Том 1. Прочность (1041446), страница 35
Текст из файла (страница 35)
На рис. 5.11, а — г показаны элементы, которые перед сваркой не были соединены между собой. Элементы на а1 е) Рис. 5.11, Примеры разрушений в сварных конструкциях рис. 5.11, д — яс были предварительно сварены, но имели непровар, от которого распространилась трещина. Стыковое соединение на рис.
5.11, к имело непровар в корне шва. На рис. 5.11, з окно, образованное газовой резкой, имело острый угол, на рис. 5.11, и процесс сварки остановлен на листе, в результате чего произошел надрез от подплавления и от него возникла трещина; на рис. 5.11, л электрошлаковый шов 1 заварен последним в жестком контуре; на рис.
5.11, м шов 3 пересекал листовой элемент 1, в котором было расслоение металла 4. От расслоения возникла трещина в шве и зоне растягивающих напряжений листа 2. Трещины на рис. 5.11 показаны волнистыми линиями. Методы повышения хладостойкости сварных соединений и конструкций состоят в следующем. Используются такие сварочные ма- 173 териалы, которые при оптимальных режимах сварки и последующей термической обработке дают металл шва, не уступающий по хладостойкости основному металлу. Осуществляется подбор режима сварки, обеспечивающий достаточную хладостойкость зон термического влияния. При этом стремление уменьшить зону термического влияния и разупрочнения в диапазоне температур высокого отпуска приводит к необходимости сваривать при малых погонных энергиях, а это, в свою очередь, создает высокие скорости охлаждения и вызывает сильную закалку в зоне перекристаллизации.
Применение последующего отпуска может облегчить задачу подбора режимов сварки. Известно, что в ряде случаев высокий отпуск снижает выносливость сварных соединений. Опасность хрупкого разрушения представляется более существенной, чем некоторое снижение выносливости, поэтому для конструкций, работающих при низких температурах, обычно назначают высокий отпуск. Однако выбор режимов для сталей сложного легирования, в которых возможны процессы необратимого изменения свойств металла, может оказаться трудным.
Возможное образование холодных и горячих трещин нередко диктует свои требования к режимам сварки, которые входят в противоречие с требованиями хладостойкости. Например, малые скорости электрошлаковой сварки, позволяющие избежать горячих трещин, вызывают сильный рост зерна вблизи линии сплавления. Для восстановления вязкости металла зоны термического влияния необходимо проводить нормализацию изделия с отпуском. Рациональное конструктивное оформление сварных узлов, устранение малых радиусов перехода, отсутствие непроваров и применение эффективных методов контроля качества также позволяют существенно повысить сопротивляемость хрупким разрушениям.
Для повышения сопротивляемости хрупким разрушениям при низких температурах можно предварительно нагружать конструкции при нормальных температурах, когда невозможны хрупкие разрушения. Появление в концентраторах больших пластических деформаций, которые должны были бы возникнуть при низких температурах, увеличивает радиус концентратора и создает после разгрузки в зоне концентратора остаточные сжимающие напряжения.
Последующее нагружение при низких температурах вызывает незначительные пластические деформации в концентраторе или не вызывает их вовсе. ГЛАВА 6 ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ $1. Свойства основного металла С ростом температуры в металле снижается прочность межатомных связей. Поэтому деформации и напряжения могут изменяться во времени даже при постоянных нагрузках. Различают два основных процесса — ползучесть и релаксацию. Изменение деформаций 174 во времени при постоянных напряжениях называют и о л з уч е с т ь ю м е т а л л а, а изменение напряжений во времени при постоянных деформациях — и р о с т о й р е л а к с а ц и е й или релаксацией.
У большинства конструкционных металлов при нагревании до температур (0,4 —: 0,5) Т„, (где Т„., выражена в К) процесс ползу- чести выражен сравнительно слабо. При более высокой температуре характер кривых ползучести зависит от уровня приложенных напряжений (рис. 6.1). Типичная кривая ползучести, например при о = 190 МПа, содержит три участка, что соответствует трем стадиям ползучести. Первая стадия — неустановившаяся, когда скорость пластической деформации ползучести ое/ггг уменьшается. На второй, установившейся, стадии процесс протекает с минимальной ско- е го' ростью.
На третьей стадии скорость пластической деформации «д возрастает и наступает разрушение. При невысоких температурах ' 3 ф и малых напряжениях вторая и третЬя стадии могут отсутствовать. ««« При высоких температурах и на- г80 г10 пряжениях первая стадия может непосредственно перейти в третью и кривая будет иметь вид, анало- гоомпв гичный кривой с о == 200 МПа.
В эксплуатационных условиях наиболыпий интерес представляют гоо ~оо ~оо г, г вторая (когда недопустимы суще- Рис, 6.1. Кривые поеаучести стали ственные изменения размеров дета- ЭИ756 при температуре 600'С лей) и третья стадии ползучести, связанные с разрушением. Так как вторая стадия обычно продолжается намного'больше, чем первая, дсформациго ползучести оценивают, как правило, по второй стадии.
С ростом напряжения и температуры возрастает скорость ползучести. Многие эксперимен-' тальные данные хорошо описываются зависимостью е;„= Ао", (6.1) где е ~ — скорость пластической деформации с(в/г)г на второй стадии; и и гг — постоянные- коэффициенты, зависящие от температуры и состава металла; о — напряжение при одноосном растяжении. На рис. 6.2 представлены экспериментальные точки и линии в соответствии с формулой (6.1), которые в логарифмических координатах являются прямыми. Значения й н и приводятся в справочной литературе. Для деталей установок, работающих при высоких температурах, нередко бывает необходимо устанавливать допускаемое напряжение в зависимости от пластической деформации, возникающей вследствие ползучести.
В качестве условной характеристики сопротивляемости металла ползучести принимают предел ползучести о„, 175 который может определяться двояко, Для машин и установок с малой общей длительностью работы — не более сотен часов — за и р е д е л п о л з у ч е с т и принимают напряжение, при котором деформация за заданный промежуток времени достигает значения, установленного техническими условиями.
В деформацию включают как существенную часть и деформацию на первой, неустановившейся, стадии ползучести. Для деталей установок, работающих длительное время, учитывают деформации на уста- 500 новившейся стадии. Пре- 500 делом ползучести в этом 400 случае является напряже- 500 ние, при котором скорость 00 с, деформации соответствует гао установленной техническими условиями. Для деталей о стационарных энергетиче- /00 з 60 ских установок скорость 75 о деформации обычно при- „~с нимают 1 % за 10' ч (или 50 примерно 11,5 года) и 600 С предел ползучести обозна- чают как ат„., где Т— 25 температура испытания,'С.
Испытания обычно проводят в течение 2 10'— 6 10' ч при заданной тем- 70 пературе и разных (обыч- 5 !О а /О т ссл/л " но трех) уровнях напряРис. 6.2. Зависимости между напряжением жений. Затем, используя о и минимальной скоростью пластической формулу (6.1), откладывадефоРмации в !и длн стали 60Х16М2А Ют РЕзУльтатЫ иСПытанИй на графике 1~а — 1Кв !и и экстраполируют прямую в точку установленной скорости деформации, например 10 ' %/ч, для получения пп (рис.
6.3). Испытание металла на длительную прочность проводят до разрушения образца. Чем выше температура и напряжение, тем раньше происходит разрушение. Точка перелома прямой линии (рис. 6А, а) соответствует переходу от вязких разрушений с образованием шейки, которые характерны для высоких напряжений, невысоких температур и сравнительно коротких промежутков времени до разрушения, к хрупким межзеренным (интеркристаллическим) разрушениям, которые происходят прн более низких напряжениях, высоких температурах и длительных выдержках. Переход к хрупким разрушениям происходит за счет постепенного ослабления границ зерен. На каждом из прямолинейных участков справедлива степенная зависимость 1=Ао-, (6.2) !76 где г — время до разрушения; А и т — постоянные для данного материала, температуры и характера разрушения.
Зависимость (6.2) позволяет экстраполировать результаты кратковременных испытаний на более длительный срок, но во избежание существенных ошибок не бо)ао лее чем на порядок. Прочность материала при высокой температуре, нахо- ва — т дящегося под напряжением в течение длительного вре- -5 мени, оценивается п р е д е/а /О 4 /О-' /О-г ', -г лом Рис. 6,3. Схема определения предела р о ч н о с ! и ~ с и а р ~ и о . з у ' е с и „п о Р е з у л ь а а м и с и ы а н и й л и П Я при более высоких напряжениях жением, вызывающим разруигение при заданной температуре через определенный промежуток времени. Для стационарных установок принимают а„„= о„., вызывающее разрушение через 10' ч. Для транспортных установок используют а„., 7т„., о„..
арраса На рис. 6.5 приведены гаасп значения а„. для ряда материалов. тг — — ! Для сокращения врет мени испытаний на длительную прочность ист, 7т,.7,- ~ пользуют параметриче- 1 ские зависимости между температурой испытания и временем до разруше- Ю/ т 77 ~! 15~ ния при неизменном нату о пряжении. Одной из тг наиболее распространенных является зависит, ра (рис. 6.6) ! мость Ларсона — МиллеЮ Р = Т (С+ 1я 1), (6.3) ! где Р— параметр, который является постоянным числом для конкретного металла и уровня приложенных напряжений Т— Температура, К; С вЂ” постоянная, часто близкая к 20 / — время ч.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
