Образец для сравнительных механических испытаний сварных нахлесточных соединений Советский патент 1991 года по МПК B23K31/02 

Изобретение относится к области механических испытаний материалов и может быть использовано для определения критического коэффициента интенсивности напряжений при продольном сдвиге, в частности, металла сварного шва.

Цель изобретения - повышение точности испытаний для определения критического коэффициента интенсивности напряжений металла сварного шва при продольном сдвиге.

На фиг.1 изображен образец при испытании сжимающей нагрузкой; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1

Образец 1 состоит из трех геометрически подобных прямоугольных пластин толщиной t: двух боковых 2 и одной центральной 3. Центральная пластина 3 соединена с каждой из боковых пластин 2 двумя сварными швами 4, параллельными вертикальной (при испытании) оси образца. Между пластинами содержатся два геометрически подобных толщинообразных внутренних концентратора 5.

Образец используют следующим образом.

Центральную пластину 3 образца 1 сме щают вдоль ее вертикальной (при испытании) оси на расстояние, равное 1...2 толщинам пластины, обеспечивая плотный контакт между пластинами Затем каждую боковую пластину 2 сваривают с централь« 3)

о

ной пластиной 3 двумя сварными швами 4 равной длины, выполненными в одном итом же режиме сварки (дуговой, лазерной, электронным лучом и др.)

Снятие механической обработки перед испытанием усиления сварных швов 4 до получения плоской поверхности позволяет получить образец 1, геометрически однородный в рабочей части и, следовательно, равнопрочный в поперечных сечениях. Тре- щинообразные внутренние концентраторы 5 образуются из несплошностей между пластинами непосредственно в процессе сварки (соотношения размеров концентраторов 5 и сварных швов 4 можно изменять, если до сварки у пластин 2 и 3 на месте наложения сварных швов 4 выполнять симметричную разделку кромок необходимой глубины). Отметим, что длина швов 4 может быть меньше длины нахлестки пластин 2 и 3 при обязательном равенстве длин всех четырех швов образца.

При испытаниях образец 1 устанавливают торцами боковых пластин 2 на горизон- тальную опору и нагружают в торце центральной пластины 3 сжимающей силой до разрушения. По результатам испытаний определяют критический коэффициент интенсивности напряжений металла сварного шва при продольном сдвиге.

Предложенная конструкция образца проверялась при испытании статической сжимающей нагрузкой охлажденных до температуры Т 77 К сварных образцов из стали Ст.З, сваренных электродами типа Э42А. Траектория разрушения образцов совпала с теоретически рассчитанной на основе законов линейной механики разрушения сложной пилообразной линией.

Точность испытаний при использовании предложенного образца повышается, в первую очередь, за счет того, что при выбранных конструкции образца и схеме испытания (на сжатие статической нагрузкой) отсутствуют воздействия, связанные с другими схемами испытания, - нормальным отрывом, поперечным сдвигом. Разрушение сварных швов происходит только от продольного сдвига. При этом при изготовлении образца предложенной конструкции нет операции нанесения трещинообразнык концентраторов, которая является довольно сложной, а конструктивные трещину образуются в коде сварки пластин образца. Условия сборки под сварку хорошо повторно воспроизводятся, что повышает точность испытаний. Выполнение плоской наружной поверхности сварных швов стабилизирует

размеры образца, что также повышает точность испытаний.

Предложенный образец служит для определения характеристик грещиностойкости металла сварного шва, в частности критического коэффициента интенсивности напряжений К, 11 .Исследованиями установлено, что величина коэффициента интенсивности напряжений при продольном сдвиге

равна

Km( +

5

t1 t2

где ti - толщина боковых пластин;

12 полутолщина центральной пластины образца,

При силе PHI Рразр величина Кы Кщ.

Проведены испытания образцов предложенной конструкции при t -196°С. Ма- териал пластин - сталь С m 3, размеры пластин составляли: ti 2, i 15,5 мм, ширина 500 мм, длина сварных швоз Г 48 мм, величина смещения центральной части образца 20 мм. Сварные швы выполнялись электродами марки Emcna (ЧССР) класса 42А. Величина минимального сечения сварных швов равнялась б.7..,6,8 мм. Разрушающая сила Рразр 504 кН. Тогда согласно указанной формуле Кщ 3,27

® кН/мм, что составляет ill...137% от величины Кис подобных материалов, а известно, что схема нагружения нормальным отрывом, описываемая величиной К 1 наиболее опасная из всех схем нагружения тела с трещиной.

0

5

0

Эффект проявляется в получении образца для определения критического КИН металла сварного шва при продольном сдвиге, при испытании которого статической сжимающей нагрузкой отсутствуют воздействия, связанные с нормальным отрывом, поперечным сдвигом, а реализуется только продольный сдвиг при одноосном на- гружении, принципиально повышается точность испытаний.Простота и технологичность операций, необходимых для получения указанного образца, позволяют существенно сократить время его изготовления, повышают стабильность воспроизведения эксперимента, что дополнительно повышает точность ре- зультатов испытаний. Образец для определения критического КИН металла сварного шва при продольном сдвиге содержит два внутренних концентратора, однако не требует непосредственного нанесения последних, а известно,что эта технологическая операция является одной из самых сложных. трудоемких и недостаточно точных

Формула изобретения Образец для сравнительных механических испытаний сварных нахлесточных соединений, состоящий из геометрически подобных сваренных между собой прямоугольных пластин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний при определении критического коэффициента интенсивности напряжений при продольном сдвиге, образец выполнен из трех пластин, центральная из которых смещена относительно других на расстояние, равное 1...2 толщинам пластины, и соединена с каждой из двух других пластин сварными швами, параллельными плоскости сдвига.

Изобретение касается механических испытаний материалов и может быть использовано для определения критического коэффициента интенсивности напряжений при продольном сдвиге, в частности, металла сварного шва. Цель изобретения - повышение точности испытаний. Поставленная цель достигается с помощью призматического образца. Образец состоит из двух прямоугольных, геометрически подобных боковых и центральной пластин и содержит внутренние концентраторы, расположенные симметрично относительно оси образца. Центральная пластина смещена на расстояние, равное 1...2 толщинам пластины, вдоль вертикальной оси образца и соединена с каждой из боковых пластин двумя швами, параллельными этой оси, а сварные швы выполнены без усиления. Эффект проявляется при определении критического коэффициента интенсивности напряжений при продольном сдвиге при испытании образца статической нагрузкой, поскольку отсутствуют воздействия, связанные с нормальным отрывом, поперечным сдвигом, что повышает точность испытаний. 2 ил.

4fe