Том 1. Прочность (1041446), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Оценка сварных соединений проводится по протяженности трещин, их количеству, месту расположения в тех или иных швах и начальной температуре изделия, при которой трещины появляются. В пробе ЦНИИТС используют листы с толщиной, соответствующей применяемой в конструкции, и размером 1000 х 2000 мм для сварки стыкового шва длиной 2000 мм. Листы перед сваркой собирают на поперечных, приваренных к листам с одной стороны через 400 мм ребрах высотой 250 мм. Сварку ведут при различных начальных температурах. Через сутки после сварки образец просту- кивают массивным молотком для раскрытия образовавшихся холодных трещин. Затем делают продольные и поперечные шлифы для выявления трещин. С помощью пробы определяют условия сварки, 251 Двухоспыб нагиб при плоском напряженном состоянии Консольныя изгиб поперек шва Консольный изгиб вдоль шва Растяжениее поперек шва Растяжение вдоль шва Материал 4Х13 2Х!3 42Х2ГСНМА ЗОХ2ГСНВМА 43ХЗСНМВФА ЗЗХЗСНМВФА 28ХЗСНМВФА 175 350 260 330 !50 350 400 200 400 320 400 450 510 600 175 200 175 155 300 200 230 200 300 350 410 100 350 700 Материал Растяжение поперек шва Растяжение вдоль шва 2Х13 42Х2ГСНМА 4ЗХЗСНМВФА 530 310 430 660 630 555 263 252 при которых соединения являются стойкими против образования трещин.
Машинные методы испытаний предусматривают сварку и последующее нагружение образцов относительно небольших размеров. Размеры их должны быть такими, чтобы при сварке воспроизводились термические, деформационные и металлургические процессы, характерные для условий сварки элементов конструкций, Нагрузка а) Я 07 Рис. 10.7.
Схема закрепления и нагружения при испытании стыковых (а) и тавровых (б, в) образцов создается испытательной машиной после сварки при температуре 60 'С. Схема нагружения зависит от толщины металла и вида сварного соединения. Для толщины металла 1 — 3 мм и стыкового соединения используется плоский круглый или восьмиугольный образец, заделанный по контуру диаметром 100 мм и нагруженный одно- сторонней изгибающей наб М/7а грузкой.
При толщине 3— 2 6 мм используют образцы 000 стыковых соединений (рис, 10.7, а), а при толщине больше 6 мм — образцы тавровых соединений (рис. 10.7, б, в) и схему кон- 400 сольного изгиба. При конз00 сольном изгибе стыкового 200 0, с образца плечо изгиба расположено перпеидикуРис. 10,8. Результаты испытания образцов лярно продольной оси шва, тавровых соединений из стали ЗОХН2МФА чтобы по всей длине шва были одинаковые изгибающие напряжения. Тавровые соединения нагружаются по схеме рис.
10.7, б для испытания околошовных зон и по схеме 10.7, в для испытания металла шва. Для локализации разрушения в вертикальной стенке полку делают из малоуглеродистой стали, не склонной к образованию холодных трещин. За количественный показатель сопротивляемости образованию холодных трещин принимают минимальное напряжение от внешней нагрузки, вызы- вающее разрушение образцов или образование в них трещин. На рис. 10.8 представлены результаты испытаний сварных соединений стали ЗОХН 2МФА. На рис: 10.8 линией 1 показана зависимость времени до разрушения образца от уровня напряжения, приложенного непосредственно после сварки.
Приложение нагрузки после 6 сут выдержки не дает снижения уровня разрушающих напряжен ( г). В табл. 10.2 и 10.3 приведены уровни разрушающих напряжений, которые в ряде случаев существенно ниже временного сопротивления, найденного в условиях кратковременного нагружения. Видно, что разрушающие напряжения тем выше, чем меньше содержание углерода в стали; растяжение или изгиб поперек шва более опасны, чем вдоль шва. Т а б л и ц а 10.2 Минимальные разрушающие напряжения, МПа, в швах, полученных аргоно-дуговым переплавом основного металла Таблица 103 Минимальные разрушающие напряжения, МПа, в околошовной зоне сварных швов, полученных после аргоно-дугового переплава проволоки Св-08 Холодные трещины образуются не только в легированных сталях, но и в сплавах других металлов. $3.
Повышение сопротивляемости образованию горячих и холодных трещин Различные металлы по-разному сопротивляются образованию горячих и холодных тре1цин и чаще всего основное внимание приходится уделять какому-нибудь одному виду. Многие металлы вообще не требуют специальных мер борьбы с трещинами при соблю- денни обычных мер подготовки основного металла и сварочных материалов перед сваркой, соблюдении рациональных режимов и т. п. Решающее значение для борьбы с горячими трещинами в швах имеет выбор присадочного металла.
Основной металл также может быть улучшен без существенного изменения своего состава путем изменения технологии его производства. Основная цель— повысить пластичность металла в температурном интервале хрупкости и уменьшить этот интервал. Существуют приемы, с помощью которых воздействуют на уменьшение деформаций металла, протекающих в высокотемпературной области. Так, для стыковых соединений листов принимают меры по уменьшению поперечных деформаций удлинения, создавая закрепление на начальном и конечном участках шва.
Необходимо иметь в виду, что при пересечении швом участков, в которых есть растягивающие напряжения, могут возникнуть повышенные деформации удлинения, например при пересечении шва с неснятыми сварочными напряжениями или при переварке прихватки, в которой возникли большие растягивающие усилия в процессе сварки. Для устранения этих недостатков применяют предварительное перерезание этого участка (если позволяет конструкция), его подогрев непосредственно перед сваркой или изменение конструктивных решений.
Следует избегать также концентраторов в зоне кристаллизующегося металла, например стыксвых швов с непроваром, замковых соединений, сварки на остающейся подкладке. Для борьбы с холодными трещинами к р о м е р а ц и о н а л ьного выбора основного металла и присадочн ы х м а т е р и а л о в существенное значение имеет регулирование термического цикла в процессе сварки, а также послесварочная обработка сварных соединений, в частности термическая, Высокое содержание углерода (свыше 0,3 %), марганца, хрома (свыше 1 ',о), никеля (более 1,5 '!4) снижает сопротивляемость образованию холодных трещин.
В низколегированных сталях с у г л е р од о м н и ж е 0,1 — 0,12 % холодные трещины практически не встречаются. Легирование стали ванадием, молибденом, титаном повышает сопротивляемость. Предварительная термическая обработка — отжиг для укрупнения карбидов, изотермическая закалка с высоким отпуском и термомеханическая обработка — также повышает сопротивляемость сталей образованию холодных трещин.
В отношении химического состава металла шва сохраняются те же рекомендации, что и для основного металла. Если швы могут быть выполнены из менее склонных к трещинам, чем основной металл, материалов, этим следует пользоваться. Сварку некоторых высокопрочных сталей проводят аустенитными электродами, которые уменьшают перегрев околошовной зоны и снижают в ней концентрацию диффузионного водорода. Прокалка электродов и флюсов, осушение защитных газов, предупреждение попадания влаги в зону сварки способствуют уменьшению количества водорода в шве и повышают сопротивляемость холодным трещинам. 254 ж ени Увеличение погонной энергии сварки уменьшает скорость охл- аденни и в ряде случаев, например для низколегированных сталей, благоприятно для повышения сопротивляемости холодным т ещи.
Ограничением в данном случае является чрезмерное укру ер инне зеРна от перегрева, особенно для некоторых среднелегированных сталей. То же относится и к предварительному подогреву. Более рационально проводить сопутствующий подогрев или вести сварку таким образом, чтобы последующими слоями шва вызывать отпуск образовавшегося мартенсита.
Эффективным средством борьбы с холодными трещинами является отпуск сразу после сварки до начала их образования. Отпуск в данном случае изменяет структурное состояние металла и вызывает релаксацию напряжений 1 рода. ГЛАВА 11 РАСЧКТНАЯ И КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ 5 1. Причины несовпадения расчетной и конструкционной прочности В настоящей главе дается обзор состояния проблемы, связанной с обеспечением несущей способности сварных конструкций. Под несущей способностью обычно понимают способность конструкции сопротивляться наступлению предельных состояний (см. гл.
2). Несущая способность деталей и конструкций в большинстве случаев связана с действующими напряжениями и прочностью. Понятие несущей способности шире, чем понятие прочности. Появление течи вследствие нарушения сплошности от коррозии, недостаточная жесткость, появление вибрации непосредственно не связаны с йрочностью, но являются предельными состояниями, определяющими несущую способность некоторых конструкций. В данной главе рассматриваются только те предельные состояния, которые связаны с уровнем действующих напряжений и прочностью.
Под прочностью в широком инженерном смысле слова понимают способность материала или детали сопротивляться не только разрушению, но и наступлению текучести, потере устойчивости, распространению трещин и др. Условия работы современных машин и сооружений довольно разнообразны.
К большому числу факторов, способных оказать существенное влияние на несущую способность сварной конструкции, в первую очередь относятся: а) действующие нагрузки и вызываемые ими напряжения; б) статический или динамический характер приложения нагрузок, а в последнем случае и их спектр— пульсирующий, симметричный, случайный; в) неодноосность действующих напряжений; г) концентраторы напряжений, различающиеся как по коэффициенту концентрации напряжений, так и по геометрической форме; д) собственные остаточные напряжения; 255 е) температура эксплуатации в некотор у ых сл чаях переменная ли о в предела б елах конструкции, либо во времени; ж) среда и порофизические и химические процессы на поверхност; и ждаемые ею физические и я и) в емя эксилуатаз) потоки элементарных частиц излучения; и) вре ции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
