Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Уравнения (10.4.1) и (10.4.2) можно применять не только для сквозных, но и для поверхностных и внутренних трещиноподобных дефектов, используя графические зависимости, представленные на рис. 10.4.1 и 10.4.2.
...
Для сварных конструкций рекомендуется принимать значения о, в соответствии с табл. 10.4.1 [358}. При этом предполагается, что после сварки остаточные напряжения равны пределу текучести, а послесвароч-ная термообработка полностью их устраняет. Когда в последнем нет уверенности, рекомендуется учитывать степень снятия остаточных напряжений.
...
Возможность использования уравнений (10.4.1) и (10.4.2) привлекает своей простотой. Однако частный характер этих полуэмпирических уравнений, естественно, не может отразить многообразие условий наступления предельных состояний различных типов сварных конст-
...
Оценка работоспособности при наличии дефектов
...
рукций от дефектов того или иного характера. Поэтому эти уравнения в работе [358] рекоменлуется использовать только для определения допустимых размеров трещиноподобных дефектов, имея в виду, что коэффициент запаса по предельному состоянию разрушения при этом равен примерно 2,0...2,5.
...
Кроме того, уравнения (10.4.1) и (10.4.2) позволяют определять только предельно допустимые размеры дефекта, тогда как оценке на допустимость приходится подвергать исходный размер, установленный при контроле качества. Для того, чтобы конструкция сохраняла способность воспринимать расчетные нагрузки даже при наличии трещин, возникших в процессе эксплуатации, необходимо предсказать, как быстро будут расти эти трещины и уменьшаться остаточная прочность [16].
...
Характерным примером такого подхода является проверка конструкционной прочности и оставшегося ресурса по циклической долговечности, выполненная авторами [302] применительно к аэродинамической трубе, находившейся в эксплуатации более 30 лет. Анализ работоспособности трубы с позиций механики разрушения проводили с учетом наличия в сварных швах дефектов малого размера как для мембранной части оболочки, так и для областей с высокими изгибающими напряжениями и в местах присоединения штуцеров, причем для каждой зоны определяли критический размер дефекта. На основании расчета оставшаяся циклическая долговечность этой аэродинамической трубы была оценена равной примерно 10 годам.
...
Обширные исследования влияния дефектов на усталостную прочность сварных соединений низколегированных конструкционных сталей с пределом прочности 440...640 МПа и алюминиевых сплавов проведены Харрисоном [356, 357]. Им предложено еще на стадии проектирования конструкции относить ее к одному из пяти классов V,
...
Каждому уровню качества соответствует своя область на диаграмме уровень напряженности — число циклов до разрушения в логарифмических координатах, где в качестве показателя уровня нагруженности использована полная деформация еп или соответствующее ей условное напряжение S
...
Процесс разрушения стыковых сварных соединений
...
вых включений неограниченной протяженности расположение экспериментальных точек ограничено областью W,
...
В соответствии с последующими работами Харрисона Британский институт стандартов выпустил документ [355, 348, 352], регламентирующий допустимые уровни дефектов в сварных конструкциях при усталостных нагрузках. Этот документ базируется на концепции "годности для использования" (или "целевой пригодности"), применение которой требует подробной информации о нагрузках, свойствах материала, типах, размерах и расположении дефектов и учитывает возможность возникновения и роста трещин от них. Все дефекты разделяются на Две
...
Для неплоских дефектов категорию качества устанавливают в зависимости от размера шлакового включения или процента пористости в соответствии с табл. 10.4.3. Если обнаруженный дефект соответствует, например, категории качества 03, а категория рассматриваемой конструкции Q5,
...
Процесс разрушения стыковых сварных соединений
...
Оценка работоспособности при наличии дефектов
...
соседних дефектов, перехода от несквозного дефекта к эквивалентному размеру, а также погрешность в опенке параметров изменения нагрузки в процессе эксплуатации и разброс параметров, определяющих закон развития усталостной трещины.
...
В более общем случае, применительно к новым материалам повышенной прочности, своеобразие их реакции на присутствие дефектов, а также многообразие конструктивных форм и условий эксплуатации сварных изделий требует не только более индивидуального подхода к каждому случаю, но и большей оперативности в выдаче рекомендаций по размерам дефектов, которые можно считать допустимыми. Поскольку одновременно эти два требования удовлетворить не удается, то на практике нормы допустимых дефектов применительно к изделиям новой техники нередко устанавливают волевым порядком на основе инженерной интуиции с учетом накопленного опыта регламентации дефектов, а также того, что может обеспечить достигнутый уровень технологии сварки и контроля качества. Такие нормы обычно оказываются достаточно жесткими, чтобы обеспечить работоспособность изделия, однако коэффициент запаса при этом остается неизвестным. Когда в готовом изделии обнаружен дефект, по размеру несколько выходящий за пределы норм, то нередко возникает сомнение, обосновано ли требование об его исправлении, если это трудно осуществимо или невозможно. Для решения подобных вопросов необходима рас-четно-экспериментальная методика, позволяющая оперативно оценивать вероятность нарушения работоспособности конкретного соединения с дефектами в пределах заданного ресурса. С учетом изложенного выше анализа состояния вопроса основные положения такой методики можно сформулировать следующим образом.
...
Потеря работоспособности конструкции определяется наступлением того или иного предельного состояния. При переменных нагрузках для сечения с дефектом опасность наступления предельного состояния возрастает по мере увеличения размера усталостной трещины Д/ и при некотором / может наступить отказ. Таким образом, обеспечение безотказной работы требует соблюдения неравенства
...
Поскольку основной интерес представляет рост трещины от поверхностного или внутреннего дефекта, то более целесообразно использовать обобщенный размер трещины W
...
Оценка работоспособности при наличии дефектов
...
ресурса, но и установить, не достигнет ли она того критического размера, который соответствует наступлению предельного состояния, недопустимого для рассматриваемой конструкции.
...
В процессе эксплуатации оболочковых конструкций стыковые соединения их стенок могут претерпевать 102 — 105 циклов давления, а растягивающие напряжения в стыковых соединениях стенок изменяться от 0,1 до 0,9 о02 основного металла. В этих условиях возможно зарождение и последующее подрастание усталостных трещин от технологических дефектов. При этом, как показывают результаты экспертиз аварий, трещины могут зарождаться и подрастать как от плоских трещиноподобных дефектов, так и дефектов объемных.
...
Ранее, в главе 7, были изложены результаты исследования трещиностойкости листового металла и стыковых сварных соединений ряда материалов (см. табл.7.5.1 и 7.6.1) при статическом нагружении, а в табл. 10.2.1 и на рис. 10.2.10 настоящей главы для этих же материалов приведены закономерности роста поверхностных трещин в направлении толщины элемента при малоцикловом нагружении.
...
Эти данные позволяют оценить продолжительность стадии роста несквозной трещины от исходного дефекта вплоть до разгерметизации стенки оболочки вследствие образования сквозной трещины. Однако в этом случае вне рассмотрения остается стадия зарождения трещины.
...
Для учета последней можно использовать схему, представленную выше на рис.10.1.5, считая завершением стадии зарождения точку А', соответствующую , где Ку
...
дефекта как для трещины. С целью проверки правильности такого подхода образцы с внутренними дефектами подвергали циклическому нагружению в пределах до 50 000 циклов, а затем нагружали статически, с тем чтобы поверхности разрыва вскрыли исходные дефекты, а также образовавшиеся от них трещины. Затем на поверхностях разрушения испытанных образцов под микроскопом измеряли размеры вскрытых дефектов и выросших от них усталостных трещин, как показано на рис. 10.4.6. По размерам 2/0, 2CQ
...
ОцСнка работоспособности при наличии дефектов
...
перемычка / может разрушаться при первых же циклах и объемный дефект становится трещиноподобным (рис. 10.4.7). Исключение составляли результаты
...
для исключения черных точек со стрелками из рассмотрения при оценке данных рис. 10.4.8 с позиций возможности зарождения трещин от дефектов под действием циклического нагружения, но с другой стороны, является крайне опасным для работоспособности соединений.
...
Однако эту опасность нельзя устранить регламентацией размеров дефектов. По-видимому, в процессе производства сварных конструкций из высокопрочных материалов целесообразно осуществлять периодический контроль работоспособности стыковых соединений, например, путем малоциклового растяжения образцов крупных сечений порядка 120 x 20 мм с последующим статическим разрывом. Осмотр и анализ поверхностей разрушения вблизи вскрытых дефектов Позволит установить наличие или отсутствие ускоренных разрушений. В случае обнаружения ускоренного роста трещин от дефектов всю партию выполненных соединений, вероятно, следует браковать.
...
Рис. 10.4.8. Зарождение трещин от пор в сварных соединениях стали 03Х11Н10М2Т, выполненных многослойной сваркой в щелевой зазор:
...
Оценка работоспособности при наличии дефектов
...
Рис. 10.4.9. Фотография поверхности разрушения стыкового соединения стали 03Х11Н10М2Т с трещиной, выросшей от поры диаметром 0,2 мм
...
сплава АМгб, выполненных плавящимся электродом в среде защитных газов, представляли собой нитевидные несплавления между соседними валиками, а также между валиками и разделкой. На рис. 10.4.10 представлен характерный пример результатов малоцикловых испытаний образцов из стали 03Х11Н10М2Т с такими дефектами в координатах N
...
В соединениях из стали 03Х10Н8М2Ф, сплавов АМгб и ИМВ2, выполненных электронно-лучевой сваркой, имели место иесплавления
...
характер, стадия зарождения трещин для них практически отсутствует. Корневые дефекты, напротив, имели значительную длительность стадии зарождения трещин при внутреннем их расположении, однако в случае выхода таких дефектов на поверхность стадия зарождения существенно сокращалась. При электронно-лучевой сварке сплава АМгб имели место также Х-дефекты, представляющие собой микроучастки усадочных микрорыхлот. При малоцикловых нагружениях от таких дефектов не было отмечено ни одного случая зарождения трещин.
...
Важно отметить, что при малоцикловых испытаниях сварных соединений, выполненных электронным лучом в вакууме, ускоренного зарождения и развития разрушения от дефектов не наблюдали ни в одном случае. По-видимому, это определяется вакуумной природой образования дефектов, исключающей возможность действия тех неблагоприятных факторов, которые могут иметь место при сварке в среде защитного газа.
...
Описанные выше отдельные случаи резко ускоренного зарождения и развития разрушения от дефектов малого размера в стыковых соединениях, выполненных многослойной сваркой в среде защитных газов, являются весьма опасными. Обнаружение подобных случаев при малоцикловых испытаниях следует воспринимать как сигнал наличия недопустимых нарушений технологии сварки. Ввиду их недопустимого характера, при статистической обработке результатов испытаний с целью установления критических значений коэффициентов Кусл
...
Процесс разрушения стыковых сварит соединений
...
В полном объеме решение такой задачи еще не нашло отражения в литературе. Для этого необходимы, во-первых, дальнейшие исследования функций распределения всех тех параметров, которые отражают сложный характер истории нагружения, неопределенность данных неразрушающего контроля, стохастический характер процессов возникновения усталостной трещины, ее роста и наступления предельного состояния, а во-вторых, необходима разработка методик построения и использования интегральных функций совместного распределения нескольких параметров, частные законы распределения которых известны.
...
В конструкциях, испытывающих 10* и более нагружении, наличие подрастающей трещины практически любого исходного размера может привести к такому увеличению этого размера, что коэффициент интенсивности напряжений достигнет критического значения. Поэтому для обеспечения безотказной работы конструкций при N
...
ний нагрузок в процессе эксплуатации рассматриваемого вида конструкции. Когда такие данные ограниченны, недостаточно обоснованны или вообще вызывают сомнение, то возникает необходимость в постановке специального исследования на вероятностно-статистической основе с получением и использованием дополнительных данных. Естественно, что применительно к каждому случаю разработку расчетной оценки работоспособности соединения с дефектом приходится начинать с исследования действительных условий нагружения при эксплуатации.
...
Однако нерегулярность циклического изменения исследуемых параметров в реальных условиях обычно не позволяет непосредственно использовать полученные данные в расчетах по оценке долговечности. Для этого циклическое воздействие приходится рассматривать как случайный процесс и моделировать его путем схематизации [99> 161].
...
Применительно к малоцикловой области вследствие ограниченного числа нагружении (JV < 5 • 104 циклов) допустимость конкретного размера дефекта можно обосновать и без проведения сложных расчетов, исходя из одновременного соблюдения двух условий: во-первых, ограничения возможного подрастания исходного размера дефекта W
...
Ограничение подрастания исходного размера дефекта при циклическом нагружении было выбрано в пределах 0,1...0,2 мм из тех соображений, что визуальный осмотр поверхностей разрушения разорванного образца позволяет уверенно обнаруживать продвижение трещины от контура исходного дефекта при Д/ > 0,1 мм, тогда как увеличение исходного размера трещиноподобного дефекта всего на 0,1 мм прочности соединения практически не изменяет. Хотя такой подход с использованием Д/ = 0,1 мм является консервативным, зато не требует сложных расчетов и позволяет быстро и просто проверять достаточность действующих технологических требований по сплошности металла в отношении неразрушимости конструкций в эксплуатации при циклическом нагружении.
...
Применительно к оболочковым сварным конструкциям характерным является наличие стыковых соединений и нагружение пульсирующим циклом растяжения. Стадия зарождения трещины от дефекта определяется размахом напряжения, типом дефекта, его размерами и расположением по толщине элемента. Условно примем за JV3ap то количество циклов нагружения N0
...
Поскольку дефекты сварных соединений располагаются главным образом в металле шва, то для сопоставления зависимостей N0l
...
Ограничение размеров дефектов из условия безотказной работы
...
Рис. 10.5.2. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных о зарождении трещин от межсловных непроваров в соединениях стали 03Х11Н10М2Т при малоцикловом нагружении:
...
Ограничение размеров дефектов из условия безотказной работы
...
Приведенный выше анализ экспериментальных данных, полученных непосредственно при малоцикловом нагружении сварных соединений с естественными дефектами сварки, показал хорошее соответствие их зависимостям TV.. = f(K.
...

Основы металлографии и пластической деформации стали
Оборудование для контактной сварки постоянным током
Справочник конструктора металлических конструкций
Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности
Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности