Испытание сварных соединений на ударную вязкость по методу Шарпи: анализ требований ГОСТ 9454 и ISO 148-1

Метод Шарпи

Одним из ключевых показателей надежности сварных конструкций является ударная вязкость — способность материала сопротивляться разрушению при динамических нагрузках. Особенно критична эта характеристика при эксплуатации изделий при низких температурах, в условиях ударных нагрузок или вибраций (мосты, сосуды под давлением, судостроение, транспорт).

Для оценки ударной вязкости применяется испытание по методу Шарпи — один из старейших и универсальных стандартных методов, разработанный в начале XX века. В настоящее время в разных странах методика испытаний регламентируется стандартами:

• ГОСТ 9454-78 — «Металл. Метод испытания на ударный изгиб при температуре от минус 196 °C до плюс 100 °C» (актуален в России и СНГ);
• ISO 148-1:2016 — «Металлические материалы — Испытание на ударный изгиб по методу Шарпи — Часть 1: Метод испытания» (международный стандарт).

Цель данной статьи — рассмотреть и сравнить требования ГОСТ и ISO к проведению испытаний сварных соединений на ударную вязкость, а также обсудить значения, критерии приемки и особенности интерпретации результатов.

1. Сущность испытания на ударную вязкость

Метод Шарпи заключается в разрушении надрезанного образца одним ударом маятникового копра. Фиксируется энергия, затраченная на разрушение — она прямо пропорциональна ударной вязкости материала.

Формула расчета:

KCU=Ab⋅hKCU = \frac{A}{b \cdot h}

где:

• KCUKCU — ударная вязкость, Дж/см²
• AA — работа разрушения, Дж
• bb — ширина образца, см
• hh — высота под надрезом, см

2. Подготовка образцов

По ГОСТ 9454:

• Образцы с V-образным надрезом;
• Размер: 10 × 10 × 55 мм;
• Надрез глубиной 2 мм, угол 45°;
• Образцы могут вырезаться из сварного соединения с направлением надреза перпендикулярно к шву (включая ЗТВ).

Допускается применение уменьшенного сечения — 7,5×10 или 5×10 мм — при невозможности получить стандартный образец.

По ISO 148-1:

• Геометрия идентична: стандартный образец 10×10×55 мм;
• Надрез типа V (2 мм глубина, угол 45°);
• Допускается использование образцов типа «U», особенно для определенных типов сталей;
• Температура испытания должна быть согласована и задокументирована с точностью до ±2 °C.

3. Температурные режимы

ГОСТ:

• Стандартная шкала температур испытаний: от −196 °C до +100 °C;
• Испытания проводятся в ваннах с этанолом, жидким азотом или в термостатах.

ISO:

• Предусматривает диапазон от −180 °C до +100 °C;
• В ISO 148-1 прописан контроль времени нахождения образца при испытательной температуре — макс. 5 секунд от извлечения до удара, что обеспечивает высокую точность.

4. Испытательная установка

Оба стандарта требуют:

• Маятниковый копер с номинальной энергией 150 или 300 Дж;
• Точность измерения энергии — не хуже ±1%;
• Проверка и калибровка маятника по эталонным образцам.

5. Расшифровка и приемка результатов

ГОСТ 9454:

• Ударная вязкость KCUKCU в Дж/см²;
• Для сталей обыкновенного качества — не ниже 27 Дж/см² при +20 °C;
• Для низколегированных сталей (например, 09Г2С) — не ниже 34 Дж/см² при −40 °C;
• Если разрушение произошло по шву — анализируется макроструктура излома.

ISO 148-1:

• Фиксируется как энергия разрушения, так и характер излома (шероховатый/хрупкий);
• Требования к минимальной ударной вязкости определяются в стандартах на конкретные марки металла (например, ISO 15614-1 для сварки стали);
• Приемка по ISO часто включает статистическую обработку серии образцов — например, выборка из 3-х: минимум два образца должны соответствовать норме, третий — не менее 70% от минимального значения.

6. Особенности для сварных соединений

• Образцы вырезаются поперек шва, включая сварной металл и ЗТВ;
• Анализ места разрушения — ключевой критерий качества: при разрушении вне шва — соединение считается надежным;
• В некоторых случаях стандарты допускают вырезание образцов только из шва или только из ЗТВ, что отражается в протоколе.

7. Сравнительный анализ ГОСТ и ISO

Заключение

Испытание сварных соединений на ударную вязкость является важным элементом контроля надежности конструкций, работающих при динамических и температурных нагрузках. Оба стандарта — ГОСТ 9454 и ISO 148-1 — регламентируют схожие методики, но ISO предъявляет более строгие требования к точности измерений, контролю температуры и статистической обработке результатов.

Понимание различий между ГОСТ и ISO позволяет корректно интерпретировать результаты испытаний и применять их в международных и отечественных проектах, в том числе в судостроении, строительстве и производстве оборудования для нефтегазовой отрасли.

Предоставляется иллюстрация с макроструктурами излома образцов после испытания на ударную вязкость по Шарпи, чтобы визуально показать различие между:

• пластическим (вязким) разрушением, и

• хрупким разрушением.

Вот как это будет выглядеть (схематично и условно):