Способ подготовки образца из материала,склонного к образованию горячих трещин,к механическим испытаниям на вязкость разрушения

 

CoIo3 Советскин

Социалистичаскин

Республик

ОП ИСАНИЕ, ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 930044 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 21.12.78 (21) 2700721/25 27 с присоединением заявки № (23) Приоритет

{51) М. Кл.

G 01. N 1/00

G 01 N 3/00

В 23 К 28/00

9кударатвенны11 кемнтет

CCCP аю делам нзобретеннй н ютнрытнй

Опубликовано 23 ° 05 82 бюллетень № 19

Дата опубликования описания 23 ° 05.82. (53) УДК 621. 791..011(088.8) (72) Автор изобретения

Н.H. Прохоров

Московский вечерний металлургич (7!) Заявитель (54 ) СПОСОР ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦА ИЗ HATEPMAllA, СКЛОННОГО К ОБРАЗОВАНИЮ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН, К МЕХАНИЧЕСКИМ ИСПЫТАНИЯМ НА ВЯЗКОСТЬ

РАЗРУШЕНИЯ

Изобретение относится к сварке, в частности к способам подготовки образца к механическим испытаниям на вязкость разрушения, и может найти применение в судостроении, химическом машиностроении и других отраслях промышленности при испытаниях сварных соединений на вязкость разрушения.

Известны испытания сварных соеди в нений, предусматривающие определение механических характеристик стыковых сварных соединений под воздействием статических или динамических нагрузок при высоких и низких температурах (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ подготовки образца из материа. ла, склонного к образованию горячих трещин, к механическим испытаниям на вязкость разрушения, при котором в образце создают регламентированную трещину.

В этом способе трещину получают путем циклического нагружения образца с доведением ее до требуемых размеров, при этом обеспечивается получение трещины с физическим состоянием материала в вершине трещины, характерным для усталостных нагрузок (2).

Однако при анализе склонности к хрупкому разрушению сварных образцов, имеющих микродефекты типа горячих трещин, необходимо располагать материалом, физическое состояние которого определяется процессами, протекающими при температурах образования горячих трещин, т.е. в области солидусных температур, что не позволяет достигнуть известный способ.

Цель изобретения - приближение свойств образца в области вершины трещины к свойствам реальных сварных соединений.

5d- h -1Од

1,5 Ьи 11 -4 hи.

45

5О

3 930

Эта цель достигается тем, что согласно способу подготовки образца иэ материала, склонного к образованию горячих трещин, к механическим испытаниям на вязкость разрушения, при котором в образце создают регла.ментированную трещину, в образце шириной h предварительно выполняют две продольные, симметрично расположенные на расстоянии h от его продольной оси прорези, начинающиеся от передней кромки образца, длиной, равной длине создаваемой трещины, и, выполняя сварной шов, проплавляют образец на всю его длину по его. продольной оси, при этом h> è h выбирают из соотношений

5d»h !0"

1,5 h и

И где — толщина образца.

На чертеже представлен образец, изготовленный предЛагаемым способом.

Образец представляет собой прямоугольную пластину. Предварительно в образце выполняют продольные симметрично расположенные прорези заданной длины.

Сварной шов накладывают по продольной оси пластины с полным проплавлением. Образование горячей трещины в таком образце достигается за счет высокого темпа деформаций металла -сварного шва в температурном интервале хрупкости.

Экспериментальный и расчетный анализ технологической прочности металлов при сварке показывает, что темп внутренних высокотемпературных деформаций металла шва в значительной мере зависит от жесткости свариваемых элементов. При проплавлении пластин стыковым швом темп деформаций оказывается в значительной мере различным в областях шва в начальном его участке (находящемся между прорезями) и во второй .части шва (дальше прорези). В значительной мере это связано с большими поперечными перемещениями полупластин, разделенных высокотемпературной частью шва. В результате неравномерного нагрева полупластин они изгибаются таким образом, что берега трещины расходятся. Величина этого изгиба в первом приближении обратно пропорциональна моменту инерции поперечного сечения полупластин °

044 4

Таким образом, если, например, в выбранном образце размеры h u h назначить в соотношении 2: 1, то да° же при разных продольных деформациях кривизна соответствующих участков полупластин длиной 6И и (e- Ри ) будет отличаться в 8 раз.

В итоге темп деформации в области шва между прорезями оказывается значительно выше, чем в области, не находящейся между ними. Благодаря этому продольная горячая трещина развивается только в начальном участке шва, причем ее длина приблизительно равна длине прорезей.

Чрезмерное уменьшение размера h приводит к выравниванию температуры в поперечном сечении пластины.

Указанные причины приводят к тому, что размеры h и h следует выбирать исходя из отношения

Непременным условием, определяющим эффективность предложенного способа, является обеспечение полного (сквозного) проплавления пластины сварным швом. В противном случае, если остаются непроплавленные перемычки между полупластинами, горячая трещина не развивается или даже не возникает. Для обеспечения проплавления начального участка шва у передней кромки в пластине можно выполнять неглубокую прорезь или применять вводную планку для обеспечения наложения шва, начиная с самой кромки пластины.

<о При нанесении сварного шва по предложенному способу получают регламентированную по геометрии и размерам трещину, в вершине которой материал (состояние межзеренных rpaниц, развитие химической неоднородности, процессы адсорбции и т.д.) отвечает состоянию реальных сварных конструкций, имеющих дефекты типа горячих микротрещин и склонных к развитию хрупкого разрушения при эксплуатационных нагрузках.

Пример. Были выполнены эксперименты по получению сварных образцов с регламентированными по геометрии горячими трещинами. Образцы были приготовлены в виде пластины прямоугольной формы, толщиной 3 мм иэ стали 30ХГСА. Длина пластины составляла 3 70 мм и ширина 2h 120 мм.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сефериан Д. Металлургия сварки. М., Машгиз, 1963, с. 180-199.

2. Авторское свидетельство СССР

NÃ 271853, кл. G 01 N 1/28, 1969 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 3453/52, Тираж 883 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 93004

Размер Ь составлял 30 мм. В пластине выполнялись продольные прорези ограниченной длины, начинающиеся от. передней кромки (длиной 40 мм) .

Сварной шов выполнялся путем . проплавления пластины электрической дугой без присадочной проволоки, на керамической подкладке вдоль продольной оси пластины. Режим проплавления: ток 170 А, напряжение на дуге 1о

16 В, скорость сварки 0,55 см/с. . При этом режиме обеспечивалось полное проплавление пластины на всей

его длине. Для гарантии проплавления пластины в начальном участке шва в ts пластине у передней ее кромки была предварительно нанесена прорезь длиной 6 мм.

При выполнении операции по предложенному способу были получены образцы с трещиной длиной 40.мм.

Технико-экономическая эффективность способа получения образца с регламентированной по длине и конфигурации продольной горячей трещиной р5 для испытаний на вязкость разрушения обусловлена тем", что получаемые при ,этом образцы позволяют при их испыта ниях на вязкость разрушения получйть более достоверные сведения о вязкости разрушения сварных швов, имеющих реальные технологические дефек ты типа горячих микротрещин, и, таким образом, способствуют повышению надежности сварных металлоконструкций, испытанных предла гаемым способом.

Способ подготовки образца иэ материала, склонного к образованию горячих трещин, к механическим испытаниям на вязкость разрушения, при котором в образце создают регламентированную трещину, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью приближения свойств образца в области вершины трещины к свойствам реальных сварных соединений, в образце шириной. h предварительно вы" полняют две продольные, симметрично расположенные на расстоянии h от его продельной оси прорези, начина1ощиеся от передней кромки образца, длиной, равной длине создаваемой трещины, и, выполняя сварной шов, проплавляют образец на всю

его длину по его продольной оси, при этом Ь и h выбирают из соотношений

5 d "и 1+

1,5 hq < h 4 1 „, где б - толщина образца .