|
| |
|
Слаботочка Книги териалы, которые при оптимальных режимах сварки и последующей термической сработке 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, отсутстЁие 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 во времени при постоянных напряжениях называют ползучестью металла, а изменение напряжений во времени при постоянных деформациях - простой релаксацией или релаксацией. У большинства конструкционных металлов при нагревании до температур (0,4 0,5) Гп , (где Т„„ выражена в К) процесс ползучести 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 de/d уменьшается. На второй, установившейся, стадии процесс протекает с минимальной скоростью. На третьей стадии скорость пластической деформации возрастает и наступает разрушение. При невысоких температурах и малых напряжениях вторая и третья стадии могут отсутствовать. При высоких температурах и напряжениях первая стадия может непосредственно перейти в третью и кривая будет иметь вид. аналогичный кривой с а = 200 МПа. В эксплуатационных условиях наибольший интерес представляют вторая (когда недопустимы существенные изменения размеров деталей) и третья стадии ползучести, связанные с разрушением. Так как вторая стадия обычно продолжается намного больше, чем первая, деформацию ползучести оценивают, как правило, по второй стадии. С ростом напряжения и температуры возрастает скорость ползучести. Многие экспериментальные данные хорошо описываются зависимостью erain = a«, (6.1) где emin - скорость пластической деформации de/d на второй стадии; пм k - постоянные коэффициенты, зависящие от температуры и состава металла; а-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 k м п 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„.  Рис. 6.1. Кривые ползучести стали ЭИ756 при температуре 600 °С который может определяться двояко. Для машин и установок с малой общей длительностью работы - не более сотен часов - за предел ползучести 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, учиты- вают деформации на уста- новившейся стадии. Пределом ползучести в этом случае является напряжение, при котором скорость деформации соответствует установленной техническими условиями. Для деталей стационарных энергетических установок скорость деформации обычно принимают 1 % за 10* ч (или примерно 11,5 года) и предел ползучести обозначают как аг,„5, где Т - температура испытания,°С. Испытания обычно проводят в течение 2-10 - б-Юч при заданной температуре и разных (обычно трех) уровнях напряжений. Затем, используя формулу (6.1), откладывают результаты испытаний на графике Ig а - Ig ётш и экстраполируют прямую в точку установленной скорости деформации, например 10 * %/ч, для получения (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. 6.4, 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 при 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 t = Аа"", (6.2) 300 200 15 50
10- 10- 5-Ю-Ч, Рис. 6 2. Зависимости между напряжением а и минимальной скоростью пластической деформации ё для стали 60X16М2А 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [57] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 |