Способ определения технологической прочности металлов

 

Союз Советских

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.04.77 (21) 2467879 25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описан ия 22.06.79 (51) М. Кл.- "В 23 К 28/ОО

G 01 N 33/20 гасударственный комитет

СССР

us делом изобретений и открытий (53) УДК 621.791.011 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Заболотский, Н. И. Фокин и В. И. Шиян (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОИ

ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к области сварки металлов, в частности,,к способам испытаний металлов на свар иваемость и может быть использовано в любой отрасли машиностроения при выборе основных и сварочHblx материалов, наименее склонных к образовани|ю трещин в металле шва и околошовной зоне.

Известен способ исследования замедленного разрушения сварных соединевий, который заключается в том, что две половины образца крепят в захватах силового устройства установки, затем сваривают, посл» чего образец нагружают до заданного урозня растяпивающих напряжений, который поддерживается в течение всего времени испытаний (1).

Недостатком этого способа с машинным нагружением образцов является, во-первых, невозможность точно смоделировать ъермодеформационный цикл, приводящий к хрупким разрушениям в реальных конструкциях, во-вторых, ограниченность разрывного усилия машин не позволяет испытывать образцы большого сечения, что исключает возможность определения склонности к задержанному разрушен ию в сталях в сравнительно невысокой прочности.

Известен также способ определения технологической прочности металлов, наиболее близкий к данному изобрепенпю Ilo технической сущности и достигаемому эффекту, при котором пластины собирают в зажимном приспособлении и сваривают встык (21.

Недостатком этого способа является невозможность точно смоделировать термодеформационный цикл, приводящий к хрупKHM разрушениям в реальных конструкциях, особенно при электрошлаковой сварке, которая, как правило, применяется для со0динения,деталей больших толщин.

Целью данного изобретения является повышение точности испытаний путем моделирования заданного термодеформациопного цикла.

Для этого до сборки на верхней и нижней сторонах пластин параллельно свариваемым кромкам выполняют выемки с глуb(20 биной h= -- (1 — ), где b — толщина пла2, c.,) стпны, o, — предел текучести испытываемого металла, о — заданный уровень напряжений, и за критерий технологической прочности принимают минимальное напряжение, которое вызывает появление трещин в теч»ние заданного промежутка времени.

На фиг. 1 прдставлена схема испытаний; на фиг. 2 — вид сверху фиг. 1; на фиг. 3-з0 формы и размеры одной половины образца.

659323

Способ заключается в следующем. Нэ рабочей част и пластин 1 и 2 перед установкой их в приспособлении 3 под сварку выполняют выемки различной, но одинаковой для обеих пластин в каждом конкретном случае с глубиной h при постоянной их протяженности l. В зависимости от глубины выемок h изменяется площадь сечения S пластин на этом участке, что при усадке пластин в жестком закреплении после окончания их сварки приведет к неравномерному распределению,деформации по длине их рабочей части. При этом, чем глубже выемки h, тем больше часть деформации локализуется на участке l, что, в конечном итоге, приведет к снижению уровня напряжения в металле шва и околошовной зоне.

Сказанное поясняется расчетом.

Пусть S> и Sz — площади сечения пластин соответственно в месте выемки и сварного шва. Усатика в месте выемки, как в наибольшее слабом месте, в конечном результате вызовет пластическую деформацию, т. е. здесь возникнут напряжения, равные пределу текучест|и о,, а общее усилие составит Р=S . o,. Это же усилие будет действовать и на участке, где площадь сечения $>, т. е. здесь напряжения будут:

Р $, a= — — =- а, S S.

S, Изменяя соотношение — в нужных преS делах, можно регулировать уровень напряжений в сварном соединении.

Пластины 1 и 2 устанавливают в при.способлении 8 и закрепляют заплечиками при помощи стяжек 4 и планок б.

После этого выполняют сварку. В процессе нагрева при сварке металл шва и частично зона термического влияния претерпевают пластическую деформацию сжатия, поскольку пластины закреплены. При последующем охлаждении по окончании сварки полученный образец будет претерпевать усадку. Поскольку образец жестко закреплен в приспособлении, исключающем сво. бодную усадку, в нем возникнут напряжения растяжения, которые будут увеличиваться по мере охлаждения, пока на участке выемки они не достигнут предела текучести о,, после чего образец остается по.t действием постоянного напряжения заданное время или до появления трещины.

Критерием оценки свариваемости является минимальное напряжение о, которое вызывает появлен ие трещины за установленный период времени, Для замера напряжений в образце можно использовать тензометрические датчики о, а момент появления трещины фиксировать при помощиультразвукового или другого метода (датчик

7 устанавливают соответствующим образом на образце).

Заданную глубину выемок h опред еляют следующим образом.

Пусть а — ширина рабочей части образца, b — толщина образца, h — глубина выемок, тогда $>=a(b — 2h); $ —— ab. Ранее быS ло установлено, что о=о — - поэтому

Т $ з

a(b — 2Й) (2h ) аb Ь) 2h 2h — — с — — ==-- a — a. т т " т 1 " т

Решаем полученное уравнение относительно h:

h —, и.t i h= — 1 — — — .

Основные преимущества способа заключаются в следующем: простота способа и отсутствие необходимости применения спе25 циальных разрывных машин; идентичность условий испытаний с термодеформационным циклом сварки реальных конструкций; широкий диапазон изменений уровня напряжений в сварном соединении; неограничен30 ность размеров и толщин свариваемых образцов, что позволяет оценить склонность к задержанным разрушениям любой стали и применить электрошлаковую сварку.

Для реализации способа спроектировано

ЗБ приспособление и образец;для испытаний.

В основу расчетов при проектировании положены замеры температурных полей при электрошлаковой сварке листов тол шиной

100 мм. Расчет показал, что при электро4о шлаковой сварке образцов с сечением

100><100 мм из низколегированных перлитных сталей в процессе усадки при охлаж. дени и зоны шириной 200 л м с температурой выше 650 С в сварном шве возникнут

45 напряжения, равные пределу текучести при длине рабочей части образца не более

800 л л . Запроектирована длина рабочей части, т, е. длина образца между заплечиками, которыми он крепится к приспособлению, равная 650 мм. Глубина выемок определяется из требований уровня растягивающих напряжений, которые предлагается создать в сварном соединении. Формы и размеры одной половины образца представлены на фиг. 3. Вторая половина аналогична.

Формула изобретения

Способ определения технологической прочности металлов, преимущественно при электрошлаковой сварке, при котором пластины собирают зажимным приспособлением и сваривают стык, о т л и ч а ю659323 амбарной шо6

Фиг.1

Фиг.2 щи и с я тем, что, с целью повышения точности испытаний путем моделирования заданного тер модефор мационного цикла, до сборки на верхней и нижней сторонах пластин параллельно свариваемым кромкам выполняют выемки с глубиной

b(a1

Й= — 1 J, где b — толщина пластины, 2 a,)

a, — предел текучести испытываемого металла, o — заданный уровень напряжений, и за критерий технологической прочности принимают минимальное напряжение а, которое вызывает появление треп ни в течение з ада нного промежутка;в р емееи.

Источники информации, принятые во

5 внимание при экспертизе:

1. b. С. Касаткин и др. Установка для исследования замедленного разрушения сварных соединений. Автоматическая сварка № 3, 1971 г. с. 74 — 75.

1О 2. N. Х. Шарщоров и др. Испытания металлов на свариваемость, 1972, с. 133— прототип.

659323 иг.

Составитель Л, Назарова

Техред Н. Строганова

Редактор К. Северова

Корректор С, файн

Тип. Харьк. фил. пред. сПатенть

Заказ 314/507 Изд. № 287 Тираж 1221 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5