Причины хрупких разрушений сварных конструкций

ПРИЧИНЫ ХРУПКИХ РАЗРУШЕНИЙ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ [c.251]

Процессы, происходящие в металле сварных соединений, могут приводить к хрупким разрушениям сварных конструкций. Опыт эксплуатации ответственных металлических конструкций показывает, что изготовление сварных узлов без трещин еще не устраняет опасности разрушения хрупких материалов при работе в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. Причинами разрушений могут быть макроскопические концентраторы напряжений, различного вида несовершенства кристалличе- [c.41]

Предлагаемая книга, построенная на основе исследований, выполненных автором в ЦКТИ, а также данных отечественного и зарубежного опыта, посвящена комплексному рассмотрению проблемы жаропрочности сварных соединений. В ней изложены основные положения теории жаропрочности сварных соединений и методы ее оценки в лабораторных и стендовых условиях. Основное внимание уделено эксплуатации сварных соединений в стационарных установках, где условия работы наиболее сложны. С особой полнотой оценивается вероятность хрупких разрушений сварных конструкций при высоких температурах, являющихся основной причиной их преждевременного выхода из строя. Даны основные положения выбора материала для высокотемпературных сварных конструкций и изложены требования к их расчету. [c.4]

Распространенной причиной начала хрупких разрушений сварных конструкций является усталость металла в зоне концентраторов напряжений. Для сварных конструкций вообще характерны более резкие конструктивные очертания, чем, например, для литых или для конструкций, полученных путем механической обработки. Усталостные трещины, образующиеся в вязком металле, распространяются медленно. При низкой температуре, когда сталь обладает большей хрупкостью, усталостное разрушение, возникшее от концентратора, может распространиться как хрупкое на значительные расстояния. [c.254]

Процессы, происходящие в металле сварных соединений, могут привести к хрупким разрушениям сварных конструкций. Опыт эксплуатации ответственных металлических конструкций показывает, что изготовление сварных узлов без трещин еще не устраняет опасности разрушения хрупких материалов при работе в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. Причинами разрушений могут быть конструктивные недостатки — наличие макроскопических концентраторов напряжений, дефекты сварных соединений — раковины, поры, шлаковые включения, подрезы по краю швов, а также различного вида несовершенства кристаллического строения металлов, микротрещины и полости, роль которых как концентраторов напряжений резко возрастает в условиях эксплуатации. В зависимости от материалов, применяемых в конструкциях, окружающей среды и вида нагружения исходные дефекты могут развиваться в трещины очень медленно или, наоборот, катастрофически быстро. [c.84]

Как отмечалось ранее (п. 8), основной причиной снижения надежности сварных узлов при высоких температурах являются хрупкие разрушения. В конструкциях из теплоустойчивых сталей необходимо обращать внимание прежде всего на вероятность их появления в швах, околошовной зоне и мягкой прослойке зоны [c.192]

Сварка вызывает в изделиях появление напряжений, существующих без приложения внешних сил. Напряжения возникают по ряду причин, прежде всего из-за неравномерного распределения температуры при сварке, что затрудняет расширение и сжатие металла при его нагреве и остывании, так как нагретый участок со всех сторон окружен холодным металлом, размеры которого не изменяются. Вследствие структурных превращений участков металла околошовной зоны, нагретых в процессе сварки выше критических точек, в свариваемых конструкциях возникают структурные напряжения. В отличие от напряжений, действующих на конструкцию во время ее эксплуатации и вызываемых внешними силами, эти напрял ения называют внутренними (собственными) и остаточными сварочными напряжениями. Если значения сварочных напряжений достигнут предела текучести металла, они вызовут изменение размеров и формы, т. е. деформацию изделия. Деформации могут быть временными и остаточными. Если остаточные деформации достигнут заметной величины, они могут привести к неисправимому браку. Остаточные напряжения могут вызвать не только деформацию сварного изделия, но и его разрушение. Особенно сильно проявляется действие этих напряжений в условиях, способствующих хрупкому разрушению сварного соединения, которое происходит в результате неблагоприятного сочетания концентрации напряжений, температуры и остаточных напряжений. Первые два фактора меньше поддаются изменению, чем остаточные напряжения, поэтому применяют ряд мер по предотвращению и снижению сварочных напряжений и деформаций. [c.97]

Очевидно, что сварным конструкциям свойственны те же причины хрупких разрушений, которые наблюдаются в металлоконструкциях вообще. Однако сварка вносит много специфического в хрупкие разрушения и процесс их распространения. [c.251]

Анализ разрушений (аварий) показал, что их основная причина — некачественное выполнение сварных швов как на заводах, так и в монтажных условиях, особенно в узлах, от которых зависит надежность и долговечность всей конструкции. Возможны также и хрупкие разрушения металла, зависящие от отрицательной окружающей температуры, что значительно чаще отмечается в период Первой зимы эксплуатации оборудования в северных и восточных районах страны. [c.135]

При статических нагрузках. Нередко разрушения происходили при относительно невысоких напряжениях, значительно меньших не только предела текучести, но и допустимых величин. Причинами образования хрупких разрушений занимались отечественные и зарубежные научно-исследовательские организации. В большинстве случаев полагают, что условием образования хрупких разрушений в сварных конструкциях является сочетание трех основных факторов. [c.137]

При оценке работоспособности сварных соединений, работающих при высоких температурах, так же как и при комнатной, особое внимание должно быть уделено опасности их хрупких разрушений. Как показал опыт эксплуатации энергетических и других высокотемпературных сварных конструкций, именно проявление подобных разрушений является основной причиной снижения надежности изделий. В большинстве случаев они являлись неожиданными, так как по данным обычных испытаний, принятых [c.69]

При разработке методик испытания образцов особое внимание должно быть уделено выявлению склонности соединений к хрупким разрушениям, являющимся основной причиной снижения их эксплуатационной надежности. Лишь получение с помощью выбранных методов испытаний уверенных данных об этой характеристике позволяет рекомендовать их для оценки работоспособности сварных высокотемпературных конструкций. Все это требует, кроме применения классических методов испытаний, предназначенных в первую очередь для определения характеристик прочности материалов и сварных соединений, вводить и ряд новых методов, предназначенных специально для определения длительной пластичности и вероятности хрупких разрушений. Наиболее перспективным в этих случаях является использование методик, деформирование в которых осуществляется изгибом. [c.108]

Каковы бы ни были причины 475-градусной хрупкости , не следует допускать большого количества первичного феррита (S-фазы) в сварных швах конструкций, работающих при температурах 350—600° С, из-за опасности хрупкого разрушения. Особое внимание в этих случаях должно быть уделено не только ограничению количества 6-фазы, но и выбору системы легирования шва. [c.146]

В хрупком состоянии разрушению не предшествует существенная пластическая деформация. При этом возникают условия для быстрого развития трещин как ранее образовавшихся, так и новых. С быстрым развитием трещин, образованию которых сопутствуют малые пластические деформации, связан механизм хрупкого разрушения. Хрупкое разрушение имеет место в высокопрочных сталях, чугунах, мягких углеродистых сталях, работающих при низких температурах, а также в конструкциях больших габаритных размеров и толщин, в сварных и литых изделиях. Причиной образования хрупкой трещины является местное исчерпание пластичности. В линейной механике разрушения показано, что усилия, приложенные перпендикулярно имеющейся трещине, вызывают на ее концах напряженное состояние, могущее вызвать разрушение при номинальных напряжениях ниже предела текучести [27]. [c.120]

Для правильного выбора марки стали и ее качества (для углеродистых сталей применение спокойной, полуспокойной или кипящей стали) следует учитывать опасность хрупкого разрушения 10.21, 0.57, 2, 3, 5, 6, 13]. Для появления хрупкой трещины определяющими являются обстоятельства, снижающие пластичность, а именно трехосное напряженное состояние (по этой причине наибольшая толщина проката в сварных элементах из малоуглеродистой стали не должна превышать 50 мм, из низколегированной — 40 мм [9 ]), низкие температура и ударная нагрузка. Номинальные разрушающие напряжения при этом могут составлять 0,1—0,8 от предела текучести стали 161. Стали для сварных металлических конструкций кранов должны соответствовать указанным в табл. 1.1.1—1.1.6, где под толщиной проката следует понимать для листов толщину листа, для уголков — толщину полки, для труб — толщину стенки трубы, для швеллеров и двутавров — величину t из соответствующих стандартов, [c.8]

ВОВ. По этой причине в зоне сплавления со стороны металла шва неизбежна прослойка переходного состава (рис. 235). Ее ширина зависит от условий кристаллизации и лежит в пределах 0,2—0,8 мм. В месте расположения прослойки наблюдается возрастающая к границе сплавления разбавленность перлитной (или углеродистой) сталью аустенитного шва и вызванное этим резкое уменьшение концентрации легирующих аустенит элементов (рис. 235). Поэтому в прослойке образуется хрупкий мартенситный участок, который может привести к разрушению зоны сплавления и снижению эксплуатационной надежности сварных конструкций. [c.397]

Необходимо отметить, что в швах сварных конструкций без дефектов разрушение не наблюдается. Это является дополнительным доводом к высказанному положению о том, что не остаточные напряжения являются причиной разрушения, а их сочетание с концентраторами напряжений, при которых состояние сварных конструкций становится хрупким. [c.294]

Имеются примеры, когда при статических нагрузках и отсутствии острых концентраторов успешно работают детали при < С 2,5 3,0 кгс-м/см и, напротив, имеется много примеров, когда конструкции с Сн > 3 кгс м/см работают, неудовлетворительно. Объясняется последнее тем, что в сварных конструкциях обычно имеется достаточно мест, от которых может начаться разрушение. В таких условиях сопротивляемость конструкции хрупкому разрушению зависит главным образом от удельной работы распространения трещины которая может быть весьма малой даже при Он = 3 кгс м/см. По этой причине для конструкций, в которых распространение трещин возможно и при этом создается аварийная ситуация, получили применение методы испытаний, позволяющие определить Ср. Здесь идут по двум путям. Либо применяют методы, позволяющие разделить полную работу а на составляющие и Ар, либо остроту надреза делают такой, чтобы была крайне малой по сравнению с Др, и используют тогда для оценки металла а . К первой группе можно отнести методы Л. С. Лившица и А. С. Рахманова, А. П. Гуляева, В. С. Ивановой [6] и др. Ко второй группе — испытание образцов Шарпи с У-образным надрезом, испытание по методу Б. А. Дроздовского, когда предварительно создают трещину усталости [4], испытание по методу тепловой волны, когда влияние практически устраняют полностью [2]. За исключением материала труб для магистральных трубопроводов предельно допустимая величина Ор пока не регламентирована. При таких неопределенных требованиях к ар по количественному уровню часто считают достаточным найти лишь температурный интервал Т , при котором величина- йр резко снижается от стабильного для данного металла уровня (рис. 1, а). Установлено, что этому резкому снижению Пр соответствует также изменение процента волокнистого излома в сечении разрушенного образца в том же температурном интервале Тх — Га (рис. 1, б). Поэтому можно устанавливать критические температуры изменения Ор по соотношению площади кристалли- ческого и волокнистого изломов в сечении образца. В некоторых рекомендациях критическую температуру определяют при 50% волокна в изломе (рис. 1, б). [c.145]

Очевидно, что предупреждение хрупких разрушений может быть осуществлено устранением причин, их вызывающих. По отношению к сварным конструкциям основными путями повышения их сопротивляемости хрупким разрушениям являются следующие [c.257]

При анализе работоспособности сварных соединений разнородных сталей особого внимания заслуживает зона сплавления основного металла и металла шва, отличных по составу. Разрушения в зоне сплавления, имеющие обычно характер хрупких, являются одной из основных причин снижения эксплуатационной надежности композитных сварных конструкций. [c.144]

Опыт эксплуатации ответственных металлических конструкций показывает, что изготовление сварных узлов без трещин еще не устраняет опасности разрушения хрупких материалов при работе в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. Причинами разрушений могут быть конструктивные недостатки — наличие макроскопических концентраторов напряжений, дефекты сварных соединений — раковины, поры, шлаковые включения, подрезы по краю швов, а также различного вида несовершенства кристаллического строения металлов, например скопления дислокаций и вакансий, микротрещины и полости, роль которых как концентраторов напряжений резко возрастает в условиях эксплуатации. [c.175]

Пластичность металла, оцениваемая по удлинению образцов до разрушения, существенно зависит от характера разрушения (рис. 6.4, б). При вязком разрушении происходит монотонное уменьшение пластичности по мере увеличения времени до разрушения. При переходе от вязкого разрушения к хрупкому межзеренному (4, 4) пластичность резко снижается. Разрушения конструкций, в том числе и сварных, при высоких температурах, как правило, происходят без заметной пластической деформации, т. е. хрупко. Изучение причин хрупкости по результатам испытаний на длительную прочность требует большого времени и затруднено разбросом значений пластической деформации. Более стабильные результаты по высокотемпературной пластичности могут быть получены за сравнительно короткие промежутки времени при испытаниях с постоянной скоростью деформации, обеспечиваемой равномерным перемещением захватов машины. Установлены закономерности изменения пластичности при высоких температурах. При [c.178]

Сигма-фаза, как будет показано ниже, вызывает резкое снижение пластических свойств аустенитных сварных швов и может явиться причиной хрупкого разрушения сварных конструкций из жаропрочных и окалиностойких сталей. Известен случай преждевременного выхода из строя трубчатки пиролизной печи одного из отечественных заводов синтетического каучука, изготовленной из стали типа 25-20. В сварных швах этой трубчатки, подвергавшихся наклепу в процессе изготовления, в результате нагрева при 800—870° С образовалось огромное количество а-фазы. Вследствие появления 0-фазы пластичность швов, особенно ударная вязкость, резко снизилась (от 16,0 до 2,0 кГ-м1см ), и после 3000 ч работы швы хрупко разрушились. Из литературы известны случаи аналогичных аварий сварных конструкций за рубежом, вызванных сигматизацией металла шва. [c.143]

Образование хрупких трещин после предварительного циклического нагружения наблюдалось в сварных конструкциях подвижного состава, причем возникавшие при эксплуатации динамические нагрузки способствовали более раннему переходу трещин циклического нагружения в хрупкие. Аналогичными оказываются причины хрупкого разрушения элементов металлургического оборудования (станины прессов, свариваемые электрошлаковым способом, с толщиной S стенок до 160 м.м, валки мощных прокатных станов диаметром 200-500 мм и более, цилин-дрь[ мощных ковочных молотов с толщинами S стенок 200-350 мм). В результате влияния абсолютных размеров при хрупком разрушении температуры Г стенок при разрушениях были -1-10 - -Н40 С и выше. Номинальные напряжения от внешних нагрузок при этом состав тяли (0,] -0,3)сТт , а теоретические коэф- [c.73]

За последние десятилетия часто встречались случаи хрупкого разрушения стальных деталей манп1н, конструкций и оборудования при нагрузках, рассматриваемых как статические, и сравнительно высокой пластичности материала при испытании образцов на растяжение. Необходимость исследования причин таких разрушений сделалась особенно настоятельной в связи со случаяли внезапного хрупкого разрушения сварных корпусов судов большого тоннажа, сварных мостов и крупных сосудов, работающих под давлением. [c.26]

Экспериментальные исследования и анализ хрупких разрушений элементов конструкций показывают, что критическая температура хрупкости для них обычно бывает выше, чем получается на основании результатов определения ударной вязкости надрезанных образцов из используемого материала. Причиной этого является, с одной стороны, то, что характеристики материала реальной конструкции больших размеров с большой толщиной стенок отличаются от характеристик материала термически обработанных образцов малых размеров. С другой стороны, очагом разрушения конструкции обычно является сварное соединение, причем неоднородность материала в зоне соединения, высокий уровень остаточных напряжений и наличие дефектов сварки обычно вызывают повьинение критической температуры хрупкости. В связи с этим более высокая рабочая температура конструкции по сравнению с критической температурой хрупкости, определенной по данным испытаний ударной вязкости надрезанных образцов, еще не гарантирует от возмож1юсти хрупкого разрушения [c.289]

Форма сварных соединений в случае вязкого состояния металла и отсутствия дефектов, как правило, при однократном нагружении не является причиной разрушения сварных конструкций при средних напряжениях, меньше расчетных или близких к ним. При хрупком или полухрупком состоянии металла неудачная форма сварных соединений может оказаться достаточной причиной, чтобы произошло разрушение из-за концентрации напряжений. Опасность тех или иных конструктивных х )орм зависит от степени охрудчива- [c.169]

Одной из основных причин снижения эксплуатационной надежности разнородных сварных соединений является хрупкое разрушение в зоне сплавления. Для предупреждения этого явления рекомендуется применять сварочные материалы с повышенным запасом аустенитности, лучше всего электроды на никелевой основе. Образование и развитие в зоне сплавления переходных прослоек, появляюш,ихся в результате диффузии углерода из малолегированного основного металла в аустенитный шов при сварке, термообработке и эксплуатации конструкции в условиях высоких температур, также может способствовать снижению прочности разнородных соединений. Переходные прослойки в виде обезуглероженной зоны крупных зерен феррита со стороны малолегированного металла и высокотвердой прослойки со стороны аустенитного шва образуются, начиная с температуры 420— 450° С и наибольшей толщины достигают во время выдержки при температуре 800—850° С. [c.151]

Сварные узлы, выполненные без трещин, могут подвергаться хрупкому разрушению при работе конструкции в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. Причинами разрушений могут быть конструктивные недостатки — наличие макроскопических концентраторов напряжений и дефекты сварных соединений — раковины, поры, шлаковые включения, подрезы по краю швов, существенное изменение структуры металла в результате сварочного тепла и возникновения остаточных напряжений. Склонность материалов к хрупкому разрушению оценивают путем испытаний различных видов. [c.50]

Практическое применение характеристик трещиностойкости сталей проил люстрировано на примере их использования при анализе причин хрупких аварийных разрушений конструкций, а также при разработке Метода расчета на циклическую долговечность металлических конструкций (сварных и несварных). [c.355]

ЯЬляется значительно более высокой, чем для элементов из стали марки М16С [18]. При этом было также установлено, что основными причинами появления хрупких разрушений в элементах сварных конструкций являются концентрация напряжений, создаваемая в местах резкого изменения сечения, и низкая температура. Наличие [c.68]

Одна из основных трудностей при сварке аустенитных сталей с перлитными обусловлена образованием хрупких кристаллизационных прослоек со стороны перлитных сталей, как правило, со структурой мартенсита. Резко отличаясь своими свойствами от свариваемых сталей, эти прослойки могут оказаться причиной образования трещин в сварных швах и в сварных соединениях, а также причиной преждевременного разрушения конструкции. Как правило, такие прослойки возникают при использовании для сварки электродов, обеспечивающих низкий запас аустенитности металла сварного шва (электроды типа ЭА-1). Для сведения к минимуму количества таких прослоек необходимо использовать электроды с ббльшим запасом аустенитности (ЭА-2, ЭА-2Г6, ЭА-ЗМ6 и др.). При этом кристаллизационные прослойки, если и имеют место, то весьма огра- [c.473]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...