2. Механические испытания сварных конструкций

Механические испытания сварных соединений из труб обычно прово­дят на образцах, вырезанных из отдельных участков стыка (рис. 10.1). Эти испытания требуют разрушения образцов и поэтому осуществляют выбо­рочный контроль. Подобные испытания используют в следующих случаях: для аттестации технологий сварки перед началом производства работ при сооружении магистральных газо- и нефтепроводов, включая ремонт и спе­циальные сварочные работы; для аттестационных испытаний сварщиков с целью определения их способности выполнять качественные сварные сое­динения при сооружении трубопроводов.

П ри аттестации по требованию заказчика производится замер твердо­сти сварного шва 1 по Викерсу HV10 зоны термического влияния (ЗТВ) 2 и основного металла 3 в соответствии со схемой (рис. 10.2). Линии замера располагаются на расстоянии не менее 2 мм от наружной и внутренней по­верхности трубы, в каждой зоне замера должно быть не менее трех отпе­чатков. Максимальная твердость не должна превышать 350HV для швов без последующей термообработки и 320HV для швов после термообработки.

Рис. 10.2. Схема замера твердости сварного шва

При механизированной дуговой сварке поворотных стыков под флюсом и в защитных газах, а также электроконтактной сварке оплавлением темп- леты для изготовления образцов и макрошлифов вырезают в любом месте сварного соединения, но не ближе (для дуговой сварки) 200 мм от места окончания процесса сварки.

Макрошлифы сварных соединений, выполненных двухсторонней свар­кой под флюсом, в количестве не менее трех от одного стыка подвергают травлению с целью определения соответствия размеров швов (рис. 10.3).

М еханические испытания сварных соединений и металла швов прово­дят на образцах, вырезанных из нитки трубопровода или из пробных сты­ков, сваренных из коротких отрезков труб шириной не менее 250 мм в условиях, аналогичных трассовым. Из каждого стыка изготавливают от 18 до 24 образцов (табл. 10.1).

Рис. 10.3. Вид макрошлифа образца при аттестации процесса сварки и сварщиков: 1 — ось наружных слоев шва; 2 — ось внутреннего слоя шва; 3 — условная ось стыка; а — перекрытие наружного и внутреннего слоев шва (а>3 мм при толщине стенки 12 мм

и более и а>2 мм при толщине стенки менее 12 мм; с — смещение осей наружных и внутренних слоев шва от условной оси стыка (с = ±1 мм); Н_н — глубина проплавления наружных слоев шва; Н_в — глубина проплавления внутреннего слоя шва; В_в — ширина

внутреннего шва

Вырезанные образцы подвергают механической обработке для получения определенной формы размеров по ГОСТ 6996-66 (рис. 10.4). При испытании на растяжение определяют прочность металла шва или сварного соединения, на рис. 10.4 а показаны образцы для определения временного сопротивления наиболее слабого участка в стыковом соедине­нии. Размеры образцов в зависимости от толщины стенки приведены в табл. 10.2. Общая длина образца L = 1+ 2h, где h — длина захватной части об­разца, зависящая от конструкции испытательной машины

Для испытания образцов усиление шва должно быть снято. Времен­ное сопротивление разрыву сварного соединения определяют по форму­ле ав = P/s, где Р — разрушающая нагрузка; s— площадь поперечного сечения рабочей части образца.

Испытание на изгиб стыкового соединения состоит в загибе образца сосредоточенной силой вокруг скругленной оправки. Угол изгиба определяют при образовании первой трещины в растянутой зоне.

При испытании образцов на изгиб усиление шва снимают заподлицо с основным металлом (рис. 10.4, в). Кромки рабочей части образца закругляют с радиусом 0,2 от толщины образца, но не более 3 мм. При испытании образцов на изгиб методом "на ребро" шириной образца служит толщина испытываемого металла, а толщина образца всегда равна 12,5+0,2 мм. Дли­на образца 180—200 мм, диаметр Поправки 50±2 мм, расстояние между опо­рами k 80 мм, скорость нагружения не должна превышать 15 мм/мин.

Образцы для испытания (рис. 10.4 д) вырезают газовой резкой, фрезой и т.п. инструментом с последующей механической обработкой. Далее выпол­няют надрезы ножовкой в центральной части сварного шва (со стороны на­ружного усиления) по бокам шва. Кромки образца должны быть параллель­ные и гладкие.

При толщине стенки трубы менее 20 мм глубина боковых надрезов со­ответствует 3 мм, а поперечного надреза по усилению шва 1,5 мм, при тол­щине стенки 20 мм и более, соответственно — 4,0 мм и 2,5 мм.

Образцы разрушают растяжением на разрывной машине или ударом по центру образца при зажатых концах или ударом молота по свободному кон­цу образца при зажатом другом конце.

Поверхность излома должна иметь полный провар и сплавление между слоями шва. Газовые поры должны быть не более 2,5 мм, а суммарная пло­щадь допустимых пор не должна превышать 3% площади излома образца.

Глубина шлаковых включений не должна превышать 1 мм. Расстояние между соседними шлаковыми включениями должно быть не менее 12,5 мм.

Если в изломе обнаружены дефекты типа флокенов ("рыбьих глаз"), то они не являются браковочным признаком при данном испытании.

Допускается вместо испытаний на излом образца с надрезом проводить испытания на статический изгиб. Положение шва близко к потолочному 5—7 часов.

Испытанием на ударную вязкость (ударный изгиб) определяют склон­ность сварных соединений к хрупкому разрушению при динамических на­грузках. При аттестации технологии сварки испытания на ударный изгиб проводят на поперечных образцах (рис. 10.4 г) с V-образным надрезом типа IX (толщина стенки 11 мм и более) и типа X (толщина стенки 6—10 мм) по ГОСТ 6996-66. Для испытания металла шва надрез наносят по его центру через все слои шва перпендикулярно поверхности трубы. При испытании металла зоны термического влияния надрез наносят рядом с линией сплав­ления (1—2 мм в сторону основного металла).

При толщине стенки трубы более 19 мм для испытания вырезают допол­нительно еще два комплекта образцов с V-образным надрезом, одна из чис­товых поверхностей которых расположена на расстоянии 1—2 мм от внут­ренней поверхности трубы.

Ударную вязкость (in определяют по формуле а_н = A_H/F, где А_н — работа, затраченная на деформацию и разрушение образца ударом копра; F — пло­щадь поперечного сечения образца в месте надреза.

Для определения ударного изгиба по ГОСТ 9454-78 используют до 20 ти­пов образцов, которые имеют различные концентраторы в виде надрезов и трещин. Работу удара копра обозначают А, , где А — символ работы, a i — тип образца. Ударную вязкость обозначают буквами KCU, KCV, где КС — символ ударной вязкости; U, V— вид концентратора.