Образец для испытания сварного соединения на термическую усталость Советский патент 1989 года по МПК B23K28/00 G01N3/00 

Изобретение относится к .области испытаний сварных соединений, а именно к образцам для испытания сварных соединений на усталость, и может найти применение при исследовании сопротивления термической усталости свар- ных соединений толстостенных крупногабаритных конструкций.

Целью изобретения является повьшге- ние достоверности результатов испытания сварного соединения за счет создания в сварном соединении условий стесненности деформации, идентичных исследуемому сварному соединению толстостенной детали.

3I5

На фиг.1 показан образец для испы тания сварного соединения; на фиг„2 то же, вид сверху; на фиг.З - зависимость остаточных напряжений в диске от отношения размеров заплавлен- ной эоны; на фиг,4 -- график распределения упругих напряжений вдоль кромки концентратора; на фиг.5 и 6 - образец, содержащий несколько сварны швов; на фиГо7 - схема испытания образца со сварными соединениями на темическую усталость о

Наибольший размер поперечного сечения шва обозначен я , толщина окол шовной зоны - b. Величина а составляет не более j/20,о.1/8 диаметра цилиндра D, длина 1 не менее чем 8,,, 20Ь, Выход за пределы указанной области геометрических соотношений со стороны значений 8 и 1/8 вызывает нарушение требования стесненности деформаций. Выход за пределы этой области со стороны значений 20 и 1/20 приводит к неоправданному увеличению размеров образца Указанные области геометрических соотношений 8,1/8,20 и 1/20 подтверждены расчетами остаточных напряжений в сердечнике, вваренном в диск (фиг,2). Эти напряже- ния являются мерой стеснения деформации в зоне вварки, и их уменьшение заметно, если отношение Ь/а меньше восьми.

Радиус канавки R должен быть не более 1/20 - 1/8 и превосходить толщину околошовной зоны не менее чем в 1,5„,о2 раза.

Достоверность последнего условия иллюстрируется расчетами упругих на- пряжений на кромке канавки (фиг,3) которые сохраняют постоянную величину с точностью до 4% вдоль всей толщины околошовной зоны,.Если радиус канавки R менее , «2,0 тол- шины околошовной зоны, то распределение напряжений по толщине этой .зоны неравномерно, а следовательно, околошовная зона находится в различных, условиях нагружения. Ре- зультаты эксперимента (фиг„4) подтверждают равномерность распределения напряжений множественностью образования трещин вдоль кромки канавки. .

Б случае вьшолнения в образце нескольких сварных швов и канавок (фиГвЗ), равномерно распределенных по окружности,-.расстояние между ними

С должно быть в 8-20 раз больше глубины канавок. Если расстояние С будет менее нижнего -предела, то не будут выполнены условия стесненной деформации, если С будет более верхнего предела, то размеры образца примут неоправданные размеры Одна из поверхностей сплавления каждого шва совпадает с радиально-осевой плоскостью образца, которая является плоскостью симметрии продольных канавок

В частности, образец испытывали на термическую усталость. Во время испытаний образец 1 помещается в устройство (фиго 6), Нагрев ободной части образца осуществляется токами высокой частоты с помощью кольцевых индукторов 2, а охлаждение - сжатым воздухом, поступающим через сопла 3 коллектора Цикл нагружения включает быстрый нагрев периферии образца, стабилизацию температуры и последующее охлалодение.

При испытании образца в нем возникают тепловые напряжения, которые в силу осевой симметрии температурного поля практически постоянны в окружном направлении (поперек шва), что позволяет более достоверно выявить слабое место в сварном соединении и определить сопротивление термической усталости сварного соединения в целом

Испытания позволяют определить характеристики сопротивления сварного соединения возникновению и росту термоусталостных трещин в условиях,характерных для работы толстостенных сварных деталей энергооборудования

Формула изобретения

1 Образец для испытания сварного соединения на термическую усталость, выполненный в виде цилиндра с по крайней мере одним продольным сварным швом и одной продольной цилиндрической канавкой на поверхности, о т - лич а ю щ ий с я тем, ..что, с целью повьш1ения достоверности результатов испытаний за счет создания в сварном соединении условий стесненности деформации, идентичных исследуемому сварному соединению толстостенной детали, одна из границ сплавления сварного шва расположена в радиальной плоскости, наибольший размер шва в поперечном сечении составляет 1/20,о„1/8 диаметра образца, а длина

цилиндра превьшает размер околошовной зоны в 8ооо20 раз.

2„ Образец попо1,отличаю- щ и и с я тем, что, с цепью соблюдения условия равномерного распределения напряжений в околошовной зоне при сохранении объемного напряженного состояния, ось симметрии канавки расположена на границе сплавления сварного шва и основного металла, а ради2096

ус скругления канавки превьш1ает размер околошовной зоны в 1,5..,2,0 раза и составляет 1/20, длины цилиндра.

3, Образец по п.1, о т л.:и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью исключения взаимного Влияния канавок, расстояние между ними в 8,о«20 раз больше глубины канавкио

Изобретение относится к сварке, в частности к конструкциям образцов для испытания сварного соединения на термическую усталость, и может найти широкое применение при исследовании сопротивления термической усталости сварных соединений толстостенных крупногабаритных конструкций. Цель изобретения - повышение достоверности результатов испытания сварного соединения на термическую усталость. Образец имеет форму цилиндра, на поверхности которого выполнены один или несколько продольных сварных швов и продольных цилиндрических канавок. Наибольший размер шва в поперечном сечении составляет 1/20-1/8 диаметра образца, длина цилиндра превосходит размер околошовной зоны в 8-20 раз, радиус округления канавки превосходит размер околошовной зоны в 1,5-2 раза и составляет 1/20-1/8 длины цилиндра, а расстояние между канавками в 8-20 раз больше, чем глубина канавки. При испытании такого образца выполняются условия стесненности деформаций в сварном соединении на образце, идентичных тем, в которых находится сварное соединение толстостенной конструкции, соблюдаются условия равномерного распределения напряжений в околошовной зоне при сохранении объемного напряженного состояния, достоверно определяется слабое место сварного соединения и исключается взаимное влияние канавок. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

/5 Ю

Фие,

фие.2

и

ZQ

,. да

.

.

/

Ш2Ш

wm

к mpQwgjop- натор

К ко МП pec- cop

M7«- CmaSuAu-

e,C /

j.

Фие. 7