Реферат: Влияние температуры окружающей среды на свойства сварного шва

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 соединений из них наиболее заметно изменяются при понижении температуры. При испытании гладких образцов из этих сталей пределы текучести, прочности и выносливости повышаются, а относительное 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 нулевой величины, уступая место хрупкому кристаллическому излому, и понижается работа G_д разрушения металла при быстром динамическом распространении трещины. Температуру, при которой поверхность разрушения имеет 50% хрупких участков и 50% вязких, принято называть первой критической температурой Т_кр1 . При испытании крупных образцов и динамическом приложении нагрузок Т_кр1 несколько смещается вправо, а при испытании более мелких образцов и статическом приложении нагрузок - влево, в область более низких температур. Смещение Т_кр1 обычно невелико ( в пределах 10-20ºС ). Положение Т_кр1 зависит от химического состава, способа производства и термической обработки стали, а также других факторов. Чем Т_кр1 стали ниже, тем более широко эту сталь можно применять для изготовления сварных конструкций различного назначения. Положение Т_кр1 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 G_д кгс∙м/см² , чем больше она, тем меньше вероятность разрушения.

Для оценки свойств сварных соединений и элементов сварных конструкций при пониженных температурах применяют многочисленные методы и критерии. Критерии и методы испытаний могут быть классифицированы по многим признакам, в частности, различают методы, с помощью которых определяется способность металла сопротивляться началу разрушения, и методы, 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 s_т , среднего разрушающего напряжения s_р

и процента волокнистости излома В от температуры.

Наиболее распространена оценка сварных соединений и элементов сварных конструкций по разрушающей силе Р_р или среднему разрушающему напряжению s_р . С их помощью можно выявить так называемую вторую критическую температуру Т_кр2 . При Т_кр2 среднее разрушающее напряжение испытываемого элемента становится равным пределу текучести металла s_т при соответствующей температуре.

Положение Т_кр2 зависит от многих факторов. Чем выше концентрация напряжений, скорость приложения нагрузки, остаточные напряжения, уровень сварочной пластической деформации, содержание газов и вредных примесей в шве, скорость охлаждения при сварке, приводящая к закалке, крупнее зерно и больше сечение испытываемого элемента, а также хуже защита металла при сварке, тем правее располагается Т_кр2 , смещаясь в сторону положительных температур. При крайне неблагоприятных сочетаниях отрицательных факторов в ограниченной области сварного соединения свойства металла существенно ухудшаются, при этом Т_кр2 может оказаться даже правее Т_кр1 .

Преимуществом испытания для определения s_р является его простота. Недостаток состоит в том, что, проводя испытания конструкционного элемента при конкретной температуре Т выше Т_кр2 и получая коэффициент запаса прочности n_s =s_р /s_т >1, нельзя судить о запасе пластичности и о возможности наступления хрупкого разрушения. Это объясняется тем, что на диаграмме в координатах напряжение - средняя деформация e_ср. в опасном сечении при изменении концентрации напряжений, свойств металла и т. п. Точка разрушения D смещается в основном по горизонтали, в то время, как средняя разрушающая деформация e_ср.р изменяется существенно.

Рис. 3

Диаграмма зависимости среднего напряжения s от средней деформации e_ср .

Большое развитие получила механика разрушения. Одним из основных понятий в механике разрушения является коэффициент К интенсивности напряжений. Он характеризует напряженное состояние вблизи конца трещины, находящейся в нагруженном элементе. В момент начала продвижения конца трещины при механических испытаниях материала регистрируется критический коэффициент интенсивности напряжений К_Ic или К_с , который является характеристикой материала и служит для оценки его способности сопротивляться началу движения трещины 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 широко применяют испытания на ударный и статический изгиб призматических образцов с получением диаграммы Р( сила ) - f(прогиб образца ). Диаграмма ( рис. а )имеет линейный упругий участок ОА, Участок изгиба образца АВ до появления в надрезе трещины или до начала ее движения, если трещина создана заранее, и участок ВС, если трещина распространяется по поперечному сечению образца.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--