Виды дефектов сварных соединений, возникающих из-за металлургических и тепловых явлений
- трещины в металле шва и в околошовной зоне- поры
- шлаковые включения
- изменения свойств металла шва и зоны термического влияния
- свищи
- нарушение технологии сварки и литья
Статические испытания – неотъемлемый этап разработки новых материалов, контроля качества не разборных соединений и монолитных изделий. Испытания относятся к разрушающим, т.е. в процессе приложения нагрузки образец разрушается и восстановлению не подлежит.
В зависимости от способа приложения нагрузки, испытания дифференцируются на:
- Разрыв (растяжение);
Испытания на разрыв
Выполняются на вертикальных или горизонтальных разрывных стендах. Для испытаний изготавливают специальный образец, в виде цилиндрического стержня с разными диаметрами. Концы стержня закрепляют, и образец растягивают до разрушения. При этом приборы фиксируют прилагаемую в течение испытаний нагрузку. Испытаниям на разрыв чаще всего подвергают металлы и полимеры.
- Сжатие (сдавливание);
Испытания на сжатие
Выполняют при помощи испытательного пресса. Образец цилиндрической или кубической формы устанавливают на стол и подвергают сжатию до полного разрушения. Стенд оснащён приборами фиксирующими изменение нагрузки в течение испытаний. На сжатие испытывают все материалы, но наиболее актуальны данные испытания для бетонов, керамики, и других строительных материалов.
- Излом (изгиб);
Испытания на изгиб
Выполняется на специальных стендах или на стендах, предназначенных для разрыва или сжатия, при условии применения дополнительной оснастки. Образец в виде платины изгибают, прилагая усилие, в зависимости от способа изгиба, к двум или более точкам. Деформация происходит до разрушения образца или до состояния невозврата к первоначальной геометрической форме.
Т.к. нагрузка может прилагаться в разных плоскостях, система регистрации результатов испытаний, имеет боле сложную конструкцию.Важные испытания для металлов и полимеров, как монолитных, так и неразборных стыков, например сварки.
- Излом (изгиб);
Испытания на скручивание
Испытания на скручивание проводятся на специальных стендах, в которых зажимные устройства вращаются в разных направлениях, с разными скоростями и усилиями, тем самым имитируя реальные условия эксплуатации контролируемого материала. Важным фактором является правильная центровка образца, чтобы избежать факта изгиба, при приложении нагрузки.
Испытания скручиванием применяют как к материалам, так и неразъёмным соединениям.
Независимо от вида испытаний, в основе их лежит единый физический процесс — разрушение материала при максимальной нагрузке, после которой невозможно восстановление пластических и прочностных свойств образца. На этапе максимального приложения силы, образец деформируется до полной потери первоначальных геометрических параметров, затем нагрузку снижают, а образец продолжает разрушаться.
Статические испытания позволяют определить предельно допустимые постоянные или плавно нарастающие нагрузки, при которых материал способен сохранять заданные характеристики.
В связи с широким применением статических испытаний, требования и методы их проведения регламентированы во множестве нормативных документов.
1. | Механические статические испытания: | |
1.1. | Прочности на растяжение | |
1.1.1. | При нормальной температуре |
ГОСТ 1497-84 ГОСТ 6996-66 |
1.1.2. | При пониженной температуре | ГОСТ 11150-84 |
1.1.3. | При повышенной температуре | ГОСТ 9651-84 |
1.1.4. | Длительной прочности при температуре до 1200°С | ГОСТ 10145-81 |
1.1.5. | Тонких листов | ГОСТ 11701-84 |
1.1.6. | Проволоки | ГОСТ 10446-80 |
1.1.7. | Труб | ГОСТ 10006-80 |
1.1.8. | Стали арматурной | ГОСТ 12004-81 |
1.1.9. | Арматурных и закладных изделий сварных, соединений сварных арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций на разрыв, срез, отрыв |
ГОСТ Р 57997-2017 ГОСТ 34227-2017 |
1.1.10 | Сварных соединений металлических материалов |
РД 03-495-02 ГОСТ Р ИСО 4136-2009 ГОСТ Р ИСО 5178-2010 |
1.1.11 | Паяные соединения металлических материалов | ГОСТ 28830-90 |
1.2. | Ползучести на растяжение при температуре до 1200°С | ГОСТ 3248-81 |
1.3. | Прочности на сжатие | ГОСТ 25.503-97 |
1.4. | Прочности на изгиб |
РД 03-495-02 ГОСТ 14019-2003 (ИСО 7438-85) ГОСТ 6996-66 |
1.5. | Прочности на кручение | ГОСТ 3565-80 |
1.6. | Трещиностойкости на вязкость разрушения, К1С | ГОСТ 25.506-85 |
1.7. | Усталостной выносливости на усталость при растяжении-сжатии, изгибе, кручении | ГОСТ 25.502-79 |
1.8. | Полиэтиленовых труб и их сварных соединений, пластмасс, термопластов |
РД 03-495-02 ГОСТ Р 53652.1-2009 ГОСТ Р 53652.2-2009 ГОСТ Р 53652.3-2009 ГОСТ Р 50838-2009 ГОСТ 18599-2001 ГОСТ 11262-80 ГОСТ 26277-84 СП 62.13330.2011 СП 40-102-2000 СП 42-103-2003 |
Испытания на растяжение металлов, пластмасс (ГОСТ 1497-84, ГОСТ 6996-66, ГОСТ 11262 -2017) — характеристики :
Предел прочности стали зависит от ее марки и изменяется в пределах от 300 Мпа у обычной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 Мпа у специальных высоколегированных марок.
Предел текучести — механическая характеристика материала, характеризующая напряжение, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки. С помощью этого параметра рассчитываются допустимые напряжения для пластичных материалов.
Модуль упругости стали (модуль Юнга) — характеристика металлического элемента. В основе меры лежит сопротивляемость деформации растяжения. По-простому, цифра дает понять на сколько металл перед глазами инженера пластичен.
Предел пропорциональности (σпц) — максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между деформацией и напряжением. При напряжениях выше предела пропорциональности происходит равномерная пластическая деформация (удлинение или сужение сечения).
Удлинение металла — это характеристика пластичности металла, оцениваемая по увеличению длины образца из этого металла при растяжении.
Относительное сужение материала — это характеристика пластичности металла, оцениваемая по относительному уменьшению площади поперечного сечения растягиваемого образца.
Знание механических свойств материала незаменимо и важно для конструктора, технолога, которые используют их в своей работе. Определяя максимальную нагрузку на ту или иную конструкцию, деталь, при превышении которой начнется пластическая деформация, и конструкция потеряет с вою прочность, форму и может быть разрушена.
Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам.
Нормативные требования
Базовыми нормативными документами, регламентирующими статические испытания, являются ГОСТы. На их основании разрабатывают программы испытаний и инструкции, которыми пользуется персонал.
Государственный стандарт выбирают в зависимости от вида, материала и условий испытаний. Например:
- ГОСТ 1497-84 — испытание металлов на растяжение;
- ГОСТ 11262-2017 — испытаний пластмасс на растяжение;
- ГОСТ 25.503-97 — испытания металлов на сжатие и прочностные расчеты;
- ГОСТ 25.602-80 — испытаний на сжатие композитных материалов и прочностные расчёты;
- ГОСТ 4648-2014 — испытаний пластмасс на изгиб;
- ГОСТ 14019-80 — испытания металлов на изгиб.
Также на результат испытаний влияют температурные условия, при которых проводятся контроль. Например:
- ГОСТ 9651 - 84 — испытания металлов при повышенных до +1200°С температурах;
- ГОСТ 11150 - 84 — испытания металлов при пониженных от -10оС до -100°С температурах;
Очевидно, что при планировании статических испытаний необходимо проанализировать будущие условия применения разрабатываемого материала или изделия, с учётом климатических зон или особых условий эксплуатации.