ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методы оценки сопротивляемости сварных соединений разрушению в агрессивных средах в напряженном состоянии из "Прочность сварных конструкций в агрессивных средах" Испытания при внешнем нагружении могут быть статическими, повторно-статическими и циклическими. [c.49] По виду напряженного состояния испытания могут быть одноосными и двухосными и создаваться за счет растяжения, изгиба, кручения. При испытаниях в напряженном состоянии используют образцы с гладкой поверхностью и с концентраторами напряжений в виде искусственного надреза, заранее созданной трещины, естественного технологического или конструктивного концентратора. [c.50] Методики испытаний в напряженном состоянии с учетом особенностей сварных соединений должны отвечать следующим требованиям а) воспроизводить в сварных соединениях напряженное состояние, которое по величине, знаку, жесткости схемы, распределению напряжений, цикличности нагружения соответствует сварным соединениям исследуемых типов конструкций б) обеспечивать возможность исследования влияния материала, конструктивных форм, технологии изготовления и других факторов на долговечность сварных соединений в условиях коррозии под напряжением в) обладать относительной простотой и обеспечивать экспериментальное и аналитическое определения напряженного состояния в сварных образцах. [c.50] Испытания первого вида (например, трубных узлов, макетов-сосудов), несмотря на воспроизведение напряженного состояния, характерного для реальной конструкции, имеют существенные недостатки в связи с металлоемкостью, трудоемкостью испытаний и трудностью определения упругопластического состояния. [c.51] Из известных методов испытаний второго вида отметим следующие испытания плоских пластин с продольными, крестовыми и круговыми швами [72, 73] трубчатых образцов с кольцевыми и продольными швами (ВНИИХиммаш), дисковых образцов с круговыми швами [54]. [c.51] В сварных соединениях оболочковых конструкций, емкостей и трубопроводов возникает преимущественно двухосное поле напряжений с разной жесткостью схемы напряжений в зависимости от тина сварных соединений с продольными стыковыми швами, с кольцевыми швами, с круговыми швами (вварка патрубков, штуцеров), с крестовыми швами, с параллельными швами. На большой группе материалов (стали, алюминиевые, титановые, циркониевые сплавы) исследовались и анализировались остаточные сварочные напряжения и пластические деформации в сварных соединениях перечисленного типа. Сопоставление скорости коррозионного растрескивания рассмотренного типа сварных соединений на образцах, изготовленных из стали 12Х18Н10Т, показало, что при наличии двухосной схемы напряжений времена до растрескивания близки между собой (рис. 13). Исходя из простоты и минимально возможных размеров образцов и из лучшей возможности экспериментального и аналитического определения упругопластического состояния, характерного для реальных соединений, наиболее приемлемы образцы с круговым швом. [c.51] Основные типы образцов с круговым швом приведены в табл. 12. [c.51] Если не ставятся специальные задачи например, оценка стойкости против коррозионного растрескивания сварных соединений разнородных сталей и сплавов (материалы вставки и кольца различны) изучение влияния зазора на растрескивание и др, то с точки зрения изготовления и анализа упругопластического состояния наиболее приемлемы образцы с бв/бо=1 с проплавлением или заплавкой круговой канавки по диаметру шва. [c.53] При малых диаметрах шва разогретый металл деформируется в условиях большего стеснения по сравнению со швами значительных диаметров, что приводит к образованию в первом случае более жесткого напряженного состояния. Возникает двухосное напряженное состояние с двумя главными компонентами остаточных напряжений и пластических деформаций тангенциальными ае, еэ и радиальными Ог, Ег- При изменении диаметра шва схема напряжений остается двухосной, однако величина н даже знак напряжений изменяются. При малых диаметрах в круговом шве и при-легаюшей зоне возникает весьма жесткое поле остаточных напряжений с растягивающими компонентами напряжений, которые для сталей могут превышать предел текучести, причем пиковые значения напряжений в круговых швах малого диаметра больше пиковых значений в прямолинейных швах. Увеличение диаметра шва уменьшает радиальную и тангенциальную составляющие напряжений, так как условия формирования кругового шва приближаются к условиям формирования продольного шва. [c.55] Поле пластических деформаций в круговых швах характеризуется резким градиентом деформаций, имеющих положительный либо отрицательный знак. Градиент пластических деформаций наибольший в образцах с малым диаметром сварного шва. Зоны максимальных остаточных пластических деформаций удлинения смещены по сравнению с остаточными упругими деформациями растяжения и лежат в зоне, нагреваемой до 500—900° С. Следует заметить, что поле упругопластических деформаций зависит от жесткости различных элементов образца и градиента температурного поля. Величина радиальных деформаций удлинения достигает гг 2%. Пиковые значения тангенциальной деформации ев меньше. [c.55] При коррозионном растрескивании, вызванном остаточными сварочными напряжениями, основной источник энергии разрушения— упругая потенциальная энергия остаточных напряжений Поэтому образцы для испытаний на коррозионное растрескивание должны обладать достаточным запасом потенциальной энергии для активного развития трещин. В связи с изложенным оценивался запас потенциальной энергии в дисковом образце с круговым швом (табл. 13). Расчет производился по аналитическим зависимостям величины и распределения напряжений с использованием известных выражений для удельной потенциальной энергии [2]. [c.55] Наряду с оценкой стойкости против коррозионного разрушения разработанные образцы могут быть использованы для оценки стойкости сварных соединений против замедленных разрушений без воздействия коррозионных сред. [c.57] Напряженное состояние в штуцерных сварных соединениях при диаметре штуцера, значительно меньшем диаметра трубы ( )ш-С,Отр), практически не отличается от напряженного состояния при вварке штуцеров в плоские элементы и емкости. В случае врезки в равнопроходном тройнике возникает весьма сложное напряженное состояние в связи с кривизной свариваемых частей тройника и объемной кривизной сварного шва. [c.58] Из проведенного краткого анализа напряженного состояния в сварных соединениях трубопроводов можно сделать заключения, приведенные ниже. [c.58] Применительно к трубопроводам большого диаметра, а также к штуцерным соединениям трубопроводов полностью приемлемы образцы с круговыми швами, разработанные для емкостных конструкций типа сосудов. Применительно к остальным случаям также можно воспользоваться методикой испытаний дисковых образцов с круговыми швами, однако для учета специфики напряженного состояния целесообразна разработка специальных образцов. При этом применение образцов из труб малого диаметра с большой толщиной стенок целесообразно лишь для условий, когда коррозионная среда находится со стороны поверхности трубы, т. е. в зоне растягивающих напряжений. Более универсальны и приемлемы сварные образцы из тонкостенных труб малого диаметра (типа образцов ВНИИХиммаш), но с достаточной жесткостью, с незначительным проявлением корсетного и изгибного эффектов, с общей длиной образца для устранения краевого эффекта 1 20. [c.58] Трубчатые образцы испытывают методом погружения и методом наполнения коррозионной средой в последнем случае образцы имеют заглушки. Наряду с использованием образцов, применительно к сложным узлам трубопроводов (равно- и неравнопроходные тройники, трубные решетки) можно рекомендовать испытания имитационных и натурных узлов (см. табл. 11). [c.58] Хотя испытания прп одноосном нагружении внешней нагрузкой — основной вид испытаний для оценки стойкости материалов против коррозионного растрескивания, их следует рассматривать прежде всего как сравнительные, поскольку они не полностью воспроизводят напряженное состояние оболочковых конструкций. Эти испытания успешно могут быть использованы для сравнительной оценки материалов, оценки влияния различных факторов неоднородности сварных соединений, при исследовании механизмов ра.Зг рушения в напряженном состоянии. [c.59] Одноосные испытания проводятся при нагружениях трех видов изгибе, растяжении и кручении при постоянной нагрузке или постоянной деформации [25, 43]. [c.59] Испытания при постоянной общей деформации. При этих испытаниях статические растягивающие напряжения в образцах создаются путем заданной начальной деформации изгибом или растяжением. Испытания при одноосном изгибе с постоянной общей деформацией проводят при напряжениях (во внешних волокнах), меньших предела текучести, обычно а = 0,7-ь0,9 Ох, и больших предела текучести (петлевые и подковообразные образцы). Образцы второго типа более чувствительны к растрескиванию в связи с наличием в них, наряду с упругой (напряжения), пластической деформации. Однако напряженное состояние в таких образцах весьма сложно и неопределенно, поэтому испытания с их использованием следует рассматривать как относительно грубый, сравнительный экспресс-метод. Для сварных соединений эти способы применять нецелесообразно, так как при деформации образцов (в связи с неоднородностью прочностных и деформационных свойств в различных зонах сварного соединения) неизбежно неоднородное нагружение сварного соединения и еще большая по сравнению с основным металлом неопределенность напряженного состояния Для испытаний сварных соединений широко используют образцы в виде скоб [43] (рис. 16). Изменяя стрелу прогиба, можно создавать различные начальные напряжения. [c.59] Вернуться к основной статье