Способ определения прочности соединения наварного шва с цилиндром

варного шва с ципиццром. Цель изобретения - повышение точности при испытании соединений, работающих поддействием гидравлических ударов путем учета влияния шовнай зоны. Способзаключается в том, что создают,надрез на наружной поверхности цилиндра,формируют в этом надрезе наплавку иподвергают цилиндр осевому растяжению до разрушения. Надрез выполняютконическим с острым углом при вершине,. создают в полости цилиндра фиксированное внутреннее давление и по величине его спада определяют время доразрушения. 1 ил. й инстиСССР984.ОСТИ СОНДРОИспособамния на(56) Авторское с 9 1099237, кл. С (54) СПОСОБ ОПРЕ ЕДИНЕНИЯ НАВАРНО (57) Изобретение определения проч видетельство 01 Й 3/32,ДЕЛЕНИЯ ПРОЧН ГО ШВА С ЦИЛИ относится к ности соединИзобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям материалов на механические свойства, и может быть использовано при испытаниях сварных швов на прочность в изделиях типа сосудов давления, трубопроводов путем определения характеристики трещиностойкости в присутствии рабочих сред и высоких давлений.Цель изобретения - повышение точности при испытании соединений, ра-. ботающих под действием гидравлических ударов, путем учета влияния шовной зоны.Способ определения усталостной прочности соединения наварного шва. с цилиндром заключается в том, что создают надрез на наружной поверхности цилиндра, Формируют в этом над" т цилиндррушеиия.им с острымют внутренва (наплаве наплавку и подвергаю нию до ра евому рас полняют кониче углом при вершине нюю трещину в мат ки). Создают в п сированное внутре величине его спад до разрушения.Способ реал Обр линдра фик"ение и пояют время сти ее ред о э м.Из пруткового материалготовки заданного размерчасть заготовки до необхметра протачивают, а поляют бабашки для захватане, на наружной поверхноки нарезают кольцевой надФшины которого путем круг а режут эаСреднюю димого диаонцам оставПо середити заготоврез, из вервого изгиба ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ПНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИ 61 5 О А 1 изуется следующим об(2)(ЯЯ 1) ( 1 + Рщ при жесткой фиксации стрелы прогиба выращивают кольцевую трещину заданной глубины. Затем заваривают кольцевой надрез исследуемым материалом и от 5 жигают заготовку с целью снятия внутренних напряжений после сварки. В дапьнейшем в заготовке высверливают глухое ступенчатое отверстие с резьбой в верхней части. При этом больший его диаметр соответствует диаметру оставшегося сечения в плоскости исходной кольцевой трещины, а в нижней части меньшего диаметра отверстия на расстоянии 1-3 диаметров от навар ного шва.перпендикулярно к оси заготовки по толщине стенки высверливают второе отверстие, нарезают в нем резьбу и цекуют площадку на наружной поверхности. Финишными операциями явля ются проточка заготовки в месте наварного шва и окончательная шлифов-. ка наружной поверхности до заданного диаметра,где К - характеристика трещиностойСкости исследуемого материала шва;О . - наружный диаметр образца;О - диаметр образца в плоскости внутренней кольцевой трещины; 35У - безразмерная функция, учитывающая относительный размервнутренней кольцевой трещины в трубчатом образце (б =О/ОО, е, Д/ ),40с 1 - диаметр внутреннего отверстия в трубчатом образце,определяют трещиностойкость металлашва сосуда давления,На чертеже показана схема реализа ции способа определения усталостной прочности соединения наварного шва с цилиндром.Последовательность операций следующая,Резьбовую пробку 1 с медной шайбой 2 ввинчивают в реэьбовое отверстие корпуса 3 с определенным натягом и тем самым герметизируют глухое отверстие. К нижней части корпуса в изготовленное резьбовое отверстие на расстоянии 1-3 диаметров от наварного шва 4 ввинчивают через медную шайбу ФПосле осуществления герметизации внутренней полости собранный образец устанавливают в захваты разрывной машины, ввинчивают в него штуцер, который через гибкий шланг подсоединяют к нагнетателю давления. Закачав во/ внутреннюю полость рабочую среду и создав ею фиксированное внутреннее давление, образец подвергают статическому растяжению до окончательного разрушения. После замера геометрических параметров разрушенного образца (О, О, с 1), а также значений разрушающего усилия Р=Р , снятого со шкалы разрывФной машины для каждого конкретного разрушенного образца, по формулам 5 резьбовой штуцер 6, К последнему с помощью накидной гайки 7 подсоединяют одним концом шланг 8 высокого давления, а другой конец соединяют с нагнетателем 9, величину давления которого фиксирует манометр 10.После закачки во внутреннюю полость рабочей среды и создания задан ного давления такой образец разрушают осевым растяжением, Во избежание разбрызгивания рабочей среды на наружную поверхность образца надевают камеру- кожух, Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает высокую герметичность и надежность при эксплуатации.П р и м е р, Опробование способа определения усталостной прочности сцепления наварного шва с цилиндром проводят на материале основы из стали 45 в состоянии поставки. Из прутка 9 50 мм на токарном станке режут цилиндрические заготовки длиной 350 мм, Затем с двух сторон их центрируют и протачивают по наружной поверхности в средней части диаметра О = 42 мм так, чтобы по концам оставались бурты с галтелями для установки образцаЪв захваты испытательной машины, По середине длины заготовки образца нарезают кольцевой надрез глубиной до,5 В табл.2 представл топ по выявлению с утренней полости ци окончательного раз ы результать о а давления в в линдра и времен рушения образцов ванного внутренМПа рабочей в присутствии него давления среды, после гладких .трубч го материала, надрезом в св внутренней ко риале сварног кси е размеры Р атическо астяжени однородн ы и спытател уэку Г = формула ностойраз ужнымтых н кольцевым образцов с иной в матем а п рещ шв рно ьце шв и о шва стал стали 45,5 163135диаметра П = 35 мм (радиус дна надреза )0,1 мм), После этого на токарном станке путем кругового изгиба свращением образца при жестко фиксирон5ваннои стреле прогиба выращивают кольцевую трещину, ГлУбину кольцевой трещины доводят до диаметра й = 30 мм.Затем кольцевой надрез завариваютэлектродом из стали Ст.З. Для снятиявнутренних напряжений после сваркипроводят нормализацию. После этого взаготовке высверливают ступенчатоеотверстие диаметрами й = 30 мм и й16 мм. Глубина осевого отверстияот места наварного кольцевого шва составляет 1-3 Рд с целью исключениявлияния края перепада диаметров стен-,ки образца на диаметрах Й и Й при(его разрушении.Для обеспечения герметизации внутренней полости корпуса заготовки в.верхней части большего диаметра отверстия нарезают резьбу М 32"2-6 С, ав нижней части меньшего диаметра - 25резьбу М 18 х 1,5-66, окончательно протачивают наружную. поверхность в месте наварного шва и шлифуют ее до6 42 мм, После ввинчивания резьбовойпробки 1 и медной шайбы 2 в корпус 3, 30а также медной шайбы 5 со штуцером 6в стенку цилиндра получают трубчатыйобразец с исходной внутренней кольцевой трещиной, пригодный для определения усталостной прочности сцеплениянаварного шва с цилиндром.Опыты на статическое растяжениетаких образцов проводят под высокимдавлением (500 МПа) рабочей среды(машинного масла МС) на испытательной машине ИМ,Замерив геометричесП, й и определив со шкной машины разрушаемуюдпя разрушенного образ(1) и (2), определяюткость сцепления сварноСт,З с основой цилиндр 0Понижение трещиностойко,тв КГ для сварного шва, испытанного в присутствии внутреннего давления, по сравнению с лабораторным воздухом (табл.1)объясняется дополнительным внутренним напряжением, вызванным давлением жидкой среды, что уменьшает разрушающуюнагрузку в образце с трещиной. Крометого, взаимодействие молекул машинно-го масла с ювенильными поверхностяминапряженного металла в вершине трещины следует усматривать в адсорбционнорасклинивающем эффекте (эффект РебиндеРа),облегчающем процесс разрушенияобразца. Таблица 1 Значения К металла шва стали Ст.З после статического растяжения трубчатых образцовпериме 0 МПа опредев табледстав этих эк лении 5 зцов по тавлены вления кихже разцов ления,нег здуха Результаты внутреннем да пытаний 5 обр чений Ко пред же.для сопоста чения К для та ных без внутре испытаний в уовиях лабо нтов припосле ис- .лению зна,1. Там ленц зна 5 , иСпытант. е. после-т орного Как видно из табл,2,минимальной усталостной прочностью сцепления м талла шва (сталь Ст.З) с материало основы цилиндра (сталь 45) обладаюобразцы с исходной внутренней коль вой трещиной в материале наплавки (время разрушения меньше в 6 раэ и сравнению с временем разрушения глкого образца),(3) Состояние конструкции испытуемого образца 1 О Образец без 5сварного шва 120 Образец с внутренним кольцевым надрезом в сварном шве 60 20 Образец с 130внутреннейкольцевой трещиной в сварном шве 20 25 где Таблица 2 Значения Д , й стади Ст. 3 после статического растяжения трубчатых образцов Спад внут- Время раэреннего рушениядавления й, сЩ, МПа Примечание. Толщина стенки трубыдля трех партий испытуемых образцов одинаковая и составляет 3,5 мм.30В этом случае за счет максимального (критического) раскрытия трещины образуется дополнительный объемдЧ во внутренней полости цилиндра,который независимо от величины фиксированного давления дает почти постоянный спад давления до момента страгивания исходной трещины. Дальнейшеераспространение трещины до пблногоразрушения образца сопровождается спа-Одом давления, к нулю. Следовательно,зная толщину стенки трубопровода и .глубину залегания внутреннего дефектатипа трещины по величине спада фиксированного внутреннего давлейия мож- цно во времени следить за кинетикойусталостногоразрушения сосуда давления со сварным соединением в присутствии рабочей среды,Для проверки достовеРности величи-.,50ны спада внутреннего давления Щ эасчет, увеличения дополнительного объема.ДЧ в полости цилиндра в момент кри.тического раскрытия трещины 1, предшествующего, разрушению образца про-,водят аналитические расчеты. С этой целыд,вычисляют площадь круга во внутренней полости цилиндра Яо и аналогичную площадь круга полости цилиндРа в плоскости внутреннеи кольцевои трещины Я, которые определяют из со,отйошенийъ гВ оо 4 ф где Й - внутренний диаметр отверсотия трубы;,Й. в . то же, с учетом глубиныкольцевой трещины И= йо + 2, здесь 1 - глубина кольцевой трещины).Внутреннее давление Я в полости цилиндра с учетом формулы (3) и имеющегося первоначального давления можно записать в. видеЯ0 о 8 о: о 1 о . (4)дг Теперь величину спада внутреннего давления Д 0 определяют из соотношенияМ о (5)Прирост площади 68 за счет имеющейся внутренней кольцевой трещины определяют с учетом соотношения (1)й1 1 оо 4 4(6) Прирост объема ДЧ в момент критического раскрытия трещины, при котором начинается разрушенйе трубчатого образца, определяют из соотноше- ния л 1 Д= -Ч, =" -- " Н (7) о 4 4В формулах (5) - (7) следующие обозначения:Я - начальное и конечное давление в полости цилиндра соответственно;Яо, Б - начальная и конечная площадикруга внутренней полости цилиндра соответственно; Чо, Ч - начальный и конечный объемывнутренней полости цилиндрасоответственно;Н - единичная высота полости.Зная геометрические параметры трубчатого образца, формулу (7) можно записать в виде: Ч " (фк)2 1 К, (8)Ъ- полудлина кольцевой трещины;- раскрытие ее берегов на внут10 1631350 ренней стенке трубчатого образца;ц: - радиус внутреннего отверстияв трубчатом образце в плос.5кости кольцевой трещины,Пример расчета: дано: Я = 500 МПа; й = 35 мм; й = 30 мм; ЬЯ = 130 МПа; Найти: Я; Ь 7; Мидо Зч 14 30о 4 4 д10708 мм И3,14 35 2Величина раскрытия берегов надреза 30 на внутренней стенке. трубчатого образца 3 = 1 замеряют эксперименталь - но на инструментальном микроскопе БИМпосле разрушения образца путем сложения 2 частей образца, которые разрезаны вдоль его оси, до половины диаметра образца.г Как видно из приведенных расчетов, значения Ь Ч ранец и Ь О алкея (табл 2) 40 близкие и сопоставимые между собой и находятся в тесной взаимосвязи с приростом объема ЬЧ,.,что свидетельствует о достоверности проделанных опытов на трубчатых образцах предлагаемой кон струкции. Оо Бо 0 о йо 500 ф 708 ЬЙ = Йо - 0 = 500 - 368 = 132 МПа. М 6,28 17,5 = 1,25 109 = 136 мм Таким образом, предлагаемый способ определения усталостной прочности соединения наварного шва с цилиндром позволяет не только эЬАективно определить количественну характеристику трещиностойкости (Кс) металла шва сварного соединения, но и качест-венно выявить во времени действие рабочей среды с заданным давлением на несущую способность сосуда давления, трубопровода, следовательно, величину этого давления нужно учитывать при эксплуатации на практике.г Способ определения прочности соединения наварного шва с цилиндром, заключающийся в том, что на наружной поверхности цилиндра выполняют кольцевой остроугольный надрез, выращивают кольцевую трещину из вершины надреза путем нагружения образца, формируют.в надрезе наварной шов, снимают внутренние напряжения в области, выбирают зону концентрации напряжений у вершины трещины путем выполнения глухого осевого отверстия, диаметр которого равен внутреннему диаметру трещины, подвергают образец нагружению и определяют прочность соединения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при испытании соединений, работающих под действием гидравлических ударов, путем учета влияния шовной зоны, осевое отверстие выполняют ступенчатым с большей ступенью в зоне кольцевой трещины, а нагружение осуществляют путем подачи в полость образца рабочей среды под давлением со стороны меньшей ступени отверстия до момента скачкообразного падения давления в полости образца, по которому судят о прочности соединения.1631350 Ь Составитель Г.ЛукашевичТехред Л.Сердюкова . Корректор О,Цип едактор И,Касар ака и физводственцоиадательский комбинат "Патент", г. Ужгор Гагарина, 101 537 Тираж 387 Государственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, Рауш Подписноеениям и открытиям при ГКНТ СССкая наб д. 4/5