Том 1. Прочность (1041446), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Такой же эффект возникает, когда пластические деформации происходят непосредственно при температуре 200 — 300 'С; это называют условно динамическим старением. Перечисленными примерами не ограничиваются случаи концентрации пластических деформаций и старения металла. Од- -2О -О т С а нако на указанные выШе случаи падает большинство зарегистрирванных примеров хрупких разрушений при пониженных температурах. На рис. 5.8 показаны результаты испытаний на растяжение образцов. Регистрировались среднее разрушающее напряжение о,р.р и средняя разрушающая деформация е„в ослабленном сечении. В первом случае на образцах из стали 15ХСНД прн комнатной температурепроизводилась прокатка средней части вдоль образца для созда- бгррр, ~ ния деформации около 1 % 4 (у дна надреза возникала, 1 естественно, существенно ббльшая пластическая деформация).
Затем образцы ° .~б проходили старение при Т = 250' С в течение 3 ч. Старение вызывало дополнительное снижение сред- Ф ней пластической деформации примерно на 2 %, и -бО -И гу, при Т с-' — 40 'С ста- я) повилось ниже оо,а. После- р1,ц дующий отпуск образцов при Т = 650 'С в течение тОО ° а, ° 3 ч устранил вредное -8-~ — ~-: ь — в влияние старения. Во вто- Ю ром случае (рис. 5.9, а, б) по кромке образца из стали 22К с размерами, как на рис.
5.8, производилась наплавка валика. Сварочная пластическая деформация вызывала в корне надреза динамическое деформационное ста- Рис. 5,9. Пластичность (а) и прочность (б) рение непосредственно в надрезанных образцов из стали 22К Процессе снаркн )тО Прн г — исходное состояние; 2 — посл.
на плавки по кромке; а — после иаплавки н высокого отпуска вело к снижению е,„во при т =650 с всем диапазоне температур и смещению Тк„примерно в область от — 30 до — 40 'С. Последующий отпуск восстановил прочность и пластичность. форма сварных соединений в случае вязкого состояния металла и отсутствия дефектов, как правило, при однократном нагружении не является причиной разрушения сварных конструкций при средних напряжениях, меньше расчетных или близких к ним.
При хрупком или полухрупком состоянии металла неудачная форма сварных соединений может оказаться достаточной причиной, чтобы произошло разрушение из-за концентрации напряжений. Опасность тех или иных конструктивных форм зависит от степени охрупчива- 169 г,о 7,5 7,0 05 170 ния металла. Количественные соотношения пока не установлены и можно лишь указать порядок возрастания опасности разрушения. Наименьшей концентрацией обладает стыковое соединение с плавными переходами от шва к основному металлу.
Затем следуют соединения с угловыми швами с полным проваром. Нахлесточные соединения, когда швы работают как лобовые или фланговые, уже обладают значительной концентрацией напряжений, но благодаря высоким вязким свойствам металла шва и относительно небольшим размерам катетов обычно не ява) ляются причиной хрупких раз- рушений. Наибольшую опасг,о ность представляют стыковые и 1Ю тавровые соединения с непол- 30- ным проваром. Следует иметь в 05 виду, что опасность разрушения при тех или иных формах собl единений зависит от радиусов закругления и абсолютных размеров участвующих в сварном соединении элементов.
Чем меньше радиусы и больше размеры свариваемых деталей, тем опаснее концентратор. В нахлесточных соединениях широких 7,5 элементов с косынками даже радиус закругления, формируемый концом флангового шва, может оказаться достаточным для наг) чала хрупкого разрушения ос- 2,0 новного металла при низких 7,5 4 температурах. Дефектами сварных соедине- 55 1 ний, способными вызвать разя ° —:. ' рушения при низких температу-бо -5о -40 -го о гп т'с рах, могут быть в первую оче- редь несплавления, трещины, Рис.
5.10. Ударная вязкость стали ВСтзсп в околошовной зоне: плоские по форме шлаковые включения, остры подрезы, веского нагруженин при — 40 'С до линии МЕСта ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ШВОВ С учаСТ- повреждаемости; в — в зоне повреждаемости.' г — вблизи усталостиого разруще. Ками раССлОЕНия МЕталла, мЕЛ- кие невидимые трещины в угловых швах нахлесточных соединений, непроваренные места остановки процесса сварки, а также резкие вырезы с малыми радиусами после термической резки, не- плавные переходы корневых валиков к основному металлу в многослойных швах, глубокие неровности от чешуйчатости поверхности шва, сильные сужения швов из-за нарушения режима сварки.
Выше были рассмотрены факторы, вносимые сваркой и снижаю- щие сопротивляемость хрупким разрушениям. Существует также несколько факторов, увеличивающих опасность хрупкого разрушения и зависящих от условий эксплуатации. Одной из основных причин подобного рода является усталость металла. Проявляется она двояко. На первой стадии вследствие циклических нагрузок в зоне концентрации напряжений возникает усталость металла и появляются л4икротрешины. На этой стадии нет еще отдельных видимых трещин, однако сопротивляемость металла началу разрушения понижается. При ударном нагружении снижается работа начала разрушения — это увеличивает скорость распространения трещины, повышает критическую температуру хрупкости.
На рис. 5.10 показаны значения ударной вязкости металла околошовной зоны, испытавшего после нанесения надрезов циклические нагрузки. Позднее, на второй стадии, появляются трещины усталости. Они весьма опасные концентраторы, так как, до"тягая критических размеров, вызывают внезапное разрушение сварной конструкции.
Данные о количестве разрушений, регистрируемых на работающем оборудовании,-показывают, что число их растет по мере увеличения срока службы. Эго вызвано как накоплением усталости в металле, так и появлением усталостных макротрещин. Примеры разрушения сварных конструкций от усталости и лабораторных образцов при низких температурах приведены в книге [551.
На сопротивляемость хрупким разрушениям сварных конструкций помимо усталости отрицательно влияют также старение (изменение свойств металла в процессе длительного его пребывания при высоких температурах), нааодороживание и радиация. Эти факторы уменьшают вязкость металла и повьпнают критические температуры. в 3.
Оценка хладостойиости сварных соединений Для сварных соединений характерна неоднородность механических свойств металла в различных зонах сварного соединения. Поэтому хладостойкость металла определяют в нескольких местах сварного соединения по вязкости при ударном изгибе надрезанных образцов. Надрез располагают в различных зонах. В многослойных швах возможна неоднородность свойств по высоте поперечного сечения вследствие различных условий охлаждения металла и сегрегации вредных примесей по мере укладки отдельных слоев.
Соответственно образцы изготовляют из корневой, верхней и средней частей шва. Для швов, выполненных за малое число проходов, такое различие свойств, как правило, не наблюдается. В однопроходных швах, как указывалось выше, на сопротивляемость металла шва разрушению оказывает влияние направление кристаллитов, формирующееся в процессе его кристаллизации. Наиболее слабым участком обычно является ось шва. Располагая надрез по оси шва, свойства металла определяют по работе разрушения при движении трещины как по направлению сварки, так и в противоположном направлении.
Непровар в шве создает концентрацию пластиче- 171 ских деформаций металла при сварке и, как показывают опыты, в некоторых случаях при определении К, представляет собой более опасный надрез, чем усталостная трещина. В тех случаях, когда оценйвается сопротивляемость металла шва разрушению в условиях пониженных температур, испытания шва проводят с натуральным концентратором в виде непровара и при вычислении К, по результатам испытаний принимают его в виде трещины. Заранее бывает трудно сказать, какие участки зоны термического влияния обладают минимальной сопротивляемостью хрупкому разрушению.
Надрезы располагают с небольшим шагом, чтобы проследить изменение свойств металла в зависимости от уровня максимальной температуры при сварке. Обычно исследуют ряд сечений от линии сплавления до зон с температурой нагрева 200 — 250 'С. Вторая особенность определения хладостойкости сварных соединений состоит в оптимизации условий сварки. Ориентируясь на наименее хладостойкую зону, варьируют режимы сварки, чаще всего погонную энергию, добиваясь наилучших показателей по ударной вязкости. Существуют методы испытаний, использующие образцы, по форме и размерам близкие к натуральным сварным соединениям или даже узлам.
Они позволяют оценить агрегатную сопротивляемость соединения или сварного узла. При испытании таких образцов определяют вторую критическую температуру Т, „ при которой о,р р бал Следует заметить, что в лабораторных условиях сварные узлы обычно дают более низкие критические температуры из-за малого числа испытываемых образцов. Рассеяние свойств металлов, режимов сварки, форм концентраторов, а главное, их радиусов приводит на практике к тому, что отдельные экземпляры изделий имеют более высокую критическую температуру хрупкости, Чтобы выявить свойства сварных узлов при температуре выше Т,р„определяют пластичность как при низких, так и при более высоких температурах.
Значения температуры, при которых регистрируются стабильные высокие результаты по пластичности, обеспечивают максимально возможные механические свойства. При наличии отдельных выпадов низкой пластичности данная температура не может рассматриваться как исключающая хрупкие разрушения.
Расчетную оценку допустимости трещин при эксплуатации сварных конструкций проводят, ориентируясь на кривую минимальных значений К~, как функции температуры. Характер кривой К~, по виду сходен с кривой а„на рис. 5.4. В ~ 11 гл. 3 был изложен метод расчета, в котором использовалась кривая К, в зависимости от длины трещины. При использовании в расчетах К~„поскольку его значение не зависит от длины трещины, находят предельно допустимую минимальную температуру, при которой еше выполняются все требования прочности при различных коэффициентах запаса. 172 $4.
Примеры хрупких разрушений и методы повышения хладостойностн сварных соединений Практика изготовления и эксплуатации сварных конструкций располагает, к сожалению, большим числом примеров разрушений из-за концентраторов в местах, где сварка вызывала заметные изменения свойств металла. На рис. 5.11 представлены примеры неудовлетворительного или неудачного проектирования и изготовления сварных соединений, которые явились очагами разрушений при низких температурах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
