Способ определения технологической прочности металлов

Союз Советских ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН И Я К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУприсоединением зая 1 эки Всударствеииый комитет СССР(45) Дата опубликования описания 22.06.7(72) Авторы изобретени болотск Ши И. Фокин) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКО ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛОВИзобретение относится к области сварки металлов, в частностик способам испытаний металлов на свариваемость и может быть использовано в любой отрасли машиностроения при выборе основных и сварочных материалов, наименее склонных к обра. зованию 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 11.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 разрушению в сталях в сравнительно невысокой прочности.Известен также способ определения технологической прочности металлов, наиболее близкии к данному изобрепенпю по технической сущности и достигаемому эффекту,при котором пластины собирают в зажимном приспособлении и сваривают встык 121.5 Недостатком этого способа является невозможность точно смоделировать термо.реформационный цикл, приводящий к хрупким разрушениям в реальных конструкциях, особенно при электрошлаковой сварке,10 которая, как правило, применяется для соединения,деталей больших толщин,Целью данного изобретения являетсяповышение точности испытаний путем мо.делирования заданного тсрмодеформациопного цикла.Для этого до сборки на верхней и нижней сторонах пластин параллельно свариваемым кромкам выполняют выемки с глуь(20 биной й=1 - ), где О - толщина пла 2 с,)стпны, о, - продел текучести испытываемого металла, о - заданный уровень. напряжений, и за критерий технологической проч.ности принимают минимальное напряжение,которое вызывает появление трещин в тсч- ние заданного промежутка времени.На фиг. 1 прдставлена скема испытаний;на фиг. 2 - вид сверху фиг. 1; на фиг. 3 ЗО формы и размеры одной половины образцСпособ заключается в следующем. Нл рабочей части 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 6 при постоянной их про. тяженности 1. В зависимости от глубины выемок 6 изменяется площадь сечения 5, пластин на этом участке, что при усадке пластин в жестком закреплении после окончания их сварки приведет к неравномерно. му распределению,деформации по длине их рабочей части. При этом, чем глубже выемки 6, тем больше часть деформации локализуется на участке 1, что, в конечном итоге, приведет к снижению уровня напряжения в металле шва и околошовной зоне.Сказанное поясняется расчетом.Пусть 5, и 52 - 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 текучести от, а общее усилие составит Р=5 о,. Это же усилие будет действовать и на участке, где площадь сечения 5 т. е, здесь напряжения будут:Р 5,о= -- =- а,- т 55,Изменяя соотношение - в нужных пре 5,делах, можно регулировать уровень напря. жжений в сварном соединении.Пластины 1 и 2 устанавливают в при.способлении 3 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 претерпе. вают 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 под действием постоянного напряжения заданное время или до появления трещины. Критерием оценки свариваемости является минимальное напряжение о, которое вызывает появление трещины за установленный период времени, Для замера напряжений в образце можно использовать тензометрические датчики б, а момент появления трещины фиксировать при помощиультразвукового или другого метода (датчик 7 устанавливают соответствующим образом на образце). Заданную глубину выемок 6 определяют следующим образом.Пусть а - ширина рабочей части образца, Ь - толщина образца, 6 - глубина выемок, тогда 5=а(Ь - 26); 5,=аЬ. Ранее бы 5,ло установлено, что о = о - - поэтомут 5 эа(Ь - 26) 1 26 1 аЬ" Ь( 26 26- а -С -- ==- С - а,т т Ь т Ь " т15Решаем полученное уравнение относительно 6:6 - ,илп 6= - 1 - Основные преимущества способа заключаются в следующем: простота способа и отсутствие необходимости применения спе циальных разрывных машин; идентичностьусловий испытаний с термодеформационным циклом сварки реальных конструкций; широкий диапазон изменений уровня напряжений в сварном соединении; неограничен ность размеров и толщин свариваемых образцов, что позволяет оценить склонность к задержанным разрушениям любой стали и применить электрошлаковую сварку,Для реализации способа спроектировано 35 приспособление и образец;для испытаний.В основу расчетов при проект 1 ировании положены замеры температурных полей при электрошлаковой сварке листов толшиной 100 мм. Расчет показал, что при электро шлаковой сварке образцов с сечением100 Х 100 мм из низколегированных перлитных сталей в процессе усадки при охлаж дении зоны шириной 200 лм с температурой выше 650 С в сварном шве возникнут 45 напряжения, равные пределу текучести придлине рабочей части образца не более 800 лил. Запроектирована длина рабочей части, т, е. длина образца между запле.чиками, 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 изобретения60Способ определения технологическойпрочности металлов, преимущественно при электрошлаковой сварке, при котором пластины собирают зажимным приспособ лением и сваривают стык, о т л и ч а ю 659323щи й 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 глубинойЬ сЙ= - 1 , где б - толщина пластины,йо, - предел текучести испытываемого металла, о - заданный уровень напряжений, и за критерий технологической прочности принимают минимальное напряжение а, ко. торое вызывает появление трепни в течениезаданного промежутка;времени. Источники информации, принятые во 5 внимание при экспертизе:1. В. С. Касаткин и др, Установка дляисследования замедленного разрушения сварных соединений. Автоматическая сварка3, 1971 г, с. 74 - 75.1 О 2. М. Х. Шарщоров и др. Испытанияметаллов на свариваемость, 1972, с. 133 - прототип,659323 ектор С файн еверо едакт каз 314/507 НПО Госуд Составитель Л, Назарова Техред Н. Строганова Изд.287 Тираж 1221 Подписноевенного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Тип. Харьк, фил. пред. Патент