Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 22
Текст из файла (страница 22)
При испытании крупных образцов и динамическом прилсакении нагрузок Т„, несколько смещается вправо, а при испытании более мелких образцов и статическом приложении нагрузок — влево в область более низких температур. Смеще- ние Тдр, обычно невелико (в пределах 10 — 20' С). Положение Тир1 зависит от химического состава, способа производства и термической обработкй стали, а так- же других факторов. Чем Т„„1 стали ниже, тем более широко эту сталь можно применять для изготовления сварных конструкций различного назначения. Поло- жение Т„, указывает лишь на область перехода от вязкого разрушения к хруп- кому, но не характеризует количественно способность металла сопротивляться разрушению при быстром распространении трещины.
Количественной характе- ристикой является величина Од кгс м/см', Чем больше бд, тем меньше вероят- ность разрушения, и тс б/ Рис. 1. Изменение площади разрушения с волокнистым характером разрушения (а) и работы разрушения металла при быстром динамическом распространении трещины (б) в зависимости ат температуры испытания Под влиянием процесса сварки за счет термического и пластического воздействий, например роста зерна, закалки, отпуска, деформационного старения, положение Т„, и величина Од для отдельных участков и зон сварного соединения изменяются. Йакопление усталости за счет циклических нагружений в процессе эксплуатации также изменяет Т„„и бд.
Быстрое динамическое распространение трещины является предельно жестким условием испытания сопротивляемости металла разрушению. Практически всякому распространению трещины предшествуют ее зарождение или начало ее движения, если трещина существовала ранее. Имеется много характеристик свойств металла и сварных соединений, определяющих их сопротивляемость началу разрушения. Эти характеристики существенно сильнее, чем бд и Т„„зависят от размеров и формы образцов, концентрации напряжении, характера йриложения нагрузки, влияния технологического процесса сварки и других причин. Они рассмотрены ниже. Критическая температура хрупкости низкоуглеродистых сталей по сравнению с критической температурой низколегированных сталей, как правило, более высокая.
Кипящие низкоуглеродистые стали уступают по хладостойкости полуспокойным и спокойным сталям, более склонны к деформационному старению. Наибольшей хладостойкостью обладаютстали в закаленном высокаатпущенномсастоянии, хладостойкость понижена у горячекатаных и отожженных сталей. С ростом зерна стали ее критическая температура хрупкости повышается. С увеличением толщины проката склонность к хладноломкости низкоуглеродистой стали также повышается.
ОЦЕНКА СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ Для оценки свойств сварных соединений и элементов сварных конструкций при пониженных температурах применяют многочисленные методы и критерии, в том числе и стандартизованные (ГОСТ,11150 — 75). Критерии и методы испытаний могу~ быть классифицированы по разным признакам.
В частности, различают методы, с помощью ~которых определяется способность металла сопротивляться началу разрушения, и методы, с помощью которых оценивают свойства металла в процессе распространения трещины. Критерии классифицируют также по роду регистрируемой величины, разделяя, например, их на критерии, связанные с напряжениями„деформацией, перемещением или затраченной энергией. В табл.
1 приведены основные характеристики, которые используют для оценки свойств основного металла и сварных соединений в связи с их хладостойкостью. Наиболее распространена оценка сварных соединений и элементов сварных конструкций по разрушающей силе Рр (моменту) или среднему разрушающему напряжению о . С их помощью можно выявить так называемую вторую критическую температуру Т„р, (рис. 2) [5]. При Т,рз среднее разрушающее напряжение испытываемого элемента становится равным пределу текучести металла от при соответствующей температуре, Для сравнения на рис, 2 приведено изменение площади излома и положение Т„,. Положение Т„рд зависит от многих факторов.
Чем выше концентрация напряжений, скорость прйложения нагрузки, остаточные напряжения, уровень сварочКР1 ' ной пластической деформации, содержание газов и вредных примесей в шве„ скорость охлаждения при сварке, приводящая к закалке, крупнее зерно и больше сечение испытываемого элемента, а также хуже защита металла при сварке, тем правее располагается Т,р„смещаясь в сторону положительных температур. При крайне неблагоприятных сочетаниях отрицательных факторов в ограниченной области сварного соединения свойства металла существенно ухудшаются. При этом Т„, может оказаться даже правее Т» 1.
При небольших размерах такой зоны возникшая трещина, дойдя до основного металла, остановится. При крупных размерах такой зоны и большом запасе потенциальной энергии в конструкции 114 115 Хладостойкость сварных соединений вное чение Кр Силовые критерии Разрушающая сила или разрушающий момент Среднее разрушающее напряжение Критический коэффициент интенсивности напряжений, определенный в условиях плоской деформации у конца трещины Критический коэффициент интенсивности напряжений Р, кгс; М, кгс ° см Р' Р' о, иге/мм' К(с, кгс/мм /л -т, с ткр Тгр/ й Т'С Рис.
2, Зависимость предела текучести о, среднего разрушающего напряжения и и процента волокнистости излома В от температуры кгс мм /л Деформационныс критерии Средняя разрушающая деформация Критический коэффициент интенсинности деформаций Процент площади, занятой волокнистым изломом Объем пластической деформации, приходящейся на ( смл разрушенной поверх- ности ср. р тр, мм/з В, % )е ау, см бс, мм Ьс, мм Л, мм Аз, кгс ° м а, кгс . м,см А , кгс ° и Р' а, кгс ° м/см' А, кгс ° м ан, кгс ° м/смл 6(с, кгс ° мм/мм' 6, кгс ° ым/мм' с' кгс ° мм 6, х' ммл К Основные критерии, используемые для оценки свойств основного металла и сварных соединений в связи с их хладостойкостью Кинсматические критерии (критерии перемецленнй1 Критическое раскрытие конца трещины: истинное условное Взаимное перемещение катетов углового шва, достигаемое к моменту его раз- рушения Энергетические критерии Работа; зарождения трещины полная удельная Распространения треш полная удельная разрушения, голная удельная пластической деформац у конца трещины, затрачиваемая на начало ее движения в условиях плоской деформации пластической деформации у конца трещины, затрачиваемая иа начало ее движения пластической деформации, затрачиваемая на образование единицы поверхности трещины прн быстром (динамическом) се распростра- нении разрушение может продолжаться по основному металлу и за пределами зоны с низкой сопротивляемостью разрушению.
Такие случаи наблюдаются и газопроводах, крупных сосудах и резервуарах, корпусах кораблей и т, п. Преимуществом испытания для определения ор является его простота. Недостаток состоит в том, что, проводя испытания конструктивного элемента при конкретной температуре Т выше Т з и полу шя коэффициент запаса прочности пр ло = — ..ь 1, нельзя судить о т о, запасе пластичности и о возможности наступления хрупкого разрушения. Это объясняется тем, что на диаграмме в координатах напряжение — средняя деформация вс в опасном сечении (рис. 3, а) при изменении концентрации напряжений„ свойств металла и т.
п. точка разрушения 0 смещается в основном по горизонтали, в то время каксредняя разрушающая деформация в,„. р изменяется существенно. Характеристика е,„р (см. табл. 1), которая относится к деформационным критериям и может быть использована для получения коэффициента запаеср. р са пластичности лв =— вт= 0((емка свойств при низких тем/(ерат1/рак еср.р~ —, в данном случае более объективно показывает близость точки разруог щения к линейному участку диаграммы ОС (рис. 3, а), где происходят хрупкие разрушения. Недостаток характеристики е,р. р состоит в трудности ее определения.
Как правило, необходимо иметь решение задачи пластичности, чтобы, зарегистрировав во время испытания деформацию вВ на какой-либо базе Б в пределах ослабленного сечения (рис. 3, б), пересчитать ее затем в среднюю деформацию в,р. Большое развитие получила механика разрушения. Одним из основных понятий в механике разрушения является коэффициент К интенсивности напряжений. Он характеризует напряженное состояние вблизи конца трещины, находящейся О еср р Еор р сгрыз сор а/ Рис. 3. Диаграммы зависимости среднего напряжения о от средней деформации е,р (а) и характер распределения деформации е в ослабленном сечении (б) в нагруженном элементе. В момент начала продвижения конца трещины при механических испытаниях материала регистрируется критический коэффициент интенсивности напряжений К( или К,, который является характеристикой материала и служит для оценки его способности сопротивляться началу движения трещины при статической или ударной нагрузке в зависимости от условий проведения испытаний.
Механика разрушения накладывает определенные ограничения на условия проведения испытаний металлов; в частности, необходимо, чтобы средние разрушающие напряжения не превосходили напряжений, несколько меньших предела текучести при температуре испытания. Если это условие не выполняется, необходимо увеличивать размеры образцов, чтобы повысить коэффициент концентрации напряжений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
