Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Для свар- Рис. 1О. Характер разрушения оребренных сварных труб после испытания на длительную прочность: о — сталь 20 — исходное состояние: б — 12Х1МФ вЂ” отпуск после сварки; в — 12Х!МФ вЂ” нормализация с отпуском ю прочность (штриховая кривая). С увеличением очнение сварных труб становится все более за- Свойства сварных соединений 133 3(ароирочиость сварных соединений 132 ион мягкой прослоики од яр: в, кес/мме 7Х 70 уо 24 22 2В в' Ю! Рис, 11.
Зависимости длительной прочности (а) и пластичности (б) сварных соединений с мягкими прослой- ками тйе 204 Ч ных соединений высокопрочных аустенитных сталей и сплавов таким участком является околошовная зона. Общие закономерности поведения механически неоднородных сварных соединений при высоких температурах могут быть поняты при анализе особенностей деформации образца с мягкой прослойкой !6, 14).
При его нагружении сопротивление пластической деформации зависит не только от свойств металла прослойки, но и от ее размеров, степени неоднородности и компактности сечения. Такое поведение образца определяется тем, что вблизи границы (контакта) металлов разной прочности пластические деформации мягкого металла сдерживаются более прочным и в прослойке создается объемное напряженное состояние, увеличивающее за счет эффекта контактного упрочнения ее сопротивление дефор- мации при одновременном снижении пластичности до разрушения. С уменьшением относительной толщины (х) прослойки ее прочность растет, а пластичность снижается.
В условиях ползучести длительная прочность и пластичность сварных соединений с мягкой прослойкой на стадиях внутризеренного и межзеренного разрушения будут разными (рис. 11). В области 2 вязких внутрнзеренных разрушений эффект контактного упрочпения реализуется полностью. Линии длительной прочности образцов с разной относительной шириной мягкой прослойки (х, ) х,) параллельны н расположены выше кривой для однородного образца со свойствами мягкой прослойки. Длительная прочность соединения с мягкой прослойкой (ом 1 тем выше, а пластичность (1рьт) тем ниже, чем меньше величина х; /к д.
в|к дв к> д. в величина (а ) = а К где а~ — длительная прочность мягкого металла; . х 1 ʄ— коэффициент контактного упрочнення, равный — + . для случая 4 3)г Зх осесимметричной деформации. В области Ш хрупких межзеренных разрушений, развитие которых связано с уровнем максимальных нормальных напряжений, длительная прочность сварного соединения (о„' кр)х становится ниже длительной прочности свобод- М где ʄ— коэффициент, равный для случая осесимметрнчной деформации 1+ 1 + 1 (и — показатель ползучести). В предельных случаях это снижение мо!+— И жет достигать 1,5 — 3 раз. Переход к хрупким разрушениям сопровождается и заметным снижением пластичности.
В области П смешанных разрушений дли- Рис. 12. Влияние исходной прочности стали 12Х!МФ на длительную ппьочность и пластичность сварных соединений; Т = 580 С; предел прочности основного металла: 4 — 8! кгс/мм"', ~,',А — об кгс/мм', !з — 4в кгс/ммз1 место разрушения: ~Г! — основной металл; фА — мягкая прослойка тельная прочность сварных соединений относительно мягкой прослойки постепенно снижается. При использовании термически упрочняемых сталей длительная прочность сварных соединений зависит и от уровня прочности основного металла. Ее зависимости для сварных соединений стали 12Х!МФ при трех значениях прочности основного металла (48, 56 и 81 кгсlмма) приведены на рис, 12.
Хотя в период, охваченный нспытаниямн, наименьшую прочность показали образцы отожженного состояния, а наибольшую низкоотпущенные образцы, с повышением времени до разрушения кривые сближаются и при экстраполяции на 10в ч сходятся. Характерна весьма низкая пластичность высокопрочных образцов, связанная с хрупкими разрушениями по мягкой прослойке.
Поэтому гри наличии в таких сварных соединениях концентратора напряжений может наступить нх преждевременное разрушение, В оаличие от этого отожжеин ~е малопрочные образцы Свойства сварных свединений 134 7Кароарочность сварных совоинений 135 На~, иес/юп"' нв И 77 ю уу Р=г(га акр 1О Рис. 13.
Параметрическая зависимость й — 1 для сварных швов, паплавленных электродом типа Э-09Х1МФ: ---(~) с, à — исходное состояние; 2 — отпуск при 720 — 740' С где 9 — безразмерный параметр трещины; й~ определяется из построений 1 и 11 на рис. 13; С вЂ” постоянная, зависящая от формы и размеров данного элемента и дефекта, а также от характера нагружения. Используя данные испытаний, обобщенных на рис, 13, можно подсчитать, что в сварном стыке паропровода с толщиной стенки 20 мм*, эксплуатирующемся при 560' С в течение 10' ч, при напряжении о = б кгс1мм' (построение 1) допустимая глубина дефекта без опасности разрушения стыка может быть 2 мм [!3), Термическое состояние стыка после сварки в этом случае не влияет на его надежность. При работе в течение 1Оь ч (построение 11) сравнительно небольшой дефект в неотпущенном стыке может привести к его разрушению.
Опыт эксплуатации подтверждает повышенное развитие трещин у стыков хромомолибденованадисвых сталей, не подвергающихся отпуску, именно в первый период эксплуатации. Для высокотемпературных установок характерны периодические пуски и остановы, во время которых в зонах концентрации возлюжны дополнительные пластические деформации из-за проявления температурных и компенсационных напряжений. Как показал опыт эксплуатации, это приводит к возникновению * При расчете элементов ь другой гьлщииьа стьики должны использоваться резуль.
хаты испытания образцов близкий толщины. д аже при большой длительности разрушаются вязко и нечувствительны к концентрации напряжений. Для них дополнительных мер по обеспечению плавности сопряжений в районе соединения можно не принимать. Образцы в высокоотпущенном состоянии (средней прочности) занимзют промежуточное положение.
Для них разрушения в мягкой прослойке начинаются при длительности испытания свыше 300 ч при несколько большей пластичности по срзвнению с низкоотпущенными образцами. Одной из наиболее важных характеристик материала как при высоких температурах, тзк и температуре 20' С, является его чувствительность к трещнноподобным дефектам. Значения чувствительности позволяют обосновать требования в условиях ползучести к допустимым ~ дз дефектам в сварных соединениях.
Как ~в. ю' ~а' ~в' и в условиях испытания при температу- 104~ Яу0 ре 20' С, могут быть использованы поло~4е жения механики разрушения с применеям нием силовых или деформациониых критериев и проведением испытаний на образцах тех же типов. На рис. 13 по данным (13] в паратов Я вЂ” ч метрической обработке приведены результаты испытания при 560' С сварных образцов толщиной 18 — 20 мм стали 12Х1МФ (шов наплзвлен электродом Э-09Х1МФ) с естественным надрезом на внецентрен«е ное растяжение. Расчетное значение начального коэффициентз интенсивности напряжения й0,, характеризующего напряженное состояние в вершине трещины, определялось по формулам линейной механики разрушения.
При заданных длительности работы 1 и уровне напряжений о глубину трещины 1 можно предварительно определить по формуле трещин в указанных участках сварных соединений (у вершин угловых швов в местах стыковки труб с разной толщиной стенки, у непроваров, подрезов и других). Такое проявление эффекта малоцикловой усталости при высоких температурах в отличие от комнатной при оценке повреждаемости требует одновременного учета ее накопления за счет механизмов усталости и ползучести.
Для инженерной оценки циклической долговечности сварных соединений при высоких температурах можно использовать 18) схему Мэнсона, в которой исходными характеристиками являются механические свойства и длительная прочность при рабочей температуре, а также частота нагружения. Долговечность определяется по меньшему из двух значений, подсчитанному по правилу 10%: М) =0,1й1 или по формуле, основанной на линейном суммировании повреждений от усталости и ползучести при некотором условном (эффективном) цикле нагружения: У )Ч1 Л'1 = т+ сдэ ' в 1+ — — У1 Ас Ф где У) — долговечность в условиях ползучести; У1 — долговечность при отсутствии ползучести, определяемая по методу универсальных наклонов; А н и— постоянные для данного материала и условий испытаний, определяемые по кривой длительной прочности в логарифмических координатах; Š— частота натруженна; я — условный коэффициент, принимаемый обычно равным 0,3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
