RU2490613C2 - Sample to test diffusion connection of sheet billets for shifting, method of manufacturing and testing - Google Patents
Sample to test diffusion connection of sheet billets for shifting, method of manufacturing and testing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490613C2 RU2490613C2 RU2011133750/28A RU2011133750A RU2490613C2 RU 2490613 C2 RU2490613 C2 RU 2490613C2 RU 2011133750/28 A RU2011133750/28 A RU 2011133750/28A RU 2011133750 A RU2011133750 A RU 2011133750A RU 2490613 C2 RU2490613 C2 RU 2490613C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- diffusion
- length
- samples
- plates
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к испытательной технике, в частности, позволяет испытывать на прочность методом сдвига неразъемные соединения, полученные преимущественно диффузионной сваркой, при выполнении стандартных механических испытаний, и может быть использовано в самолетостроении, двигателестроении и других отраслях машиностроения для осуществления контроля режимов операции диффузионной сварки в процессе изготовления деталей летательных аппаратов, а также узлов и агрегатов современных авиационных двигателей.The invention relates to testing equipment, in particular, allows you to test the strength of the shear method inseparable joints, obtained mainly by diffusion welding, when performing standard mechanical tests, and can be used in aircraft, engine and other engineering industries to monitor the modes of operation of diffusion welding in the process manufacturing of aircraft parts, as well as units and assemblies of modern aircraft engines.
Известен образец для выполнения механических испытаний (в соответствии с РД26-11-08-86 «Руководящий документ. Соединения сварные, механические испытания»), предназначенный для оценки прочности сварного соединения, а также способ испытания образцов (ГОСТ 6996-66 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств», утвержден Госстандартом СССР 03.03.1966). В настоящее время он является основным руководящим документом, регламентирующим выполнение разрушающего контроля неразъемных соединений, полученных сваркой в жидкой, а также в твердой фазе.A known model for performing mechanical tests (in accordance with RD26-11-08-86 "Guiding document. Welded joints, mechanical tests"), designed to assess the strength of a welded joint, as well as a method for testing samples (GOST 6996-66 "Welded joints. Methods for determination of mechanical properties ”, approved by the USSR State Standard 03.03.1966). Currently, it is the main governing document governing the implementation of destructive testing of permanent joints obtained by welding in the liquid as well as in the solid phase.
Недостатки известных образца и способа его испытания заключаются в следующем. При получении твердофазного соединения, например, при диффузионной сварке, с прочностью соединения, близкой к прочности основного материала, в зоне соединения остается некоторое количество дефектов сварного соединения, форма которых близка к сферической или равновесной форме. Размер дефектов в этом случае обычно не превышает значение 0,1…1,0 мкм.The disadvantages of the known sample and method of testing are as follows. Upon receipt of a solid-phase joint, for example, by diffusion welding, with a joint strength close to the strength of the base material, a certain number of welded joint defects remain in the joint zone, the shape of which is close to spherical or equilibrium. The size of defects in this case usually does not exceed the value of 0.1 ... 1.0 microns.
При выполнении механических испытаний такого сварного соединения на отрыв в условиях деформирования образцов одноосным растяжением прочность соединения оказывается выше прочности основного материала. В этом случае результаты механических испытаний сварного соединения не отражают реальной ситуации с точки зрения дефектности сварного соединения, и их нельзя считать достоверными.When performing mechanical tests of such a welded joint for peeling under conditions of deformation of samples by uniaxial tension, the strength of the joint is higher than the strength of the base material. In this case, the results of mechanical tests of the welded joint do not reflect the real situation from the point of view of the defectiveness of the welded joint, and they cannot be considered reliable.
Известен образец для испытания сварного соединения на сдвиг (авторское свидетельство СССР №1188574, МПК G01N 3/24, опубл. 30.10.85).A known model for testing a welded joint in shear (USSR author's certificate No. 1188574, IPC G01N 3/24, publ. 30.10.85).
В соответствии с данным техническим решением образец для испытания соединения на сдвиг представляет собой сваренные внахлест две пластины и четыре усиливающие накладки. Пластины изготавливают из одного материала, а накладки из другого. Накладки располагают по обе стороны пластин таким образом, что между общим торцом каждой пластины и прилегающей к ее поверхности накладкой и торцом накладки, прилегающей к обращенной в ту же сторону поверхностью другой пластины, имеется зазор.In accordance with this technical solution, the shear joint test specimen consists of overlapping two plates and four reinforcing plates. The plates are made of one material, and the lining of another. The pads are placed on both sides of the plates in such a way that there is a gap between the common end of each plate and the plate adjacent to its surface and the end of the plate adjacent to the surface of the other plate facing the same side.
Согласно способу изготовления данного образца для испытания соединения на сдвиг первоначально располагают две пластины так, чтобы образовывался нахлест, далее две пластины сваривают, а соединение накладок с пластинами осуществляют диффузионным методом при температуре не менее, чем на 50°C ниже температуры соединения пластин.According to the method of manufacturing this test specimen for shear joint testing, two plates are initially placed so that an overlap is formed, then two plates are welded, and the overlays are connected to the plates by the diffusion method at a temperature of at least 50 ° C below the temperature of the plate joints.
Известная конструкция образцов, состоящая из 2-х основных пластин, изготовленных из одного материала, и 4-х технологических накладок, изготовленных из другого материала, не обеспечивает возможность получения точного результата испытания прочности диффузионного соединения, поскольку результат испытания при такой конструкции образца зависит от количества пластин и накладок. В этом случае при сборке пластин и накладок в пакет сложно учесть отклонения в размерах пластин, необходимую точность их взаимного позиционирования, а также механические характеристики материала пластин и технологических накладок.The known design of the samples, consisting of 2 main plates made of one material and 4 technological overlays made of another material, does not provide the ability to obtain an accurate test result of the strength of the diffusion connection, since the test result with this design of the sample depends on the number plates and linings. In this case, it is difficult to take into account the deviations in the sizes of the plates, the necessary accuracy of their mutual positioning, as well as the mechanical characteristics of the material of the plates and technological overlays when assembling the plates and pads into a package.
Недостатком данного технического решения является также и то, что исследуемое диффузионное соединение формируется при сварке установленных внахлест пластин. Эксперименты показывают, что при формировании нахлесточного соединения при сварке с краев диффузионного соединения, примыкающего к торцам пластин, образуются концентраторы напряжений в виде подрезов. При этом угол при вершине подрезов будет зависеть от многих факторов:The disadvantage of this technical solution is the fact that the diffusion joint under study is formed during welding of overlapped plates. Experiments show that during the formation of an lap joint during welding from the edges of the diffusion joint adjacent to the ends of the plates, stress concentrators are formed in the form of undercuts. The angle at the top of the cuts will depend on many factors:
- от точности позиционирования пластин, образующих нахлест, и от точности позиционирования усиливающих накладок;- from the accuracy of the positioning of the plates forming the overlap, and from the accuracy of the positioning of the reinforcing pads;
- от величины фаски при снятии заусенцев с кромки, прилегающей к краю соединения;- from the size of the chamfer when deburring from the edge adjacent to the edge of the connection;
- от толщины свариваемых пластин;- on the thickness of the welded plates;
- от величины приложенного сварочного давления.- on the magnitude of the applied welding pressure.
Очевидно, что эти подрезы будут оказывать влияние на результат испытаний, которое также трудно учесть.Obviously, these undercuts will influence the test result, which is also difficult to take into account.
Другим недостатком рассматриваемого технического решения является тот факт, что процесс получения образцов разбит на 2 ступени. На первой ступени формируют испытуемое соединение путем изготовления нахлеста, а затем осуществляют приварку усиливающих пластин. Такая 2-ступенчатая схема изготовления образцов неизбежно окажет влияние на свойства исследуемого диффузионного соединения повторного нагрева. Особенно заметно это влияние в случае сварки материалов, которые при нагреве претерпевают фазовые превращения, например, при сварке титановых сплавов, что приведет к неоднозначному толкованию режимов сварки на результаты эксперимента.Another disadvantage of the considered technical solution is the fact that the process of obtaining samples is divided into 2 stages. At the first stage, the test compound is formed by making an overlap, and then reinforcement plates are welded. Such a 2-stage sample fabrication scheme will inevitably affect the properties of the reheat diffusion compound under study. This effect is especially noticeable in the case of welding materials that undergo phase transformations during heating, for example, when welding titanium alloys, which will lead to an ambiguous interpretation of the welding conditions on the experimental results.
В соответствии с известным техническим решением образец, имеющий нахлесточное соединение, полученное диффузионной сваркой, и изготовленный в соответствии с 2-ступенчатой схемой сварки далее подвергается механическим испытаниям путем деформирования методом одноосного растяжения. Заявленная конструкция образца позволяет выполнять механические испытания соединения на сдвиг путем установки их в клиновые захваты машины за счет приложения растягивающих усилий к их поверхностям, находящимся за нахлестом, образующим исследуемое диффузионное соединение, либо перпендикулярно, либо параллельно ему.In accordance with the known technical solution, a sample having an overlap joint obtained by diffusion welding and manufactured in accordance with a 2-stage welding scheme is then subjected to mechanical tests by deformation by uniaxial tension. The claimed design of the sample allows you to perform mechanical tests of the joint in shear by installing them in the wedge grips of the machine due to the application of tensile forces to their surfaces located behind the overlap, forming the investigated diffusion joint, either perpendicularly or parallel to it.
Такая схема нагружения приводит к формированию в зоне соединения сложной схемы напряженного состояния, с превалирующей растягивающей компонентой, что делает невозможным выполнение сравнительного анализа результатов испытания на сдвиг с результатами испытаний основного материала или сварного соединения на отрыв по соответствующему ГОСТу.Such a loading scheme leads to the formation in the connection zone of a complex stress state scheme with a prevailing tensile component, which makes it impossible to carry out a comparative analysis of the shear test results with the results of tests of the base material or weld joint according to the relevant GOST.
Кроме этого, выполнение испытаний с применением клиновых захватов сопряжено с риском перекоса образца при установке в захватах и несовпадению плоскости исследуемого соединения с осью приложения усилий (осью испытательной машины), что также будет влиять на вид формирующегося при этом напряженного состояния в зоне соединения и как результат - на достоверность результатов испытания. Влияние несоосности на достоверность результата испытания усиливается с уменьшением длины образца, которая при формировании диффузионного соединения обычно имеет ограниченный размер.In addition, the performance of tests using wedge grippers is associated with a risk of sample skew when installed in grips and the plane of the test compound does not coincide with the axis of application of force (axis of the testing machine), which will also affect the form of the stress state formed in the joint zone and, as a result, - the reliability of the test results. The effect of misalignment on the reliability of the test result is enhanced with a decrease in the length of the sample, which usually has a limited size when forming a diffusion compound.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является образец для испытания металлического соединения на сдвиг и способ его изготовления и испытания (авторское свидетельство СССР №1619112, МПК5 G01N 3/24, опубл. 07.01.91).Closest to the proposed technical solution is a sample for testing a metal compound in shear and a method for its manufacture and testing (USSR author's certificate No. 1619112, IPC 5
В данном техническом решении образец для испытания металлического соединения на сдвиг содержит соединенные внахлест две одинаковые пластины и связанные с их противоположными поверхностями две пары одинаковых накладок, установленные так, что накладки каждой пары разделены зазором, расположенным у торца соответствующей пластины, при этом длину нахлеста устанавливают из соотношения: C=bσ/4τ, где b - сумма толщин пластины и накладки образца, σ и τ - соответственно, предел текучести при растяжении и предел прочности при сдвиге основного материала свариваемых пластин.In this technical solution, a sample for testing a metal joint in shear comprises two identical plates overlapping and two pairs of identical overlays connected to their opposite surfaces, installed so that the overlays of each pair are separated by a gap located at the end of the corresponding plate, and the overlap length is set from ratios: C = bσ / 4τ, where b is the sum of the plate and plate thicknesses of the sample, σ and τ are the tensile yield strength and the shear strength of the main material, respectively Ala welded plates.
Конструкция образца в соответствии с рассматриваемым техническим решением позволяет повысить точность результатов испытания за счет учета пластической деформации в начале разрушения соединения. Однако она не исключает появление разброса в результатах испытаний, связанного с отсутствием регламента на длину зазора и трудностью обеспечения необходимой точности изготовления его длины в образцах, которая также отвечает за формирование в зоне соединения одинаково воспроизводимого деформированного состояния. Кроме этого, заявленная конструкция не учитывает толщину пластин, образующих исследуемое диффузионное соединение, толщину накладок и ширину образцов, что также влияет на формирование в зоне соединения того или иного вида напряженного состояния. Конструкция образца дает возможность испытывать образцы только одноосным растяжением, что затрудняет оценку стойкости сварного соединения тонколистовых материалов к динамическим воздействиям.The design of the sample in accordance with the considered technical solution allows to increase the accuracy of the test results by taking into account plastic deformation at the beginning of the fracture of the connection. However, it does not exclude the appearance of a scatter in the test results due to the lack of a regulation on the length of the gap and the difficulty in ensuring the necessary accuracy of manufacturing its length in the samples, which is also responsible for the formation of an equally reproducible deformed state in the joint zone. In addition, the claimed design does not take into account the thickness of the plates forming the investigated diffusion compound, the thickness of the pads and the width of the samples, which also affects the formation of a particular type of stress state in the joint zone. The design of the sample makes it possible to test samples only by uniaxial tension, which complicates the assessment of the resistance of the welded joint of sheet materials to dynamic stresses.
Кроме этого, заявленная конструкция образца не учитывает связи вида нагружения с видом напряженного состояния, формируемого в зоне диффузионного соединения, что затрудняет выполнение сравнительного анализа результатов испытаний диффузионного соединения на сдвиг с результатами испытаний основного материала и сварного соединения на отрыв, выполненных одноосным растяжением образцов в соответствии с ГОСТ. Эта информация является чрезвычайно важной в связи с развитием работ по созданию полой широкохордной рабочей лопатки первой ступени компрессора двигателя пятого поколения.In addition, the claimed design of the sample does not take into account the relationship between the type of loading and the type of stress state formed in the zone of the diffusion joint, which makes it difficult to carry out a comparative analysis of the results of tests of diffusion joints for shear with the results of tests of the base material and welded joints for peeling made by uniaxial tension of the samples in accordance with GOST. This information is extremely important in connection with the development of work on the creation of a hollow broad-chordal working blade of the first stage of a fifth-generation engine compressor.
Задачей изобретения является повышение точности, достоверности результатов испытаний диффузионного соединения листовых заготовок и возможности однозначного сравнения результатов испытаний с результатами механических испытаний основного материала на разрыв, а также обеспечение возможности проводить испытания в условиях динамического нагружения.The objective of the invention is to increase the accuracy, reliability of the test results of the diffusion connection of sheet blanks and the possibility of an unambiguous comparison of the test results with the results of mechanical tensile testing of the base material, as well as providing the ability to conduct tests under dynamic loading.
Поставленная задача решается образцом для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, состоящим из рабочей и технологической частей, содержащим две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. В отличие от прототипа, сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки равна сумме толщин второй пластины и совмещенной с ней второй накладки, причем длина рабочей части образца равна длине нахлеста, составляющей не менее четверти высоты образца, длина технологической части образца составляет половину разницы между общей длиной образца и длиной нахлеста, а толщина технологической части образца не превышает разницу между половиной высоты образца и радиусом перехода между торцом нахлеста и прилегающей поверхностью соответствующей технологической части образца, причем ширина образца равна не менее половины длины нахлеста.The problem is solved by a sample for testing the diffusion connection of sheet blanks in shear, consisting of working and technological parts, containing two overlapped plates forming a diffusion connection and having overlays aligned with them located on the sides opposite from the connection. Unlike the prototype, the sum of the thicknesses of the first plate and the first lining combined with it is equal to the sum of the thicknesses of the second plate and the second lining combined with it, and the length of the working part of the sample is equal to the overlap length of at least a quarter of the height of the sample, the length of the technological part of the sample is half the difference between the total length of the sample and the length of the overlap, and the thickness of the technological part of the sample does not exceed the difference between half the height of the sample and the radius of the transition between the end face of the overlap and the adjacent surface sponds to the technological part of the sample, the sample width is equal to at least half the length of the overlap.
Задача решается также способом изготовления образца для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, заключающимся в том, что две пластины накладывают одна на другую с образованием диффузионного соединения, на противоположные соединению поверхности пластин устанавливают накладки, образованный пакет сваривают диффузионной сваркой, прикладывая усилие сварки к поверхностям накладок перпендикулярно диффузионному соединению, после сварки из пакета вырезают образцы. В отличие от прототипа, из сваренного пакета вырезают блок, по крайней мере, из трех образцов, связанных между собой перемычкой, длину которой устанавливают не менее ширины блока, после чего изготавливают рабочую и технологическую части образцов, а перемычку удаляют.The problem is also solved by the method of manufacturing a sample for testing the diffusion connection of sheet blanks in shear, namely, that two plates are superimposed on one another with the formation of a diffusion connection, overlays are installed on the surfaces opposite to the connection of the plates, the formed package is welded by diffusion welding, applying a welding force to the surfaces lining perpendicular to the diffusion connection, after welding, samples are cut from the bag. Unlike the prototype, a block is cut out of the welded bag from at least three samples connected by a jumper, the length of which is set at least the width of the block, after which the working and technological parts of the samples are made, and the jumper is removed.
Согласно изобретению пакет сваривают, прикладывая усилие сварки ко всем свободным поверхностям.According to the invention, the bag is welded by applying a welding force to all free surfaces.
Поставленная задача решается также способом испытания диффузионного соединения путем деформирования одноосным нагруженном описанного выше образца. В отличие от прототипа, усилия нагружения прикладывают к торцам образца, прилегающим к испытуемому диффузионному соединению. Согласно изобретению образцы деформируют одноосным растяжением или сжатием.The problem is also solved by the method of testing a diffusion compound by deformation by a uniaxial loaded specimen described above. Unlike the prototype, loading forces are applied to the ends of the sample adjacent to the test diffusion compound. According to the invention, the samples are deformed by uniaxial tension or compression.
Технический результат изобретения достигается благодаря следующему.The technical result of the invention is achieved due to the following.
Предложенная конструкция образца обеспечивает совмещение оси образца, которая лежит в плоскости испытуемого диффузионного соединения, с осью прилагаемой нагрузки, учитывая размеры пластин и накладок. При выполнении этого условия повышается точность результатов испытаний за счет исключения изгиба образца при испытании.The proposed design of the sample ensures the alignment of the axis of the sample, which lies in the plane of the test diffusion connection, with the axis of the applied load, taking into account the dimensions of the plates and overlays. When this condition is met, the accuracy of the test results is improved by eliminating the bending of the sample during the test.
Длина рабочей части образца, равная длине нахлеста, которая составляет не менее четверти высоты образца, позволяет исключить влияние пластической составляющей при приложении нагрузки к соответствующим торцам образца на первичную диаграмму механических испытаний. Т.е. данное условие позволяет при разрушении образца по диффузионному соединению исключить появление пластической деформации торцов при воздействии на них усилием от деформирующего инструмента.The length of the working part of the sample, equal to the overlap length, which is at least a quarter of the height of the sample, eliminates the influence of the plastic component when a load is applied to the corresponding ends of the sample on the initial diagram of mechanical tests. Those. This condition makes it possible to eliminate the appearance of plastic deformation of the ends when the specimen is destroyed by a diffusion joint when exposed to a force from a deforming tool.
Длина технологической части образца, составляющая половину разницы между общей длиной образца и длиной нахлеста, обеспечивает симметрию образца относительно середины рабочей части образца и также способствует снижению возникновения изгибной деформации при деформировании образца.The length of the technological part of the sample, which is half the difference between the total length of the sample and the overlap length, provides symmetry of the sample relative to the middle of the working part of the sample and also helps to reduce the occurrence of bending deformation during deformation of the sample.
Выбор толщины технологической части образца, не превышающей разницу между половиной высоты образца и радиуса перехода между торцом образованного нахлеста и прилегающей поверхностью соответствующей технологической части образца, направлен на повышение точности и достоверности результатов эксперимента за счет того, что в такой конструкции линия диффузионного соединения и поверхность торца перпендикулярны.The choice of the thickness of the technological part of the sample, not exceeding the difference between half the height of the sample and the radius of the transition between the end face of the overlap formed and the adjacent surface of the corresponding technological part of the sample, is aimed at improving the accuracy and reliability of the experimental results due to the fact that in this design the diffusion line and the end surface perpendicular.
Условие превышения ширины образца над длиной нахлеста позволяет сформировать в зоне диффузионного соединения при испытании условия, близкие к условиям плоско-деформированного состояния, что позволяет с большей точностью сравнивать результаты испытания диффузионного соединения на сдвиг со свойствами основного материала, которые получены при испытании цилиндрических образцов в соответствие с ГОСТ.The condition that the width of the specimen exceeds the overlap length allows conditions to be formed in the diffusion joint zone during testing that are close to the conditions of a plane-deformed state, which allows more accurate comparison of the results of the diffusion joint shear test with the properties of the base material obtained in testing cylindrical specimens in accordance with GOST.
Предложенный способ изготовления образца для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, когда из сваренного пакета вырезают блок, состоящий из трех и более образцов, связанных между собой перемычкой, после чего изготавливают рабочую и технологическую части образцов, а перемычку удаляют, позволяет изготавливать образцы за одну установку, обеспечивая высокую точность изготовления рабочей зоны (нахлеста), что позволяет снизить разброс в результатах испытаний, вызванный неточностью изготовления.The proposed method for manufacturing a sample for testing the diffusion connection of sheet blanks in shear, when a block consisting of three or more samples connected by a jumper is cut from a welded bag, after which the working and technological parts of the samples are made, and the jumper is removed, it allows to produce samples in one installation, providing high precision manufacturing of the working area (overlap), which allows to reduce the spread in the test results caused by manufacturing inaccuracies.
Выполняя диффузионную сварку пакета, прикладывая усилия сварки ко всем свободным поверхностям пакета, моделируются условия получения диффузионного соединения при изготовлении многослойных ячеистых конструкций, например, полых широкохордных вентиляторных лопаток газотурбинного двигателя пятого поколения. В этом случае, когда при диффузионной сварке пакета напряженное состояние совпадает с напряженным состоянием при изготовлении заготовки полой лопатки, повышается достоверность оценки качества диффузионного соединения пакета.Performing diffusion welding of the bag, applying welding forces to all free surfaces of the bag, the conditions for obtaining a diffusion joint in the manufacture of multilayer cellular structures, for example, hollow wide-chord fan blades of a fifth-generation gas turbine engine, are modeled. In this case, when during diffusion welding of the package, the stress state coincides with the stress state in the manufacture of the hollow blade preform, the reliability of assessing the quality of the diffusion connection of the package increases.
При выполнении механических испытаний одноосным нагруженном, в которых присутствует испытуемое диффузионное соединение, путем приложения усилия нагружения к торцам образца заявленной конструкции, прилегающим к испытуемому диффузионному соединению, создаются условия для формирования в зоне соединения напряженного состояния, близкого к простому сдвигу. Это обстоятельство дает возможность приводить полученные результаты к результатам испытаний основного материала, используя стандартные цилиндрические образцы и испытания их по ГОСТ.When performing uniaxial loaded mechanical tests in which the test diffusion joint is present, by applying a loading force to the ends of the specimen of the claimed design adjacent to the test diffusion joint, conditions are created for the formation of a stress state in the joint zone close to a simple shear. This circumstance makes it possible to bring the results to the test results of the base material using standard cylindrical samples and testing them in accordance with GOST.
Кроме этого повышение достоверности результатов испытаний обеспечивается созданием при выполнении испытаний в рабочей зоне образца напряженного состояния, близкого к простому сдвигу. Это дает основание с достаточной степенью достоверности принимать напряжения среза равными касательным напряжениям, т.е.In addition, an increase in the reliability of the test results is ensured by the creation, when performing tests in the working zone of the sample, of a stress state close to a simple shear. This gives the basis with a sufficient degree of reliability to accept shear stresses equal to shear stresses, i.e.
В представленной формуле P - это усилие нагружения, S - площадь нахлеста, или диффузионного соединения, равная произведению длины нахлеста 1 на ширину образца h, S=1×h, σ1 - это главные напряжения, возникающие в рабочей части цилиндрического образца при одноосном растяжении.In the presented formula, P is the loading force, S is the overlap or diffusion joint area, equal to the product of the overlap length 1 by the sample width h, S = 1 × h, σ 1 are the main stresses arising in the working part of the cylindrical sample under uniaxial tension .
Очевидно, что возможность создания при испытании в рабочей зоне образца напряженного состояния, близкого к простому сдвигу, появляется в случае, когда нагрузку прикладывают к паре торцов образца, прилежащих к входной и выходной кромкам нахлеста, формирующего исследуемое диффузионное соединение.Obviously, the possibility of creating a stress state close to a simple shear during testing in the sample working zone appears when the load is applied to a pair of sample ends adjacent to the input and output edges of the overlap, which forms the diffusion joint under study.
При нагружении образцов одноосным сжатием появляется возможность динамического нагружения (проведение испытаний образцов на удар на копрах с вертикально падающим грузом), что расширяет спектр методов испытаний диффузионного соединения листовых материалов, добавляя к ним динамический метод нагружения. Известно, что динамические испытания являются более объективными методами оценки несущей способности диффузионного соединения и дают более достоверные результаты испытаний.When loading samples by uniaxial compression, the possibility of dynamic loading appears (testing samples for impact on the pile drivers with a vertically falling load), which expands the range of test methods for the diffusion connection of sheet materials, adding to them a dynamic loading method. It is known that dynamic tests are more objective methods for assessing the bearing capacity of a diffusion compound and give more reliable test results.
Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами.The claimed technical solution is illustrated by the following drawings.
Фиг.1. Образец для испытания диффузионного соединения на сдвиг.Figure 1. Sample for testing a diffusion compound in shear.
Фиг.2. Схема совмещения пластин и накладок, образующих пакет.Figure 2. The scheme of combining plates and pads forming a package.
Фиг.3. Схема вырезки блока образцов для испытания диффузионного соединения из пакета пластин и накладок.Figure 3. Scheme for cutting out a block of samples for testing diffusion compounds from a package of plates and overlays.
Фиг.4. Блок образцов для испытания диффузионного соединения после удаления технологической части.Figure 4. A block of samples for testing diffusion compounds after removal of the technological part.
Фиг.5. Образец, установленный в захватах для выполнения механических испытаний одноосным растяжением.Figure 5. A specimen mounted in grips for performing uniaxial tensile mechanical tests.
Фиг.6. Образец, установленный в захватах для выполнения механических испытаний одноосным сжатием.6. A specimen mounted in grippers to perform mechanical tests with uniaxial compression.
Фиг.7. Зона диффузионного соединения листовых заготовок титанового сплава ВТ6С. a - увеличение ×2000. б - увеличение ×3000.7. The diffusion zone of the sheet blanks of VT6S titanium alloy. a - magnification × 2000. b - magnification × 3000.
Фиг.8. Поверхность диффузионного соединения листовых заготовок титанового сплава ВТ6С после испытаний на срез. а - увеличение ×33. б - увеличение ×1000.Fig. 8. Diffusion surface of sheet blanks of VT6S titanium alloy after shear tests. and - magnification × 33. b - magnification × 1000.
Образец (Фиг.1) состоит из двух сваренных внахлест пластин 1, 2 и усиливающих накладок 3, 4. Буквой A обозначена общая длина образца, B - высота образца, C - ширина образца, D - длина технологической части, F - рабочая часть образца или нахлест, E - высота технологической части, r - радиус перехода между торцом нахлеста и прилежащей поверхностью технологической части образца. Пластины 1 и 2 образуют исследуемое диффузионное соединение. Пластины могут иметь различную толщину, в этом случае различной будет и толщина усиливающих накладок. Соотношение толщин пластин и накладок направлено на обеспечение условия расположения сварного соединения посередине высоты образца В. Выбор величины нахлеста F равной 1/4 высоты образца B в сочетании с регламентированной шириной образца C, равной не менее половины длины нахлеста F, определяет формирование при испытании в зоне сварного соединения напряженного состояния, близкого к простому сдвигу.The sample (Fig. 1) consists of two lap welded
Высота технологической части E выбрана таким образом, чтобы обеспечить формирование в зоне соединения заданную величину сдвиговой деформации.The height of the technological part E is chosen in such a way as to ensure the formation of a predetermined shear strain in the joint zone.
Образец изготавливают из пакета листовых заготовок, совмещенных внахлест и сваренных диффузионной сваркой, длину или ширину свариваемых пластин 1, 2 и накладок 3, 4, собранных в пакет (Фиг.2), выбирают из условия равенства сумме длины образца A и технологического припуска Δ (Фиг.3). Длину припуска Δ задают равной не менее ширины образца C (Фиг.1).The sample is made from a package of sheet blanks, overlapped and welded by diffusion welding, the length or width of the plates to be welded 1, 2 and the
Из сваренного диффузионной сваркой пакета вырезают блок - сборку (Фиг.3), состоящую из не менее трех пластин шириной C (Фиг.1), связанных друг с другом технологическим припуском Δ. При этом плоскости реза располагают перпендикулярно плоскости диффузионного соединения, длину реза устанавливают равной длине образца A. Изготовление рабочей (нахлест) и технологической частей выполняют одновременно во всей сборке образцов (Фиг.4), путем частичного удаления технологической части образца толщиной G=B/2+r и длиной D и D+Δ. соответственно. Перемычку Δ. отрезают после изготовления рабочей и технологической частей.From the package welded by diffusion welding, a block assembly is cut out (Figure 3), consisting of at least three plates of width C (Figure 1), connected to each other by technological allowance Δ. In this case, the cut planes are perpendicular to the plane of the diffusion connection, the cut length is set equal to the length of sample A. Production of the working (overlap) and technological parts is performed simultaneously in the entire assembly of samples (Figure 4), by partially removing the technological part of the sample with a thickness of G = B / 2 + r and length D and D + Δ. respectively. Jumper Δ. cut off after manufacturing the working and technological parts.
Полученные образцы испытывают деформированием, прикладывая усилия к торцам свариваемых пластин, прилежащих к нахлесту, образующему испытуемое соединение, как показано на фиг.5, где изображен образец 5, установленный в захваты 6 и 7, которые через отверстия соединяются с тягами испытательной машины для исключения возникновения перекосов при растяжении.The obtained samples are tested by deformation, applying forces to the ends of the welded plates adjacent to the overlap forming the test compound, as shown in Fig. 5, which shows a
Установленные в захваты образцы деформируют одноосным растяжением, которое инициирует в зоне диффузионного соединения сдвиговую деформацию.The specimens installed in the grips are deformed by uniaxial tension, which initiates shear deformation in the diffusion joint zone.
Установив образцы в захваты другой формы (Фиг.6), можно проводить их испытания одноосным сжатием. Механические испытания образцов методом одноосного сжатия рациональнее выполнять при динамических испытаниях диффузионного соединения на сдвиг на инструментированных копрах с вертикально падающим грузом.Having installed the samples in the grips of a different shape (Fig.6), it is possible to carry out tests with uniaxial compression. It is more rational to carry out mechanical tests of samples by uniaxial compression during dynamic shear tests of diffusion joints on instrumented rams with a vertically falling load.
При проведении испытаний образцов такой конструкции в зоне соединения формируется напряженное состояние, близкое к простому сдвигу.When testing samples of this design in the connection zone, a stress state is formed, which is close to a simple shear.
Для подтверждения этого утверждения заявляемое техническое решение было подвергнуто проверке. Для этих целей использовали современные методы математического анализа, которые полностью подтвердили это утверждение.To confirm this statement, the claimed technical solution was tested. For these purposes, we used modern methods of mathematical analysis, which fully confirmed this statement.
Заявляемое техническое решение было опробовано на примере испытания диффузионного соединения листовых заготовок из 2-фазного (α+β) титанового сплава ВТ6.The claimed technical solution was tested on the example of testing the diffusion connection of sheet blanks from 2-phase (α + β) VT6 titanium alloy.
Пример иллюстрирует образец, способ изготовления и способ испытания диффузионного соединения двух одинаковых по толщине пластин.An example illustrates a sample, a manufacturing method and a test method for a diffusion joint of two plates of the same thickness.
Две пластины 100,0 мм × 50,0 мм × 1,0 мм вырезали из листа. Пластины обезжиривали, протирая бязью, смоченной в технически чистом ацетоне. Затем со свариваемых поверхностей пластин удаляли окисную пленку, зачищая их металлической щеткой. После удаления с поверхности окисной пленки пластины подвергали обезжириванию методом ультразвуковой обработкой последовательно в техническом ацетоне и спирте.Two plates of 100.0 mm × 50.0 mm × 1.0 mm were cut from the sheet. The plates were degreased by rubbing with calico soaked in technically pure acetone. Then, the oxide film was removed from the surfaces of the plates to be welded, scraping them with a metal brush. After removal of the oxide film from the surface of the plate, the plates were degreased by ultrasonic treatment successively in technical acetone and alcohol.
По завершении операции обезжиривания пластины 1 и 2 накладывали одна на другую так, чтобы совпали края пластин (Фиг.2). В таком положении пластины фиксировали, прихватывая их аргонодуговой сваркой по краям.At the end of the degreasing operation, the
На свободные поверхности пластин (противоположно совмещенным под диффузионную сварку) накладывали две накладки 3 и 4 (Фиг.2), размерами 100,0 мм × 50,0 мм × 5,0 мм. Предварительно заготовки также подвергли операции зачистки и обезжиривания.On the free surfaces of the plates (oppositely aligned for diffusion welding) two
Накладки фиксировали относительно двух пластин прихваткой аргонодуговой сваркой.The pads were fixed relative to two plates by tapping with argon-arc welding.
После этого полученный пакет, состоящий из 2-х пластин и 2-х накладок, устанавливали в специальную оснастку, которая обеспечивала приложение к пакету пластин и накладок равномерного усилия сжатия, и осуществляли диффузионную сварку. Режим диффузионной сварки был выбран следующим: окружающая среда - вакуум, глубиной 10-3 Па; температура сварки - 925×1,0°C; рабочее давление сварки - 3,0 МПа; время сварки - 3,0 часа.After that, the resulting package, consisting of 2 plates and 2 overlays, was installed in a special tool, which ensured that a uniform compression force was applied to the package of plates and overlays, and diffusion welding was performed. The diffusion welding mode was chosen as follows: the environment is vacuum, a depth of 10 -3 Pa; welding temperature - 925 × 1.0 ° C; welding working pressure - 3.0 MPa; welding time - 3.0 hours.
По завершении процесса диффузионной сварки из пакета вырезали блок, состоящий из 3-х, скрепленных между собой перемычкой образцов толщиной 3,0 мм каждый (Фиг.3). Разрезку пакета на образцы выполняли методом электроэрозионной резки проволокой диаметром 0,3 мм. Длину реза выбирали равной 40,0 мм, а длина перемычки была соответственно равна 10,0 мм. Затем изготавливали технологическую часть (Фиг.4) длинной 19,0 мм и высотой 5,85±0,01 мм. При изготовлении технологической части была сформирована рабочая часть - нахлест длиной 2,0 мм. После операции изготовления технологической и рабочей частей перемычку отрезали, получая таким образом 3 образца для проведения механических испытаний по одному из режимов сварки.At the end of the diffusion welding process, a block consisting of 3 pieces fastened together by a jumper of samples 3.0 mm thick each (Figure 3) was cut out of the bag. Cutting the bag into samples was performed by EDM cutting with a wire with a diameter of 0.3 mm. The cut length was chosen equal to 40.0 mm, and the length of the jumper was 10.0 mm, respectively. Then made the technological part (Figure 4) with a length of 19.0 mm and a height of 5.85 ± 0.01 mm In the manufacture of the technological part, the working part was formed - an overlap of 2.0 mm in length. After the operation of manufacturing the technological and working parts, the jumper was cut off, thus obtaining 3 samples for mechanical testing in one of the welding modes.
Образцы испытывали на универсальном динамометре фирмы Instron (модель 5095). Образцы устанавливали в захваты, схема которых приведена на Фиг.5. Захваты закрепляли штифтами на тягах испытательной машины. Далее осуществляли механические испытания образцов, деформируя их одноосным растяжением со скоростью перемещения подвижной траверсы 1,0 мм/мин.Samples were tested on an Instron universal dynamometer (model 5095). Samples were installed in the grips, a diagram of which is shown in Fig.5. The grips were fixed with pins on the rods of the testing machine. Further, mechanical tests of the samples were carried out, deforming them with uniaxial tension with a moving beam moving speed of 1.0 mm / min.
В таблице сведены экспериментальные значения механических испытаний трех образцов. Из результатов испытаний следует, что прочность диффузионного соединения составляет величину, примерно равную 91% от прочности основного материала.The table summarizes the experimental values of the mechanical tests of three samples. From the test results it follows that the strength of the diffusion compound is approximately equal to 91% of the strength of the base material.
Разрушенные образцы подвергали металлографическим и фрактографическим исследованиям. Для выполнения исследований использовали сканирующий электронный микроскоп JSM 840.The destroyed samples were subjected to metallographic and fractographic studies. To carry out the studies, a JSM 840 scanning electron microscope was used.
На фиг.7а, б и фиг.8а, б приведены фотографии зоны диффузионного соединения, а также поверхности разрушения при различных увеличениях.On figa, b and figa, b shows photographs of the zone of the diffusion connection, as well as the fracture surface at various magnifications.
Результаты металлогафических и фрактографических исследований подтвердили то, что прочность диффузионного соединения, равная ~91% от прочности основного материала, обусловлена наличием в зоне диффузионного соединения дефектов, в виде пор размером 1…2 мкм.The results of metallographic and fractographic studies have confirmed that the strength of the diffusion joint, equal to ~ 91% of the strength of the base material, is due to the presence of defects in the diffusion joint zone in the form of pores 1 ... 2 μm in size.
Полученные экспериментальные результаты показали, что предложенное техническое решение повышает точность, снижает разброс результатов эксперимента, а также повышает достоверность полученных результатов механических испытаний.The obtained experimental results showed that the proposed technical solution improves accuracy, reduces the spread of experimental results, and also increases the reliability of the obtained results of mechanical tests.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011133750/28A RU2490613C2 (en) | 2011-08-10 | 2011-08-10 | Sample to test diffusion connection of sheet billets for shifting, method of manufacturing and testing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011133750/28A RU2490613C2 (en) | 2011-08-10 | 2011-08-10 | Sample to test diffusion connection of sheet billets for shifting, method of manufacturing and testing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011133750A RU2011133750A (en) | 2013-02-20 |
RU2490613C2 true RU2490613C2 (en) | 2013-08-20 |
Family
ID=49119784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011133750/28A RU2490613C2 (en) | 2011-08-10 | 2011-08-10 | Sample to test diffusion connection of sheet billets for shifting, method of manufacturing and testing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2490613C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570564C1 (en) * | 2014-08-04 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет" (ФГБОУ ВПО "ЧГПУ") | Fabrication of model specimen for determination of strain |
RU2696359C1 (en) * | 2018-09-07 | 2019-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Kit for impact rods for experiments on dynamic shift |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1337719A1 (en) * | 1985-08-15 | 1987-09-15 | Кироваканское Научно-Производственное Объединение "Полимерклей" | Appliance for testing flat joints for shear |
SU1619112A1 (en) * | 1989-03-07 | 1991-01-07 | Институт проблем сверхпластичности металлов АН СССР | Specimen for shear testing of metal joint |
SU1656396A1 (en) * | 1989-05-10 | 1991-06-15 | Предприятие П/Я М-5612 | Specimen for testing cellular filler for shear |
RU2111475C1 (en) * | 1996-07-15 | 1998-05-20 | Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения | Specimen for testing materials for plastic uniaxial compression and extension |
EP1742033A1 (en) * | 2004-04-13 | 2007-01-10 | Nippon Steel Corporation | Fracture predicting device for spot welding part, method thereof, computer program, and computer-readable recording medium |
-
2011
- 2011-08-10 RU RU2011133750/28A patent/RU2490613C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1337719A1 (en) * | 1985-08-15 | 1987-09-15 | Кироваканское Научно-Производственное Объединение "Полимерклей" | Appliance for testing flat joints for shear |
SU1619112A1 (en) * | 1989-03-07 | 1991-01-07 | Институт проблем сверхпластичности металлов АН СССР | Specimen for shear testing of metal joint |
SU1656396A1 (en) * | 1989-05-10 | 1991-06-15 | Предприятие П/Я М-5612 | Specimen for testing cellular filler for shear |
RU2111475C1 (en) * | 1996-07-15 | 1998-05-20 | Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения | Specimen for testing materials for plastic uniaxial compression and extension |
EP1742033A1 (en) * | 2004-04-13 | 2007-01-10 | Nippon Steel Corporation | Fracture predicting device for spot welding part, method thereof, computer program, and computer-readable recording medium |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570564C1 (en) * | 2014-08-04 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет" (ФГБОУ ВПО "ЧГПУ") | Fabrication of model specimen for determination of strain |
RU2696359C1 (en) * | 2018-09-07 | 2019-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Kit for impact rods for experiments on dynamic shift |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011133750A (en) | 2013-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11378502B2 (en) | Measurement of material properties under local tensile stress through contact mechanics | |
Becker et al. | Fatigue properties of steel to aluminum transition joints produced by explosion welding | |
Ahmed et al. | Development and testing of fixtures for friction stir welding of thin aluminium sheets | |
Stinville et al. | High and low cycle fatigue behavior of linear friction welded Ti–6Al–4V | |
Ramulu et al. | Tensile properties of friction stir welded and friction stir welded-superplastically formed Ti–6Al–4V butt joints | |
Sanders et al. | Characterization of superplastically formed friction stir weld in titanium 6Al-4V: preliminary results | |
CN110836798A (en) | Large-size structural type sample, manufacturing method thereof and method for performing crack arrest test by using sample | |
Moraes et al. | Effect of overlap orientation on fatigue behavior in friction stir linear welds of magnesium alloy sheets | |
Sahli et al. | Finite element simulation and experimental investigation of the effect of clearance on the forming quality in the fine blanking process | |
Yang et al. | Investigation of microstructure and mechanical properties of GH4169 superalloy joint produced by linear friction welding | |
Mohamadizadeh et al. | Novel double-half spot weld testing technique for damage progress and failure analysis using digital image correlation techniques | |
RU2490613C2 (en) | Sample to test diffusion connection of sheet billets for shifting, method of manufacturing and testing | |
Sun et al. | Effect of sleeve plunge depth on interface/mechanical characteristics in refill friction stir spot welded joint | |
Xu et al. | Flash-butt welded Ti6242 joints preserved base-material strength and ductility | |
Zixin et al. | The effects of three profiles on the mechanical properties and grain size of self-piercing riveting joints using ultrasonic welding | |
Allazadeh et al. | Metrology and microscopy analysis of multisheet packs manufactured via superplastic forming to study possible diffusion bonding | |
Mateo et al. | Welding repair by linear friction in titanium alloys | |
Garcia et al. | Fractographic investigation of fretting fatigue cracks in Ti–6Al–4V | |
Hanji et al. | Low-and high-cycle fatigue behaviour of load-carrying cruciform joints containing incomplete penetration and strength mismatch | |
Calmunger et al. | Effect of additive manufacturing on fatigue crack propagation of a gas turbine superalloy | |
Benzing et al. | A microsample tensile test application: local strength of impact welds between sheet metals | |
Handa et al. | Evaluation of tensile strength and fracture behavior of friction welded dissimilar steels under different rotational speeds and axial pressures | |
Slany et al. | Analysis of bimetal pipe bends with a bend of 0.7 D with a cladding layer of Inconel 625 | |
Brauser et al. | Influence of production-related gaps on strength properties and deformation behaviour of spot welded trip steel HCT690T | |
Xiao et al. | Study on Fatigue Crack Propagation and Fracture Characterization of 7050-T7451 Friction Stir Welded Joints |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |