Способ определения пластичности сварного соединения

(51) 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН я к исследованию ериалов и соедиопределения плане ния.овышение достости путем обеспеопределения зон сварного соео после сварки в разования холодразец для опреденого соединения; я образца; на фиг. предельной плагосуддРственное пдтентноеВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательскийинститут по строительству магистральныхтрубопроводов(45) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ(57) Изобретение относится к исследованиюпрочностных свойств материалов и соединений. Целью изобретения является повышение достоверности результатов путемобеспечения возможности определенияпластичности различных зон сварного соеИзобретение относитс прочностных свойств мат нений, точнее к способам стичности сварного соеди Цель изобретения - и верности и информативно чения возможности пластичности различных динения непосредственн интервале температур об ных трещин. На фиг, 1 показан об ления пластичносги. свар на фиг, 2 - схема испытани 3 - график зависимостидинения непосредственно после сварки в интервале температур образования холодных трещин. Способ включает изготовление пары пластин, разделку кромок, сварку пластин, нагружение образца трехточечным изгибом. Перед разделкой кромок на расстоянии а=(0,2 - 0,4)т т - толщина металла) от одной иэ боковых граней каждой из стыкуемых пластин на всю толщину металла выполняют сквозной паз Зт(1+19 а) ( а- угол скоса кромок), нагружение трехточечным изгибом производят непосредственно после сварки с одновременной записью диаграммы "перемещение - время", "нагруэ- щ ка-время", затем измеряют величину предельной деформации каждой части образца по обе стороны прорези, строят диаграмму пластичности исследуемой зоны сварного соединения в температурном интервале холодных трещин. 6 ил. 1 табл.9 стичности от уровняжесткости; на фиг. 4 - график зависимости "нагрузка-время"; на фиг, 5 - график "перемещение-время"; на фиг,6 - совмещенный график для прогнозирования возможности образования холодных трещин,Способ реализуют следующим образом: изготавливают пару пластин 1,2. Затем на заданном расстоянии а=(0,2 - 0,4)с, где с - толщина металла, от одной из боковых граней каждой из пластин на всю толщину металла выполняют сквозной паз 3 длиной(+сд а), где а - угол скоса кромок,При определении пластичности металла шва непосредственно после выполненияпрорези на каждой иэ пластин осуществляют разделку кромок, например 0- или Ч-образную, Пластины стыкуют и сваривают, после чего на образец со стороны корня шва 4 устанавливают двухконсольный датчик 5 и подвергают образец нагружению со стороны, противоположной корню шва по схеме трехточечного изгиба с одновременной записью диаграммы "нагрузка-время" и "перемещение-время",При определении пластичности зоны термического влияния после разделки кромок, перед сваркой пластин поперек одной иэ них, например, пластины 1 на испытуемом участке осуществляют острый надрез 6 на глубину 0,2 - 0,8)с со стороны корневого слоя, при этом одну из сторон надреза размещают перпендикулярно поверхности образца.П р и м е р.Предложенным способом иэ стали К 65 толщиной 14,5 мм были изготовлены пластины шириной 76 мм, со сквозным пазом длиной 1=72 мм 1Зс(1+сд а) примеры 1-4 и 7 - 9 и 1=62 мм 1Зс (1+сда) примеры 5 и 6, На пластинах в примере 1 прорезь наносили на расстоянии 1,5 мм а 0,2 с, в примерах 2,5 и 8 - на расстоянии 3,0 мм а=0,2 с, в примерах 3,6, 7 и 9 - на расстоянии 5,5 мм а=0,4 с и в примере 4 - на расстоянии 6 мм (а 0,4 с) от боковой грани,На образцах 1-7 по зоне термического влияния сделали дополнительный надрез с углом раскрытия 45 градусов, Надрез наносили на глубину: 3 мм (1=0,2 с) - примеры 1,3,5,7,9 и 11:11 мм (1=0,8 с) - примеры 2,4,6,8,10 и 12; 1,5 мм (1 0,2 с) примеры 13 и 15; 13 мм (10,8 с) - примеры 14 и 16, а на образцах в примерах 17 и 18 надрез не наносили и.Сборку образцов производили в соответствии с фиг. 1. Например - две половины образца сварили в один слой электродами типа Э 50 А-Б. Режим сварки: ток - 110 А, напряжение - 24 В, скорость сварки -13 см/мин. Сразу после окончания сварки первого образца, со стороны корня шва установилидатчики перемещения тензометрического типа для записи диаграмм (4 и 5). Образец поместили на испытательную машину, а затем, после охлаждения его до температуры, при которой наиболее вероятно образование холодных трещин, нагрузили трехточечным изгибом, Поскольку, наиболее вероятно образование холодных трещин в температурном интервале 200-100 С, то испытание образцов производили после охлаждения их до температу 45 50 эа счет снижения точности аппроксимации, поскольку значения жесткости напряженного состояния /11/ близки /0,5/ или получения некачественного сварного соединения из-за образования дефектов в сварном шве и значительной деформации образца.Как видно из таблицы, наибольшая разность в значениях жесткости напряженного состояния металла по обе стороны от паза, а следовательно и наибольшая точность припостроении диаграммы пластичности достигается при ширине а=(0,2 - 0,4)с, длине паза 1 Зс(1+сд а) и глубине надреза 1=(0,20,8)с (примеры 3-.6).Для прогнозирования возможности образования холодных трещин по значениям ры +160 ОС и до температуры окружающейсреды - +20 С.Результаты испытания приведены в таблице.Сравнение полученных результатов. проводили по группам образцов, испытанных при одинаковой температуре, Результаты испытания показали, что при нанесениипаза на расстоянии менее 0,2 с(1,5 мм), (примеры 1 и 2) - невозможно обеспечить выполнение качественного сварного соединенияиэ-за образования дефектов в сварном шве,а следовательно и невозможно достовернб15 ценить его пластичность,При выполнении паза на расстоянии более 0,4 с (6 мм), (примеры 7 и 8), при выпол-нении паза длиной 1=62 мм 1 Зс(1+сд а ). 13) - жесткость напряженного состояния научастках образца по обе стороны от прорезинастолько близка, что при этом значительнотеряется точность аппроксимации и досто 25 верность прогнозирования пластичностиметалла; Для наиболее высокой точностиаппроксимации диаграммы пластичностинеобходимо, чтобы интервал интерполяцииохватывал наиболее широкий диапазон из 30 менения реально встречающихся значенийпоказателя жесткости напряженного состояния.При глубине надреза 1=11 мм ( 0,8 с)(примеры 14 и 15) значительно снижается35 достоверность получаемых результатов, иэза деформации образцов под воздействиемтермического цикла сварки и потери устой-чивости в поперечном направлении узкойчасти образца при нагружении его изгибом.Таким образом, при выполнении образцов с отклонениями от заданных диапазонов величин а, 1 и 1 уменьшаетсядостоверность получаемых результатов илипредельной пластичности, по предлагаемому способу (фиг, 7) сварку производили водин слой электродами типа Э 50 Б, Режимсварки; ток - 110 А, напряжение - 24 В, скорость сварки 13 см/мин. 5По способу, принятому за прототип а,с,М 976343 сварку швэ производили в 6 слоевэлектродами типа Э 50 Б, Режим сварки корневого слоя шва: ток - 110 А, напряжение -24 В, скорость сварки - 13 см/мин, Режимсварки последующих слоев: ток 120-130 А,напряжение - 24 В, скорость сварки - 10см/мин,Сразу после окончания сварки образцов, при испытании по предлагаемому спо 15собу, со стороны корня шва установилидатчики перемещения тензометрическоготипа, образец поместили на испытательнуюмашину, а затем, после охлаждения его до 20температуры +160 град, С нагрузили трехточечным изгибом,При испытании по способу, принятомуза прототип, из сваренных пластин механическим способом были изготовлены образцы. На боковые грани образцовфотоспособом нанесли координатную сеткус размером ячейки 0,5 Х 0,5 мм, после чегообразцы, имеющие температуру окружающей среды (+20 град. С) испытали по схеме 30трехточечного изгиба. Затем провели измерения ячеек сетки,по которым определилиинтенсивность деформаций сдвига и поним предельную пластичность металла шва.Данные фиг, 6 показывают, что наиболее низкие значения предельной пластичности наблюдаются в зоне термическоговлияния. Значения предельной пластичности металла шва при испытании по предлагаемому способу в интервале температур 40образования холодных трещин ниже, чемпри испытании образцов при температуреокружающего воздуха по способу, принятому за прототип.При испытании по предлагаемому способу в околошовной зоне наблюдались холодные трещины, в то время как по способу, принятому за прототип, наличие холодных трещин не поддается определению,Для проверки достоверности прогнозирования образования холодных трещин и места их расположения по данным предельной пластичности отдельных зон сварного соединения, были сварены одним слоем кольцевые стыки труб в условиях монтажа.Сварка производились на тех же режимах, что и сварка образцов по предлагаемому способу. При проведении контроля неразрушающими методами исследования были выявлены холодные трещины, расположенные в околошовной зоне.Таким образом, предложенный способ позволит повысить достоверность результатов испытаний и прогнозировать возможность образования и место расположения трещин.Формула изобретенияСпособ определения пластичности сварного соединения, по которому изготавливают две пластины толщиной т, выполняют разделку кромок пластин под углом а, сваривают пластины, нагружают сварное соединение трехточечным изгибом и по механическим характеристикам соединения судят о его пластичности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности и информативности путем обеспечения возможности определения пластичности различных зон сварного соединения непосредственно после сварки в интервале температур образования холодных трещин, перед разделкой кромок перпендикулярно им в обеих пластинах на одинаковом расстояниИ а от боковых граней выполняют по сквозному пазу длиной 1, выбирая а и 1 из соотношения а=(0,2 - 0,4)т и 1 Зт(1+тих а), а нагружение осуществляют непосредственно после сварки,1809359 Предельная пластичность при температуре испытания гОадСПри 1,мммер бмм а,мм Б 1 П П А П Л П4 5 Б 7 9 1 О11 12 1 2 1 72 деЬекты еееее ее ш е 1,5 ефекты а сва нем шае 1,5 Э 5 6 7 8 9 1 О 11 12 13 14 15 16 17 72 72 72 72 72 72 62 62 62 62 72 72 72 72 72 Э.О Э,О 5,5 5,5 6,0 6,0 3,0 3,0 5,5 5,5 5,5 3,0 5,5 3,0 3 4 3 4 3 4 3 4 3 1,5 5,5 5,5 Без надреза беэ на еза 0,70 0.80 1,50 1,72 1,81 2,00 1,60 1,95 1,80 2,00 0,70 1,00 1,70 0.50 0,80 0,91 0,88 0,62 0,51 0,50 0,49 0,58 0,51 0.51 0,50 0.91 0,98 0,43 1,01 0,88 2,00 2,502,00 2,50 2,00 2,40 2,00 2,40 2,00 2,40 1.10 2,51 2,51 0,95 1,50 0,52 0,31 0,50 0,32 0,48 0,34 0,48 0,32 0.44 0,30 0,84 0.30 0,32 0,81 0,80 0,70 0,80 1,50 1,72 1,81 2,00 1,60 1,95 1,80 2,00 0.70 1,001,70 0,50 080 0,69 0,71 0,46 0,38 0,37 0.37 0,43 0,38 0,39 0,17 О.Б 8 0,80 0.32 0,80 0,71 2.00 2,50 2,00 2,50 2,00 2,40 2,00 2,40 2,00 2,40 1,10 2,51 2,51 0,95 1,05 0,17 0,10 0,17 0,11 0,16 0,11 0,1 Б 0,10 0.15 0,10 0,63 0,10 0,24 0,61 0.601809359 Фиг ЕСоставитель Э.Карпиловская Техред М,МоргенталК тор Л,Пилипенко: Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж а гарина, 10 аказ 1282 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5