Способ определения коэффициента вязкости разрушения металла сварного шва

 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оценке вязкости разрушения сварных соединений. Целью изобретения является повышение точности оценки вязкости разрушения металла шва сварных соединений. Способ включает изготовление образца, наведение концентратора напряжений и трещины и последующее испытание до разрушения, при этом концентратор напряжений и трещину выполняют путем сварки по кромке двух предварительно разделанных, отполированных и контактирующих по скошенным полированным поверхностям пластин, сжатых распределенной нагрузкой, выбранной из условия σ<0,25σ_т , где σ - сжимающие напряжения на скошенных поверхностях пластин, s_т - предел текучести. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оценке вязкости разрушения сварных соединений и может быть использовано во всех отраслях сварочного производства.

Известен способ определения коэффициента вязкости разрушения К_1с путем испытаний металлических образцов с предварительно наведенной усталостной трещиной.

Однако известный способ малоэффективен применительно к сварным соединениям, т.к. в процессе наведения усталостной трещины реальная структура в ее вершине принципиально отличается от структуры, возникшей в процессе сварки.

Известно, что при сварке в металлах возникают внутренние напряжения первого, второго и третьего рода. При наведении усталостной трещины эти напряжения перераспределяются, что приводит к изменению исходных свойств сварных соединений. И в первую очередь это относится к напряжениям второго и третьего рода, т.е. напряжениям, уравновешивающимся в объеме нескольких зерен и напряжениям, создаваемым дефектами кристаллической решетки, поскольку потенциальная энергия этих напряжений на два порядка выше энергии напряжений первого рода.

Таким образом, результаты, полученные на сварных образцах с наведенными трещинами, не адекватны истинным показателям свойств сварных соединений.

Целью предполагаемого изобретения является повышение точности оценки вязкости разрушения металла шва сварных соединений (коэффициент вязкости разрушения сварного соединения назван нами K_1cw, где индекс w означает "сварной").

Эта цель достигается за счет того, что в способе определения коэффициента вязкости разрушения металлов, включающем изготовление образца, наведение в нем концентратора напряжений и трещин и последующее проведение испытаний, концентратор напряжений и трещину выполняют путем сварки по кромке двух предварительно разделанных, отполированных и контактирующих по скошенным полированным поверхностям пластин.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен образец для реализации предлагаемого способа.

Способ определения коэффициента вязкости разрушения сварного соединения осуществляется следующим образом.

На пластинах 1 вблизи кромки выполняются скосы 2, поверхности которых шлифуются и полируются. Затем на пластинах 1 выполняется разделка под сварной шов 3, после чего пластины 1 сжимаются распределенной нагрузкой q (величина нагрузки рассчитывается таким образом, чтобы сжимающие напряжения σ на поверхностях скосов 2 не превышали величину равную 0,25 σ_Т). Затем производится сварка пластин 1 в сжатом состоянии, что исключает возможность возникновения горячих и холодных трещин. Сваренный образец освобождается от сжимающей нагрузки и выдерживается в течение 24 час, после чего концы пластин устанавливаются в зажимах 4 испытательной машины и проводится испытание образца до разрушения силами Р. Значение коэффициента вязкости определяют по известным формулам с учетом величины напряжений, создаваемых силами Р в рабочем сечении bxh.

Конкретный пример осуществления способа. Сварке подвергались пластины из стали 2х13 размером δхb x l=10х70х10 мм, h = 5 мм. Сварка производилась автоматическим способом под слоем флюса. Сила тока 150 А, напряжение 18-20 в, скорость сварки V_св=15 м/ч. Присадочная проволока марки СВ-08.

Всего было сварено 5 образцов, после выдержки в течение 24 час образцы были разрушены. При этом силы Р имели значения 160, 185, 200, 170, 180 кг. Путем фрактографических исследований было установлено, что во всех случаях имело место хрупкое разрушение металла шва (путем отрыва). Коэффициент К_1cw вычислялся по известной формуле: K_1cω=σ f₁ где σ- напряжения при данных условиях нагружения; l - длина трещины; f₁ - коэффициент, зависящий от формы и размеров образца.

Применительно к данным условиям в настоящее время вычисления проводятся методом конечных элементов.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛА СВАРНОГО ШВА, включающий изготовление образца, наведение в нем трещинообразного концентратора напряжений и трещины и последующие испытания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при испытании металла шва сварного соединения, трещинообразный концентратор напряжений выполняют путем сварки по кромке двух предварительно разделанных, отполированных и контактирующих по скошенным поверхностям пластин, сжатых распределенной нагрузкой, выбранной из условия σ ≅ 0,25σ_т, где σ - снимающие напряжения на скошенных поверхностях пластин; σ_т - предел текучести.

РИСУНКИ

Рисунок 1