Диссертация (Разработка расчетно-экспериментального метода оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при сварке тонколистовых металлических конструкций), страница 3

Экспериментальные методы оценки склонности сварныхсоединений к образованию горячих трещинК настоящему моменту в мире разработано большое число различныхэкспериментальных методик оценки опасности возникновения горячих трещин.Эти методики можно разделить на две большие группы: испытания с применением внешней нагрузки (машинные методы); испытаниянаобразцахсестественнойжесткостью(технологические методы).Основнымидокументами,регламентирующимиметодикиоценкиопасности возникновения горячих трещин, являются отечественный стандартГОСТ 26389 [4], изданный в 1984 году и переутвержденный в 2000 году, атакже европейский стандарта ИСО 17641 [5], утвержденный в 2005 году. Обастандарта имеют вышеуказанное деление представленных в них методик на двегруппы: машинные и технологические.1.2.2.1.

Технологические методыПри технологических испытаниях критические условия возникновениятрещины создаются за счет выбора конструкции и размеров образца.Конкретная схема испытания выбирается в зависимости от способа сварки,объекта испытания и типа сварных соединений. Для применения результатовтехнологических проб стремятся создать условия проведения испытания болеенеблагоприятные, чем при сварке реальных конструкций.14Условно технологические пробы можно разделить на количественные икачественные. В первом случае в качестве оценки стойкости против ГТ служиткакой-либо параметр (ширина образца, длина и количество трещин и т.п.), вовтором – фиксируется факт наличия или отсутствия трещины.В отечественном стандарте представлены четыре технологические пробы,схемы которых представлены на Рис.

1.7.Испытания проводят на стандартных режимах, приведенных в ГОСТе. Вслучае отсутствия трещин для образцов типа 1, 3 и 4 увеличивают скорость имощность источника сварки до появления трещин и выявления критическойскорости сварки C . Для образца типа 2 уменьшают ширину до выявлениякритической ширины Д КР . Также для оценки используются дополнительныепараметры: для образца типа 2 - коэффициент ширины образца ( K Д ), дляобразцов типа 1, 3 и 4 - коэффициенты периодичности трещин ( Kn ), площадитрещин ( K f ) и длины трещин ( K l ).а)б)в)г)Рис.

1.7. Технологические пробы по ГОСТ 26389:а - тип 1 (квадратная пластина с круговым швом); б - тип 2 (пластиныпеременной ширины); в - тип 3 (образец с тавровым швом); г - тип 4 (пластинас канавками)15В европейском стандарте ИСО 17641 описаны 3 вида испытания наобразцах с естественной жесткостью: испытания таврового соединения; испытание на растяжение; испытания на продольный изгиб.Испытания таврового соединения проводят для однопроходного угловогошва, который выполняется исследуемым способом сварки (Рис. 1.8, а).

Дляизменения жесткости соединения увеличивают толщину горизонтальнойпластины или приваривают дополнительные ребра жесткости. Условия ипараметрысваркидолжнысоответствоватьприменяемымсварочнымматериалам и исследуемому металлу, и обеспечивать требуемые размеры шва.В отчете фиксируется количество трещин, их длинна и ориентация.а)б)Рис.

1.8. Образцы для технологических испытаний по ИСО 17641Испытание на растяжение и изгиб применяются для исследованияметалла шва, наплавленного в несколько проходов в разделку. Схема вырезкиобразцов представлена на Рис. 1.8, б. Для испытания на растяжениеприменяется цилиндрический образец, поверхность которого изучают например наличия ГТ после его разрушения. Для испытания изгибом применяетсяплоский образец, угол загиба которого должен быть не менее 120º.

Деформацияобразцов под действием нагрузки позволяет выявить трещины, образовавшиесяприсварке.Послепроведенияиспытаниянаповерхностиобразцов16фиксируются все трещины длиной более 0,1 мм. Количественной оценкойсклонности к ГТ служит индекс чувствительности к трещинам материала MSI(мм/мм2), определяемый как отношение суммы длин всех зафиксированных ГТк исследуемой площади поверхности образца.Далее рассмотрим ряд проб, не вошедших в ГОСТ 26389-84 и ИСО17641-2.Проба МВТУ изготавливается из нескольких пластин различной шириныB собранных с помощью прихваток с одной стороны (Рис.

1.9) [19]. Сварканеплавящимся электродом начинается с самой узкой пластины. Под действиеусадочных сил на месте стыка пластин образуется трещина. По мереувеличения ширины пластины увеличивается её жесткость, что приводитснижению деформаций и отсутствию трещин. Критерием оценки служитминимальная ширина пластины, при которой не появилось трещины.Недостатком пробы является изменение проплавления при сварке пластинразличной ширины вследствие изменения условий теплоотвода.Рис. 1.9.

Составная проба МВТУПробаИМЕЕТдлятонколистовогоматериалавыполняетсянеплавящимся электродом на пластине с надрезом, через вершину которогопроходит ось шва (Рис. 1.10) [20].17Рис. 1.10. Проба ИМЕЕТ для тонколистового материалаВ ходе выполнения шва в нем нарастает накопленная деформация и темпдеформации. Надрез, являющийся концентратором напряжения, провоцируетпоявление трещины. При испытании меняют расстояние от начала шва донадреза. В пробе ИМЕЕТ, в отличие от пробы МВТУ, не изменяются условиятеплоотвода и параметры проплавления по все длине шва. Критерием оценкиявляется максимальная длина шва K от начала до надреза, при которой необразовывается трещина.Кольцевая сегментная проба, описанная в немецком стандарте атомнойпромышленности, применяется для листов большой толщины. Образец,толщиной 25 мм, собирается и сваривается с двух сторон из четырех частейразмерами 45×45 мм (Рис.

1.11).Рис. 1.11. Кольцевая сегментная проба для листов большой толщины18После сборки на образце вытачивается кольцевая канавка глубиной 12мм. Сварку выполняют в один слой. Сначала проваривают ¾ канавки сперекрытием трех стыков. После очистки шва и остывания образца до 50ºCсваривают оставшиеся ¼ канавки. Продольные ГТ образуются в местах стыкачастей пробы.

Оценкой стойкости против ГТ служит отношение длинызафиксированных трещин к общей длине шва.Крестовую пробу применяют для испытания тонколистового материала[11, 21]. Прямоугольные пластины собираются с помощью точечнойконтактной сварки и сваривают внахлест между собой в последовательности,указанной на Рис. 1.12.Рис. 1.12. Крестовая тонколистовая пробаПосле выполнения каждого шва и его остывания до комнатнойтемпературы осуществляется контроль наличия трещин. Оценкой стойкостипротив ГТ также служит отношение длины зафиксированных трещин к общейдлине швов.Широкий обзор технологических проб выполнен Шоршоровым М.Х.

[2].КоличественнымикритериямиоценкиопасностивозникновенияГТвтехнологических пробах служат либо параметры проведения испытания19(ширина, толщина, скорость сварки и т.д.), либо величины, характеризующиенепосредственно саму трещину (длина, площадь, частота возникновения и т.д.).Связь этих критериев и параметров модели технологической прочности (ТИХ,минимальная пластичность) является сложной, неоднозначной и сильнозависит от схемы испытаний (геометрии образцов, условий закрепления и т.д.).Качественные критерии оценки позволяют сделать вывод об опасностивозникновения ГТ для конкретных условий проведения испытания, геометрииобразца, сварочных материалов и т.д.1.2.2.2. Машинные методыВ большинстве методики испытания с применением внешней нагрузки втой или иной степени направлены на определение параметров моделитехнологической прочности Прохорова Н.Н.Определение величины ТИХНаиболее физически обоснованным критерий оценки технологическойпрочности является ТИХ.

Широко распространенным в мире испытанием дляопределения ТИХ является Gleeble-испытание растяжением нагреваемогообразца [22].Испытание выполняется на установке имитации термического цикла,(Рис. 1.13), разработанной доктором В.Ф Сэвиджом в 1948 году вполитехническом институте Ренсселирав в городе Трой, штат Нью-Йорк, США.В1951годуустановкабыладооснащенапневматическойсистемойдеформации, в 1979 году - динамической сервогидравлической системой, и в1980 году добавлена возможность компьютерного управления.

Впоследствииданный вид испытания был включен в европейский стандарт ISO 17641,разработанный в 2004 году.20Рис. 1.13. Gleeble-испытаниеПри испытании выполняется растяжение цилиндрического образца,диаметром 10 мм и длиной 90 мм, при температуре испытания на стадиинагрева или охлаждения. Процедура применяется для количественногоопределения ТИХ, данного в ИСО 17641 (Рис. 1.3).На Рис.