу. При проведении контроля неразрушающими методами исследования были выявлены холодные трещины, расположенные в околошовной зоне.

Таким образом, предложенный способ позволит повысить достоверность результатов испытаний и прогнозировать возможность образования и место расположения трещин.

Формула изобретения

Способ определения пластичности сварного соединения, по которому изготавливают две пластины толщиной t, выполняют разделку кромок пластин под углом а, сваривают пластины, нагружают сварное соединение трехточечным изгибом и по механическим характеристикам соединения судят о его пластичности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности и информативности путем обеспечения возможности определения пластичности различных зон сварного соединения непосредственно после сварки в интервале температур образования холодных трещин, перед разделкой кромок перпендикулярно им в обеих пластинах на одинаковом расстояний а от боковых граней выполняют по сквозному пазу длиной l, выбирая а и l из соотношения a=(0,2 — 0,4)t и

l>3t(1+tg а), а нагружение осуществляют непосредственно после сварки.

1809359

Предельная пластичность при температуре испытания г9ад ÑC

+20 + 160

П ри1. мм мер

f, мм а,мм

Б Л

Х П Х

П А П Л П

4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 2

1 72

ЗйФИ.М ь ЮРЖ

1,5 ефекты а сва нем шае

1,5

Э

6

8

1О

11

12

13

14

16

72

72

72

72

72

72

62

62

62

62

72

72

72

72

Э.О

Э,О

5,5

5,5

6.0

6,0

3,0

3,0

5,5

5,5

5.5

3,0

5,5

3,0

5,5

4

4

Э

3

3

1.5

5,5

5.5

Беэ надреза

Беэ на еэа

0,70

0.80

1,50

1.72

1.81

2,00

1,60 .

1,95

1,80

2,00

0,70

1.00

1,70

0.50

0,80

0,91

0,88

0,62

0,51

0.50

0,49

0,58

0,51

0.51

0.50

0.91

0,98

0,43

1,01

0,88

2,00

2,50

2,00

2,50 2.00

2,40

2.00

2,40

2.00

2,40

1.10

2,51

2.51

0.95

1,50

0,52

0,31

0,50

0,32

0.48

0.34

0,48

0.32

0.44

0.30

0,84

0.30

0.32

0.81

0,80

0,70

0,80

1,50

1.72

1,81

2,00

1,60

1,95

1,80

2.00

0.70

1.00 1,70

0,50

080

0.69

0,71

0.46

0.38

0.37

0.37

0,43

0,3&

0,39

0,17

0.68

0,80

0.32

0,80

0,71

2.00

2.50

2,00

2,50

2.00

2,40

2,00

2,40

2.00

2.40

1,10

2.51

2,51

0,95

1,05

0.17

0.10

0,17

0,11

0,16

0,11

0.16

0,10

0.15

0,10

0,63

0,10

0.24

0,61

0.60

1809359

3 с

l л,0

Фиг. Ю

Составитель Э.Карпиловская

Техред М.Моргентал .. Корректор I Л,Пилипенко:

Редактор

Заказ 1282 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101