Образец для контроля качества соединения разнородных материалов

 

Изобретение относится к механическим испытаниям. Цель - повышение точности OL ки прочности соединения с наклонной границей раздела между материалами за счет обеспечения разрушения образца именно по этой испытуемой границе. Образец в виде стержня сплошного или полного сечения, содержащий на участке длиной I косостыковое соединение разнопрочных материалов, снабжен поперечным надрезом , выполненным в менее прочном материале до границы с более прочным, а местоположение сечения с надрезрм ,р;пре-. деляется из соотношения 0 Z .ОД.; Ь V с , где с ОБ.П/ОМ.П , т.е. отношение значения предела прочности более прочного из материалов к пределу прочности менее прочного . При этом обеспечивается разрушение образца по испытуемой границе раздела материалов, если прочность связк не превосходит значения ОБ.П . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ССР

СР) с

АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) (22) (46) (71) (72) ков (56)

М6

АЛ (57) исп оце гра тот шен ниц

ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е

860083/28

7,08.90

7.02.93. Бюл. N. 5 и ровский политехнический институт .И.Василевич, В,H.Äóáðîâ и Л.И.Новивторское свидетельство СССР .

0866, кл. G 01 N 3/00, 1976. арнопольский Ю,M. и Канцис Т.Я. Метатических испытаний армированных иков. М.: Химия, 1981, с. 173, рис. 4.6.1.

БРАЗЕЦ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

ИНЕНИЯ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИВ зобретение относится к механическим таниям. Цель — повышение точности ки прочности соединения с наклонной ицей раздела между материалами за зобретение относится к механическим исп таниям и может быть использовано при выборе технологии сварки, пайки или скле вания разнопрочных материалов друг сдр гом, звестен образец для контроля качества с арного соединения разнородных материа ов. Образец имеет многолепестковую фор у, причем в пределах каждого из лепестко содержится участок испытуемой границ раздела между основным материалом и те, который приварен к основному. Предельное состояние образца в ходе испытания достигается при отрыве каждого лепестка поочередно. Этот образец имеет едостаток, что не обеспечивает раэруя лепестка строго по испытуемой грамежду материалами в соединении:

„„5U„„1793307 А1 (я)ю G 01 N 1/28 // G 01 N 3/00 счет обеспечения разрушения образца именно по этой испытуемой границе. Образец в виде стержня сплошного или полного сечения, содержащий на участке длиной t косостыковое соединение разноп рочных материалов, снабжен поперечным надрезом, выполненным в менее прочном материале до границы с более прочным, а местоположение сечения с надрезам,рпое-,. деляетсяизсоотношенияО< 2 < Q,6,.;,!. .ñ

ГДЕ C= О.Б,П/Стм.п, т.Е. ОТНОШЕНИЕ ЭНаЧЕНИЯ предела прочности более прочного из материалов к пределу прочности менее прочного, При этом обеспечивается разрушение образца по испытуемой границе раздела материалов, если прочность связи не превосходит значения оБ.п, 1 ил, разрушение может проходить в объеме менее прочного из материалов вблизи от границы, Этим снижается достоверность результатов контроля;

Известен также образец для испытания материалов на сдвиг по задайному продоль-. ному слою, Разрушение образца срезом обеспечено в ходе нагружения растяжением за счет точного выбора расстояния между вершинами надрезов, Участок испытуемого слоя выделен двумя поперечными надрезами, направленными от противоположных поверхностей навстречу друг другу до этого слоя.

- Но этот образец имеет недостаток, связанный с трудностью его использования для контроля соединения разнородных матери1793307 алов: наличие надреза в объеме более прочного материала существенно ослабило бы образец, т,к. оставшееся сечение принадлежит к малопрочному материалу; рабочую протяженность испытуемой границы между материалами (расстояние между вершинами надрезов вдоль оси образца) пришлось бы установить слишком малым — непредставительным, чтобы обеспечить разрушение образца в заданном слое.

Указанный недостаток проявился бы и при наклонной ориентации испытуемой границы раздела, т.е. - в косостыковом соединении, Цель изобретения — повышение точности оценки качества косостыкового соединения разнородных материалов за счет обеспечения разрушения именно по испытуемой границе между материалами.

Поставленная цель достигается тем, что образец, имеющий вид сплошного или полого стержня, содержащего испытуемое косостыковое соединение разнородных материалов, снабжен поперечным надрезом, причем надрез выполнен со стороны менее прочного из материалов до более прочного, в плоскости, отстоящей от вершины клина, образованного в соединении более прочным материалом, на расстоянии, определяемом из соотношения

О< 2 06!с где I äëèíà участка образца, содержащего испытуемое соединение (длина клина);

С - — — отношение значения предеЖл

Оеп ла прочности более прочйого из материалов к пределу прочности менее прочного из них.

Заявляемое соотношение получено из условия

own. W(z} ОмпМ!ь!т (1) где W(z) — момент сопротивления сечения образца, ослабленного надрезом, как функция искомого расстояния z a соответствии со способом нагружения образца при испытании;

М/ерт — момент сопротивления сечения целого образца в условиях используемого способа нагружения, Приведенное неравенство (1) представляет собой сравнение предельных (разрушающих) значений силового фактора в двух сечениях испытуемого образца: левая часть — в сечении под надрезом в объеме более прочного материала правая часть — в сечении целого образца менее прочного материала. Выполнение неравенства означает, что величина силового фактора (изгибающего или крутящего момента), потребного для разрушения мягкого материала в целом сечении образца, больше, чем для разрушения более прочного материала в сечении, ослабленном за счет надреза. Этим исключается разрушение менее прочного материала.

Прочность связи материалов по испытуемой границе раздела не известна, но в лю10 бом реальном случае она не выше прочности более проного из материалов.

Тогда по достижении в ослабленном надрезом сечении напряжений, близких к об,, возрастает вероятность зарождения трещи1б ны разрушения на испытуемой границе раздела.

Момент сопротивления Херт можно выразить через размеры целого сечения образца с помощью формул, известных из

20 сопротивления материалов. Момент сопротивления сечения под надрезом выражается через те же размеры и искомую координату 2, Решая неравенство (1) относительнох,"можно установить длину участка 5 соединения (от нуля до z.= z "), в пределах которого следует выполнить надрез, чтобы обеспечить при нагружении разрушение образца по границе раздела между материалами. Это разрушение будет заключаться в

30 зарождении трещины от вершины надреза и ее развитие по границе раздела на длине

2. вдоль оси образца.

Вид функций VApr. W(z) для сечений разной формы (прямоугольник, квадрат, круг, 35 кольцо и т,д.) — различен. Ко с достаточной точностью можно принести все решения неравенства (1) к универсальному выражению через значения: — длины участка образца с косостыковым соединением; и С вЂ” соотно40 шения пределов прочности (более прочного материала era< к пределу прочности gM< менее прочного). 3to универсальное выражение имеет вид

45 0< Х !!- с 2 и справедливо как в случае нагружения из. гибом, так и кручением. Для реально встречающихся форм сечений в найденном

50 выражении меняются только величина числового коэффициента k. Этот числовой коэффициент отражает особенности формы поперечных сечений и может быть условно назван коэффициентом формы сечения. Са55 мое низкое значение k = 0,6 относится к стержню с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника. Это число и введено в заявляемое соотношение

179330

0< У а 0 6 с "2, так как если надрез в обраэи выполнен в пределах от 2=0 до 2 =0,61 2, то этим обеспечивается эффективная работа образца с сечением любой другой формы.

Таким образом, основное отличие заявляемого образца для контроля качества соединений разнородных материалов состоит

4 том, что единственный поперечный надре. в пределах участка (. содержащего испытуемую наклонную границу раздела, ыполнен сп стороны менее прочного матеиала до более прочного, а плоскость надреза отстоит от вершины клина, с бр,=зованногО в соединении более ...р""

ым материалом, на расстоянии, оп :: r ел„ мом из соотношения

О< 2 < 0,6Ic сгбп г е С= — отношение значения прочОмп насти более прочного из материалов,< прочн ости менее прочного.

Укаэанное отличие существенно, так к к не встречается ни B одном аналогичном с особе и сообщает заявляемому техничес ому решению новое полезное свойство: и вышение точности оценки качества соед нения разнородных материалов с наклонн и границей раздела эа счет обеспечения р зрушения именное по испытуемой граниКа чертеже в качестве примера эаявляе oro образца показан стержень сплошног прямОугольного сечения: Ь вЂ” ширина с чения; h — высота. Образец, вырезанный и сварной заготовки, содержит соединен я двух материалов на участке длиной I: баглае прочими материал (б.п) и менее прочнь и (м.п). Граница разделена(гр) между нимй наклонена под утлом ак продольной о и образца. Концы образца служатдля его з крепления в нагружающем устройстве и приложения испытагельной нагрузки, например скручивающего момента М, показанного на чертеже, Штриховкой выделены:

1 поперечное сечение целого образца с размерами h и h; оно имеет момент сопротивления Мбр, (брутто); и поперечное сечение

I более прочного материала под.надрезами.— с размерами 41 и b и момент сопротивления

W(z). Координата сечения, оспабяенното надрезом, равна Z и отложена от вершины клина (точка А), образуемого в соединении более прочным материалом. Как видно на чертеже, надрез выполнен со стороны мене6 прочного материала до ГР, где в сечении наЧинается более прочный материал.

В случае испытания образца изгибом величину z находим из выражения.

Ь Ь3 Ь Ь Ь с

6 6 I ,где h>= — z

Получаем Z " 11 мм, если I= 21 мм и

C=-3 (величины b u h слева и справа сокращаются), Очевидно, получили

0< Z 0,6 I с 2 „где 1=1.

При испытании кручением по формулам, известным ис сопротивления материалов (кн. M.M.Ôèëîíåíêî — Бородича, С.M, ËçþìoBà и др. — Сопротивление материалов, M., иГос. изд-во технико-теоретич.

20 литературы, 1956 г., с. 367) bh2 /ьгт = „

5 (*) — — т—

bhf

3+1,8

h ,где h> = — z

Искомое з .ачение z найдется из уравнения

cbh1 (bh

5 нтт т

35 или после преобразования

Р.— 2,5z — 88=-0 с учетом B=h=4 мм; 1=21 мм; с=3, Отсюда " = 10 мм, т,е, численно то же, что Ыс, при k=1. Для стержня с сече- 1/2

40 нов форме круга решение неравенства (1) дает результат, численно равный

2 " = 0,9Ic для сечения в виде кругового сектора с центральным углом

45 zï" àõ "= o -751с-1

Ясно, что назначив расстояние Z иэ соотношения

0

50 подавно обеспечиваем выполнение исходного неравенства (1).

Произвели экспериментальную проверку прилагаемого образца для контроля прочности соединений между сталью мар55 ки 0 Х18Н10Т и техническим алюминием марки АД вЂ” 1. Образцы вырезали из круглых заготовок, полученных клинопрессовои сваркой. Образцы имели квадратное попе-: речное сечение 4 х 4 мм, Соединение имело

1793307 форму косого стыка на длине 21 мм в каждом из образцов.

Попытки оценить качество соединений, используя образцы известных конструкций не увенчались успехом: в 8-ми случаях их 5

10-ти разрушение развивалось s объеме менее прочного материала (алюминия). Поэтому можно было бы грубо отнести все образцы к одной категории качества.

Используя заявляемый образец (нагру- 10 жение кручением). установили по справочным данным соотношение пределов прочности стали и алюминия 6= О п/(7цп 3 .

Рассчитали значение z " по заявленному соотношению О< z 0,6!с. . Получили 15

1 " 7 мм. Исходя из полученного значения Ё, надрез в образцах был выполнен в плоскости, отстоящей от вершины клина, образуемого в соединении более прочным материалом (сталью), на расстоянии 7 мм со 20 стороны алюминия до его границы раздела о

Формула изобретения

Образец для контроля качества соединения разнородных материалов имеющий вид полого или сплошного стержня, содержащий испытуемое соединение при наклонной границе раздела между материалами и поперечный надрез, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения точности оце;;ки качества соединения эа счет обеспечения разрушения именно по границе раздела, надрез выполнен со стороны менее прочного иэ материалов до более прочного в плоскости, со сталью. В ходе последующего испытания образцов циклическим кручением регистрировали число циклов нагружения йт до образования трещины при амплитудном значении напряжения, равном 50 МПа. Испытали 10 образцов. Из них 8 разрушились отрывом алюминия от стали, т.е. показатель йт относится к качеству связи между сталью и алюминием. Образцы удалось дифференцировать в три группы по качеству и на это . основании откорректировать режим сварки стали с алюминием.

Таким образом, заявленная конструкция образца для контроля качества соединения разнородных материалов дает преимущество по сравнению с известными, т.к. обеспечивает отделение материалов друг от друга по границе между ними, отчего оценка качества соединения оказывается более точной. образованного более прочным материалом в соединении, на расстоянии Z определяемом из соотношения

0<2 < 061С где 1- длина участка образца, содержащего

ОБп испытуемое соединение, с- — отноше0мп ние значения предела прочности более прочного иэ материалов к пределу прочности менее прочного,