Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Листать книгу

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

скачать книгу Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Рис. 12.4.5. Уровень ударной вязкости в околошовной зоне после 14500 ч тепловоР охрупчивания без напряжений (/ —
...
1 м с участком разрушения 500 мм, в которых подводимая энергия накоплена в теле образца (см. рис.6.10.5,с,6). Проведенные совместно с А. П. Солодовым испытания были немногочисленны из-за большой трудоемкости их подготовки. Результаты приведены в табл. 12.4.3.
...
Сравнение результатов для 3000 и 6000 ч в табл. 12.4.3 с аналогичными результатами в табл. 12.4.1 показывают, что Gcd
...
Большое практическое значение представляет прогнозирование изменения вязких свойств металла Gcd
...
Изменение свойств металла сварных соединений
...
проведено тепловое охрупчивание металла из стали 10ХСНД ЭШП, свойства которой в исходном состоянии были описаны выше. Охрупчивание проводилось при температурах 613, 653, 693, 733, 773, 823 К с продолжительностью выдержки 500, 1000 и 4000 ч. Средние результаты испытаний на образцах 11 типа при комнатной Температуре представ-j лены на рис. 12.4.6. Там же приведены результаты испытаний (точки 61
...
Значения коэффициентов, определенные методом наименьших квадратов по всем точкам, представленным на рис. 12.4.6, равны: А
...
Известно, что правомерность объединения совокупности данных для построения экстраполяционных моделей прогнозирования должна обосновываться наличием единого механизма изменения свойств металла. Для оценки вязких свойств механизм разрушения, вероятно, является одним из наиболее объективных. Результаты фрактографичес-ких и электронно-микроскопических исследований структуры металла в изломе, выполненных в ЦНИИПСК В.М.Горицким и Г.Р.Шнейдеровым, показали, что характер разрушения металла, выдержанного в диапазоне температур 613... 733 К,
...
В настоящем параграфе рассмотрен лишь один случай изменения свойств металла в результате его пребывания при высоких температурах. В литературе имеется много примеров такого рода [303, 342].
...
В процессе эксплуатации изменения нагрузки и температуры во времени нередко имеют циклический характер. Испытания материалов до разрушения в условиях многократно повторяющихся циклов изменения температуры и нагрузки обычно называют программными, и они представляют собой большую самостоятельную область исследований. В настоящем параграфе рассмотрены лишь примеры, связанные с технологией изготовления сварных конструкций, когда необходимо проводить испытания по заданной программе нагружения в условиях изменяющихся температур. Наиболее типичными случаями являются:
...
В первом случае определяют способность металла сопротивляться протеканию пластических деформаций. Здесь, по существу, речь идет об экспериментальном определении связи между деформациями и напряжениями в металле в условиях изменяющихся температур.
...
Во втором случае должна быть определена сопротивляемость металла разрушению в конкретных условиях изменения температуры и деформации, которые возникают в элементе конструкции во время ее изготовления, например в процессе сварки или термической обработки.
...
Испытания при изменении температуры и нагрузки по программе 461
...
Таким требованиям отвечает тонкостенный образец в виде круглой трубки, нагружаемой крутящим моментом. Если отношение внутреннего и наружного диаметров близко к 1, то соблюдается требование однородности напряженного состояния. В отличие от испытаний на растяжение или сжатие температурная деформация не влияет на угол закручивания образца, поэтому программа задаваемой деформации может осуществляться путем измерения угла закручивания. Достаточно просто можно перейти от касательного напряжения i
...
Для программного нагружения кручением в МГТУ им. Баумана спроектирована и опробована установка, изготовленная в Екатеринбурге заводом института ЦНИИМ. Образец располагается вертикально; верхним концом он закреплен в тяге, к которой подюдится крутящий момент через редуктор от привода, оснащенного двигателем с переменным числом оборотов. Нижний конец образца присоединен к тяге, которая передает прикладываемый к образцу крутящий момент на колесо с двумя гибкими тросиками, присоединенными к динамометрам. По уровню воспринимаемой динамометром силы можно определить крутящий момент, а значит, и напряжение в образце.
...
Угол закручивания (деформации сдвига у) определяют по относительному повороту двух удлинителей, которые приварены к концам образца На удлинителях закреплены ползун и проволочный реохорд, что обеспечивает считывание и запись интенсивности деформаций гг
...
Нагрев образца осуществляется специальной печью, обеспечивающей скорость нагрева до 40 К/мин. Максимальная температура до 1100 'С.
...
Программы изменения деформации и температуры во времени вводят с помощью двух приборов РУ5-01М, на бумажной ленте которых наносят черные линии, задающие характер и уровень изменения деформации и температуры.
...
В зависимости от целевого назначения испытания деформирование (кручение) образца можно осуществлять, изменяя по программе либо деформацию е(., либо напряжение of. Второй параметр (о, или е(.) регистрируют в процессе испытания. Различные случаи использования этого метода испытаний для определения механических свойств металла изложены в §5.4. Там' же даны рекомендации по обработке экспериментальных данных.
...
Описанная выше установка позволяет также получать дилато-грамму путем регистрации длины образца в функции температуры. В отличие от обычного дилатометра, можно, во-первых, температуру изменять по сложному закону, а во-вторых, определять влияние напря-
...
жений и деформаций на изменение дилатации образца, в особенности во время структурных превращений. Сопротивление металла деформации может быть определено и при конкретной температуре после определенного термического цикла, предшествующего моменту испытаний. Известно, что непосредственно после структурного превращения, например мартенситного, металл не обладает тем высоким пределом текучести, который он приобретает спустя некоторое время. В свежезакаленном состоянии металл имеет относительно невысокий предел текучести и низкое сопротивление ползучести. Если в установке задать определеный термический цикл и в заданный момент этого цикла провести закручивание образца, то будет получена диаграмма в координатах о, - е, и найден предел текучести после определенного термического цикла.
...
В качестве примеров на рис. 12.5.1 представлены данные по стали 15Х2НМФА, а на рис. 12.5.2 по стали 20ХНЗМ как на стадии нагрева, так и охлаждения, полученные совместно с А.А.Павловичем. Модуль упругости G
...
Испытания при изменении температуры в нагрузки по программе
...
По первому направлению накоплен значительный опыт в определении технологической прочности сварных соединений при образовании в них так называемых горячих (кристаллизационных) и холодных (закалочных) трещин [178, 255).
...
Ввиду чрезвычайной сложности моделирования в металле комплекса металлургических, термических и металлофизических процессов,
...
расположении ее плоскости по отношению к главным осям напряжений и деформаций. Рассматриваются трещины умеренного размера (не более десятков миллиметров), которые могут быть в отдельных частях детали или сварного соединения. Это позволяет считать, что вся трещина находится в пределах такого объема, в котором при отсутствии трещины все точки имели бы одинаковое (однородное) напряженно-деформированное состояние. Под размером трещины понимается либо диаметр дисковой трещины, либо меньший из размеров прямоугольной трещины, имеющей в другом направлении неограниченную протяженность. Чем больше критический размер трещины, при котором она начинает расти, тем выше трещиностойкость детали.
...
После вычисления изменяющегося во времени напряженно-деформированного состояния в детали в предположении, что нет никаких дефектов, в ней выявляют несколько мест, которые по экспертной оценке исследователя являются опасными. В каждом из них рассматривают некоторый объем металла либо в виде цилиндра с дисковой трещиной, либо в виде параллелепипеда. Предполагают, что в этом объеме имеется трещина длиной /,
...
могут оказаться критическими. Из компонент локального перемещения (см. §4-3) практически в настоящее время в испытаниях может быть воспроизведено только Du.
...
Из решения будут найдены такие перемещения, которые обеспечат совпадение во времени значений Du
...
Контрольным признаком соответствия механической модели тела тому, что принято в расчете, может служить степень совпадения фактического изгибающего момента в образце при проведении испытаний с вычисленным моментом.
...
Действие термического фактора воспроизводится путем изменения температуры образца в соответствии с изменением температуры выбранного места в детали. Если речь идет о медленно изменяющихся температурах, как, например, при электрошлаковой сварке, то достаточно воспользоваться печным нагревом. При необходимости получать более быстрые нагревы и охлаждения можно печной нагрев дополнять нагревом образца проходящим током. Соответственно на рис. 12.5.3
...
Испытания при изменении темнературы в нагрузки по программе 467
...
представлены два образца — первый, который вставлен в пазы захватов (рис.Г2.5.3,о), и второй, который приварен к удлинителям силовых захватов (рис. 12.5.3,6).
...
Воспроизведение структурного фактора достигается за счет соответствия состава материала, изменения температуры и деформации у вершины трещины в образце и в исследуемой зоне детали.
...
Испытание на КТТ в зависимости от различного сочетания действий термического, структурного и механического факторов может давать разрушения смешанного вида, например, как по причине ползучести, так и по причине образования холодных трещин. Это является положительной стороной такого вида испытаний, поскольку оно сначала выявляет сам факт возможного разрушения, а лишь затем требует изучения условий его происхождения для установления причин, вызвавших его появление.
...
Возможно испытание на КТТ образцов с дефектами, отличными от трещин, а также бездефектного материала. Из двух параметров, доступных для регистрации — перемещения частей образца и изгибающего момента, программу нагружения следует задавать по тому, который может быть более точно определен из предварительного расчета.
...
Для деталей, разрушение которых возможно под влиянием собственных (температурных и структурных) деформаций и напряжений, задаваемым параметром должна быть, как правило, деформация. Е отношении элементов конструкций, которые испытывают вполш определенные силовые воздействия, например давление или вес. деформации трудно точно определить из-за ползучести металла, v
...
В тех случаях, когда в образце в ходе испытания растет трещина и жесткость образца меняется по сравнению с расчетной схемой, постановка исследований и обработка результатов должны предусматривать следующие элементы. Во-первых, должна быть предусмотрена возможность регистрации скорости роста трещины прямым путем, а не посредством тарировки жесткости образца, так как не исключено влияние ползучести металла при продвижении трещины на жесткость образца. Во-вторых, вне зависимости от того, задана ли программа нагружения образца в виде перемещения или в виде изгибающего момента, должны регистрироваться фактические значения осуществляемых во времени перемещений и момента. Результаты испытаний могут быть представлены в виде графика зависимости скорости как от К,
...
Для проведения испытаний при высоких температурах в МГТУ им.Баумана была разработана установка, представленная на рис. 12.5.4 .[125]. Основным видом образца для этих испытаний является образец (рис. 12.5.3,о), имеющий выступы для передачи изгибающего момента от рычагов 2
...
Испытания при изменении температуры в нагрузки по программе 469
...
Программа изменения температуры и деформации образца задается на бумажной ленте в виде черных линий, аналогично описанному выше в настоящей главе. Основной вид испытания состоит в нагружении образца по заданной программе деформации при конкретном характере изменения его температуры. Испьггывается последовательно несколько образцов при одинаковом термическом цикле. Каждый из последующих образцов имеет программу деформации, соответствующую наличию в детали более крупного трещиноподобного дефекта. После завершения испытания образца производится его долом с целью определения возможного подрастания трещины.
...
Таким образом удается установить тот критический размер дефекта в детали, начиная с которого, трещина растет. Этот размер является мерой трещиностойкости конкретной зоны детали. По показаниям прибора, записывающего изгибающий момент, определяется значение К,
...
Другим видом испытаний на описанной выше установке является определение скорости роста трещины в условиях высоких температур или при образовании холодных трещин при сварке. Для определения скорости роста трещины необходимо располагать данными тарировки деформации образца в зависимости от длины трещины и регистрировать изгибающий момент в процессе развития трещины. В остальном порядок испытаний остается тем же, что и при определении трещиностойкости по условию начала движения трещины.
...
Многие сварные конструкции эксплуатируются в условиях воздействия активных рабочих и внешних -сред. В ряде случаев они оказывают столь существенное влияние на механические свойства сварных соединений, что для обеспечения высокой конструкционной прочности изделия требуется проведение дополнительных конструктивных и технологических мероприятий.
...
Статистика отказов сосудов давления обычных и атомных энергетических установок [108], представленная в табл.13.1.1, наглядно демонстрирует значительную роль коррозионной среды в возникновении и развитии разрушения.
...
Случаи разрушения сварных соединений под влиянием коррозионной среды имели место при эксплуатации магистральньгх нефтепроводов [69], декомпозеров [289] и других конструкций.
...
Склонность сварных конструкций к разрушению при одновременном воздействии механических нагрузок и активных сред зависит от следующих факторов:
...
472 Влияние комнивонир*. сроы на работоспособность св»)-ных конст^жпий
...
Виды повреждений, вызываемых коррозионной средой
...
ческие, сорбционные и механические. Роль каждой группы процессов зависит от свойств металла и внешней среды, характера и интенсивности нагрузок.
...
На стадии возникновения разрушения электрохимические процессы способствуют созданию концентраторов напряжений на поверхности металла вследствие избирательного растворения анодных участков, что, в свою очередь, усиливает работу коррозионных пар и увеличивает скорость развития поверхностных повреждений [265, 186].
...
Иногда отмечается положительная роль коррозионных процессов, заключающаяся в некотором повышении сопротивления разрушению вследствие образования плотных окисньгх пленок, препятствующих анодному растворению, или вследствие притупления острых дефектов поверхности металла [269].
...
Сорбционное воздействие облегчает контакт коррозионной среды с металлом, снижает сопротивление металла деформированию и способствует зарождению сдвигов [151]. В
...
Под влиянием коррозионной среды могут значительно изменяться механические характеристики отдельных зон сварного соединения. При этом наибольшее снижение обычно претерпевает пластичность металла [122].
...
Механические процессы, по-видимому, играют главную роль в механизме зарождения разрушения при малоцикловом нагружении. Они \ способствуют накоплению повреждений, активируют электрохимичес- . кие и адсорбционные процессы, разрушают окисную пленку, локали- . зуют коррозионное воздействие среды на сварное соединение.
...
Благодаря развитию методов механики разрушения появилась возможность количественной оценки степени влияния коррозионной среды на процесс развития разрушения. Однако локальное коррозионное воздействие среды может существенно изменять не только условия страгивания трещины, но и ее развития. Поэтому применение методов механики разрушения для оценки трещиностойкости сварных соединений в коррозионной среде требует принятия определенных допущений и ограничений.
...
Влияние коррозионной среды на работоспособность сварных конструкций
...
Виды повреждений, вызываемых коррозионной средой
...
Под влиянием коррозионной среды в конструкциях, содержащих' трещиноподобньгй дефект, субкритический рост трещины может происходить при значениях коэффициента интенсивности напряжений в ее вершине меньших К1с. Параметром, характеризующим статическую коррозионную трещиностойкость, является пороговое значение Kj^, соответствующее той величине коэффициента интенсивности напряжений Kj в вершине трещины, при котором трещина еще не развивается под статической нагрузкой в течение заданной базы испытаний.
...
Принято считать, что при значениях Кт > KIsC(. начинается субкритический рост трещины (штриховые линии на рис. 13.2.1), вызывающий увеличение К, вплоть до наступления нестабильности трещины при Kj = К1с. Скорость субкритического роста V
...
476 Влияние коррозионной среды на работоспособность сварных конструкций
...
Влияние коррозионной среды на работоспособность сварных конструкций
...
Одно из основных условий, способствующих страгиванию и развитию трещины — это сохранение условий плоской деформации в зоне вершины трещины. Соответственно и коррозионное растрескивание более интенсивно развивается на тех участках фронта трещины, где соблюдаются эти условия, т.е. в глубине металла, тогда как у поверхности развитие трещины идет менее интенсивно, в результате чего коррозионные трещины нередко развиваются подобно "туннелям" между губами среза. Поэтому при испытании образцов недостаточной толщины могут быть получены завышенные оценки коррозионной трещиностойкости.
...
Более интенсивное развитие коррозионного растрескивания в Условиях плоской деформации обусловливает специфические изменения кинетики роста поверхностных трещин. На рис. 13.2.5 представлены Результаты испытания при двухосном изгибе дисковых образцов из титанового сплава диаметром 1300 мм, толщиной 90 мм с диаметрально Расположенной полуэллиптической поверхностной трещиной. При значениях Kj < 51 МПа V
...

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