Механические испытания сварных соединений

Когда шов сварного соединения изготовлен, то он приобретает определенные свойства, в зависимости от того, каким методом производилась сварка, какие материалы соединялись между собой, какие условия этому сопутствовали и так далее. Естественно, что для каждой сферы применения важным может оказаться свой параметр. Чтобы определить, какими именно характеристиками обладает шов того или иного типа, проводятся механические испытания сварных соединений.

Как понятно из названия, они помогают определить механические свойства испытуемых образцов. Испытания проводятся на отдельно взятых деталях и измеряются показатели, которые показывает взятый образец. Как правило, такие процедуры проводятся при серийном производстве, когда все детали изготавливаются одним и тем же методом и можно по одному образцу понять, какие свойства есть у других изделий этой серии.

Испытания проводятся при помощи различных машин, которые могут не только дать необходимый уровень воздействия силы, но и зафиксировать результат. Это очень важно для составления характеристик изготовленной металлоконструкции. Чтобы сделать более точные измерения, могут проводиться анализы нескольких заготовок. К сожалению, практически ни один метод испытания сварочных швов на механическую прочность не относится к неразрушающему контролю сварных соединений, за редким исключением.

Преимущества механических испытаний

• Имеется возможность получить все необходимые данные о свойствах соединений, в том числе и на предельную прочность.

Недостатки

• Образцы часто разрушаются и не подлежат восстановлению.

Нормативные документы

Механические испытания сварных соединений проходят по ГОСТ 6996-66. К нормативным документам также можно отнести РД 26-11-08-86., которые непосредственно относятся к механическим испытаниям.

Принцип проведения испытания сварочных швов

Практически все механические свойства характеризуют возможности металла сопротивляться деформации. Чтобы провести то или иное испытание, требуется подвергнуть образец такому воздействию, чтобы он деформировался. Сила воздействия и будет максимальным пределом, с которым может столкнуться заготовка. Среди основных свойств, которые помогают выявить испытания сварных соединений, имеются:

• Пластичность – способность детали к изменению формы, когда не нее воздействует нагрузка, но при этом не разрушаясь;

Схема растяжения для проверки пластичности

• Твердость – способность заготовки противостоять проникновению в нее других предметов, которые более твердые, чем она;

Схема испытания на твердость

• Прочность – способность заготовки противостоять разрушению при воздействии нагрузки;

Схема испытания на прочность

• Ударная вязкость – способность заготовки к сопротивлению динамическим ударам, при этом не разрушаясь.

Виды и условия испытаний

Разрушающий метод контроля сварных соединений может происходить при помощи нескольких различных способов. Это могут быть:

• Измерение твердости;
• Испытания на изгиб от механического удара;
• Испытания на изгиб от статических нагрузок;
• Испытание на растяжение.

Стоит отметить, что в то время, когда проходят мех испытания сварных швов, фиксируются условия, при которых они проводились. Необходимо знать температуру окружающей среды, характер и вид нагрузок, а также прочие данные.

Технология проведения

Механические испытания сварных соединений металлоконструкций имеют свои особенности, которые зависят от своего конкретного типа.

Изгиб от удара. Это динамические испытания, которые обладают довольно высокой скоростью деформирования. Она намного выше, чем при статических нагрузках. Благодаря данным испытаниям можно выявить склонность металла к хрупкому разрушению. В основу метода входит разрушение образца с надрезом. На месте надреза происходит концентрация напряжения. Удар осуществляется при помощи копра маятникового типа.

Схема испытания соединения ударным изгибом

Благодаря такому способу можно рассчитать ударную вязкость материала. В данном случае это понятие воспринимается как работа удара, относящуюся к изначальной площади сечения образца в месте концентратора. Иными словами, чтобы вычислить ударную вязкость, необходимо величину работы удара разделить площадь поперечного сечения исследуемого образца. Результаты испытания можно определить по шкале, которая нанесена на маятниковый копр. Площадь сечения необходимо измерить еще до испытаний.

Определение твердости. Твердые тела способны оказывать сопротивление при пластической деформации. В их поверхностный слой вдавливается шарик, пирамида или конус, в зависимости машины испытания. Это простой и быстрый способ измерения. Разрушение изделие происходит далеко не всегда.

Схема определения твердости соединения

Существует несколько методов определения твердости:

• По Роквеллу –  здесь используется специальный наконечник, у которого контактный конус сделан из алмаза. Этот конус вдавливается в образец. На исследуемую деталь воздействует два типа нагрузок. Сначала идет предварительная, а затем основная. Чтобы определить, насколько твердый металл, необходимо измерить глубину проникновения. Для контроля на приборе имеется специальная шкала. Алмазный наконечник сделан для того, чтобы прибор можно было использовать многократно. Форма наконечника выполнена в виде правильной пирамиды с четырьмя ровными гранями. Такой метод отлично подходит для того, чтобы измерять детали с относительно небольшой толщиной. Это могут быть тонкие листы с высокой твердостью.
• По Бриннелю – в данном случае вдавливается стальной шарик диаметром в 1 см. после окончания воздействия нагрузки снимается отпечаток. Чем больше диаметра полученного отпечатка, тем больше шар вдавился, а значит, тем меньше твердость. При увеличении твердости снижается пластичность материала. Нагрузка, которая устанавливается на приборе, зависит от мягкости металла. К примеру, при анализе олова, нагрузка ставится в 250 Н, а при анализе чугуна – 1000 Н.

Испытания на изгиб. Благодаря данной технологии можно определить, насколько способен металл воспринимать механические изгибы, по заданной форме и размерам. При достижении определенных усилий, когда деталь смещается до критического угла, происходит разрушение. Для сварных соединений, которые будут эксплуатироваться при динамических нагрузках, это очень важный параметр. Процедура проводится для контроля  листовых и фасонных заготовок. Но если при работе с фасонными деталями они берутся полностью, то для листовых достаточно лишь части.

Изгиб можно поделить на несколько разновидностей, среди которых выделяют:

• Изгиб вокруг оправки до тех пор, пока не будет достигнута параллельность сторон;
• Изгиб до угла определенной величины, чаще всего, пока не произойдет разрушение;
• Изгиб до сплющивания обеих сторон.

Схема испытания на статический изгиб

Механические испытания сварных соединений трубопроводов и прочих конструкций во многом зависит от того, в каком состоянии они находятся. Ведь если сравнивать показания обыкновенного образца и того, на котором есть дефекты, то они будут заметно отличаться. Поэтому, перед основным испытанием проводится дефектоскопия сварных швов, а также может потребоваться несколько образцов, чтобы получить более точные данные.