Повышение технологической и эксплуатационной прочности сварных конструкций северного исполнения из низколегированных сталей

• Автор: Слепцов, Олег Ивкентьевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 376 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. Технологические аспекты создания сварных конструкций северного исполнения.
1.1 .Причины преждевременных разрушений сварных соединений
при низких температурах
1.2.Механизм образования холодных трещин в сварных соединениях
1.3.Анализ состояния исследований по технологическим аспектам повышения прочности сварных соединений
1.4.Цели и задачи исследований
Глава И. Технологическая прочность сварных соединений при низких температурах.
2.1. Методы оценки технологической прочности сварных соединений
2.2. Закономерности и природа образования холодных трещин в сварных соединениях при низких температурах
2.3. Влияние водорода на технологическую прочность сварных соединений
Выводы по Г лаве И
Глава III. Основные аспекты обеспечения технологической прочности сварных соединений.
3.1. Разработка критериев оценки технологической прочности сварных соединений
3.2. Исследование основных закономерностей протекания тепловых процессов при сварке в условиях низких температур
3.3. Обеспечение технологической прочности сварных соединений при низких температурах
Выводы по Г лаве III
Глава IV. Повышение сопротивления разрушению сварных соединений северного исполнения.
4.1. Влияние технологии сварки и обработки на остаточные напряжения в
сварных соединениях
4.2. Повышение сопротивляемости образованию ХТ и ЗР сварных соединений
4.3. Разработка технологии повышения сопротивления разрушению сварных соединений северного исполнения
Выводы по Г лаве IV
Глава V. Разработка основных положений технологии сварки конструкций северного исполнения.
5.1. Выбор рациональных условий сварки и упрочнения
5.2. Разработка методов диагностики образования трещин и повышение технологической прочности сварных соединений
5.3. Повышение эксплутационной прочности сварных соединений при низких температурах
Выводы по Главе V
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Как показывает статистика и анализ отказов техники и аварий сварных металлоконструкций в условиях Российского Севера, наиболее опасными и убыточными являются отказы и аварии, связанные с разрушением их ответственных элементов в условиях низких климатических температур. Такие разрушения происходят вследствие случайного сочетания ряда неблагоприятных причин, лишь в исключительных случаях - по единственной причине. Эти причины могут носить металлургический, конструктивный, технологический или эксплуатационный характер.
Рассмотрение проблемы низкотемпературной прочности сварных соединений проводилось в следующих направлениях: анализ факторов, определяющих несущую способность сварных узлов в условиях низких температур; оценки основных факторов, определяющих низкотемпературную прочность сварных металлоконструкций; разработка требований и технологий сварки, которым должны удовлетворять сварные соединения в северном исполнении; обоснование выбора метода и технологии после сварочной обработки.
В диссертации с единых методологических позиций обобщены современные методы оценки свариваемости сталей, представления о природе образования и закономерностях развития холодных трещин. С использованием расчетных и экспериментальных методов оценки технологической прочности сварных соединений исследованы закономерности образования холодных трещин, уточнен механизм этого явления и разработаны методы и критерии выбора технологии сварки при низких климатических температурах. В результате исследований установлено, что оптимизация технологии сварки - эффективный путь предотвращения холодных трещин. Показано, что наряду с рациональным выбором материалов и технологий сварки, совершенствованием конструктивного оформления целесообразно применять методы повышения прочности сварных соединений. Предложен комплексный подход к восстановлению несущей способности сварных металлоконструкций, сочетающий ремонтную сварку с последующей упрочняющей обработкой.
Анализ причин разрушений и аварий сварных конструкций с учетом влияния конструктивных, технологических, металлургических и эксплуатационных факторов позволило выявить связь природы отказов с физическими механизмами разрушения хладноломкостью, усталостью и замедленным разрушением. Высокая надежность сварных соединений конструкций закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и реализуется при эксплуатации. Накопление опыта проектирования, изготовления и эксплуатации сварных конструкций при низких температурах показывает,

1.3. Анализ состояния исследований по технологическим аспектам повышения прочности сварных соединений
Анализ позволяет выделить основные факторы низкотемпературной прочности конструкций феноменологических и структурных концепций вязкохрупкого перехода металлов при низких температурах. Гипотезы о природе вязкохрупкого перехода в кристаллических материалах при понижении температуры берут начало со схемы, предложенной А.Ф.Иоффе [71]. Согласно этой схеме, существует критическая температура хрупкости, при которой величины предела текучести и хрупкой прочности материала становятся равными. Ниже критической температуры материал разрушается хрупко, выше, вязко. Причем хрупкое разрушение связано с наличием поверхностных дефектов.
В облас ти вязкого разрушения образцы после пластического деформирования разрушались при напряжениях, превышающих их хрупкую прочность. П.Людвиг, рассматривая влияние скорости нагружения, заметил, что с ее увеличением уменьшается предельная пластическая деформация [324]. Если образцы нагружать с высокой скоростью и тем самым подавлять развитие пластических деформаций, то уровень разрушающих напряжений снижается до уровня хрупкой прочности. Этот факт впоследствии нашел свое отражение в схеме
Н.Н.Давиденкова, в соответствии с которой сопротивление хрупкому отрыву возрастает с увеличением степени пластических деформаций и хрупкий отрыв сменяется вязким разрушением [52].
Пластические деформации происходит под действием касательных напряжений, а хрупкий отрыв растягивающих [258]. Условие пластического течения удовлетворительно описывается критериями: Губера-Мизеса-Генки (сг,. = <гт ) и максимальных касательных напряжений (гш = гт), а условие хрупкого разрушения - первой теорией прочности <т, = 5ОТР[195]. Г.В.Ужик определил сопротивление отрыву 50ТР как среднюю величину сил сцепления по сечению образца, которая так же, как предел текучести, является характеристикой среднего сопротивления сдвигу поликристаллов для всего образца [250]. Критерии хрупкого разрушения от приводит в следующем виде. Хрупкий отрыв без пластической деформации: а. < сгт,(г1 = £0Тр. Хрупкий отрыв после пластической
деформации: <т > сгт, сг1 — £ОТРе где, £0ТРе - сопротивление отрыву после пластической деформации.