Файл: Румянцев, С. В. Радиационная дефектоскопия.pdf

нений, они резко снижают усталостную и динамическую проч­ ность. Сварные швы, в которых по рентгеноили гаммаграммам обнаружены трещины, подлежат безусловной выбраковке. В отношении других дефектов необходимо дать количественное определение допустимых и недопустимых дефектов сварки, вы­ являемых при радиографическом контроле. Так, непровары ниж­ ней кромки в трубопроводах при односторонней сварке допу­ скаются глубиной до 15% сечения основного металла.

Автор работы [12] исследовал влияние непровара на уста­

Непровары в центре Х-образного шва создавались при ручной сварке пластин без зазора и с большим притуплением стыкуе­ мых кромок. Непровары в корне V-образиого шва имитирова­ лись прорезами различной глубины. Непровары сильно снижают усталостную прочность сварных швов V-образной формы. Не­ провары в центре Х-образного шва глубиной от 20 до 50% снижают усталостную прочность на величину, составляющую до 20% прочности бездефектного шва.

При вибрационных нагрузках даже небольшие дефекты за­ метно влияют на усталостную прочность стыковых соединений [45, 46]. Особенно опасны трещинообразные дефекты. Мелкие непровары снижают усталостную прочность на 40%. Большие непровары корня шва могут снизить усталостную прочность на 75%.

В работе [47] приведены результаты вибрационных испыта­ ний отрезков лонжеронов. Трубы лонжеронов, сваренные кисло- родно-ацетиленовой сваркой, имели характерные, повторяю­ щиеся дефекты сварки — поперечные и продольные трещины. Для сравнения испытали несколько труб без дефектов. Резуль­

делах 2—9 мм, при этом разрушение по трещине длиной 2 мм происходило в том случае, если трещина находилась в переход­ ной зоне. Трещины длиной до 2 мм, расположенные в переход­ ной зоне, и трещины длиной до 5 мм, расположенные вдоль шва, сильного влияния на вибрационную прочность не оказы­ вали.

452 ■

Авторы работ [29, 35] подвергли испытанию па усталость чистым изгибом при симметричном цикле плоские образцы из основного металла (СтЗ), сварные стыковые образцы с пол­ ным 'проваром и сварные образцы с различной глубиной непро­ вара корня V-образного шва. Непровар нижней кромки глубиной 30—40% снижал усталостную прочность (переменное растяжение) в 30 раз по отношению к сварному шву с полным проваром. Отмечается, что непровары, полученные при ручной сварке, оказывали большее влияние на усталость по сравнению с аналогичными образцами, сваренными на автомате. Сталь ЭИ659 более чувствительна к непровару, чем сталь марки СтЗ.

малоуглеродистой стали, полученных двусторонней автоматиче­ ской сваркой под флюсом [48]. При вибрационной нагрузке на изгиб непровар не ограничивает несущей способности сварного соединения. При вибрационной нагрузке на растяжение — сжа­ тие непровары малой глубины сильно снижают усталостную прочность сварного соединения.

На усталость (при изгибе) испытывали образцы из основ­ ного металла и сварные соединения автоклава, находившегося в эксплуатации 10 лет [27]. Наружные дефекты в виде подрезов, смещения кромок, резких переходов от шва к основному ме­ таллу, наплывов вызывают значительно большее понижение усталостной прочности, чем внутренние дефекты сварки. При отсутствии коррозии непровары снижают усталостную проч­ ность в большей степени, чем поры и шлаковые включения.

Испытания на коррозионную усталость при температуре 100° С показали, что непровары снижают усталостную прочность сварного соединения до 50%, а шлаковые включения и поры небольших размеров — на 30%.

В статье [49] приведены результаты исследования развития во времени дефектов в сварных швах напорных трубопроводов диаметром 1,2 м, длиной 9 м, сваренных из стали Сг—Си т о л ­ щ и н о й 20 мм (сгп = 54 и 34 кГ/мм2). Трубопровод, зажатый 'меж­ ду двумя плитами гидравлического пресса, испытывали на пере­ менное давление с вибрацией, вызываемой ударами молотка. Среднее статическое давление составляло 53,3 кГ/мм2, ампли­ туда давлений 8 кГ/мм2, число циклов 120 в минуту.

Такой режим испытаний имитировал колебание давления и вибрации в трубе при пуске и остановке агрегата. Испытывали годные для эксплуатации трубы со швами, имевшими мелкие трещины и незначительные непровары. Сварные швы контроли­ ровали радиографическим методом до испытания и после при­ ложения нагрузок. Сопоставление полученных рентгенограмм

453

показало, что существующие дефекты не распространились и но­ вые не возникли.

Практика, как утверждает автор работы [49], подтвердила вывод, что более крупные дефекты в сварных швах влекут за собой появление трещин уже при испытаниях с перегрузкой; трубы, успешно прошедшие такое испытание, пригодны для эксплуатации.

Усталостную прочность стыковых соединений из сплавов А1—Mg—Mn (NP5/6-0) с непроваром в середине шва исследо­ вали [43] на плоских образцах сечением 6,4X32; 5,1X22 и 12,7Х Х25,4 мм с усилением и без усиления шва при частоте 1000 циклов в минуту. Для сравнения испытывали бездефект­ ные образцы сечением 6,4X25,4 мм с усилением шва. Предел усталости определяли на базе 5 - 106 циклов.

непровару. Предел выносливости с увеличением глубины непро­ вара одинаково снижался в образцах с усилением и без уси­ ления шва. В образцах толщиной 6,4 мм ослабление сечения непроваром было полностью скомпенсировано усилением шва, а в образцах толщиной 12,7 мм усиление шва не обеспечило полной компенсации. При непроварах глубиной свыше 20% пре­ дел выносливости одинаково понижается в образцах с усиле­ нием и без усиления. С увеличением толщины образцов с не­ проваром (от 5 до 12,7 мм) предел выносливости существенно снижался.

Испытание на усталость образцов с непроваром и качест­ венно сваренных с усилением показало, что усиление шва, имеющее угол а = 120-ь-130°, оказывает такое же влияние на предел выносливости, как непровар глубиной до 20% в середи­ не шва.

Исследовали [36] усталостную прочность сварных соединений с непроваром тонкостенных труб. Трубы диаметром 70 мм с толщиной стенки 2 мм из стали 20 сваривались электродами УОНИ-13/45 с усилением шва. Кольцевой непровар внутренней кромки стыка трубы глубиной 40—50% толщины стенки не снизил статической прочности сварного соединения по сравне­ нию с целой трубой (ав = 41,4 кГ/мм2), при этом высота усиле­ ния равнялась глубине непровара. Однако усталостная проч­

жают выносливость соединения по сравнению с плоскими образ­ цами.

Многолетний опыт эксплуатации сварных изделий показал, что к наиболее распространенным и опасным дефектам следует отнести непровары корня V-образпого шва (разрушение резер­

454

вуаров, трубопроводов, отдельных самолетных сварных узлов и т. д.).

Непровары в большинстве случаев заканчиваются заостре­ ниями с радиусами кривизны, выражаемыми долями милли­ метра и зависящими от свариваемого материала и формы не­ провара. В связи с тем что радиусы заострений малы, коэффи­ циенты концентрации напряжений имеют большую величину. Такие непровары трудно обнаружить в процессе контроля каче­ ства сварных соединений.

По результатам испытания на усталость (на вибрационной машине при растягивающих напряжениях) сварных стыковых соединений из стали марки СтЗ, выполненных с односторонней V-образной подготовкой кромок и с непроварами, и образцов из тон же стали, сваренных встык с надрезом в шве, можно отме­ тить три обстоятельства [29]: 1) непровар в отношении пониже­ ния усталостной прочности равноценен надрезу; 2) незначи­ тельный непровар в шве (глубина менее 10%) вызывает резкое падение усталостной прочности; 3) последующее увеличение непровара вызывает дальнейшее уменьшение предела устало­ сти, пропорциональное уменьшению рабочего сечения шва.

Для сравнения были проведены испытания [29] по определе­ нию влияния на величину предела усталости непроваров швов, сваренных встык с двусторонней Х-образной подготовкой кро­ мок. В соединениях этого типа непровар образуется в центре шва. При работе сварных швов из стали марки СтЗ толщиной 18 мм под действием переменных растягивающих нагрузок этот тип соединений обладал высокой чувствительностью к непро­ варам. Приведем значения пределов усталости, кГ/см2, сварных швов при характеристике циклов г = 0,2:

(здесь 5 — толщина свариваемых листов стали).

В данном случае при растягивающих нагрузках незначитель­ ный непровар резко понижает предел усталости. Дальнейшее увеличение непровара уменьшало предел усталости пропорцио­ нально уменьшению рабочей площади испытываемых швов.

Эти же соединения при нагружениях на изгиб не испытывают значительных напряжений, и непровары в центре шва сущест­ венного влияния на прочность не оказывают. При испытаниях в

455

ровней разделкой кромок, имели следующие величины пределов усталости, кГ/мм2:

Сравнительное исследование чувствительности сварных со­ единений сталей ЗОХГСНА, 1Х18Н9Т и дюралюминия Д16-Т к непровару корня V-образного шва при статическом растяжении,

Рис. 14.3. Зависимость предела усталости стг стыковых сварных швов от глубины непровара:

1, 2 — сталь ЗОХГСНА; 3, 4 — сталь 1XI8H9T; 5, 6 — дюралюми­ ний Д 116-Т (1, 3, 5 — сечения, ослабленные непроваром; 2, 4, 6 — сечения без учета ослабления).

испытаниях на усталость и статическую выносливость проводили

при испытании пульсирующими нагрузками образцов из сталей ЗОХГСНА, 1Х18Н9Т и дюралюминия Д16-Т, представлены на рис. 14.3, на котором показана зависимость предела усталости сварных швов этих же материалов от глубины непровара.

456