Образец для контроля качества соединения разнородных материалов

(5)5 6 3 ННОЕ ПАТЕНТНОСРР) РЕТЕН АНИ ЕЛЬСТВ 860083/287,08.907.02,93. Бюл. М 5ировский политех(46) (71) еский институт убров и Л.И,Нови ков (56). тод (54) АЛ (57) исп оце гра ыве каждого браэец имеетечивает раэрупытуемой грасоединении; ш и вторское свидетельство СССР .0866, кл. О 01 й 3/00, 1976.арнопольский Ю,М. и Канцис Т.Я. Местатических испытаний армированных тиков, М.: Химия, 1981, с. 173, рис. 4.6,1, БРАЗЕЦ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИНЕНИЯ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИ- Взобретение относится к механическим таниям. Цель - повышение точности ки прочности соединения с наклонной ицей раздела между материалами за зобретение относится к механическим исп таниями 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 испытан л тот иядостигается при отр епестка поочередно. Этот о едостаток, что не обеспя лепестка строго по и между материалами 1793307 А счет обеспечения разрушения образца именно по этой испытуемой границе, Образец в виде стержня сплошного или полного сечения, содержащий на участке длинойкосостыковое соединение разнопрочных материалов, снабжен поперечным надрезом, выполненным в менее прочном материале до границы с более прочным, а местоположение сечения с надрезом,рп-, деляетсяизсоотношенияО Е0,6,.;,с ГДЕ С= ОБ,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 обьеме 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 матери 1793307алов: 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 соотношенияО 206 сгде- длина участка образца, содержащего испытуемое соединение (длина клина);С " -- отношение значения предеОйпСтмпла прочности более прочйого из материалов к пределу прочности менее прочного из них.Заявляемое соотношение получено из условияОЬп. Ю (г)Омп ЯБРТ (1)где В(г) - момент сопротивления сечения образца, ослабленного надрезом, как функция искомого расстояния г в соответствии со способом нагружения образца при испытании;9/брт - 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 5 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 лю бом реальном случае она не вышепрочности более прочного из материалов.Тогда по достижении в ослабленном надре- ЗОМ СЕЧЕНИИ НаПРЯжЕНИй. бЛИЗКИХ К Обп, возрастает вероятность зарождения трещи 1 б ны разрушения на испытуемой границе раздела.Момент сопротивления Ябрт 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 г, Решая неравенство (1) относительнох можно установить длину участка гб соединения (от нуля до г.=г), в пределахкоторого следует выполнить надрез, чтобы обеспечить при нагружении разрушение образца по границе раздела между материалами. Это разрушение будет заключаться в 30 зарождении трещины от вершины надрезаи ее развитие по границе раздела на длине 2. вдоль оси образца.Вид функций Чахер, Ю(г) для сечений разной формы (прямоугольник, квадрат, круг, 35 кольцо и т,д.) - различен, Ко с достаточнойточностью можно принести все решения неравенства (1) к универсальному выражению через значения:- длины участка образца с косостыковым соединением; и С - соотно шения пределов прочности (более прочногоматериала щп к пределу прочности омп менее прочного). Это универсальное выражение имеет вид45 0 Х1.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 Е, Этот числовой коэффициент отражает особенности формы поперечных сечений и может быть условно назван коэффициентом формы сечения. Са мое низкое значение 1 = 0,6 относится кстержню с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника. Это число и введено в заявляемое соотношениеяние Е иэ со 0 Е061 с 2,так как если надрез в обраэис, выполнен в пределах от 2=0 до 7=0,61 , то этим обеспечивается эффективная работа образца с сечением любой другой формы.Таким образом, основное отличие заявляемого образца для контроля качества соединений разнородных материалов состоит ) том, что единственный поперечный надре. в пределах участка 1, содержащего исг)ытуемую наклонную границу раздела, ыполнен сп стороны менее прочного матеиала до более прочного, а плоскость надреза отстоит от вершины к пина, сбр;.зованногО в соединении более; о"," ым материалом, на расстоянии, оп:.1 ел мом из соотношения ч.яб П гд)е С=- отношение значения прочОмп насти более прочного иэ материалов, прочности менее прочного.Укаэанное отличие существенно, так к к не встречается ни в одном аналогичном с особе и сообщает заявляемому техничес ому решению новое полезное свойство: и вышение точности оценки качества соед нения разнородных материалов с наклонн й границей раздела эа счет обеспечения р зрушения именное по испытуемой граниКа чертеже в качестве примера эаявляе ого образца показан стержень сплошног прямОугольного сечения: Ь - ширина с чения; Ь - высота. Образец, вь)резанный и сварной заготовки, содеркит соединен я двух материалов на участке длиной 1: баглае прочими материал (б,п) и менее проч. н)б)й (м,п). Граница разделена(гр) между нимй наклонена под углом 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;) пс)перечное сечение целого образца с размерами Ь и Ь; оно имеет момент сопротивления Мбрт (брутто); и поперечное сечение более прочного материала под.надрезами. - с размерами )1 и Ь и момент сопротивления Же), Координата сечения, ослабленното надрезом, равна Е и отложена от вершины кл)на (точка А), образуемого в соединении более прочным материалом, Как видно на чертеже, надрез выполнен со стороны мене 6 прочного материала до ГР, где в сечении наЧинается более прочный материал,В случае испытания образца изгибомвеличину 2 находим из выражения. Ь Ь 3 Ь Ь 2 Ьс6 6, где Ь 1= - 2 Получаем Е" 11 мм, если 1= 21 мм и С=-3 (величины Ь и Ь слева и справа сокращаются)Очевидно, получили 0 Е0,61 с 2 где 1=1,При испытании кручением по формулам, известным и.". сопротивления материалов (кн. М,М.Филоненко - Бородича, С.М,Изюмова и др, - Сопротивление материалов, М., иГос. изд-во технико-теоретич, 20литературы , 1956 г., с. 367) Искомое з).ачение 1 найдется из уравнения30 35 или после преобразования2.2. - 2,52 - 88=0с учетом В=Ь=4 мм; 1=21 мм; с=З,Отс)ода г" = 10 мм, т,е, численно тоже, что Ыс, при 1=1. Для стержня с сечей40 нов форме круга решение неравенства (1)дает результат, численно равный2 а" = 0,91 сдля сечения в виде кругового сектора сцентральным углом45 аах 0 75 с/2Ясно, что назначиЪ расстоотношенияО О 6 с для всех форм сечения образца мы и50 подавно обеспечиваем выполнение исходного неравенства (1),Произвели экспериментальную проверку прилагаемого образца для контроляпрочности соединений между сталью мар 55 ки О Х 18 Н 10 Т и техническим алюминиеммарки АД - 1. Образцы вырезали из круглыхзаготовок, полученных клинопрессовоисваркой. Образцы имели квадратное поперечное сечение 4 х 4 мм, Соединение имелоформу 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 в объеме менее прочного материала (алюминия). Поэтому можно было бы грубо отнести все образцы к одной категории качества.Используя заявляемый образец (нагру жение кручением), установили по справочным данным соотношение пределов прочности стали и алюминия ь = Овп/Омп -3. Рассчитали значение Т по заявленному соотношению О0,6 с. , Получили 15 Рф" 7 мм, Исходя из полученного значения , 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 разделао Формула изобретения Образец для контроля качества соединения разнородных ютериалов имеющий вид полого или сплошного стержня, содержащий испытуемое соединение при наклонной границе раздела между материалами и поперечный надрез, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности оцеки 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 Е определяемом из соотношения020,61 С где 1- длина участка образца, содержащегоОБп испытуемое соединение, с- - отношеОмп ние значения предела прочности более прочного иэ материалов к пределу прочности менее прочного,