8
NAUKAISTRAŽIVANJERAZVOJ SCIENCERESEARCHDEVELOPMENT ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74 67 Z. Burzić SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA - Deo 1 MODERN METHODS FOR THE CONFIRMATION OF MECHANICAL-TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF WELDED JOINTS - Part 1 Pregledni rad / Review UDK/UDC: 621.791.052:620.16/.17 Rad primljen / Paper received: 09.09.2001. Adresa autora / Author's addres: Dr Zijah Burzić Vojnotehnički institut VJ Katanićeva 15, 11000 Beograd Ključne reči: Keywords: zavarivanje, mehanička ispitivanja, zavareni spojevi, metal šava, zona uticaja toplote, nastajanje prsline, rast prsline Welding, Mechanical tests, Welded joints, Weld metal, Heat- affected-zone, Cracking, Crack propagation Izvod Rad opisuje standardne metode ispitivanja mehaničko- tehnoloških osobina kod provere kvaliteta zavarenih spojeva: zatezanje, savijanje, ispitivanje tvrdoće, ispitivanja udarom Posebno je analizirana primena instrumentiranja kod udarnih ispitivanja, odnosno korišćenje instrumentiranog klatna u analizi ukupne energije udara i komponenti ukupne energije udara: energije stvaranja prsline i energije širenja prsline. Abstract The paper describes standard methods for the quality confirmation of mechanical-technological property of welded joints: tensile test, bend test, impact testing, hardness testing. The application of instrumentation in impact testing, e.g. oscilloscope using in Charpy impact testing by total impact energy analysis and separately analysis for crack opening and crack displacement. Izlagano oktobra 2001, međunarodna konferencija "Stanje i perspektiva zavarivanja na početku novog veka". UVOD Mehaničko-tehnološka ispitivanja metala i zavarenih spojeva su jedan od najvažnijih, ako ne i najvažniji segment provere kvaliteta materijala. Osnovna svrha ovih ispitivanja je da se eksperimentalnim putem utvrde svojstva, korišćenjem uzoraka koji najbolje reprezentuju ili sam materijal ili polufabrikat i konstrukciju od tog materijala. Kako je razvoj metoda ispitivanja metala i zavarenih spojeva, istorijski posmatrano, tekao uporedo sa osvajanjem novih legura i usavršavanjem postupaka zavarivanja, tako su značajno rasli i zahtevi za ispitivanjem na racionalan način, i uz obezbeđenje maksimalne sličnosti sa eksploatacijskim uslovima. U tom smislu, gotovo sva ispitivanja koja se izvode na osnovnom metalu, izvode se i na zavarenom spoju. Način i obim ispitivanja je uslovljen eksploatacijskim uslovima osnovnog metala i zavarenih spojeva, i ti uslovi su, na današnjem stepenu razvoja tehnike, veoma raznoliki [1]. Ono što je posebnost mehaničkih ispitivanja zavarenih spojeva, u odnosu na osnovni materijal, je činjenica da je zavareni spoj geometrijski i mikrostrukturno nehomogen. Zbog toga se ispitivanja prilagođavaju ispitivanju zone uticaja toplote (ZUT) i/ili metala šava (MŠ). Posebnost su i tehnološke probe zavarivosti u cilju utvrđivanja otpornosti na nastanak prslina u zavarenim spojevima u graničnim uslovima zavarivanja. Ispitivanje metala kod nas počinje dvadesetih godina prošloga veka, dok intenzivna primena zavarivanja pa i ispitivanje zavarenih spojeva, počinje pedesetih godina, kada su i donete grupe standarda JUS C.T3 i JUS C.A4. Izmene i dopune ovih standarda su nastavljene sve do devedesetih, kada počinje rad na preuzimanju odgovarajućih ISO i EN standarda. Mehaničko-tehnološka ispitivanja zavarenih spojeva obuhvataju značajan obim ispitivanja. Reč je o izrazito velikom broju različitih vrsta ispitivanja, koja obezbeđuju proveru različitih svojstava (tab. 1). U ovom radu je dat kratak pregled metoda provere mehaničko-tehnoloških osobina zavarenih spojeva koje se redovno koriste za ispitivanje zatezanjem i savijanjem, ispitivanje tvrdoće kao i ispitivanje udarom. Posebno je analizirana primena instrumentiranja kod udarnih ispitivanja, odnosno korišćenje instrumentiranog klatna u analizi ukupne energije udara i komponenti ukupne energije udara: energije stvaranja prsline i energije širenja prsline. ISPITIVANJE ZATEZANJEM Ispitivanje zatezanjem sučeono zavarenih spojeva, uključujući oblik i dimenzije epruveta kao i sam postupak ispitivanja je definisan standardom EN 895 - Sučeono zavareni spojevi na metalnim materijalima - ispitivanje poprečnim zatezanjem (Welded butt joints in metallic materials - Transverse tensile test) [2]. Ovaj standard definiše samo poprečno zatezanje, odnosno uvođenje opterećenja poprečno na zavareni spoj. Danas se još koristi i granski standard AWS B4. 0M: 2000 koji pored poprečnog zatezanja definiše i podužno zatezanje zavarenog spoja. Kod poprečnog i podužnog zatezanja sučeono zavarenog spoja po pravilu se određuje samo zatezna čvrstoća ispitivanog uzorka, koja ne bi trebalo da bude niža od zatezne čvrstoće osnovnog materijala. Oblik i dimenzije epruveta za poprečno i podužno zatezanje sučeono zavarenog spoja limova ili ploča dato je na slici 1 i 2. Navedeni standardi, pored ispitivanja zatezanjem na sučeono zavarenim spojevima limova i ploča, predviđaju i ispitivanja na sučeono zavarenim spojevima uzoraka izvađenih iz cevi (sl. 3) i samih cevi (sl. 4). Standardi EN 895 i AWS B4. 0M: 2000, pored ispitivanja sučeono zavarenog spoja poprečnim i podužnim zatezanjem, predviđaju i ispitivanje epruveta iz MŠ i ZUT, odnosno određivanje zateznih osobina MŠ i ZUT. Ovim ispitivanjima se po pravilu određuju osobine definisane standardom JUS EN

SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

  • Upload
    leduong

  • View
    243

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74 67

Z. Burzić

SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA - Deo 1∗

MODERN METHODS FOR THE CONFIRMATION OF MECHANICAL-TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF WELDED JOINTS - Part 1

Pregledni rad / Review UDK/UDC: 621.791.052:620.16/.17

Rad primljen / Paper received: 09.09.2001.

Adresa autora / Author's addres: Dr Zijah Burzić Vojnotehnički institut VJ Katanićeva 15, 11000 Beograd

Ključne reči: Keywords: zavarivanje, mehanička ispitivanja, zavareni spojevi, metal šava, zona uticaja toplote, nastajanje prsline, rast prsline

Welding, Mechanical tests, Welded joints, Weld metal, Heat-affected-zone, Cracking, Crack propagation

Izvod

Rad opisuje standardne metode ispitivanja mehaničko-tehnoloških osobina kod provere kvaliteta zavarenih spojeva: zatezanje, savijanje, ispitivanje tvrdoće, ispitivanja udarom Posebno je analizirana primena instrumentiranja kod udarnih ispitivanja, odnosno korišćenje instrumentiranog klatna u analizi ukupne energije udara i komponenti ukupne energije udara: energije stvaranja prsline i energije širenja prsline.

Abstract

The paper describes standard methods for the quality confirmation of mechanical-technological property of welded joints: tensile test, bend test, impact testing, hardness testing. The application of instrumentation in impact testing, e.g. oscilloscope using in Charpy impact testing by total impact energy analysis and separately analysis for crack opening and crack displacement.

∗ Izlagano oktobra 2001, međunarodna konferencija "Stanje i perspektiva zavarivanja na početku novog veka".

UVOD Mehaničko-tehnološka ispitivanja metala i zavarenih spojeva su jedan od najvažnijih, ako ne i najvažniji segment provere kvaliteta materijala. Osnovna svrha ovih ispitivanja je da se eksperimentalnim putem utvrde svojstva, korišćenjem uzoraka koji najbolje reprezentuju ili sam materijal ili polufabrikat i konstrukciju od tog materijala. Kako je razvoj metoda ispitivanja metala i zavarenih spojeva, istorijski posmatrano, tekao uporedo sa osvajanjem novih legura i usavršavanjem postupaka zavarivanja, tako su značajno rasli i zahtevi za ispitivanjem na racionalan način, i uz obezbeđenje maksimalne sličnosti sa eksploatacijskim uslovima. U tom smislu, gotovo sva ispitivanja koja se izvode na osnovnom metalu, izvode se i na zavarenom spoju. Način i obim ispitivanja je uslovljen eksploatacijskim uslovima osnovnog metala i zavarenih spojeva, i ti uslovi su, na današnjem stepenu razvoja tehnike, veoma raznoliki [1].

Ono što je posebnost mehaničkih ispitivanja zavarenih spojeva, u odnosu na osnovni materijal, je činjenica da je zavareni spoj geometrijski i mikrostrukturno nehomogen. Zbog toga se ispitivanja prilagođavaju ispitivanju zone uticaja toplote (ZUT) i/ili metala šava (MŠ). Posebnost su i tehnološke probe zavarivosti u cilju utvrđivanja otpornosti na nastanak prslina u zavarenim spojevima u graničnim uslovima zavarivanja.

Ispitivanje metala kod nas počinje dvadesetih godina prošloga veka, dok intenzivna primena zavarivanja pa i ispitivanje zavarenih spojeva, počinje pedesetih godina, kada su i donete grupe standarda JUS C.T3 i JUS C.A4. Izmene i dopune ovih standarda su nastavljene sve do devedesetih, kada počinje rad na preuzimanju odgovarajućih ISO i EN standarda. Mehaničko-tehnološka ispitivanja zavarenih spojeva obuhvataju značajan obim ispitivanja. Reč je o izrazito velikom broju različitih vrsta ispitivanja, koja obezbeđuju proveru različitih svojstava (tab. 1).

U ovom radu je dat kratak pregled metoda provere mehaničko-tehnoloških osobina zavarenih spojeva koje se redovno koriste za ispitivanje zatezanjem i savijanjem, ispitivanje tvrdoće kao i ispitivanje udarom. Posebno je analizirana primena instrumentiranja kod udarnih ispitivanja, odnosno korišćenje instrumentiranog klatna u analizi ukupne energije udara i komponenti ukupne energije udara: energije stvaranja prsline i energije širenja prsline.

ISPITIVANJE ZATEZANJEM Ispitivanje zatezanjem sučeono zavarenih spojeva, uključujući oblik i dimenzije epruveta kao i sam postupak ispitivanja je definisan standardom EN 895 - Sučeono zavareni spojevi na metalnim materijalima - ispitivanje poprečnim zatezanjem (Welded butt joints in metallic materials - Transverse tensile test) [2]. Ovaj standard definiše samo poprečno zatezanje, odnosno uvođenje opterećenja poprečno na zavareni spoj. Danas se još koristi i granski standard AWS B4. 0M: 2000 koji pored poprečnog zatezanja definiše i podužno zatezanje zavarenog spoja.

Kod poprečnog i podužnog zatezanja sučeono zavarenog spoja po pravilu se određuje samo zatezna čvrstoća ispitivanog uzorka, koja ne bi trebalo da bude niža od zatezne čvrstoće osnovnog materijala. Oblik i dimenzije epruveta za poprečno i podužno zatezanje sučeono zavarenog spoja limova ili ploča dato je na slici 1 i 2.

Navedeni standardi, pored ispitivanja zatezanjem na sučeono zavarenim spojevima limova i ploča, predviđaju i ispitivanja na sučeono zavarenim spojevima uzoraka izvađenih iz cevi (sl. 3) i samih cevi (sl. 4).

Standardi EN 895 i AWS B4. 0M: 2000, pored ispitivanja sučeono zavarenog spoja poprečnim i podužnim zatezanjem, predviđaju i ispitivanje epruveta iz MŠ i ZUT, odnosno određivanje zateznih osobina MŠ i ZUT. Ovim ispitivanjima se po pravilu određuju osobine definisane standardom JUS EN

Page 2: SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ

68 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74

10002-1, kao i ASTM E8. To su napon tečenja, zatezna čvrstoća, izduženje, kontrakcija, dijagram napon - deformacija, kao i analiza mesta i tipa loma uzorka. U zavisnosti od veličine MŠ i ZUT koriste se makroepruvete (sl. 5, tab. 2), i mikroepruvete (sl. 6, tab. 3).

Tabela 1. Vrsta ispitivanja mehaničko-tehnoloških osobina zavarenih spojeva

Vrsta ispitivanja Napomena

Zatezanje Ispitivanje na sobnoj, sniženoj i povišenoj temperaturi Savijanje - Uvijanje - Tvrdoća Brinel, Rokvel, Vikers, kao i sve veća primena prenosnih uređaja

Ispitivanje velikim brzinama deformacije Šarpijevo klatno, padajući teg Puzanje i relaksacija Konstanto opterećenje, konstantna deformacija

Zamor materijala Trajna dinamička čvrstoća, brzina rasta zamorne prsline Mehanika loma Žilavost loma pri ravnoj deformaciji KIc, CTOD, JIc

Korozija - Habanje -

Tehnološke probe zavarivosti -

Slika 1. Epruveta za poprečno zatezanje sučeono zavarenog spoja lima ili ploče [3]

Slika 2. Epruveta za podužno zatezanje sučeono zavarenog spoja lima ili ploče [3]

Slika 3. Epruveta za poprečno zatezanje sučeono zavarenog spoja uzorka iz cevi [3]

Page 3: SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74 69

Slika 4. Epruveta za poprečno zatezanje sučeono zavarenog spoja

cevi [3]

ISPITIVANJE SAVIJANJEM Epruvete i postupak ispitivanja savijanjem na sučeonim spojevima definisani su standardima EN 910 (Welded butt joints in metallic materials - Bend test) [4] i AWS B4. 0M: 2000 (Standard Methods for Mechanical Testing of Welds).

Epruvete se savijaju pomoću trna ili valjka, na alatima čija je geometrija prikazana na slici 7 i 8. Od toga koji postupak savijanja se traži, koristi se alat za savijanje u tri tačke (sl. 9) i alat za savijanje oko vretena (sl. 10).

Najčešće se koristi savijanje pomoću trna ili valjka prečnika 4t sa kriterijumom - uglom savijanja od 120°, izuzev u slučaju kada je mala duktilnost osnovnog ili dodatnog materijala koja uslovljava druga ograničenja. Za ispitivanje na savijanje koristi se više tipova epruveta čiji izgled i dimenzije su takođe definisane navedenim standardima. U zavisnosti od mesta na kome se uvodi opterećenje u odnosu na sučeono zavareni spoj razlikuje se poprečno ili podužno savijanje, koje može biti savijanje lica metala šava, korena metala šava i bočno savijanje. Izgled epruveta za poprečno savijanje sučeono zavarenog spoja je dat na slici 9, 10 i 11, a za podužno savijanje sučeono zavarenog spoja na slici 12.

ISPITIVANJE TVRDOĆE Ispitivanje tvrdoće se vrši prema standardima EN 1043-1 (Welded joints in metallic materials - Hardness testing) i EN 1043-2 (Destructive tests on welds in metallic materials - Hardness test - Part 2: Microhardness testing on welded joints) [5]. Primenjuje se Vikers metoda HV 5 i HV 10. Otisci se izvode u MŠ, ZUT i osnovnom materijalu (OM), tako da se dobiju i registruju područja vrednosti na zavarenom spoju. Ispitivanje daje i vezane linije, pri čemu jedna od njih treba da bude najviše 2 mm ispod površine. Tipski primeri postupka merenja tvrdoće na zavarenom spoju su dati na slici 13. Po vezanim linijama potrebno je da postoji najmanje po tri otiska za svaku od zona: MŠ, ZUT (obe strane) i OM (obe strane). Prvi otisak u ZUT mora biti što bliži liniji stapanja [6].

Slika 5. Makroepruveta za ispitivanje MŠ i ZUT [3]

Slika 6. Mikroepruveta za ispitivanje MŠ i ZUT [3]

Page 4: SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ

70 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74

Tabela 2. Dimenzije makroepruveta za određivanje karakteristika MŠ i ZUT (mm)

Oznaka dimenzije Epruveta 1 Epruveta 2 Epruveta 3 Epruveta 4 Epruveta 5

G 50 ± 0.1 50 ± 0.1 50 ± 0.1 50 ± 0.1 50 ± 0.1 D 12.5 ± 0.2 12.5 ± 0.2 12.5 ± 0.2 12.5 ± 0.2 12.5 ± 0.2 R 10 10 10 10 10 A 57 57 100 57 57 L 127 140 140 121 242 B 35 25 19 13 76 C 20 20 18 22 20 E - 16 - 19 16 F - 16 - 16 15

Tabela 3. Dimenzije mikroepruveta za određivanje karakteristika MŠ i ZUT (mm)

Oznaka dimenzije Standardna epruveta Mikroepruvete proporcionalne standardnoj epruveti

G 50 ± 0.1 50 ± 0.1 36 ± 0.1 26 ± 0.1 12 ± 0.1

D 12.5 ± 0.2 12.5 ± 0.2 9.0 ± 0.1 6.5 ± 0.1 3 ± 0.1

R 10 6 5 4 2

A 57 45 32 19 16

O slonacili valjak

Trn

2(A+ T+ 2m m )

M in. 20 m m

Slika 7. Shema alata za savijanje u tri tačke [4]

M engeleValjak

Zavareni spoj

M in. 20 m m

Vreteno

T + 2 m m

T - debljina epruvete

Slika 8. Shema alata za savijanje oko vretena [4]

Slika 9. Epruveta za poprečno savijanje sučeono zavarenog spoja

lima (lice ili koren metala šava) [4]

Slika 10. Epruveta za poprečno savijanje sučeono zavarenog spoja

uzorka iz cevi (lice ili koren metala šava) [4] a) Epruveta za savijanje lica šava

b) Epruveta za savijanje korena šava

Page 5: SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74 71

Slika 11. Epruveta za bočno savijanje sučeono zavarenog spoja lima

[4] a) Sučeono zavareni spoj V žljeba b) Sučeono zavareni spoj X žljeba

Slika 13. Tipični primeri merenja tvrdoće [6]

Slika 12. Epruveta za podužno savijanje sučeono zavarenog spoja lima (lice ili koren metala šava) [4]

ISPITIVANJE SAVIJANJEM UDARNIM DEJSTVOM SILE NA EPRUVETAMA SA ZAREZOM Veliki broj delova mašina i konstrukcija izložen je u toku rada udarnim naprezanjima. Karakteristike osnovnog materijala a posebno zavarenog spoja, pri udarnim opterećenjima razlikuju se od karakteristika dobijenih statičkim dejstvom sile; stoga je razumljiva potreba za njihovim određivanjem. Ispitivanje savijanjem udarnim dejstvom sile na epruvetama sa zarezom može da pruži i objašnjenje o ponašanju materijala pri ometanom deformisanju, tj. pri prostornom naponskom stanju. Određivanje rada potrebnog za lom pod utvrđenim uslovima ispitivanja najčešće služi za tekuću kontrolu kvaliteta i homogenosti materijala, kao i njegove obrade. Ovim postupkom ispitivanja može se utvrditi sklonost ka krtom lomu, odnosno sklonost ka povećanju krtosti u toku eksploatacije (starenje). Za ispitivanje savijanjem pri udarnom dejstvu sile na epruvetama sa zarezom postoji nekoliko postupaka: Šarpi, Izo, Gijeri, Šnat. Uslovi ispitivanja, kao i oblik i dimenzije epruveta kod navedenih postupaka se razlikuju, te se rezultati ispitivanja dobijeni različitim postupcima ne mogu upoređivati.

Za određivanje ukupne energije udara najpoznatija je metoda po Šarpiju. Ova metoda je propisana standardom JUS EN 10045-1 i JUS EN 10045-2 [7, 8] iz 1993. Epruvete i ispitivanje za sučeono zavarene spojeve moraju biti u skladu sa ovim standardom u pogledu uzimanja epruveta i temperature ispitivanja. Izgled i dimenzije epruvete sa V zarezom, sa tolerancijama, prema JUS EN 10045-1 je prikazan na slici. 14.

Položaj zareza u odnosu na zavareni spoj je definisan standardom EN 875 [9] (sl. 15). Zarez se po pravilu izrađuje glodanjem tako da pri obradi ne dođe do promene stanja materijala. U podnožju zareza ne sme da bude vidljivih tragova mašinske obrade. U standardu JUS EN 10045-1 su navedeni i ostali podaci potrebni za ispitivanje metodom po Šarpiju. Pored debljine epruvete od 10 mm, koja se naziva standardna, dopušta se i ispitivanja tzv. standardnih uskih epruveta, debljine 7.5 ili 5 mm.

Za ispitivanje MŠ koristi se epruveta tipa VWT (V: Šarpi-zarez, W: zarez u metalu šava, T: zarez upravan na debljinu), a za ZUT epruveta tipa VHT (V: Šarpi-zarez, H: zarez u ZUT, T: zarez po celoj debljini).

Page 6: SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ

72 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74

55“ 0,6010“ 0,11

R = 0,25“ 0,025

2

D etalj zareza

Ra= 3,2

10“0,06

8“0,06

27,5“ 0,42 *)

R = 0,25“ 0,025

45‰“2

45‰“2

*) Za klatna sa autom atskim centriranjem epruvete pre- poru~uje se “ 0,165 m m

Slika 14. Oblik i dimenzije standardne epruvete za ispitivanje

metodom po Šarpiju sa V zarezom

Slika 15. Položaj zareza u odnosu na zavareni spoj

Pri ispitivanju savojnim udarnim opterećenjem energija loma određuje se kao integralna veličina. Tako određena energija loma ne daje mogućnost razdvajanja otpornosti materijala prema stvaranju, odnosno širenju prsline. Da bi se to postiglo udarna sila i vreme treba da budu kontinualno zapisivani tokom ispitivanja, što je moguće izvesti instrumentiranjem klatna. Shema savremenog instrumentiranog klatna je data na slici 16.

Iz priložene sheme je vidljivo da instrumentiranje klatna obuhvata povezivanje merača sile, koji je instaliran u čekić klatna, detektora vremena loma i merača deformacije preko

pojačivača sa osciloskopom. Kako je lom epruvete izazvan udarom kratkotrajna pojava (0.5 - 8 ms), to je uloga osciloskopa da registrovane signale učini vidljivim. Osciloskop se zatim povezuje sa računarom, radi obrade pri merenju dobijenih signala.

Praćenje promene sile sa vremenom omogućava da se sazna više o tome da li je utrošeni rad za lom uzorka posledica delovanja niske vrednosti sile na duže vreme, ili kratkotrajnog delovanja visoke vrednosti sile, što je bitno za ocenu ponašanja materijala.

Slika 16. Shematski prikaz savremenog instrumentiranja klatna

Dijagram sila - vreme Ispitivanjem epruvete sa zarezom na instrumentiranom klatnu omogućeno je praćenje promene sile sa vremenom. Tako dobijen dijagram sila-vreme (sl. 17), omogućava određivanje sledećih podataka [10]:

− PGY - dinamička sila napona tečenja; određuje se na mestu zakrivljenja dijagrama, tj. na prelaznoj tački od linearne ka nelinearnoj zavisnosti sila-vreme. Ona služi u prvoj aproksimaciji kao mera plastičnog popuštanja ligamenta uzorka.

− PM - maksimalna sila na krivoj sila-vreme. − PF - sila početka nestabilnog rasta prsline; određuje se kao

sila na preseku glatke krive i strmo padajućeg dela krive sila-vreme.

− PA - sila pri kojoj se zaustavlja brzi rast prsline.

Kada se strmi pad sile podudari sa maksimalnom silom, onda je PM = PF. Sila PA se određuje kao presek strmog pada krive sila-vreme i glatke krive koja osciluje. Definisane sile na slici 17 odgovaraju deformacijama koje nose iste indekse kao ove sile; dodatno se definiše deformacija ST na kraju krive sila–deformacija:

− SGY - deformacija na početku plastičnog loma ligamenta. − SM - deformacija pri maksimalnoj sili. − SF - deformacija pri inicijaciji nestabilnog rasta prsline. − SA - deformacija na kraju nestabilnog rasta prsline. − ST - deformacija na kraju krive sila-deformacija, pri čemu je

kraj ove sile definisan kao 0.02 PM.

Slika 17. Tipičan dijagram sila-vreme za izraženo plastično ponašanje materijala, dobijen na instrumentiranom klatnu [10]

Page 7: SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74 73

Iz dijagrama sila-vreme (sl. 17), moguće je izračunati energiju A, potrebnu za lom uzorka:

∫ ⋅⋅=1

0

)()(t

dttvtPA (1)

gde je: P(t) - sila, koja se menja sa vremenom; v(t) - promena brzine klatna za vreme loma; t - vreme trajanja loma.

Da bi se povećala sposobnost prikaza energije udara, ova se mora rastaviti na sastavne komponente, silu i deformaciju (ugib epruvete). Ugib se određuje iz zavisnosti sila-vreme. Veza između sile i vremena je proporcionalna karakteristikama ubrzanja. Koristi se kruti teg mase m, početne brzine udara v0, a deformacije počinju u trenutku vremena t0. Ugib se proračunava dvostrukom integracijom.

∫=t

t

dt)t(v)t(s0

(2)

∫+=t

t

dt)t(Pm

v)t(v0

10 (3)

Za celovitiju ocenu ponašanja materijala pri udarnom opterećenju potrebno je znati koji se deo energije troši za stvaranje prsline, a koji deo za širenje prsline. Postoji više metoda kojima se može razdvojiti ukupna energija udara, Auk, na energiju za stvaranje prsline, AI, i energiju za širenje prsline, AP. Većina njih se zasniva na tome da energija za stvaranje prsline ne zavisi od radijusa zareza, već da radijus utiče na energiju za širenje prsline.

Najprihvatljiviji postupak određivanja energije širenja prsline je preko “zamorne prsline”. Suština ovog postupka je u tome da se na epruvetama sa “V” zarezom izaziva zamorna prslina, pa se takva epruveta lomi na Šarpi klatnu i energija koja se pri tom utroši za lom je praktično energija širenja prsline, AP. Ukoliko je poznata vrednost ukupne energije udara ispitivanog materijala onda može da se izračuna deo energije potrebne za stvaranje prsline, AI:

Pukl AAA −= (4)

Određivanje energije stvaranja i energije širenja prsline po ovoj metodi obavlja se na jednom uzorku (za razliku od drugih postupaka), što daje veću tačnost. Na dijagramu sila-vreme (sl. 17), obeležene su površine AI i AP koje su proporcionalne energijama stvaranja i širenja prsline [10]. Treba napomenuti da se iz dijagrama sila-vreme mogu odrediti i sila na granici tečenja, maksimalna sila i sila krtog loma, kao što je to prikazano na slici 17. Međutim, treba uzeti u obzir da se u ispitivanju sve ove sile uvek ne iskazuju. Dva materijala koja imaju jednake vrednosti ukupne energije loma udarom, mogu da imaju različite energije stvaranja i širenja prsline. S tačke gledišta sigurnosti konstrukcije bolji je onaj materijal koji ima malu energiju stvaranja prsline, a veliku energiju širenja prsline.

U zavisnosti od vrste ispitivanog materijala, temperature ispitivanja, režima termičke obrade, ispitivanjem na instrumentiranom klatnu mogu da se dobiju različiti tipovi zavisnosti sila-vreme, odnosno sila-ugib. Na osnovu krivih sa slike 18 može da se odredi kom tipu ponašanja pri lomu pripadaju ispitani uzorci (A do F) [11]. Tipovi A i B odgovaraju krtom ponašanju materijala. Ako se pojavljuje strmi pad sile (tipovi C, D, E), veličina pada sile u odnosu na druge karakteristične veličine sile omogućava da se približno oceni

udeo duktilnog loma (%DL) na prelomnoj površini prema sledećoj formuli:

1001 ⋅

−−=

M

aF

PPPDL% (5)

Tip Shematski prikaz Dijagram ispitivanja

A

B

C

D

E

F

Slika 18. Tipovi dijagrama dobijeni ispitivanjem instrumentiranim

klatnom [11]

Page 8: SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/... · SAVREMENE METODE PROVERE MEHANIČKO-TEHNOLOŠKIH OSOBINA ZAVARENIH SPOJEVA ... Oznaka

SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ

74 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2002), str. 67-74

U slučaju da na krivoj nema jako strmog pada (tip F), može da se kaže da je udeo duktilnog loma u prelomnoj površini 100%.

ZAKLJUČAK Pojava novih standarda koji u potpunosti definišu postupke ispitivanja mehaničko-tehnoloških osobina zavarenih spojeva otvorila je nove mogućnosti ocene kvaliteta zavarenih spojeva. Kratak pregled metoda provere mehaničko-tehnoloških osobina zavarenih spojeva koje se redovno koriste (ispitivanje zatezanjem i savijanjem, ispitivanje tvrdoće kao i ispitivanje udarom), imalo je za cilj ukazivanje i usmeravanje prema važećim i jedino merodavnim standardima. Analizom primene instrumentiranja kod udarnih ispitivanja, odnosno korišćenje instrumentiranog klatna u analizi ukupne energije udara i komponenti ukupne energije udara: energije stvaranja prsline i energije širenja prsline pokazan je značaj savremenih ispitivanja i korišćenja novih metoda ispitivanja.

LITERATURA [1] Burzić Z, Manjgo M.: Primena mehanike loma u oceni osobina zavarenih

spojeva, RIM - Bihać, 2001, str. 451-460. [2] EN 895: Sučeono zavareni spojevi na metalnim materijalima -

ispitivanje poprečnim zatezanjem (Welded butt joints in metallic materials - Transverse tensile test), 1995.

[3] AWS B4.0M:2000.: Standard Methods for Mechanical Testing of Welds, American National Standards Institutr (ANSI), July 25, 2000.

[4] EN 910: Welded butt joints in metallic materials - Bend test. 1993. [5] EN 1043: Destructive tests on welds in metallic materials-Hardness test - Part

2: Microhardness testing on welded joints, 1996. [6] "Obezbeđenje kvaliteta u zavarivanju", Zbirka standarda DUZS, Savezni

zavod za standardizaciju, Beograd, 1996. [7] JUS EN 10045-1:, Mehanička ispitivanja metala; Ispitivanje udarom po Šarpiju;

Deo 1: Termini i definicije, 1993. [8] JUS EN 10045-1:, Mehanička ispitivanja metala; Ispitivanje udarom po Šarpiju;

Deo 2: Metoda ispitivanja, 1993. [9] EN 875: Welded butt joints in metallic materials - Specimen, location and

notch orientation for impact test, 1995. [10] Kudrin V.: Steelmaking, Mir Publishers, 1989, p. 11-12. [11] Spies F. A.: Instrumentierter Kerbschlageversuch, Nekonvencionalno

preizkušanije materialov, Ravne-Mežica, p. 2-11, 1989.

KonMat d.o.o. raspolaže stručnjacima i opremom za IBR metodama:

KonMat je angažovan na značajnim objekatima energetske i procesne industrije među kojima izdvajamo: TE “Nikola Tesla A”, TE “Nikola Tesla B”, TE “Morava”, Rafinerija nafte “Pančevo”, “Beočinska fabrika cementa”, Rafinerija nafte “Srpski Brod”, “Tehnogas”, “UTVA - Vozila”, “GOŠA”, “MIN”, DD “HIP Petroremont“,...

- vizuelna; - magnetnim česticama; - radiografija;

- površinska metalografija metodom uzimanja otiska mikrostrukture - replike.

Pored površinske, radimo i metalografiju na uzorcima i makro/mikro ispitivanje zavarenih spojeva u cilju kvalifikacije tehnologije zavarivanja.

- tečnim penetrantima;- ultrazvukom;- ispitivanje izolacije cevovoda;

- ultrazvučno merenje debljine zida;- merenje tvrdoće materijala prenosnim uređajem;- kontrola nepropusnosti vakuumskom metodom;- spektroskopska semikvantitativna hemijska analiza;

Svi rezultati ispitivanja kao i Izveštaji o ispitivanjima, sa foto-grafijama, mikrografijama, skicama i sl., kompjuterski se obrađuju i, posle predaje Izveštaja, trajno arhiviraju na kompakt diskovima. Pored pisanih Izveštaja i Elaborata o ispitivanjima i kontroli, na poseban zahtev Investitora, svi zapisi mogu biti dostavljeni i na CD-u.

Mikrografija prsline na radijusu T- fazonskog komada parovodameđupregrejane pare - replika, 200x

Mikrografija prslina na austenitnoj kapi rotora generatora,replika, 200x

Mikrografija prsline na livenom čeličnom prstenu mase 120t,replika, 200x