Порядок проведення роботи

Для дослідження структури звареного шва готують зразок, що являє собою розріз шва в поперечному перерізі. Підготовку досліджуваної поверхні виконують за методикою, викладеною в лабораторній роботі № 2, тобто виготовляють мікрошліф. Зразок розглядають на металографічному мікроскопі.

У процесі дослідження необхідно відзначити порівняльний розмір зерен, їхнє взаємне розташування і розташування щодо осі шва. Картину структури, що спостерігається, необхідно занести в журнал і дати їй опис відповідно до уявлень викладених в теоретичній частині роботи.

Зміст звіту

1. Графік зміни температури в поперечному перерізі звареного шва і схема структур у зоні термічного впливу з їхнім описом.

2. Зображення ділянки діаграми стану Fe-С для низьковуглецевих сталей.

3. Опис методики підготовки зразка звареного шва для мікроскопічного аналізу.

4. Результати дослідження у вигляді замальовки структури, що спостерігається, і її описом.

Запитання для самоперевірки

1. Що називається зоною термічного впливу (ЗТВ)?

2. Які структури утворяться в ЗТВ?

3. Чим пояснюється розходження в механічних властивостях основного металу і звареного шва?

4. Як можна змінити структуру в ЗТВ?

5. Чим обумовлена поява тріщин у звареному шві?

Лабораторна робота №7

Дослідження механічних властивостей звареного шва Мета роботи:

1. Вивчити основні методи дослідження звареного шва.

2. Дослідити механічні властивості звареного шва.

Основні теоретичні положення

Міцність звареного з'єднання оцінюється його здатністю протидіяти руйнуванню чи пластичній деформації під дією зовнішніх навантажень. Міцність з'єднання залежить від характеристик зварювальних металів і металу електрода, від роду прикладених навантажень, від залишкових напружень після зварювання та умов експлуатації.

Кількісну оцінку міцності виконують за механічними властивостями, що, у свою чергу, можуть бути статичними, динамічними і знакозмінними. Статична міцність (навантаження здійснюють з малими швидкостями) залежить від наявності концентраторів напруг, температури, залишкових внутрішніх напружень та деяких інших факторів.

Визначення механічних властивостей проводять на стандартних зразках різної форми (рис.1) залежно від схеми навантаження (у зварених з'єднаннях переважно розтягання, вигин і удар). Залежність деформації зразка від напруження (прикладеного навантаження) характеризується діаграмою розтягу, відомої з курсу опору матеріалів.

Максимальне напруження, що фіксується під час випробувань, називається тимчасовим опором, чи межею міцності (σ_в):

[Па].

Відносне подовження, що характеризує пластичність металу, визначається приростом довжини зразка перед руйнуванням:

,

де відносне подовження;

довжина зразка до і після руйнування, відповідно.

Наприклад, для сталей звичайної якості групи В (сталі даної групи призначені для зварених з'єднань) =310…490МПа,= 20...31 %.

У будівельних організаціях для визначення механічних властивостей найбільше часто застосовують випробування на розтягання, статичний вигин гладких зразків, ударний вигин надрізаних зразків, а також визначення твердості після термічної обробки.

Рис. 1 - Зразки для випробування на розтяг і діаграма розтягу низьковуглецевої сталі:а — циліндричний, б — плоский, в — діаграма розтягу

Випробуванню на розтягання піддають зразки, виготовлені з наплавленого металу (метал шва). З цією метою метал наплавляють декількома шарами "у човник", після чого з нього вирізують зразок.

Для визначення здатності металу витримувати ударні навантаження випробування проводять на зразках з надрізами, що імітують концентратори. Форма надрізів може бути двох виглядів: тупа і гостра (рис. 2).

На таких зразках можна визначати ударну в'язкість для різних ділянок звареного з'єднання (метал шва, біляшовної зони, основний метал). Випробування проводять на маятниковому копрі. Ударна в'язкість () визначається величиною роботи, витраченою на злам зразка (), віднесеною до площі поперечного перерізу зразка в місці надрізу:

[МДж/м²].

Для випробування стикових зварених з'єднань використовуються зразки, показані на рис.3. У виразі визначення міцності з'єднання в цілому на зразку знімається посилення шва, але надрізи не роблять (рис.3, а); коли потрібно визначити міцність металу шва, на зразку виконують надрізи, але посилення шва не віддаляється (рис. 3, б).

Зварене з'єднання трубопроводів і будівельних конструкцій випробують на пластичність статичним вигином (рис.4); чим більше кут α, при якому не спостерігаються тріщини, тим пластичніше метал.

Після термічної обробки звареного з'єднання основний метал, метал шва й біляшовної зони випробують на твердість. Залежно від марки сталі основного металу й електрода механічні властивості, в тому числі твердість, різних ділянок буде різною. За перерізом шва можуть спостерігатися як тверді, так і м'які зони (прошарки). Їхнє розташування залежить від металу, що зварюється, і може бути асиметричним, тобто в одних марок сталей шов буде твердою зоною, а в інших м'якою.

Вимір твердості має той недолік, що при цьому не враховується наявність концентраторів напружень (тріщин, непроварів, пор і т.д.).