Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Листать книгу

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

скачать книгу Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

По продолжительности и специфике своего действия виды влияния можно классифицировать так: процесс сварки; послесварочная термическая обработка [52, 74, 98]; эксплуатация при повышенных температурах [59, 61, 93, 331, 112, 303, 342].
...
Вопросы образования горячих, холодных и других видов трещин при сварке выделились в самостоятельное направление [178, 255, 97], хотя в механизме их появления есть ряд особенностей, свойственных высокотемпературным процессам в металлах вообще [98]. Некоторые методические вопросы изучения роста трещин при сварке, термической обработке и эксплуатации затронуты в §5 настоящей главы.
...
сировано четко, но остается весьма сложным и пока невыясненным вопрос об условиях, которые должны сложиться при изготовлении конкретной детали, чтобы такие разрушения могли в ней появиться. С помощью критериев технологической трещиностойкости обычно оценивают свойства металла как такового с некоторой дифференциацией по способам сварки.
...
Ведется также разработка критериев оценки технологической трещиностойкости в поцессе термической обработки сварных соединений [125J. Поскольку возможность появления трещин как при сварке, так и при термической обработке сильно зависит от напряженного состояния детали, а значит, и от ее формы, а также от характера изменения температуры во времени, то в последний период были разработаны более универсальные методы и критерии оценки, получившие название конструкционно-технологической трещиностойкости (см. §5 настоящей главы).
...
При сравнительно невысоких температурах эксплуатации (для углеродистых сталей это 200-400 *С), когда ползучесть еще выражена слабо, свойства металлов и сварных соединений характеризуют пределом текучести от и временным сопротивлением ов и по ним назначают допускаемые напряжения. Все же следует отметить, что уже при температурах выше 150-200 °С появляются признаки поведения сталей, которых нет при комнатных температурах. Это деформационное старение и пониженная релаксационная стойкость, которые в некоторых случаях следует иметь в виду при оценке работоспособности конструкций.
...
При температуре более 400 °С явление ползучести становится главенствующим в поведении сталей и сварных соединений. Сопротивление металла ползучести в части изменения размеров деталей характеризуют пределом ползучести сп,
...
Металл шва может обладать иным значением оп ш, чем предел ползучести основного металла оом. Если ап
...
Характерные виды влияний и критерии работоспособности
...
то это еще не означает, что металл шва не удовлетворяет необходимь требованиям. Так как объем, занимаемый швом, обычно весьма мая по сравнению с объемом основного металла, то дополнительное увеличение пластической деформации ползучести всей детали обычно незначительно. Главными в условиях длительной ползучести являются характеристики прочности сварного соединения. Критерии, характеризующие прочность металлов и сварных соединений при высоких температурах, целесообразно разделить на две группы.
...
Основным в первой группе является предел длительной прочности одп — напряжение, вызывающее разрушение через определенный промежуток времени. Значения одп сильно зависят от температуры и времени, выбранного за базу испытания. Обычно это время составляет 10 ^ ч. Дополнительным критерием, который для однородных по механическим свойствам образцов служит своеобразным индикатором изменения механизма разрушения с внутризеренного на межзеренный, является пластичность металла до разрушения.
...
В поведении металлов при оценке их свойств по разным критерям есть много общего, но есть и существенные отличия. При приложении нагрузки к образцу с трещиной в условиях высокой температуры возникает мгновенная пластическая деформация (деформация мгновенной пластичности). Если эта деформация не является критической, то для последующего разрушения необходимо протекание определенной деформации ползучести за счет упругой деформации, накопленной в образце под действием приложенной силы. При этом происходит перестройка поля упругопластических деформаций у вершины трещины, определяемая скоростями пластических деформаций ползучести металла в разных зонах и протекающая во времени. Лишь после протекания у фронтовых зерен металла того уровня критической пластической деформации ползучести, которая соответствует возникшей скорости пластической деформации, наблюдаемой на гладких образцах при испытании их на ползучесть до разрушения, трещина продвинется на несколько зерен, что приведет к некоторому возрастанию скорости деформации в зонах, оказавшихся ближе к вершине трещины. Таким образом, общее при испытании гладкого образца и образца с трещиной заключается в достижении определенного уровня критической деформации ползучести металла у вершины трещины; различие состоит в том, что у гладкого образца накопление критического уровня деформации происходит в основном при постоянной скорости ползучести, в то
...
Использование температурно-временных зависимостей
...
При испьгганиях на длительную прочность разрушающее напряжение с ростом времени также непрерывно уменьшается. Более высоким температурам соответствует меньшая прочность. Отличие от кривых на рис. 12.2.1,
...
В определенном диапазоне температур термической обработки пока не прозошла смена механизма, имеет место монотонное снижение механической характеристики (рис. 12.2.1
...
Использование температурио-временных зависимостей
...
экстраполяция не соответствует действительности. Если возрастанию температуры соответствует все более значительное падение характеристики (например, ато) на первой стадии и с уменьшением наклона прямой линии на второй стадии, то прямые линии пересекаются в некоторой точке, которая может соответствовать предельному значению исследуемой характеристики (отпр на рис. 12.2.1,г), т.е. исследуемый параметр вообще не может стать сколь угодно малым даже при значительном повышении температуры.
...
В случае формирования какой-либо характеристики под влиянием нескольких механизмов, протекающих во времени с различной интенсивностью, логарифм ее значения зависит нелинейно от lg t.
...
Структура выражения (12.2.2) позволяет оценить в каждом конкретном случае роль продолжительности времени процесса и роль изменения температуры. Так, на рис. 12.2.2 показана роль времени и температуры при отпуске Т
...
Если опыты поставлены только при двух температурах и их результаты хорошо согласуются с зависимостью типа (12.2.2), а также если интерес представляет относительно узкий диапазон температур, например 30...50 К, и известны значения результатов при температурах, ограничивающих этот диапазон, можно воспользоваться линейными функциями (f
...
Использование температурио-временных зависимостей
...
Это означает изменение единицы измерения, т.е. предлагается в качестве единицы измерения времени брать для случаев исследования длительной прочности 104 (десятки тысяч часов), что приведет также и к изменению масштаба Pv
...
Температурно-временные параметры длительной прочности
...
Примем, что Дст и До, равны друг другу. Это означает, что одно и то же изменение До достигнуто в одном случае за счет приращения температуры на AT,
...
Использование температурно-временных зависимостей
...
lg г в пределах, заданных в экспериментах, можно установить, какое значение lg / обеспечивает максимум механического свойства или какое значение lgr приемлемо по экономическим соображениям. Зная lgf и lgo, вычисляем температуру процесса.
...
Особенности изменения напряженного состояния
...
В §5.4 изложены принципиальные положения и рекомендации о способах определения напряженного состояния при переменных температурах с учетом ползучести и релаксации. Эти положения могут быть использованы не только для определения напряженного состояния при сварке, но также для расчета и анализа напряженных состояний, возникающих и изменяющихся в процессе термической обработки, когда имеются только собственные напряжения. Эти положения полностью применимы и для условий эксплуатации при высоких температурах, когда действуют не только собственные, но и рабочие напряжения.
...
Отметим некоторые закономерности в напряженно-деформированных состояниях при высоких температурах для нескольких типичных случаев.
...
Общий отпуск для снижения напряжений в однородных по свойствам деталях. Коэффициенты линейного расширения всех точек тела считаем одинаковыми. Полагаем, что нагрев вьшолняется достаточно медленно без образования временных температурных напряжений. Механические свойства различных участков сварных соединений одинаковы.
...
Начальные поля остаточных напряжений в телах различной формы могут сильно отличаться между собой как по уровню напряжений, так и по соотношению между эквивалентным напряжением о(. и средним напряжением оср. Релаксация напряжений за счет превращения упругой деформации в пластическую может происходить только в отношении той части напряжений, которая зависит от сг
...
Практически важным выводом является то, что время выдержки мало влияет на снижение напряжений. В первые 1-2 часа после достижения температуры отпуска снижение напряжений продолжается достаточно эффективно. В дальнейшем выдержка в отношении понижения уровня остаточных напряжений не оправдана. Рассмотрим
...
1 — чистый сдвиг; 2 — двухосное растяжение в диске; 4 — цилиндр, трехосное растяжение, радиус 12,5 см; 3, 5 — трехосное растяжение в шарах с радиусами соответственно 12,5 и 22,5 см
...
где оов — напряжение после окончания стадии нагрева в начале выдержки; ot — напряжение в процессе выдержки; t
...
Особенности изменения напряженного состояния
...
вания трещин этого вида [97] привлекают простейшие модели в виде растянутого стержня с различными сечениями по длине (рис. 12.3.2,а)
...
Такие модели применяют дата объяснения механизма образования холодных трещин в процессе вылеживания сваренной детали, к которой никаких внешних сил не приложено. Основная мысль в этих опытах состоит в том, что на разрушение расходуется энергия, накопленная во всей детали, а не только в той ее части, которая может разрушиться. Точно такая же интерпретация используется и в отношении разрушений, возникающих при нагреве и выдержке во время термической обработки.
...
При образовании холодных трещин, например в околошовной зоне стыкового соединения, ползучесть металла происходит только в зоне закалки, которая невелика по сравнению с размерами соседних участков. Поэтому релаксация напряжений вследствие пластических деформаций в закаленной зоне сравнительно мала и возможность появления холодных трещин определяется в первую очередь уровнем возникших напряжений.
...
При термической обработке сварных деталей ползучесть металла возникает как в процессе нагрева, так и в процессе выдержки; причем пластические деформации развиваются не только в зоне сварных соединений, которая подвержена образованию трещин термической обработки (ТТО), но и в соседних участках. Вследствие этого диссипация упругой энергии идет более интенсивно и возможность образования трещин уменьшается. В опытах [25] получено, что релаксация напряжений от одинакового начального уровня происходит несколько быстрее в металле, прошедшем термический цикл сварки, по сравнению с металлом того же химического состава, но в состоянии отжига.
...
С другой стороны, известно [98], что металл мягких прослоек обладает меньшей длительной прочностью и меньшим сопротивлением ползучести, чем основной металл. Из сказанного можно сделать вывод, что в процессе нагрева и выдержки при термической обработке происходят сложные процессы перераспределения напряжений, в отличие от случая образования холодных трещин, при котором собственные напряжения более стабильны. При термической обработке в случаях наличия узких прослоек в процессе ползучести возникает сложное напряженное состояние. Правильной моделью для расчетов напряженно-деформированного состояния, например, в стыковых швах является модель плоского деформированного состояния с одинаковой деформацией ех вдоль шва во всех точках поперечного сечения. При этом в процессе релаксации деформация ех может изменяться во времени в соответствии с требованием уравновешенности сил по оси ох. Для кольцевых швов (перпендикулярно их плоскости) задача может быть представлена как осесим метричная.
...
Для оценки релаксации напряжений при постоянных деформациях существенным является падение напряжений на неустановившейся стадии, которая реализуется во время нагрева до температуры испытания.
...
Представленные в [25] данные показывают, что скорость нагрева слабо влияет на степень снижения напряжений и зависит в основном от достигнутой температуры. Напряжения на стадии нагрева снижаются почти прямо пропорционально своему начальному уровню [25, 71], причем это пропорциональное снижение напряжений лишь в небольшой степени определяется падением модуля упругости с ростом температуры.
...
Представляют интерес данные по релаксации напряжений, полученные на крупных образцах из стали 10ХСНД сечением до 100 см2.
...
Результаты, представленные в табл. 12.3.1, позволяют описать для стадии длительной выдержки как процесс простой релаксации, так и зависимость скорости ползучести от напряжения и получить значение Р = -0,106 в формуле (12.3.1) для простой релаксации, т.е.
...
Для установления степени охруп-чивания металла сварных соединений стали 10ХСНД и влияния различных факторов на этот процесс были проведены исследования на листовой стали 10ХСНД электрошлаковой выплавки.
...
диаметром 2 мм на следующих режимах: сила тока 380...400 А, напряжение 25...30 В, скорость сварки 15... 16 м/ч, расход газа аргона 25...30 л/мин, кислорода 1,2... 1,6 л/мин, 6...7 проходов с каждой стороны (полуавтомат А-537, источник питания ПСГ-500).
...
Для имитации условий, близких к эксплуатационным (исключая радиацию), образцы подвергали тепловому охрупчиванию при температуре 380 °С, выдерживая их под напряжениями растяжения или сжатия. Часть образцов напряжений не имела. На рис. 12.4.2 показаны конструкции образцов, обеспечивающих сохранение напряжений во время пребывания металла при высоких температурах. Образцы из основного металла включали в себя типы № 1, 2, 4 и 5 (рис.12.4.2,о). В образец № 1 вкладывался образец № 2, и с помощью клина создавалось растяжение в образце № 1 и сжатие — в № 2 (рис. 12.4.2,6). Кроме того, в образец № 2 вкладывался образец № 4, который напряжений не имел. Сварные образцы № 3 по размерам совпадали с образцом № 2, но имели в ветвях длиной 1000 мм стыковые сварные швы на расстоянии 175, 300, 350 и 175 мм от концов ветвей. В них вкладывали образцы № 5, и с помощью клина в образцах № 3 создавали растяжение, а в образцах № 5 из основного металла — сжатие (рис.12.4.2,в). Начальные напряжения составляли около 300 МПа (см. табл. 12.3.1), уровень которых контролировали съемным механическим деформометром на базах АВ,
...
Изменение свойств металла сварных соединений
...
В период выдержки при 380 "С напряжения понизились (см. табл. 12.3.1). Работу разрушения определяли на образцах четырех видов: на образцах типа 11 по ГОСТ 9454-78 (Шарпи — V), на специально разработанных образцах с трехсторонними надрезами (см. рис.6.10.1), на образцах натуральной толщины с длиной участка разрушения 120 мм (см. рис.6.10.7) и на образцах натуральной толщины, разрушавшихся от накопленной энергии (см. рис. 6.10.5,с,б) с длиной участка разрушения около 500 мм (см. гл.6).
...
Испытания основного металла показали, что происходит существенное изменение свойств под влиянием теплового охрупчивания (рис. 12.4.3). Кривые уровней вязкости в функции температуры смещаются вниз и вправо. На степень охрупчивания влияет знак напряжения (рис. 12.4.3). Наибольшее изменение произошло в присутствии растягивающих напряжений, наименьшее от сжимающих напряжений. Образцы без напряжений занимают промежуточное положение.
...
° — старение при сжатии; б — старение без напряжений; в — старение при Растяжении; / — исходное состояние; 2
...
Результаты испытаний при 20 "С крупных образцов из стали 10ХСНД ЭШП после термодеформационной выдержки при 380 °С
...
Изменение свойств металла сварных соединений
...

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