Механические свойства металла сварного шва

Механические свойства металла сварного шва

ГОСТ 6996-66
(ИСО 4136-89,
ИСО 5173-81,
ИСО 5177-81)

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Welded joints. Methods of mechanical properties determination

МКС 25.160.40
ОКСТУ 0909

Дата введения 1967-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Академией наук УССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР 03.03.66 N 4736

Изменение N 4 принято Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 3 от 17.02.93)

За принятие изменения проголосовали национальные органы по стандартизации следующих государств: AZ, AM, BY, GE, KZ, MD, RU, TM, UZ, UA [коды альфа-2 по МК (ИСО 3166) 004]

4. Стандарт полностью соответствует ИСО 4136-89, ИСО 5173-81, ИСО 5177-81

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

3.6, 4.4, 8.2, 8.4, 8.7, 8.8, 8.9

6. ИЗДАНИЕ (апрель 2005 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, утвержденными в июне 1980 г., сентябре 1983 г., декабре 1990 г., октябре 2004 г. (ИУС 8-80, 1-84, 5-91, 1-2005)

Настоящий стандарт устанавливает методы определения механических свойств сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла при всех видах сварки металлов и их сплавов.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Стандарт устанавливает методы определения механических свойств при следующих видах испытаний:

а) испытании металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на статическое (кратковременное) растяжение;

б) испытании металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на ударный изгиб (на надрезанных образцах);

в) испытании металла различных участков сварного соединения на стойкость против механического старения;

г) измерении твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла;

д) испытании сварного соединения на статическое растяжение;

е) испытании сварного соединения на статический изгиб (загиб);

ж) испытании сварного соединения на ударный разрыв.

1.2. Стандарт распространяется на испытания, проводимые при определении качества продукции и сварочных материалов, пригодности способов и режимов сварки, при установлении квалификации сварщиков и показателей свариваемости металлов и сплавов.

1.3. Виды испытаний, типы образца и применение метода предусматривается в стандартах и технических условиях на продукцию, устанавливающих технические требования на нее.

(Измененная редакция, Изм. N 3).

1.4. Допускается применять образцы и методы испытаний по международным стандартам ИСО 4136, ИСО 5173, ИСО 5177, приведенным в приложениях 1, 2, 3.

(Введен дополнительно, Изм. N 4).

2. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

2.1. Образцы для испытаний отбирают из проб, вырезанных непосредственно из контролируемой конструкции или от специально сваренных для проведения испытаний контрольных соединений.

2.2. Если форма сварного соединения исключает возможность изготовления образцов данного типа (детали сложной конфигурации, трубы и др.), то образцы могут быть отобраны от специально сваренных плоских контрольных соединений.

2.3. При выполнении контрольных соединений характер подготовки под сварку, марка и толщина основного металла, марки сварочных материалов, положение шва в пространстве, начальная температура основного металла, режим сварки и термической обработки должны полностью отвечать условиям изготовления контролируемого изделия или особому назначению испытания.

Сварку контрольных соединений, предназначенных для испытания сварочных материалов (электродов, сварочных проволок, присадочных прутков, флюсов и др.), если нет специальных требований, производят с остыванием между наложением отдельных слоев. Температура, до которой должен остывать металл, устанавливается стандартом или другой технической документацией.

(Измененная редакция, Изм. N 2, 3).

2.4. Размеры пластин для изготовления контрольных соединений определяются требованиями, указанными ниже.

2.4.1. Для контрольных соединений, выполняемых дуговой, электрошлаковой и газовой сваркой из плоских элементов, ширина каждой свариваемой пластины, если нет иных указаний в стандартах или другой технической документации, должна быть не менее:

Источник

Испытание материалов и сварных соединений

Механические свойства характеризуют сопротивление металла деформации и разрушению под действием механических сил (нагрузки).

Читайте также:  Банка для специй металл

К основным механическим свойствам относят:

— прочность
— пластичность
— ударную вязкость
— твердость

Прочность – это способность металла не разрушаться под действием механических сил (нагрузки).

Пластичность – это способность металла изменять форму (деформироваться) под действием механических сил (нагрузки) без разрушения.

Ударная вязкость определяет способность металла противостоять ударным (динамическим) механическим силам (ударным нагрузкам).

Твердость – это способность металла сопротивляться проникновению в него других более твердых материалов.

Виды и условия механических испытаний металлов

Для определения механических свойств выполняют следующие виды испытаний:

— испытания на растяжение;
— испытания на статический изгиб;
— испытания на ударный изгиб;
— измерение твердости.

К условиям испытаний образцов относятся: температура, вид и характер приложения нагрузки к образцам.

Температура проведения испытаний:

— нормальная (+20°С);
— низкая (ниже +20°С, температура 0. -60°С);
— высокая (выше+20°С, температура +100. +1200°С).

Вид нагрузок:

растяжение
сжатие
изгиб
кручение
срез

Характер приложения нагрузки:

— нагрузка возрастает медленно и плавно или остаётся постоянной — статические испытания;
— нагрузка прилагается с большими скоростями; нагрузка ударная — динамические испытания;
— нагрузка многократная повторно-переменная; нагрузка изменяется по величине или по величине и направлению (растяжение и сжатие) — испытания на выносливость.

Образцы для механических испытаний

Механические испытания выполняют на стандартных образцах. Форма и размеры образцов устанавливаются в зависимости от вида испытаний.

Для механических испытаний на растяжение используют стандартные цилиндрические (круглого сечения) и плоские (прямоугольного сечения) образцы. Для цилиндрических образцов в качестве основных приняты образцы диаметром dо=10 мм короткий lо=5×do = 50 мм и длинный lо=10×do = 100 мм.

Короткий круглый образец

Длинный круглый образец

Плоские образцы имеют толщину равную толщине листа, а ширина устанавливается равной 10, 15, 20 или 30 мм.

Плоский образец без головок для захватов разрывной машины

Плоский образец с головками

Механические свойства, определяемые при статических испытаниях

Статическими называют испытания, при которых прилагаемая нагрузка к образцу возрастает медленно и плавно.

При статических испытаниях на растяжение определяются следующие основные механические характеристики металла:

— предел текучести (σ т);
— предел прочности или временное сопротивление (σ в);
— относительное удлинение (δ);
— относительное сужение (ψ).

Предел текучести – это напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.

Предел прочности – это напряжение при максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца.

Относительное удлинение – это отношение приращения длины образца после разрушения к его начальной длине до испытания.

Относительное сужение – это отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрушения к его начальной площади до испытания.

При испытании на статическое растяжение железо и другие пластические металлы имеют площадку текучести, когда образец удлиняется при постоянной нагрузке Рm.

При максимальной нагрузке Рmax в одном участке образца появляется сужение поперечного сечения, так называемая “шейка”. В шейке начинается разрушение образца. Так как сечение образца уменьшается, то разрушение образца происходит при нагрузке меньше максимальной. В процессе испытания приборы рисуют диаграмму растяжения, по которой определяют нагрузки. После испытания разрушенные образцы складывают вместе и измеряют конечную длину и диаметр шейки. По этим данным рассчитывают прочность и пластичность.

Механические испытания на ударный изгиб

Динамическими называют испытания, при которых скорость деформирования значительно выше, чем при статических испытаниях.

Динамические испытания на ударный изгиб выявляют склонность металла к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с надрезом (концентратором напряжений) одним ударом маятникового копра.

Стандарт предусматривает образцы с надрезами трех видов:

образец U – образный с радиусом R = 1 мм (метод KCU);

образец V – образный с радиусом R = 0.25 мм (метод KCV);

образец I – образный с усталостной трещиной (метод КСТ).

Под ударной вязкостью понимают работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.

После испытания по шкале маятникового копра определяют работу удара, которую затрачивают на разрушение образца. Площадь сечения образца определяют до разрушения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ

Твердостью называется свойство металла оказывать сопротивление пластической деформации в поверхностном слое при вдавливании шарика, конуса или пирамиды. Измерение твердости отличается простотой и быстротой осуществления и выполняется без разрушения изделия. Широкое применение нашли три метода определения твердости:

Читайте также:  Контроль за реализацией драгоценных металлов

— твердость по Бринеллю (единица твердости обозначается HB);
— твердость по Роквеллу (единица твердости обозначается HR);
— твердость по Виккерсу (единица твердости обозначается HV).

Определение твердости по Бринеллю заключается во вдавливании стального шарика диаметром D = 10 мм в образец (изделие) под действием нагрузки и в измерении диаметра отпечатка d после снятия нагрузки.

Твердость по Бринеллю обозначают цифрами и буквами НВ, например, 180 НВ. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость. Чем выше твердость, тем больше прочность металла и меньше пластичность. Чем мягче металл, тем меньше устанавливают нагрузку на приборе. Так при определении твердости стали и чугуна нагрузку принимают 3000 Н, никеля, меди и алюминия – 1000 Н, свинца и олова – 250 Н.

Определение твердости по Роквеллу заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом (шкалы А и С) или стального шарика диаметром 1.6 мм (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной (Ро )и основной (Р) нагрузок и в измерении глубины внедрения наконечника (h). Твердость по Роквеллу обозначается цифрами и буквами HR с указание шкалы. Например, 60 HRC (твердость 60 по шкале С).

Определение твердости по Виккерсу заключается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды, в образец (изделие) под действием нагрузки и в измерении диагонали отпечатка d, оставшегося после снятия нагрузки. Метод используется для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоёв с высокой твердостью. Твердость по Виккерсу обозначается цифрами и буквами HV, например, 200 HV.

Испытания на статический изгиб

Технологические испытания на статический изгиб служит для определения способности металла воспринимать заданный по форме и размерам загиб. Аналогичные испытания проводят и на сварных соединениях.

Испытанию на загиб подвергают образцы из листового и фасонного (пруток, квадрат, уголок, швеллер и др.) металла. Для листового металла ширина образца (b) принимается равной двойной толщине(2•t), но не менее 10 мм. Радиус оправки указывается в технических условиях.

Различают три вида изгиба:

— загиб до определенного угла;
— загиб вокруг оправки до параллельности сторон;
— загиб вплотную до соприкосновения сторон (сплющивание).

Отсутствие в образце трещин, надрывов, расслоений или излома является признаком того, что образец выдержал испытание.

Источник

Свойства сварного соединения

Все физические характеристики, для определения свойства соединения сварочных швов, определяются как комплексные механические свойства сварного соединения. Все эти параметры зависят от расчётного соотношения механических свойств металлической поверхности шва, а также обрабатываемой зоны металла и термических характеристик структуры металлического изделия. Если мы будем исходить из принципа понятия свойства металла сварного соединения, то швы и прочие соединения должны быть максимально приближены к структуре металла. Сварное соединение может считаться доброкачественным, только в том случае, если есть обеспечение величины прочности по параметрам предельности, а также по пределам текучести не меньше тех заданных свойств, которые характерны для достаточного запаса пластичности.

Правильный сварочный шов на изделии

Факторы, влияющие на характеристики прочности сварного соединения

Существует ряд технических особенностей, а также физических параметров, которые так или иначе завязаны на равнопрочности сварного соединения.

  • Определение текущего сварочного материала для процессе- электроды, флюсы, проволоки.
  • Естественные химические данные материала соединения.
  • Определение реального режима сварки.
  • Выбор методики проведения работ по пайке или резке металла.
  • Размерные данные материалы (в основном толщина).
  • Скорость охлаждения материала.
  • Возможная величина деформации в пластических характеристиках шва.

Именно этот регламент указывает на физические и технические параметры свойств металла, а также на их подгруппы. Этот момент необходимо учитывать для того, чтобы была возможность определить фактические свойства металла при переходе от легированного типа к нелегированному металлу, а также в обратном направлении.

что основные моменты на определение механических свойств сварных соединений зафиксированы в действующем регламентом положении ГОСТ 9467-60.»

Точно также сварные соединения методы определения механических свойств характерны для операций с использованием флюса и прочих технологий – ручная, дуговая, электродуговая автоматическая, полуавтоматическая.

Механические параметры испытаний

Единым регламентом, определяющий правила свойства сварного шва при однородном растяжении является ГОСТ 6996, в котором отмечены следующие факторы определения свойств:

  • Испытание статистическим или кратковременным растяжением.
  • Испытание на ударный вид образца, только для надрезанных образцов.
  • Стойкость при условии воздействия механизма старения механического способа.
  • Определение твёрдости для наплавленного участка, а также для сварного соединения.
  • Полное статическое напряжение с выдержанным параметром времени.
  • Испытание на статический способ загиба или изгиба.
  • Испытание полученного соединения на ударный разрыв.
Читайте также:  Как рисовать по железу

В некоторых случаях методы исследования свойств сварных соединений определяются дополнительными способами, но при этом общая рекомендация заключается в использовании только проверенных методов по ГОСТ.

Обзор методов для определения свойств сварных швов

Самыми простейшими и доступными методами проверки качества, являются определение допуска чешуйчатости сварного шва по параметру временного сопротивления, данным фактической текучести изделия, относительным характеристикам удлинения, свойствам поперечного сужения. В качестве образцов используют цилиндрические формы металлов, применяемые для статического растяжения в соответствии с 4, 2 видом испытаний.

Чешуйчатость сварного шва

Самой простейшей и распространённой формой определения задачи, какие свойства определяют при испытании сварных соединений, является временное сопротивление. В качестве опытных образцов можно взять детали, частички металла, которые расположены в шовной или околошовной частях. Таким образом, можно определить однородность структуры металла. Но, для маленьких образцов лучше всего использовать другие методы, так как порою сложно понять, дальнейшие конструкционные свойства изделия. Временное сопротивление лучше всего использовать для больших и объёмных образцов.

Предел текучести может быть не определён для некоторых материалов, так явная неоднородность изделий и сварных швов, может преподнести искажённые данные. Текучесть, для того, чтобы решить вопрос, чем определяются свойства сварного соединения, используют только для однородной структуры металлического образца. Перед тем, как определение проходит фактическую стадию, рекомендуется подробно ознакомиться с положениями регламента.

В качестве экономии расхода затрат на операцию как влияют окислы в сварном шве на свойства сварного соединения, лучшей методикой признано определение твёрдости. Распределение окислов происходит корреляционным методом, который эффектов указывает зональность параметров твёрдого состояния сварного соединения.

Метод определения твёрдости также позволяет узнать дополнительные сведения о твёрдости всего состояния металла.»

Для оценки пластичности шва, используют метод статичности, точнее определение состояния на изгиб или загиб. В данном случае осуществляется изгиб, где до первого сопряжения появляется трещина, по которой можно определить технические характеристики шва и состояния металла в целом. Если трещина имеет показатели, не превышающие 20% общих фактических параметров состояния зоны, но не более 5 мм на любой площади, то такая пластичность не является критичной для металла по сварному шву. Все испытания осуществляются ровно до того состояния, который регулирует угол изгиба. То есть, изгиб или загиб осуществляются в любом случае до появления первой трещины и анализ НТД показывает общие параметры пластичности металлической конструкции.

Общие сведения по сварным соединениям

Как известно каждая группа металлов имеет свои параметры, которые отличаются по физическим, механическим и химическим данным. Для определения естественных критериев свариваемости, ориентируются на следующие показатели:

  • Каким образом возникает чувствительность металла при проведении сварочных работ.
  • Какую склонность к росту зерна имеет металл, при этом сохраняются как пластические, так и прочностные характеристики металла, в зоне термического обслуживания.
  • Химическая природа и структура металла, которая зависит от теплового эффекта и прочих данных обработки металлической поверхности.
  • Параметры сопротивляемости металла.

Это основные показатели, которые используют специалисты при расчётах.

Классификация стали по свариваемости

Марка стали – конструкционная

Ст. 1; Ст.2; Ст. З; Ст.4; 0,8; сталь І0, 15, 20, 25;12кп, 15кп, 16кл, 20кп 15Г; 20Г; 15Х; 15ХА; 20Х; 15ХМ; 14ХГ. С, 10ХСМД; 10ХГСМД;15ХСМД 2. Удовлетворительная. Сг5; сталь 30, 35 (2ХМ2; 12ХНЗА; [4Х2МП; 10Г2МП; 20ХНЗА; 20ХЙ; 20ХГСА; 25ХГСА; 30Х; 30 М 3. Ограниченная группа Стб; сталь40, 45, 50 35Г; 40Г; 45Г; 40Г2; 35Х; 40Х; 45Х; 40ХН;40; 40ХМФА; 30ХГС; 30ХГС; 30ХГСМ; 35ХМ; 20Х2Н4А; 4ХС; 12Х2Н4МА 4. Плохая Сталь 65, 70, 75, 80, 85, У7, У8, У9, У10, У11, У12 50Г; 50Г2; 50Х; 50ХН; 45ХНЗМФА; бХс; 7X3; 9ХС; 8X3; 5ХНТ; 5ХНВ

В табличной части указана «хорошая» группа стали, при этом содержание углерода должно быть меньше, чем 0,25%. Такие стали прекрасно свариваются без образования закалочной группы металла, как это принято для других подгрупп. Отсутствуют трещины, которые характерны для других подгрупп в широком диапазоне измерения.»

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector