в следующем порядке: лабораторного назначения - Лихайская, крестовая, Тэккен, проба с набором образцов (ВМЭИ), с круговой наплаской (NCFW), Кренфильд, ЦНИИТМАШ, отраслевого назначения - ЦНИИТС, круглый вварыш и др.

Рис. 23. Сварочные технологические пробы:

а - крестовая; б - Тэккен; в - с набором образцов (ВМЭИ); г - с круговой наплавкой; д - Кренфильд; е - ЦНИИТМАШ; ж - ЦНИИТС

Лихайская проба описана на стр. 404 (табл. 3, Б.1.6).

Крестовая проба [21] (табл. 3, Б. 1.1 (4.5). Размеры образца (рис. 23, а) приведены в табл. 4.

4. Размеры образца крестовой пробы, мм

Стыкуемые поверхности элементов пробы обрабатывают механическим путем. Сборку образца выполняют без зазора с помощью связующих швов. При сварке

соблюдается одинаковая начальная температура пробы перед укладкой каждого шва. После сварки образцы выдерживают на воздухе не менее 24 ч. Затем из пробы вырезают поперечные темплеты для контроля с целью определения наличия трещин. Шлифы травят 2-4%-ным раствором HNO3 в этиловом спирте. Микрошлифы исследуют при увеличении не менее, чем в 100 раз. Основным качественным критерием склонности к трещинам является факт наличия или отсутствия трещин в образце пробы. За дополнительные критерии, имеющие полуколичественный характер, принимают начальную температуру образца пробы или номер шва, при которых образуются трещины.

Проба Тэккен [36] (табл. 3, Б. 1.3, рис. 23,6), Центральную канавку с У-сбраз-ной разделкой кромок заваривают на режимах, обеспечивающих толщину шва не более 6 мм. Обязательным условием использования пробы является наличие непровара в корне шва. Трещины преимущественно образуются в околошовной зоне со стороны Х-образной части разделки от концентратора напряжений в корке шва. Контрольный шов сваривают при различных температурах предварительного подогрева. Контроль для определения наличия трещин аналогичен контролю, применяемому для крестовой пробы. Основным критерием склонности к трещинам является критическая скорость охлаждения при 300 °С (или время охлаждения от 800 до 500 °С), при которой появляются трещины в корне сварного шва.

Проба ВМЭИ с набором образцов [41] (табл. 3, Б.2.6, рис. 23, в). Перед испытанием образцы исследуемого материала приваривают к жесткой плите связующими швами. Толщина плиты 40, 50 и 600 мм соответственно для толщины испытываемых образцов б, равной 10-16, 10-20 и 20-30 мм. Катет связующих швов К. равен толщине образцов. Контрольный стыковой шов сваривают за один проход через весь набор закрепленных образцов. Сварку выполняют ну режимах, обеспечивающих толщину шва не более 6 мм. Контроль для определения наличия трещин выполняют аналогично контролю трещин в крестовой пробе. Критерием склонности к трещинам является критическая степень жесткости К. = КЬ кгс/(мммм), при которой образуются трещины; для элементов набора суммарной длиной 100, 150 и 300 мм feo составляет соответственно 210, 140 и 70 кгсДмм-мм).

Проба с круговой наплавкой [38] (табл. 3, Б. 1.5, рис. 23, г). Сварку выполняют слоями, содержащими несколько валиков. Промежуточная температура между слоями не выше 50 °С. После каждого слоя контролируют наличие трещин визуальным осмотром и магнитным (или ультразвуковым) методом. После окончания сварки образец пробы выдерживают семь суток и разрезают на четыре поперечных шлифа. Шлифы контролируют при увеличении не менее 100. Критерием оценки склонности к трещинам является номер слоя, после наложения которого образуются трещины.

Проба Кренфильд [33] (табл. 3, Б. 1.5, рис. 23, 5). Технология сварки пробы и критерий аналогичны применяемым для пробы с круговой наплавкой. Пробу применяют для сранительной оценки склонности основного металла к ламеляр ным трещинам при многослойной сварке.

Проба ЦНИИТМАШ [табл, 3, Б. 1.5, рис. 23, е). Первым сваривают контрольный шов 2 за четыре прохода. После сварки за время не более 0,5 ч фрезеруют канавку / поперек контрольного шва с целью создания концентрации напряжений в зоне сварного соединения. Затем сваривают деформирующий шов 3 (от 1 до 12 слоев). За основной критерий склонности к трещинам принимают число деформирующих валиков, при котором образуются трещины.

Пробу применяют для сравнительной оценки склонности материалов к поперечным холодным трещинам при многослойной сварке.

Проба ЦНИИТС [21] (табл, 3, Б,4.1, рис. 23, ж, табл. 5). Сварку образца пробы выполняют по технологии, принятой при ппоизводстве сварных конструкций. Для воспроизведения условий сварки на открытом воздухе при отрицательных температурах образец охлаждают твердой углекислотой, куски которой по 1-2 кг укладывают на его поверхность но обе стороны от шва на расстоянии 100- 150 мм.

5. Размеры образца пробы ЦНИИТС, мм

6. Критерии стойкости пробы ЦНИИТС

Через сутки после сварки образец около сварного шва простукивают кувалдой массой 4-5 кг для раскрытия трещин. Затем газовой или анодно-механичес-кой резкой из сварного соединения вырезают заготовки для продольных (б X 200), послойных (10X80X200) и поперечных (б X 20X80) шлифов. Макрошлифы контролируют для определения трещин с помощью лупы при трехкратном увеличении. Критерием стойкости сварных соединений против трещин являются условия сварки образца, при которых не образуются трещины. В судостроении установлены четыре группы стойкости (табл. 6).

Испытания с помощью пробы ЦНИИТС являются обязательными в судостроении для установления пригодности материалов и технологии сварки для производства судовых корпусных конструкций.

проба круглый вварыш (табл. 3, Б.4.1) описана на стр. 405. К главным недостаткам проб следует отнести: 1) качественный или полу количественный характер критериев оценки склонности (стойкости) к трещинам; 2) неспособность многих проб дать оценку всех материалов, при сварке которых наблюдаются трещины. Эти недостатки делают пробы малопригодными для исследовательских работ по технологической прочности. Для указанных целей применяют методы количественной оценки, основанные на механических испытаниях сварных образцов или образцов основного металла, обработанных имитированным сварочным термическим или термодеформационным циклом.

Испытание сварных образцов на замедленное разрушение по методу ЛТП2 * [21] (табл. 3, Б.2.1). Метод ЛТП2основан на предпосылке, что холодные трещины являются случаем замедленного разрушения свежезакаленной стали. Испытания состоят в нагружении серии сварных образцов ограниченных размеров непосредственно после сварки (после охлаждения до 50 °С) различными внешними длительно действующими постоянными нагрузками. Последние моделируют постоянное действие остаточных сварочных напряжений в конструкциях. За количественный показатель сопротивляемости сварного соединения образованию трещин принимают минимальное растягивающее напряжение от постоянной внешней нагрузки, при котором в образце возникают трещины. При испытании сталей перлитного и мартенситного классов достаточна вылержка под нагрузкой в течение 20 ч. Испытания по различным схемам позволяют воспроизводить все разновидности холодных трещин в сварных соединениях и оценивать сопротивляемость материа-

* Предложен в МВТУ им Баумана Н И. Прохоровым

лов их образованию (табл. 7). Исходя из простоты оборудования, применения небольших нагружающих сил и возможности одновременного испытания серии из пяти-десяти образцов для широкого применения целесообразны схемы испытания, предусматривающие нагружение изгибающей нагрузкой.

7. Схемы испытаний по методу ЛТП2, образцы и оборудование

Схема нагружения

Тип сварного образца

Толщина, мм

Оборудование для испытания

1. Растяжение

2. Изгиб распределенной нагрузкой образца, жестко закрепленного по контуру

3. Изгиб консольный

4. Изгиб трехточечный сосредоточенной нагрузкой

1. Прямоугольный с поперечным стыковым швом

2. Прямоугольный с продольным стыковым швом

3. Круглый (или восьмигранный) плоский со стыковым швом по диаметру

4. Тавровый с угловым швом

5. Прямоугольный с поперечным стыковым швом

6. Прямоугольный с продольным стыковым швом

1-10

8-20

8-20

Разрывные машины ЛТП2-4 и ЛТП2-7, создающие постоянное усилие от 5 до 100 тс

Гндропластмассовое устройство ЛТП2-5, развивающее давление до 150 кгс/см2

Установка ЛТП2-3 для нагружения постоянным изгибающим моментом от 10 до 165 кгс-м

Прессы нли разрывные машины, снабженные устройствами для сжатия усилием 3-30 тс, с жесткими скобами (ЛТП2-6)

При сварке образцов для испытаний по ЛТП2 необходимо воспроизводить и фиксировать термический цикл (например, скорость охлаждения при 550 °С), характерный для сварки конструкций из металла исследуемой толщины. Необходимо определять концентрацию водорода в наплавленном металле с помощью спиртовой карандашной пробы [6] или вакуумным методом [1, 40]. Показатель сопротивляемости стали трещинам может использоваться только при одновременном указании термического цикла сварки и концентрации водорода в наплавленном металле.

Испытание круглых образцов путем изгиба распределенной нагрузкой (табл. 7.2.3, рис. 24 и 25). Образцы сваривают в зажимных приспособлениях из меди толщиной, равной трем-пяти толщинам свариваемого металла. Устройство для испытаний ЛТП2-5 состоит из корпуса, заполненного гидропластмассой, и плунжерной пары, с помощью которой внутри корпуса создается давление до 150 кгс/см2. Гидропластмасса СМ обладает высокой вязкостью и неспособностью течь в зазорах 0,02 мм и менее, что обеспечивает в устройстве ЛТП2-5 практическое постоянство давления во времени. При подгрузке в первый час испытания падение давления в последующий период не превышает 2-3%. При испытании поверхность образца в центральной части подвергают равноосному растяжению. Сопротивляемость трещинам оценивают либо по критическому давлению, либо по критическому напряжению, рассчитанному с помощью теории упругости:

0,12

ID \2 1

{-] р +0,00044- \ О / t

Изгиб тавровых образцов консольным изгибом (табл. 7.3.4, рис. 24 и 26). Образцы собирают и сваривают в лодочку в приспособлении из двух медных пластин, охлаждаемых по внутренним каналам водой. Установка для испытаний ЛТП2-3 состоит из пяти одинаковых секций, собранных на общей станине. Образец нагружают изгибающим моментом с помощью рычага и грузов; грузы посредством лебедки и тросов можно перемещать по рычагу, изменяя момент. Максимальная масса свинцовых грузов составляет 150 кг, а максимальный изгибающий мо-

к я к <и я я ч

о к &

я м о

[j; к

X 2 я

я ж Ч

мент 165 кгсм. После испытания образцы со стороны корня шва травят 5%-ным раствором HNOs, высушивают и разрушают. Протравленные участки излома считают трещинами. Сопротивляемость трещинам оценивают критическим разрушающим напряжением

бМизг

где /Иизг - постоянный изгибающий момент, кгс-мм; b - ширина образца, мм; h - средняя высота излома (или катета шва) по трем-пяти измерениям, мм[

Рис. 25. Нагружающее устройство ЛТП2-5:

/ корпус; 2 - резиновая мембрана; 3 - манометр; 4 - переходная втулка; 5 - глицерин; 6 - запорное кольцо; 7 - болт; 8 - образец; 9 - индикатор; 10 - резиновая прокладка; - резиновый обтюратор; 12 - закаленные гдарезные кольца; 13 - кольцо; 14 - гндропластмасса; 15 - плунжерная пара

Испытания стыковых образцов путем изгиба сосредоточенной нагрузкой (табл. 7.4.5, 4.6, рис. 24 и 27). Образцы сваривают в медных зажимных приспособлениях, охлаждаемых водой, или охлаждают нижнюю поверхность водяным душем. Сваренные образцы изгибают в жестких скобах ЛТП2-6. После достижения заданного усилия нагружения или прогиба с помощью гайки фиксируют положение штока, пуансона и сварного образца в напряженном состоянии, В скобках