Практическая работа по дисциплине "Основы технологии аппаратостроения"

Практическая работа №1

Методы измерения механических свойств сварных соединений

Цель практической работы: изучение различных методов измерения механических свойств сварных соединений. Сравнение результатов. Проблема применимости различных методов.

Литература:

1.     Кузмак Е.М.  Основы технологии аппаратостроения. Изд-во «Недра», 2012.-455с.

2.     Бакиев А.В. Технология аппаратостроения. Изд-во «УГНТУ» Уфа, 2011.-297с.

Теоретическая часть.

В последние десятилетия новые требования конструкторов современной техники сделали необходимым постановку и проведение целого ряда исследований в области разработки новых методов определения механических свойств сварных соединений  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.

Он 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.

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

Механические испытания сварных соединений из труб обычно проводят на образцах, вырезанных из отдельных участков стыка (рис. 1).

Эти испытания требуют разрушения образцов и поэтому осуществляются выборочно. Подобные испытания используют в следующих случаях: для контроля качества новых сварочных материалов (электродов, проволоки и флюса); для проверки квалификации сварщиков; для выборочной проверки механических свойств сварных соединений при изменении диаметров труб под сварку (переход от одной группы диаметров к другой). Механические испытания сварных соединений и металла швов проводят на образцах, вырезанных из нитки трубопровода или из пробных стыков, сваренных из коротких отрезков труб в условиях, аналогичных трассовым.

Из каждого стыка изготовляют от шести до двенадцати образцов. Вырезанные образцы подвергаются механической обработке для получения определенной формы и размеров (рис. 2). При испытании на растяжение определяют прочность металла шва или сварного соединения. На рис. 2, а изображены образцы для определения временного сопротивления наиболее слабого участка в стыковом соединении.

Рисунок 1 – Схема вырезки образов для механических испытаний на растяжение (1), на изгиб корнем шва наружу или на ребро (2), на изгиб корнем шва внутрь (3) для труб димаетром до 400мм 9а), от 400 до 1000 мм (б) и более 1000 мм (в)

Испытания на изгиб стыкового соединения состоят в загибе образца сосредоточенной силой вокруг скругленной оправки (рис. 2,б). Угол изгиба определяют при образовании первой трещины в растянутой зоне. Образцы испытывают в стационарных или передвижных лабораториях. Для получения оперативных данных в трассовых условиях применяют передвижные лаборатории марки ЛКС, которые устанавливают на прицепе.

Для определения ударной вязкости металла шва, околошовной зоны или наплавленного металла (рис. 2, г) испытания проводят в стационарных лабораториях на образцах сечением не более 10х10 мм.

В зависимости от цели испытания при выборе положения образца в испытываемом соединении вершину надреза располагают в разных точках шва. Требуемое положение образца устанавливают по макрошлифу поперечного сечения сварного соединения. При этом все образцы располагают поперек продольной оси шва. Твердость различных участков сварного соединения определяют в поперечном сечении на макрошлифах замером на приборах Виккерса, Роквелла и Бринелля.

Перед началом сварочных работ на резервуарах сварщики выполняют сварку контрольных образцов. Образцы для механических испытаний готовят из пластин, сталь которых соответствует стали стенки резервуара. При сварке резервуара полистовым методом каждый сварщик вручную должен сварить в вертикальном и горизонтальном положении по одному стыковому соединению из пластин. В этом случае подготовляют образцы толщиной 25 мм из стали 09Г2С или 16Г2АФ толщиной 17 мм. Сварка пластин ведется в той последовательности, которая будет соблюдаться при выполнении работ на корпусе резервуара. При применении полуавтоматической сварки для сооружения резервуара каждый сварщик должен сварить пластины внахлестку из стали, используемой на днище. Нахлесточные сварные соединения испытывают на плотность вакуумным методом и керосином.

Образцы, имеющие отступления от чертежных размеров по чистоте обработки, а также механические повреждения в рабочей части, к испытаниям не допускаются и заменяются таким же числом новых образцов, изготовленных из той же пробы или контрольного соединения. Если размеры пробы или контрольного соединения исключают возможность изготовления новых образцов, производят вырезку новой пробы или сварку нового контрольного соединения.

При соответствии результатов механических испытаний требованиям стандартов или другой технической документации, во всех случаях, кроме арбитражных испытаний, допускается использование образцов с более низким классом шероховатости поверхности.

 Если нет других указаний в стандартах или другой технической документации, то испытания проводят не менее чем на двух образцах для каждого участка сварного соединения. Если размеры сварного соединения исключают возможность размещения четырех точек, то допускается уменьшить их количество в соответствии с реальными возможностями.

 Результаты по всем видам испытаний определяют как среднее арифметическое результатов, полученных при испытании всех образцов. Если нет указаний в соответствующих стандартах или другой технической документации, то для всех видов испытаний, кроме испытаний на статический изгиб и измерения твердости, допускается снижение результатов испытаний для одного образца на 10 % ниже нормативного требования, если средний арифметический результат отвечает нормативным требованиям. Допускаемое снижение результатов испытания образцов на статический изгиб и при измерении твердости должно оговариваться в соответствующих стандартах или другой технической документации. При испытании на ударный изгиб допускаемое снижение ниже нормативных требований устанавливается не более 5 Дж/см² (0,5 кгс × м/см²).

 Испытания проводят при нормальной температуре, равной (20±10) ° С [(293 ± 10) К]. Температуру образца принимают равной температуре помещения, в котором проводят испытания. При испытании при пониженной или повышенной температурах температуру образца принимают равной температуре среды, в которой проводят нагрев или охлаждение. Допускается определение температуры на образцах-свидетелях.

Результаты испытаний считают неудовлетворительными, если не выполняются требования или в изломе образца, или на его поверхности выявлены кристаллизационные или холодные трещины (кроме случаев, когда наличие трещин допускается соответствующей НТД). При неудовлетворительных результатах испытания повторяют на удвоенном количестве образцов. Если в изломе образца, результаты испытания которого считают неудовлетворительными, обнаружены дефекты основного металла или сварного соединения (кроме трещин), его исключают из оценки и заменяют одним новым образцом.

Общие результаты испытаний определяют по показаниям, полученным при повторных испытаниях. Результаты повторных испытаний являются окончательными.

Общие контрольные вопросы

1.     Какие виды испытаний бывают?

2.     Какие преимущества и недостатки этих испытаний?

3.     Какими методами определяют твердость металла различных участков сварного соединения.

4.     Какие характеристики определяют при испытании металла на статическое (кратковременное) растяжение?

5.     Для каких соединений проводят испытания на сопротивление ударному разрыву?