Образец для испытаний на трещиностойкость сварных соединений и устройство для испытаний образца Советский патент 1992 года по МПК B23K31/12 

Изобретение относится к сварке и может найти применение для оценки стойкости сварных соединений и наплавок против холодных трещин, трещин при термообработке и для оценки циклической долговечности сварных соединений.

Известен образец для испытаний на трещиностойкость, состоящий из двух пластин, соединенных в тавр сварным швом, г, концентратором - зазором между пластинами и захватным участками - свободными кольцами пластин.

Устройство для е агружения данного образца содержит станину, узлы крепления образца и рычажное устройство, перодаю- щее нагрузку на образец.

Недостатком образца является невозможность его использования для испытаний при циклической знакопеременной нагрузке и для испытаний на поперечные трещины, что ограничивает область его применения.

Недостатком устройства является невозможность его применения для оценки трещиностойкости при повышенных температурах из-за невозможности помещения образца в печь с андартных габаритов, что также ограничивает область применения.

Кроме того, низка достоверность полученных данных, поскольку применяемый концентратор - зазор между пластинами не

i

iOJ

сп

t

позволяет производить корректный расчет напряженного состояния.

Наиболее близким к предлагаемому является образец для испытаний на трещино- стойкость, выполненный в виде призмы. имеющий рабочий участок со сварным швом и концентратором напряжений и захватные участки.

Устройство для испытания данного образца содержит две нагружающие тяги, на одной из которых, в центральной ее части, установлен датчик для измерения их взаимного перемещения, на другой тяге установлен силоизмеритель, выполненный в виде балки, консольно закрепленной к ее цент- ралы-юй части, на свободном конце которой установлен датчик для измерения перемещения конца балки и тяги; нагружающий привод в виде струбцины, устанавливаемой на балку и первую тягу, фиксирующую пару винт-гайка, установленные на концах, противоположных захватным, на которых жестко закреплен испытуемый образец,

Недостатком данного образца является ограниченная область его применения из-за необходимости соблюдения соотношения между изгибными жесткостями тяг и образца в пределах 20-30, что необходимо для стабилизации напряженного состояния образца при высокотемпературных испытани- ях. Такое соотношение жесткостей можно достичь только при малых размерах образца. Это, в свою очередь, не позволяет выполнять на образце сварные швы, полностью соответствующие проверяемым технологиям, из-за искажения термического цикла.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения усилий и перемещений и трудоемкость операций при перегрузках (измерений напряжений в образце по их величине и знаку).

Целью изобретения является расшире- ние технологических возможностей и повышение точности и достоверности испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что образец для испытаний на трещиностой- кость сварных соединений, выполненный в виде пластины со сварным контрольным швом и концентратом напряжений на рабочем участке, дополнительно снабжен вставкой и второй пластиной, по форме. размерам и материалу идентичный первой, а рабочая часть пластин выполнена переменной ширины, при этом вставка расположена между пластинами со стороны более широкой их части, жестко скреплена с ними

и выполнена шириной, равной наибольшей ширине рабочей части пластин,

Устройство для испытания образца на трещиностойкость, содержащее две параллельно расположенные стойки, измеритель их взаимного перемещения, установленный в центральной части одной из стоек, измеритель нагрузки закрепленный на балке, которая консольно закреплена на другой стойке, и механизм нагружения с гайкой и винтом, шарнирно закрепленным на одной из стоек, снабжено дополнительным измерителем взаимного перемещения стоек, установленными параллельно первому измерителю, винт механизма нагружения закреплен на стойке с возможностью вращения вокруг своей оси, а гайка шарнирно закреплена на другой стойке.

Применение образца предлагаемой конструкции позволяет одновременно проводить два испытания (на первой и второй пластине). Относительно большая по величине рабочая часть позволяете большей надежностью воспроизводить термодеформационный цикл сварки, конструкция образца позволяет определять трещиностойкость как к поперечным, так и продольным трещинам, наличие вставки между двумя идентичными пластинами с рабочими частями позволяет определять момент появления трещины в исследуемых сварных швах на любой из пластин, например, определением координаты источника акустической эмиссии (АЭ), установив датчики АЭ на стойках и вставке.

Предлагаемое устройство позволяет относительно просто устанавливать (задавать) необходимые по знаку и величине напряжения в рабочей части образца и производит их точный подсчет в месте возникновения трещины как на образце с концентратором, так и без концентратора.

При этом образец и нагружающее устройство образуют единое целое, т.е. неразрывно связаны друг с другом, так как только предлагаемое устройство позволяет в образце предлагаемой конструкции создавать и точно фиксировать напряжение необходимых величины и знака при минимальных габаритах и массе всей конструкции.

На фиг. 1-3 представлен предлагаемый образец; на фиг. 4 - предлагаемое устройство; на фиг. 5 - схема нагружения.

Образец для испытаний на трещиностойкость состоит из двух идентичных и расположенных параллельно пластин 1 и 2 с рабочими и захватными частями и вставкой 3. Рабочие части выполнены в виде балок

равного сопротивления изгибу. Пластины и вставка жестко скреплены между собой.

Устройство для испытаний на трещино- стойкость состоит из двух стоек 4 и 5, механизма нагружения, выполненного в виде шарнирно закрепленной на концах стоек пары винт 6 - гайка 7, причем винт выполняется ходовым, измерителя 8 нагрузки, вы- полненного в виде балки, консольно закрепленной на одной из стоек и снабженной датчиком 9, и двух измерителей 10 и 11 взаимного перемещения стоек.

Испытания проводят следующим образом.

Между пластинами 1 и 2 со стороны, противоположной захватным частям, за пределами рабочей части устанавливают вставку 3 и жестко скрепляют ее с пластинами, например, сваркой. Наилучшие результаты достигаются при применении технологии сварки и сварочных материалов, не требующих последующей после сварки термической обработки.

Далее образец устанавливают на устройство для испытаний на трещиностой- кость. Стойки 4 и 5 устанавливают друг относительно друга на расстоянии, равном высоте образца. Образец своими захватными частями устанавливают под захватными участками стоек. Стойки и образец по захватным участкам жестко соединяют друг с другом, например, сваркой теми же сварочными материалами и по той же технологии что и при сварке образца.

Собранные (фиг. 4) образец и устройство помещают на сварочный пост и выполняют на рабочей части образца сварные швы по исследуемой технологии и исследуемыми материалами. После сварки при необходимости для определения трещиностой- кости в конкретной зоне сварного соединения на образце выполняют концентраторы напряжений (надрез).

Образец с нагружающим устройством перемещают в печь (при испытаниях при повышенной температуре) или в холодную камеру (при испытаниях при пониженной температуре) и создают требуемые напряжения в рабочей части. Напряжения в рабочей части образца рассчитывают по следующей методике (фиг. 5).

Деформации необходимого уровня и знака в рабочей части пластина задают с помощью нагружающей пары винт-гайка. Уровень задаваемых деформаций определяют по соотношению

h(Ai-A2)

4 Li I

где Ј - деформация поверхности изгибаемого образца;

h -толщина рабочей части образца;

Li - длина образца;

I - расстояние между индикаторами 10 и 11;

AI- перемещение, измеряемое индикатором 10;

Д2 - перемещение, измеряемое индикатором 11.

Напряжение от изгиба определяют по соотношению

а

М TJ

где W - момент сопротивления изгибу, вычисленный по размерам образца в месте его разрушения;

М - изгибающий момент. При этом изгибающий момент опреде- ляют по прогибу стойки, измеряемому индикатором 9, и вычисляют по соотношению

As(Li+L2),

где К - жесткость стойки (определяется экспериментально);

Дз - прогиб стойки;

L2 - длина стойки от места крепления к образцу до точки приложения усилия,

при использовании образцов с концентратором, выполненным в виде надреза Ме- наже, напряжения и деформации на дне концентратора могут быть подсчитаны по соотношениям

Отах О. СТНОМ ; Јmax (X Јном ,

где Отах, Јтах - напряжения и деформации на дне концентратора;

Оном - Јном - то же, вне концентратора;

а- теоретический коэффициент концентрации напряжений и деформаций.

Для достижения достаточной точности при оценке деформации образца перемещения AI и Д необходимо измерять с точностью 0.01 мм, а при оценке изгибающего момента измерения по индикатору Аз необходимо производить с точностью 0,001 мм.

Предлагаемые образец и устройство позволяют оперативно, с высокой достоверностью и при малых трудозатратах и затратах материалов проводить оценку свариваемости металла при выбранной технологии сварки.

Формула изобретения

1. Образец для испытаний на трещино- стойкость сварных соединений, выполненный в виде пластины со сварным

контрольным швом и концентратором напряжений на рабочем участке, отличающийся тем, 4to с целью расширения технологических возможностей и повышения точности и достоверности испытаний, он дополнительно снабжен вставкой и второй пластиной, по форме, размерам и материалу идентичной первой, а рабочая часть пластин выполнена переменной ширины, при этом вставка расположена между пластинами со стороны более широкой их части, жестко скреплена с ними и выполнена шириной, равной наибольшей ширине рабочей части пластин .

2. Устройство для испытаний на трещи- ностойкость сварных соединений, содержащее две параллельно расположенные

стойки, измеритель их взаимного перемещения, установленный в центральной части одной из стоек, измеритель нагрузки, закрепленный на балке, которая консольно закреплена на другой стойке, и механизм нагружения с гайкой и винтом, шарнирно закрепленным на одной из стоек, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения точности и достоверности испытаний, оно снабжено дополнительным измерителем взаимного перемещения стоек, установленным параллельно первому измерителю, винт механизма нагружения

закреплен на стойке с возможностью вращения вокруг своей оси, а гайка шарнирно закреплена на другой стойке.

Использование: для оценки стойкости сварных соединений и наплавок против холодных трещин, трещин при термообработке и для оценки циклической долговечности сварных соединений в машиностроении. Сущность изобретения: образец выполняют из двух идентичных пластин, скрепленных через вставку. Рабочая часть образца выполнена в виде балки равного сопротивления изгибу. Устройство снабжают дополнительным измерителем взаимного перемещения стоек. Нагружающий механизм устройства выполняют в виде шарнирно закрепленной пары винт-гайка. Образец и устройство позволяют повысить точность измерения деформации образца, а следовательно, точно рассчитать напряжение в нем. и производить испытания не только на воздухе, но и в печи при повышенной температуре или в криокамере при пониженной температуре. 2 с.п.ф-лы. 5 ил. сл С

Фиг. I

йиг. 2

ЗЗШ

J X/

ФигМ

Риг.5