книга1 с (1085852), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

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 трещин и чаще всего основное внимание при­ходится уделять какому-нибудь одному виду. Многие металлы вообще не требуют специальных мер борьбы с трещинами при соблю-

253

дении 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 примеры с помощью которых воздействуют на

уменьшение деформаций металла протекающих в

высокотемпературной по уменьшению поперечных деформа-

ций удлинения,создавая закрпление на начальном и конечном

участках шва

необходимо иметь в виду, что'при пересеченййшвом 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 стыковых швов с непроваром, замко­вых соединений, сварки на остающейся подкладке.

Для борьбы с холодными трещинами кроме_рациональ-ного выбора основного о металла и присадочных материалов

существенное.знанение имеет рерулиро-вание термического цикла в процессе сварки,. алакже послесвароч-ная обработка сварных „соедин£шш»_в. част-ноезд4-термическая. Вы­сокое содержание углерода (свыше 0,3. ),. марганца,- хрома (свыше 1 ), никеля (более 1,5 i снижает сопротивдяемогть образова­нию холппных трещин- В низколегированных сталях с углеро­дом ниже 0,1—0,12 холодные трещины практически не встречаются. Легирование стали ванадием. молибденом_т 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'отнбшёнии хйм'ическ6?о'с6сгава~мёталла 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 концетрацию диффузионного водорода.

Прокалка электродов и флюсов, осушение защитных газов, пре­дупреждение попадания влаги в зону сварки способствуют умень­шению количества водорода в шве1и повышают сопротивляемость Модным трещинам*

Увеличение погонной энергии сварки уменьшает скорость охла­ждениями в ряде случаев, например для низколегированных сталей, благоприятно для повышения сопротивляемости холодным трещи­нам. Ограничением в данном случае является чрезмерное укрупне­ние зерна от перегрева, особенно для некоторых среднелегирован-ных 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_,яв-ляется отпуск сразу после сварки до начала их образования. Отпуск в данном случае изменяет структурное состояние металла и вызы­вает релаксацию напряжений I рода.

ГЛАВА 11 РАСЧЕТНАЯ И КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ

§ 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 прочностью, 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, различаю⁴ щиеся как по коэффициенту концентрации напряжений, так и по геометрической форме; д) собственные остаточные напряжения;

265

е) температура эксплуатации, в некоторых случаях переменная либо в пределах конструкции, либо во времени; ж) среда и поро­ждаемые ею физические и химические процессы на поверхности; з) потоки элементарных частиц излучения; и) время эксплуата­ции.

Помимо перечисленных, так называемых внешних факторов, существует большое число факторов, отражающих реакцию мате­риала на возникшие состояния и протекающие процессы, т. е. то, что принято называть свойствами материалов в широком смысле этого понятия. Свойства материалов и элементов конструкции, в которых они физически воплощены, крайне многообразны: а) упру­гость, характеризуемая модулем упругости Е, и пластическая деформируемость, описываемая диаграммой ; б) прочность,

выражаемая при однократном нагружении пределом текучести, вре­менным сопротивлением, истинным разрушающим напряжением; в) пластичность в виде относительного удлинения и поперечного сужения; г) упрочняемость материала и пластическая неустойчи­вость при растяжении; д) упругая неустойчивость при сжатии; е) сопротивляемость накоплению усталостных повреждений, в том числе у острия трещины; ж) прочность при повторных пластиче­ских нагружениях; з) сопротивление ползучести; и) длительная прочность и пластичность при высоких температурах; к) старение металла под воздействием деформации, температуры, времени; л) сопротивление началу разрушения в присутствии концентрато­ров— надрезов, трещин; м) сопротивление быстрому динамиче­скому распространению трещин; н) стойкость против общей межкри-сталлитной коррозии, а также против коррозионного растрескива­ния; о) сопротивление замедленным разрушениям; п) хладостой-

кость и др.

В конкретных условиях эксплуатации указанные факторы высту­пают в сложном взаимодействии и определяют конструкци­онную прочность изделия, под которой обычно понимают установленную в результате эксплуатации или испытания при конк-

■ ретных свойствах материала, значении и характере действия нагру­зок, температуре, среде, а также технологии изготовления способ­ность конструкции сопротивляться наступлению тех предельных состояний, от которых зависят ее служебные свойства. Разумеется,

. не все факторы в одинаковой мере проявляют себя каждый раз. В простейших случаях работоспособность конструкции зависит лишь от немногих из них. Это позволяет при расчете тех или иных кон­струкций ограничиваться только главными факторами.

Ограничение числа учитываемых в расчете факторов вызывается рядом причин: 1. Недостаточностью современных знаний, необхо­димых для построения универсального расчетного аппарата. 2. Не­разработанностью и сложностью теории, которая бы могла одно-

. временно учесть влияние большинства факторов. 3. Высокой стои-

. мостью и большой продолжительностью испытаний, которые необ­ходимо было бы провести для создания и применения такой теории. 4. Стремлением обеспечить доступность расчетов для лиц> не име-

ющих глубокой научной подготовки в специфических вопросах прочности.

Это приводит к тому, что расчетная прочность обычно не совпа­дает с .конструкционной. Расчетная прочность — это установленная в результате расчета путем использования экспери­ментальных характеристик материала и аппарата теории способ­ность конструкции сопротивляться наступлению тех предельных состояний, от которых зависят ее служебные свойства.

Исторически сложилось так, что первоначально разрабатыва­лись методы расчета, которые принимали во внимание какой-либо один, главный фактор. Большинство современных методов расчета построены именно по такому принципу. Например, расчет на стати­ческую прочность по предельному состоянию наступления теку­чести предусматривает сравнение среднего напряжения с пределом текучести металла без учета концентрации напряжения; расчет на устойчивость рассматривает только потерю устойчивости и т. д. Соединение в одном методе расчета двух или нескольких факторов во взаимодействии между собой — явление довольно редкое даже при современном уровне развития науки о прочности. На примере расчетов на выносливость [44] можно видеть, что при учете такого фактора, как нестационарность характера нагружения, потребо­валась разработка сложных проблем суммирования повреждае­мости, над которыми ученые интенсивно трудятся уже многие годы. Таким образом, одна из основных причин несовпадения расчетной и конструкционной прочности заключается в отсутствии комплекс­ного учета многочисленных, совместно влияющих факторов вслед­ствие сложности построения теории.

Опыт создания и эксплуатации новых конструкций показывает, что второй причиной несовпадения является временное исключение из рассмотрения слабо изученных факторов, которые впоследствии оказываются в ранге основных. Покажем это на примерах. Проблема влияния дефектов на прочность существовала всегда, но она не име­ла той остроты, которая возникла в связи с разработкой новых высокопрочных конструкционных материалов, которые, с одной стороны, могут воспринимать весьма высокие напряжения, а с дру­гой— крайне чувствительны к концентрации напряжений.

На рис. 11.1, а схематично показана зависимость отношения кон­струкционной прочности к временному сопротивлению ма­териала от коэффициента концентрации напряжений или длины эквивалентной трещины (при 0) для невысокопрочного

(1)/и высокопрочного (2) материалов. Отношение эксплуатацион­ного напряжения к показано в виде пунктирной линии. Невы­сокопрочные материалы мало чувствительны к концентраторам. Это предопределяет постоянство при достаточно больших

значениях и что фактически означает допустимость довольно крупных дефектов в виде непроваров, трещин и т. п. Сварные конструкции из невысокопрочных материалов удовлетворительно работают, не обнаруживая отрицательного влияния имеющихся дефектов. Опасные по размерам дефекты могли обнаруживаться

Характеристики

Список файлов книги