Сварные конструкции (часть 1) (Сварные конструкции), страница 2

Таблица 1.5

Механические характеристики низколегированных сталей

Примечания: 1. Стали всех марок должны удовлетворять испыта­нию на загиб в холодном состоянии на 180° при d — 2s, где d — диаметр оправки; s — толщина проката. 2. Минимальное значение ударной вязкости при температуре 20 °С по ГОСТ 9454—78 после механического старения (по ГОСТ 7268—67) должно быть не менее 0,3 МДж/м³. 3. Для проката из сталей 16ГС, 09Г2С, 10Г2С1 толщиной 11—32 мм и проката из стали 15ГФ толщиной 11—20 мм механические свойства можно определять путем интер­поляции. 4. Значения σ_в, σ_т и δ₅ получены при растяжении стальных образцов.

Низколегированные стали выпускают по ГОСТ 5058—65, 19281—73 и 19282—73 (табл. 1.4 и 1.5), а также по специальным техническим условиям. Первые две цифры в обозначениях легированной стали указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а цифры справа от условного обозначения эле­мента — его среднее содержание в процентах.

Стали легируют таким образом, чтобы повышение прочности и предела текучести сопровождалось сохранением достаточной пластичности, ударной вязкости, технологической обрабатывае­мости, свариваемости.

Присутствие кремния хорошо раскисляет сталь. Марганец устра­няет вредное влияние серы, однако при содержании более 1,5 % снижает пластические свойства. Полезно легирование сталей молиб­деном, хромом, бором. Добавление никеля позволяет повысить хладостойкость стали, но экономически невыгодно.

Низколегированные стали общего назначения часто постав­ляются в термически обработанном состоянии. Термическая обра­ботка сталей закалкой — быстрым охлаждением после нагрева до температуры 910 °С — способствует получению мартенситной струк­туры высокой твердости и малой вязкости. Повышение вязкости достигается последующим отпуском. Нормализация — охлаждение с той же температуры на воздухе — позволяет получить ферритно-перлитную устойчивую структуру.

Из табл. 1.5 видно, что в широком диапазоне толщин удар­ная вязкость низколегированных сталей общего назначения при температуре —40 °С оказывается не ниже 0,3 МДж/м².

Применение низколегированных сталей в конструкциях непре­рывно расширяется. Для уменьшения массы изделий применяют прочные стали с пределом текучести σ_г свыше 350—400 МПа и вы­сокопрочные — с σ_Т >= 600 МПа. Это является существенно важ­ным при конструировании транспортных и других машин, а также для экономии металла, что в конечном счете понижает стоимость изделий.

Все стали, применяемые для строительных конструкций, согла­сно СНиП (Строительные Нормы и Правила) подразделяются на условные классы прочности (табл. 1.6) в зависимости от механи­ческих свойств при растяжении.

Важным положительным свойством большинства низкоуглероди­стых сталей обыкновенного качества и низколегированных сталей является возможность получения сварных соединений со свойст­вами, близкими к основному металлу. Это относится к соедине­ниям, свариваемым контактной стыковой сваркой, дуговой, авто­матической при сварке в среде защитных газов и под флюсом, электроннолучевой и т. д. Как правило, наиболее удовлетвори­тельно свариваются стали, содержащие не более 0,25 % угле­рода.

Большое значение в производстве приобретают стали, обла­дающие специальными свойствами: повышенной сопротивляемостью коррозии при работе в агрессивных средах, жаропрочностью при работе в условиях высоких температур и т. д.

Теплоустойчивые стали применяют для сварных конструкций, работающих при температурах до 600 °С, — паропроводов высокого давления, пароперегревателей и т. д. При эксплуатации конструкций в условиях еще более высоких температур необходимы спе­циальные жаростойкие и коррозионностойкие стали.

Широко используются в различных конструкциях нержавеющие стали и другие сплавы. Как правило, предел прочности таких ста­лей невысок — 500—600 МПа, предел текучести — 200—300 МПа. Стали обладают высокими пластическими свойствами (относитель­ное удлинение от 20 до 30 %). Несмотря на свои высокие пласти­ческие свойства, стали и сварные соединения из этих сталей чув­ствительны к концентраторам напряжений в условиях перемен­ных нагрузок. Из сталей этого типа изготовляют конструкции, требующие высоких механических свойств при высоких температу­рах, при работе в коррозионных средах.

Таблица 1.6

Классы стали для строительных конструкций

Примечание. При отсутствии выраженной площадки текучести за предел текучести принимается напряжение, соответствующее остаточному относительному удлинению 0,2 % (σ_о,₂).

При сварке значительного большинства сталей разных марок достигнута возможность получения соединений с хорошими меха­ническими свойствами при работе в условиях низких и высоких температур, при статических, переменных и ударных нагрузках, в тонкостенных и толстостенных изделиях, в различных средах (в атмосфере, под водой, в космосе, при сочетаниях нагрузок и высоких температур и т. д.).

Помимо свойств, определяющих свариваемость, существенным является возможность получения соединений, надежных в работе. Для разных сталей это условие выполняется не одинаково.

Задачей проектанта является рациональный выбор материала, наиболее хорошо отвечающего конкретным требованиям эксплуата­ции и простоте выполнения технологического процесса сварки. Чем выше свойства стали, в частности прочность, тем в большинстве случаев должны быть выше требования, предъявляемые к качеству технологического процесса.

§ 2. Цветные сплавы, полимеры и композиционные материалы

В промышленности наряду с применением стали получают рас­пространение цветные сплавы: в авиации, судостроении, строитель­стве. Сплавы на основе алюминия и титана обладают значительно меньшей плотностью по сравнению со сталями, хорошо сохраняют спои свойства при работе в условиях низких температур. С другой стороны, цветные сплавы имеют в несколько раз меньший, чем сталь, модуль упругости, что понижает устойчивость элементов конструк­ций, увеличивает их деформируемость.

По сравнению со сталями обыкновенного качества цветные сплавы обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжений. Это повышает требования к качеству обработки изделий и особенно к качеству сварочных работ.

Механические свойства алюминиевых сплавов приведены и табл. 1.7.

Таблица 1.7

Механические свойства алюминиевых сплавов

Примечание. Для всех сплавов Е = 6,8 • 10⁴ / 7,0 • 10⁴ МПа; G = 2,6 • 10¹ / 2,7 • 10⁴ МПа.