←предыдущая следующая→
1 2
Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина
Кафедра сварки и защиты от коррозии
Курсовая работа на тему:
Влияние низких температур на работоспособность сварных соединений
Выполнил: студент группы МС-96-3
Игнатов Виталий Викторович
Проверил:
д.т.н. Зорин Евгений Евгеньевич
Москва
1999г.
Свойства низкоуглеродистых и низколегированных сталей, а также сварных соедине-ний из них наиболее заметно изменяются при понижении температуры. При испытании гладких образцов из этих сталей пределы текучести, прочности и выносливости повышаются, а относи-тельное удлинение и поперечное сужение понижаются.
Для служебных характеристик сварных соединений и элементов сварных конструкций решающим является их способность сопротивляться хрупким разрушениям. Поэтому вопросы хладостойкости принято рассматривать в тесной связи с хрупкостью металлов. При переходе от вязкого разрушения металла к хрупкому изменяются внешний вид поверхности излома, глубина пластически деформированного слоя металла от поверхности разрушения и как следствие работа пластической деформации металла.
Рис. 1
Изменение площади разрушения с волокнистым характером разрушения (а)
и работы разрушения металла при быстром динамическом распространении
трещины в зависимости от температуры испытания.
В некотором достаточно узком интервале температур, разном для разных металлов, доля площади В разрушения с волокнистым характером разрушения изменяется от 100% до ну-левой величины, уступая место хрупкому кристаллическому излому, и понижается работа Gд раз-рушения металла при быстром динамическом распространении трещины. Температуру, при ко-торой поверхность разрушения имеет 50% хрупких участков и 50% вязких, принято называть первой критической температурой Ткр1. При испытании крупных образцов и динамическом при-ложении нагрузок Ткр1 несколько смещается вправо, а при испытании более мелких образцов и статическом приложении нагрузок - влево, в область более низких температур. Смещение Ткр1 обычно невелико ( в пределах 10-20ºС ). Положение Ткр1 зависит от химического состава, спосо-ба производства и термической обработки стали, а также других факторов. Чем Ткр1 стали ниже, тем более широко эту сталь можно применять для изготовления сварных конструкций различно-го назначения. Положение Ткр1 указывает лишь на область перехода от вязкого разрушения к хрупкому, но не характеризует количественно способность металла сопротивляться разрушению при быстром распространении трещины. Количественной характеристикой является величина Gд кгс∙м/см2, чем больше она, тем меньше вероятность разрушения.
Для оценки свойств сварных соединений и элементов сварных конструкций при пони-женных температурах применяют многочисленные методы и критерии. Критерии и методы ис-пытаний могут быть классифицированы по многим признакам, в частности, различают методы, с помощью которых определяется способность металла сопротивляться началу разрушения, и ме-тоды, с помощью которых оценивают свойства металла в процессе распространения трещины. Критерии классифицируют также по роду регистрируемой величины, разделяя, например, их на критерии, связанные с напряжениями деформацией, перемещением и затраченной энергией.
Рис. 2
Зависимость предела текучести т, среднего разрушающего напряжения р
и процента волокнистости излома В от температуры.
Наиболее распространена оценка сварных соединений и элементов сварных конструк-ций по разрушающей силе Рр или среднему разрушающему напряжению р. С их помощью мож-но выявить так называемую вторую критическую температуру Ткр2. При Ткр2 среднее разрушаю-щее напряжение испытываемого элемента становится равным пределу текучести металла т при соответствующей температуре.
Положение Ткр2 зависит от многих факторов. Чем выше концентрация напряжений, скорость приложения нагрузки, остаточные напряжения, уровень сварочной пластической де-формации, содержание газов и вредных примесей в шве, скорость охлаждения при сварке, при-водящая к закалке, крупнее зерно и больше сечение испытываемого элемента, а также хуже за-щита металла при сварке, тем правее располагается Ткр2, смещаясь в сторону положительных температур. При крайне неблагоприятных сочетаниях отрицательных факторов в ограниченной области сварного соединения свойства металла существенно ухудшаются, при этом Ткр2 может оказаться даже правее Ткр1.
Преимуществом испытания для определения р является его простота. Недостаток со-стоит в том, что, проводя испытания конструкционного элемента при конкретной температуре Т выше Ткр2 и получая коэффициент запаса прочности n=р/т>1, нельзя судить о запасе пластич-ности и о возможности наступления хрупкого разрушения. Это объясняется тем, что на диаграм-ме в координатах напряжение - средняя деформация ср. в опасном сечении при изменении кон-центрации напряжений, свойств металла и т. п. Точка разрушения D смещается в основном по горизонтали, в то время, как средняя разрушающая деформация ср.р изменяется существенно.
Рис. 3
Диаграмма зависимости среднего напряжения от средней деформации ср.
Большое развитие получила механика разрушения. Одним из основных понятий в ме-ханике разрушения является коэффициент К интенсивности напряжений. Он характеризует на-пряженное состояние вблизи конца трещины, находящейся в нагруженном элементе. В момент начала продвижения конца трещины при механических испытаниях материала регистрируется критический коэффициент интенсивности напряжений КIc или Кс , который является характери-стикой материала и служит для оценки его способности сопротивляться началу движения тре-щины при статической или ударной нагрузке в зависимости от условий проведения испытаний.
Также большое значение для оценки свойств сварных соединений и основного металла имеют энергетические критерии. Для определения свойств металла околошовных зон и шва ши-роко применяют испытания на ударный и статический изгиб призматических образцов с получе-нием диаграммы Р( сила ) - f(прогиб образца ). Диаграмма ( рис. а )имеет линейный упругий уча-сток ОА, Участок изгиба образца АВ до появления в надрезе трещины или до начала ее движе-ния, если трещина создана заранее, и участок ВС, если трещина распространяется по поперечно-му сечению образца.
Рис. 4
Характер диаграмм Р - f при вязком (а) и хрупком (б) распространении трещины
Площадь фигуры ОАВD представляет собой работу пластической деформации образца на стадии до начала движения трещины, площадь DВЕ - накопленную энергию упругой дефор-мации, площадь DBCF является работой пластической деформации образца во время продвиже-ния трещины. При хрупком распространении трещины ( рис. б ) удается определить только ра-боту пластической деформации изгиба - площадь OABD. Вертикальный участок диаграммы по линии ВЕ указывает лишь на то, что работа, истраченная на распространение трещины, меньше величины энергии упругой деформации, выражаемой площадью DBE, но какова она в действи-тельности, установить невозможно.
Современные способы сварки и применяемые сварочные материалы обеспечивают по-лучение наплавленного металла, не уступающего по хладостойкости основному металлу анало-гичного химического состава, а в некоторых случаях даже превосходящего по своим свойствам основной металл. Однако при сварке имеется ряд факторов, таких как условия производства сва-рочных работ, качество сварочных материалов, защита расплавленного металла, термомеханиче-ское воздействие сварки на металл, геометрическая форма соединений и другие, недостаточное внимание к которым может привести к резкому ухудшению свойств металла и снижению хладо-стойкости сварных конструкций.
Влияние сварки на свойства сварных соединений, эксплуатируемых при резких темпе-ратурах, многообразно, оно может
←предыдущая следующая→
1 2