Испытание на растяжение образцов, вырезанных поперек шва

Данный вид испытаний проводится в соответствии с рекомендуемым приложением к ГОСТ 6996-66 и с учетом положений ИСО 4136-89. Указанный международный стандарт устанавливает размеры и процедуру испытания на растяжение образцов, вырезанных поперек шва из стыкового соединения, выполненного сваркой плавлением. Стандарт распространяется на стыковые соединения из сплавов на основе железа, выполненные любым способом сварки плавлением.

Разрушение образца, вырезанного поперек сварного соединения, достигается приложением к нему растягивающего усилия. Образец нагружают постепенно и непрерывно в направлении, перпендикулярном к оси сварного шва, вплоть до разрушения. При проведении испытаний необходимо руководствоваться основными положениями ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892–84).

Поверхность образца подвергают механической обработке для удаления выпуклости шва (с двух сторон) и неровностей шва и основного металла. Как правило, толщина образца должна равняться толщине основного металла вблизи шва. Допускается вместо одного образца, толщина которого равна толщине сварного соединения, вырезать несколько образцов, при этом их суммарная толщина должна быть больше толщины сварного соединения.

Рис. 24.14. Положение образцов для испытания сварного соединения большой толщины:

a  толщина образца, мм; b₁  ширина захватной части образца, мм; b₂  ширина рабочей части образца, мм; l_s  ширина сварного шва, мм; l_c  длина рабочей части образца, мм.

Для образцов, вырезанных из труб, допускается правка захватной части. Форма и размеры образца должны соответствовать данным, приведенным на рис. 24.14 и ниже:

Общая длина l₁ устанавливается в зависимости от конструкции испытательной машины

Ширина захватной части, b₁=b₂  12 мм;

Ширина рабочей части, b₂:

пластины 25 мм;

трубы не менее 20 мм;

Длина рабочей части, l_с не менее 100 мм;

Радиус захватной части, r не менее 35 мм.

Примечание. Для труб малого диаметра размер при необходимости может быть уменьшен. l_с  максимальная ширина шва после механической обработки. Для труб малого диаметра при необходимости могут применяться трубчатые образцы. Диаметр их должен равняться внешнему диаметру трубы.

После разрушения необходимо осмотреть поверхность образца в месте разрыва на предмет наличия дефектов.

24.5. Испытание сварного соединения на статический изгиб и сплющивание

Испытания на изгиб служат для определения металла и сварных соединений выдерживать заданную степень пластической деформации, характеризуемую углом изгиба, или для оценки предельной пластичности металла в сварных конструкциях при изгибе, характеризуемой углом изгиба до образования первой трещины.

Испытания проводят при комнатной температуре. При испытании определяют способность соединения принимать заданный по размеру и форме изгиб. Эта способность характеризуется углом изгиба (рис. 24.15), при котором в растянутой зоне образца образуется первая трещина, развивающаяся в процессе испытания. Если длина трещин, возникающих в процессе испытания в растянутой зоне образца, не превышает 20 % его ширины, но не более 5 мм, то они не являются браковочным признаком. Определяется также место образования трещины или разрушения (по металлу шва, металлу околошовной зоны или основному металлу). В зависимости от требований нормативно-технической документации испытания проводят до достижения нормируемого угла изгиба или угла изгиба, при котором образуется первая браковочная трещина, до параллельности или соприкосновения сторон образца. Угол изгиба при испытании до образования первой трещины замеряют в ненапряженном состоянии с погрешностью до 2. Образцы типов ХХVIа, ХХVIIIа, толщина которых меньше толщины основного металла, допускается вырезать в различных участках поперечного сечения сварного соединения.

Рис.24.15. Образец сварного соединения для испытания на изгиб: б - угол загиба образца.

Данный вид испытаний проводится в соответствии с ГОСТ 6996-66 и ИСО 7438-2005.

Выпуклость шва по обеим сторонам образца снимается механическим способом до уровня основного металла. Строгать утолщение c образцов типов ХХVI и ХХVIа следует вдоль, а c образцов типов ХХVII, ХХVIIа, ХХVIII и ХХVIIIа – поперек шва.

Форма и размеры плоских образцов должны соответствовать указанным на рис. 24.16. Ось расположенного поперек сварного шва образца после окончательной обработки должна находиться на его середине.

Рис. 24.16. Сварные соединения; плоские образцы типов XXVI (a) и XXVII (б) для испытания на изгиб; L  общая длина образца, мм; l  длина рабочей части образца, мм; a  толщина образца, мм; b  ширина образца, мм. Стрелками показаны сварные швы.

Испытания образцов типа ХХVI проводят, как указано на рис. 24.17, а, типа ХХVII – на рис. 24.17, б. Расстояние между опорами К для образцов типа ХХVII должно быть 2,5 D, для образцов типа ХХVI указано на рис. 24.17, а.

Рис. 24.17. Сварные соединения; схема испытания на изгиб образцов типов ХХVI (а) и ХХVII (б); D  диаметр оправки, мм; K  расстояние между опорами, мм; a  толщина образцa, мм; r  радиус закругления опор, мм.

Обязательным условием проведения испытаний является плавность возрастания нагрузки на образец (со скоростью не более 15 мм/мин) на испытательных машинах или прессах с использованием опорных роликов. Диаметр оправки обычно принимают равным двум толщинам основного металла.

Для стыковых односторонних швов обычно в растянутой зоне располагают поверхностный наиболее широкий или корневой участок шва.

При двусторонних стыковых швах для образцов всех типов, кроме ХХVIIIа, в растянутой зоне располагают шов, выполненный вторым. Для образцов типа ХХVIIIа в растянутую зону попадает все сечение шва. При сварке многослойных двусторонних стыковых швов с поперечным наложением проходов в растянутой зоне располагают сторону, где был выполнен последний проход.

Соединения с внутренним подварным швом также относятся к односторонним.

Испытания стыковых соединений труб на изгиб при поперечном (круговом) расположении шва проводят на образцах со снятым с наружной стороны утолщением.

При диаметре трубы 20 мм применяют образцы в виде отрезков трубы, при диаметре трубы свыше 20 до 45 мм  в виде отрезка труб или плоские (сегментные) образцы, при диаметре трубы свыше 45 мм  плоские (сегментные) образцы типов ХХVII и ХХVIII.

Испытание труб диаметром 60 мм и менее с поперечным (круговым) и продольным швами можно проводить на образцах, показанных на рис. 24.18. Утолщение шва с наружной стороны трубы снимается механическим путем до уровня основного металла.

Рис.24.18. Сварные соединения; образцы типов XXIX и XXX для испытания на изгиб труб с поперечным (а) и продольным (б) расположением швов; D  наружный диаметр трубы, мм; L  длина образца, мм.

Соединения с внутренним подварным швом также относятся к односторонним.

Испытания стыковых соединений труб на изгиб при поперечном (круговом) расположении шва проводят на образцах со снятым с наружной стороны утолщением.

При диаметре трубы 20 мм применяют образцы в виде отрезков трубы, при диаметре трубы свыше 20 до 45 мм  в виде отрезка труб или плоские (сегментные) образцы, при диаметре трубы свыше 45 мм  плоские (сегментные) образцы типов ХХVII и ХХVIII.

Испытание труб диаметром 60 мм и менее с поперечным (круговым) и продольным швами можно проводить на образцах, показанных на рис. 24.18. Утолщение шва с наружной стороны трубы снимается механическим путем до уровня основного металла.

На образцах, вырезанных из труб, выполненных стыковой контактной сваркой, грат должен быть снят с наружной и внутренней сторон трубы до уровня основного металла.

Результаты испытания образцов типов ХХIХ и ХХХ определяются величиной b (рис. 24.19) при появлении на поверхности образца трещины. Если трещина не образуется, то испытание проводят до соприкосновения сторон. Испытание проводят путем деформации образца под прессом сжимающей нагрузкой.

Рис. 24.19. Схема испытания образцов сварных соединений типов XXIX и ХХХ на сплющивание; b – величина сплющивания до появления на поверхности образцов трещин, мм.

При испытании образцов с круговым швом последний располагается по оси приложения сжимающей нагрузки, а при испытании образцов с продольным швом шов располагают в диаметральной плоскости, перпендикулярной действию сжимающей нагрузки.

Если в образце, предназначенном для испытания кругового шва, есть продольный шов, он должен располагаться вне растянутой зоны.

При испытании сварных соединений стержней кругового или многогранного сечения рабочая длина образца должна быть  250 мм, а радиус закругления граней многогранника должен равняться 0,1 толщины образца, но не более 2 мм.

Испытания на статический изгиб

Эти испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 14019-03 и ИСО 7438-2005. Они служат для определения возможности металла выдерживать заданную степень пластической деформации, характеризуемую углом изгиба или для оценки предельной пластичности металла при изгибе, характеризуемой углом изгиба до образования первой трещины. Испытания проводят при комнатной температуре (рис. 24.20-24.22).

Суть метода: образец с постоянной площадью поперечного сечения подвергают изгибу сосредоточенной нагрузкой в середине пролета между опорами. При этом в одной из наружных зон возникают растягивающие, а в противоположной – сжимающие напряжения. Если напряжения при этом достигают предела текучести, наступает пластическое течение с последующим возникновением трещин.

Испытания на изгиб проводят:

• до заданного угла изгиба;

• до появления первой трещины в растянутой зоне образца с определением угла изгиба;

• до параллельности сторон образца (рис. 24.23, а);

• до соприкосновения противоположных сторон образца (рис. 24.23, б).

Испытания на изгиб проводят на испытательных машинах или прессах. Образцы толщиной менее 4 мм испытывают на изгиб вокруг жестко закрепленной в тисках оправки (рис. 24.24). Допускается проводить испытания на изгиб до заданного угла на специальных приспособлениях, имеющих углубления V- или U-образной формы (см. рис. 24.22).

Места вырезки заготовок для изготовления образцов на изгиб и величины припусков, предохраняющих металл образца от влияния нагрева и наклепа, должны соответствовать ГОСТ 756497.

Рис. 24.20. Схема установки образца на опоры; d  диаметр оправки, мм; a  толщина образца, мм; l  расстояние между опорами изгибающего устройства, мм; D  диаметр опоры, мм	Рис. 24.21.Схема изгиба образца с помощью оправки на опорах;   угол изгиба образца, град.

Рис. 24.22. Схема изгиба образца на матрицах разной формы: а  V-образная; б – U-образная; r  внутренний радиус изогнутой части образца после испытания, мм;   угол изгиба образца, град.

При толщине проката до 30 мм включительно образцы изготавливают с сохранением поверхностных слоев проката, при большей толщине  изготавливают механически обработанные образцы толщиной 25 мм, при этом одну сторону образца оставляют необработанной. Эта сторона должна находиться в растянутой зоне. Ширина образцов должна быть равна двум толщинам, а для образцов толщиной менее 5 мм  10 мм.

Испытания на изгиб металлических образцов круглого или многоугольного сечения проводят в сечении, равном сечению полуфабриката. Из массивных поковок и отливок вырезают образцы толщиной 20  5 мм.

При испытании до заданного угла загиба образец устанавливают на опоры (рис. 24.20) или матрицу и изгибают с помощью оправки (рис. 24.21) или приспособления до заданного угла.

При испытании на изгиб на жестко закрепленной в тисках оправке образец одним концом зажимают в тисках и изгибают на заданный угол (рис.24.24).

Испытания на изгиб до появления первой трещины проводят по той же методике, что и изгиб до заданного угла. Угол изгиба измеряют без снятия нагрузки (рис. 24.21). Допускается измерять угол изгиба после снятия нагрузки.

Рис. 24.23. Схема испытания образца: до параллельности сторон (а) и до соприкосновения сторон (б).	Рис. 24.24. Схема изгиба образца в тисках на оправке; r  радиус изгиба, град.

Испытания на изгиб до параллельности или соприкосновения сторон проводят после предварительного изгиба образца на угол не менее 150 по схемам (рис. 24.21; 24.22).

Догиб продолжают между параллельными плоскостями до соприкосновения сторон образца с прокладкой, толщина которой равна толщине (диаметру) оправки (рис. 24.23, а) или между двумя параллельными плоскостями плавно нарастающим усилием до соприкосновения сторон образца с образованием естественной петли (рис. 24.23, б).

Испытания на изгиб до появления первой трещины проводят по той же методике, что и изгиб до заданного угла. Угол изгиба измеряют без снятия нагрузки. Момент появления первой трещины определяют визуально.

Испытания на изгиб образцов, вырезанных поперек шва

Стандарты ГОСТ 6996-66 и ИСО 5173-2009) распространяются на стыковые соединения из сплавов на основе железа, выполненные любым способом сварки плавлением, и устанавливает два способа проведения испытаний на изгиб образцов, вырезанных поперек шва из стыковых соединений, для определения пластичности сварного соединения и наличия дефектов на поверхности растянутой зоны образца. Испытания проводят при расположении образцов корнем шва или его лицевой поверхностью наружу. Стандарт также регламентирует размеры образцов.

Испытания выполняют одним из двух способов: на изгиб с использованием оправки и на изгиб с использованием роликов.

Образец для испытаний отбирают непосредственно от контролируемого изделия или от специально сваренного для проведения испытания контрольного соединения. Образец вырезают поперек сварного соединения так, чтобы после его механической обработки ось шва располагалась посередине длины образца. Вырезка образцов должна выполняться любым способом, исключающим влияние реза на результаты испытания.

Образец по всей длине должен иметь прямоугольное практически постоянное сечение. Форма поперечного сечения приведена на рис. 24.25. При односторонних швах различают образцы для испытаний на изгиб лицевой поверхностью наружу, когда в растянутой зоне находится лицевая, наиболее широкая поверхность шва, и корнем шва наружу, когда в растянутой зоне находится корень шва. При двустороннем шве лицевой считается сторона, сваренная первой. Сторона, сваренная второй, приравнивается к корню шва. Выпуклость шва с обеих сторон должна зачищаться заподлицо с основным металлом. Толщина образца должна, как правило, равняться толщине основного металла вблизи сварного соединения. При толщине металла более 30 мм допускается вместо одного образца, толщина которого равна толщине соединения, испытывать несколько о бразцов при условии, что толщина каждого из них не менее 30 мм и что они охватывают всю толщину соединения.

Рис. 24.25. Образец для испытания на изгиб, вырезанный поперек сварного шва; a  толщина образца, мм; b- ширинв образца.

Кромки образца, попадающие при испытании в растянутую зону, должны быть закруглены механическим способом по радиусу, не превышающему 0,2 толщины образца, но не более 3 мм.

Способ испытания на изгиб с использованием оправки.

Испытуемый образец помещается на две параллельно расположенные роликовые опоры (рис. 24.26). Образец медленно и непрерывно деформируют путем приложения в средней части образца по оси шва перпендикулярно поверхности образца концентрированной нагрузки (трехточечный изгиб). Нагрузка на образец передается с помощью оправки с закругленным концом диаметром D, который должен соответствовать требованиям нормативно-технической документации на контролируемое изделие. Расстояние между опорами должно быть не более чем L  D  3а (рис. 24.32), где а  толщина образца.

Рис. 24.26. Схема закрепления образца (а) для проведения испытаний на изгиб с использованием оправки (б); а – толщина образца, мм; D  диаметр оправки, мм;   угол изгиба, град.

Оценка результатов испытания должна проводиться в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

Способ испытания на изгиб с использованием ролика

Один конец образца жестко закрепляют в устройстве, имеющем два параллельных ролика (рис. 24.27). Испытание должно проводиться медленно и непрерывно сосредоточенной нагрузкой, прикладываемой на образец через вращающийся внешний ролик радиусом R.

Изгиб осуществляется по дуге, центр которой совпадает с центром внутреннего ролика. Диаметр D внутреннего ролика должен соответствовать требованиям, оговоренным в нормативно-технической документации на контролируемое изделие. В обоих способах испытание считается законченным, когда угол загиба  достигает величины, установленной в нормативно- технической документации на контролируемое изделие.

Рис. 24.27. Схема закрепления образца (а) для проведения испытания на изгиб с использованием ролика (б); а  толщина образца, мм; D  диаметр внутреннего ролика, мм; R  радиус вращающегося ролика, мм;   угол изгиба образца, град.

Стандарты ГОСТ 6996-66 и ИСО 5173-2009 распространяются на стыковые соединения из сплавов на основе железа толщиной не менее 10 мм, выполненных сваркой плавлением. Он устанавливает способ испытания на боковой изгиб образцов, вырезанных поперек шва из стыковых соединений, для определения пластичности соединения и наличия в нем внутренних дефектов. Стандарт регламентирует размеры образцов.

Пластическая деформация образцов осуществляется без изменения направления изгиба. Образцы вырезаются из сварного соединения поперек шва таким образом, что ширина образца совпадает с толщиной соединения. Испытания выполняются одним из двух способов: на изгиб с использованием оправки и на изгиб с использованием роликов.

Образцы для испытаний вырезают непосредственно из контролируемого изделия или из специально сваренного для проведения испытаний контрольного соединения. Образцы вырезают поперек сварного соединения так, чтобы после механической обработки сечение шва располагалось посередине длины образца и являлось его шириной (рис. 24.28).

Рис. 24.28. Образец для испытаний на боковой изгиб, вырезанный поперек сварного шва; а  толщина образца, мм; b  ширина образца, мм; Ls  ширина сварного шва, мм.	Рис. 24.29. Схема вырезки образцов по толщине сварного соединения; a  толщина образца, мм; b  ширина образца, мм; s  толщина сварного соединения, мм.

Испытуемый образец помещают на две расположенные параллельно роликовые опоры. Он медленно и непрерывно деформируется за счет приложения в его средней части по оси шва сосредоточенной нагрузки. Нагрузка на образец передается с помощью оправки.