Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Сварка, резка и пайка металлов -> Сварка титана -> Малоцикловая усталость сварных соединений титана -> Малоцикловая усталость сварных соединений титана

Малоцикловая усталость сварных соединений титана

Оглавление статьи Страницы статьи:  1  2  3 

Влияние дефектов на МЦУ сварных соединений. Для сварных соединений высокопрочных титановых сплавов при циклических нагрузках опасны следующие дефекты: газовые поры, боковые (по границе шва) и межслойные несплавления, а также непровар в корне шва. Все указанные дефекты под действием внешних сил в большей или меньшей степени являются концентраторами напряжений, увеличивая чувствительность швов к развитию трещин.

При статических нагрузках воздействие дефектов на несущую способность швов в основном зависит от отношения суммарной площади дефектов к площади сечения шва. При этом снижение прочности пропорционально площади дефектов и, как правило, невелико. В процессе действия малоцикловых нагрузок даже единичные поры могут значительно уменьшить долговечность соединений за счет значительного изменения поля напряжений. Коэффициент концентрации напряжений aв при этом зависит не только от величины, но и от места расположения дефекта по отношению к поверхности сварного шва и соседнему дефекту.

Неблагоприятное воздействие увеличения градиента напряжений в зоне дефекта связано также с возможностью сегрегации и усиленного проникновения водорода в наиболее деформированные и напряженные области металла шва, что особенно опасно для высокопрочных сплавов титана.

Для единичной сферической поры по формуле Нейбера коэффициент концентрации напряжений аσ поры =2,05. Такой коэффициент характерен для пор, расположенных далеко от поверхности в центральной части сечения шва и друг от друга на расстоянии большем, чем 2d поры. Чем ближе к поверхности расположен дефект, тем выше коэффициент концентрации напряжений. Если расстояние от поверхности меньше диаметра дефекта, то аσ поры ≥4,5-5,0. Поэтому для долговечности дефектных швов основное значение имеет не величина дефекта, а область его расположения.

Результаты исследования МЦУ сварных соединений сплава ВТ22, полученные авторами (рис. 70), подтверждают значительное влияние пор на долговечность металла шва по данным, полученным при испытаниях сплава Ti-6А1-4V.

Образцы, которые не имеют пор, показывают наиболее высокую долговечность. Наличие двух-трех пор диаметром около 1 мм, расположенных в середине образца (рис. 71), уменьшает долговечность в 2-3 раза. Поры, расположенные в подповерхностном слое на расстоянии менее 2,5 d поры, уменьшают долговечность в 3-10 раз.

Заметное влияние пор на долговечность сварных швов высокопрочных сплавов титана объясняется не только концентрацией напряжений у поры, но и дополнительным действием водорода. По данным Д. Е. Тэббота развитие деформации при напряжениях ниже предела текучести вызывает направленную диффузию водорода из раствора в зону микропор.

Б. А. Калачевым показано, что водород увеличивает скорость роста зародышевых трещин за счет снижения поверхностной энергии и критического напряжения, необходимого для распространения трещин.

Увеличение содержания водорода в поверхностных слоях трещины в процессе ее развития при испытаниях на МЦУ подтверждено Т. В. Барашевой. С помощью локального микроспектрального анализа без высокочастотного разряда и с высокочастотным разрядом, снимающим тонкий слой (5-10 мкм) металла, обнаружено повышение концентрации водорода в прилегающем к поре объеме металла после циклического нагружения.

Исследования показали, что на поверхности развивающейся трещины содержание водорода увеличивается по сравнению со средним содержанием в металле шва от 5-6 (при долговечности N = 3650 циклов) до 24-28 раз (при N=116 240 циклов).

Скорость процесса увеличения концентрации водорода на поверхности развивающейся трещины изменяется неравномерно. На начальном участке кривой происходит быстрое повышение концентрации, затем скорость процесса уменьшается. Механизм возникновения очага разрушения от пор можно представить следующим образом. В процессе циклического нагружения в пограничные к поре слои металла диффундирует водород. Повышение концентрации водорода понижает стойкость металла к воздействию нагрузки и ускоряет процесс образования трещин от поры. После возникновения происходит быстрое развитие трещины, так как продолжается процесс направленной диффузии водорода в ее вершину.

В отличие от высокопрочных сталей типа 30ХГСНА, где развитие очага разрушения происходит обычно с поверхности, на сварных швах сплавов титана ВТ14 и ВТ22 очаги разрушения при повторном растяжении образуются внутри шва в зоне дефектов. Наиболее характерен такой очаговый вид разрушения для дефектов в виде пор.

При изгибе стержневых или трубчатых образцов из указанных сплавов очаги усталостного разрушения могут развиваться как от поверхности, так и от дефектов.

Как указано выше, максимальное снижение долговечности характерно для швов, имеющих поверхностные и подповерхностные дефекты. В связи с этим большое значение имеет поверхностный наклеп дефектных соединений. Создание поля сжимающих напряжений на поверхности соединения задерживает развитие усталостных очагов от подповерхностных дефектов и резко увеличивает долговечность металла шва. При наличии отдельных пор поверхностное упрочнение сварных соединений сплавов ВТ14 и ВТ22 позволяет обеспечить долговечность, аналогичную неупрочненным бездефектным швам. Применение виброударного либо пневмодинамического наклепа увеличивает долговечность при испытаниях на растяжение и изгиб в 2-4 раза. Такое явление характерно как для бездефектных сварных швов, так и для швов, имеющих поры.

Наряду с пористостью опасным дефектом является непровар в корне сварного шва. Ввиду присущей сплавам титана склонности к диффузионному сращиванию, корневой непровар часто имеет скрытый характер и не определяется неразрушающими методами контроля. В то же время непровар как концентратор напряжений фактически представляет собой острый щелевой надрез. Влияние непровара усугубляется и тем, что на нерасплавленных кромках имеются различные загрязнения и адсорбированные газы. Результаты экспериментов (рис. 72) показывают, что непровар в корне шва глубиной 1 мм уменьшает выносливость сварных образцов при σmах = 57 кгс/мм2 примерно в 50 раз.

Влияние геометрической формы МЦУ сварных соединений. На МЦУ сварного соединения высокопрочных титановых сплавов большое влияние оказывает его форма ввиду наличия концентрации напряжений по переходу от усиления шва к основному металлу либо по галтелям конструктивного усиления при механической обработке шва. В зависимости от радиуса перехода, чистоты его поверхности и высоты усиления место разрушения может перемещаться из зоны геометрической концентрации напряжений на сварной шов. При уменьшении влияния геометрической концентрации сильнее проявляется действие дефектов, которые снижают долговечность за счет ускорения зарождения усталостных трещин в металле шва. Наиболее сильно влияние геометрической формы проявляется в сварных соединениях, имеющих остающуюся подкладку и необработанные переходы от усиления шва к основному металлу. В стыковых соединениях такого типа напряжения распределены очень неравномерно. Высокая концентрация напряжений наблюдается в местах переходя проплава в подкладку и по радиусу усиления. Влияние этих концентраторов на долговечность определяет конструктивную форму сварного соединения.

Для определения долговечности сварных соединений различного типа проводили испытания на малоцикловое растяжение плоских сварных образцов (рис. 65, б) из сплава ВТ22, выполненных автоматической сваркой плавящимся электродом, при напряжении вmах = 57 кгс/мм2. При исследовании в качестве исходного типа выбрано соединение с подкладкой и необработанными радиусами перехода.

Разрушение соединений такого типа происходило после 2 - 10 тыс. циклов нагружения. Очаги разрушения возникли в двух зонах: у перехода проплава в подкладку и по радиусу усиления. Механическая обработка радиусов до полного удаления следов сварного шва и снятия подкладки повышает долговечность соединения до 40-60 тыс. циклов. При этом очаги разрушения возникают по порам в металле шва.

Результаты испытаний, представленные на диаграмме рис. 73, показывают, что с учетом влияния геометрической концентрации напряжений и наличия дефектов в шве наиболее высокую долговечность могут обеспечить соединения, имеющие симметричное конструктивное усиление величиной не менее 20% от толщины металла с плавными радиусами перехода, обработанными с высокой чистотой поверхности. В связи с тем, что коэффициент концентрации напряжений по порам в шве аов2,0, радиус конструктивного усиления может быть определен из условий получения значительно меньшего по величине коэффициента геометрической концентрации напряжений.

Так, при радиусе r перехода к основному металлу, равном 25 мм, ав = 1,42. Следовательно, в сварных конструкциях из высокопрочных сплавов титана, работающих в условиях малоцикловых нагрузок, нецелесообразно использование сварных соединений с остающейся подкладкой и необработанными усилениями. Высокая долговечность может быть получена только на сварных соединениях, рассчитанных по коэффициентам концентрации напряжений с учетом дефектов, присущих данному виду сварки.

Влияние состояния поверхности на МЦУ. Уже не раз отмечалось, что сварка высокопрочных титановых сплавов производится в среде защитного газа. При этом не исключены случаи несоблюдения требований к защитной среде и насыщения поверхности свариваемых деталей газами. После сварки все сварные конструкции из высокопрочных титановых сплавов подвергают термической обработке с целью снятия остаточных напряжений, стабилизации структуры и получения необходимых физико-механических свойств. В зависимости от среды, в которой производится термическая обработка, изменяется и состояние поверхности.

Чем выше прочность и ниже характеристики пластичности сплава, тем выше его чувствительность к состоянию поверхности. Особенно сильно это влияние наблюдается при работе детали в условиях циклического нагружения.

Для изучения влияния состояния поверхности детали на ее долговечность при циклических нагрузках проведены испытания на МЦУ по изложенной выше методике цилиндрических образцов (рис. 74) из высокопрочного сплава ВТ22 после отжига в различных условиях. При этом были проведены наиболее вероятные на практике варианты отжига:

1) полный отжиг заготовок; после отжига производилась окончательная механическая обработка по всей поверхности;

2) полный отжиг в среде аргона окончательно изготовленных образцов;

3) полный отжиг в вакууме окончательно изготовленных образцов;

4) полный отжиг на воздухе;

5) низкотемпературный отжиг (500-550°С) на воздухе для снятия остаточных напряжений.

 

Определение влияния среды отжига на МЦУ имеет и большое практическое значение, так как в большинстве случаев на сварку и последующую термическую обработку детали поступают после окончательной механической обработки.

Результаты экспериментов (рис. 75) показали резкое снижение долговечности после отжига окончательно механически обработанных образцов по сравнению с вариантом отжига заготовок. Отрицательное влияние вакуума при высокотемпературном отжиге отмечалось и ранее. Исследователи объясняют этот эффект «распылением» границ зерен и чувствительностью высокопрочных титановых сплавов к концентраторам напряжений. Наличие газонасыщенного, хрупкого поверхностного слоя значительно снижает долговечность образцов после отжига на воздухе при температурах 750 и 550°С (после отжига при 550°С поверхность образцов имела темно-синий цвет).

Большие значения долговечности образцов после проведения отжига заготовок объясняются не только отсутствием газонасыщенного слоя на окончательно изготовленных образцах, но и влиянием наклепа, возникающего при механической обработке. Большой разброс значений долговечности в этом случае является следствием различных режимов механической обработки при изготовлении отдельных образцов. Отжиг окончательно изготовленных образцов в среде аргона снимает эффект наклепа; в результате снижается долговечность образцов (поверхность образцов после отжига по этому варианту имела серебристый цвет). Однако, учитывая более низкие показатели МЦУ образцов после oтжига в среде чистого аргона, авторы допускают влияние других факторов.

В работе не выявлено заметного различия в малоцикловой выносливости образцов после отжига в вакууме и в среде чистого аргона.

МЦУ сварных соединений листового металла. С целью подтверждения зависимостей, полученных при исследовании МЦУ сварных соединений титановых сплавов большой толщины, исследовано влияние технологических факторов на МЦУ сварных соединений листового сплава ВТ14 толщиной 3,0 мм. Испытания на циклические нагрузки проводили на плоских образцах, выполненных автоматической сваркой неплавящимся электродом без присадки и с присадкой, а также электронно-лучевой сваркой. Долговечность сварных соединений определяли в отожженном и термоупрочненном состоянии. Механические характеристики сварных соединений сплава ВТ14 даны в табл. 39.

Результаты, полученные при испытаниях (рис. 76), показывают, что наиболее высокую долговечность имеют сварные соединения листового сплава ВТ14, выполненные электронно-лучевой сваркой по технологии, обеспечивающей полное устранение подрезов по границе сварного шва. Это требование может быть соблюдено применением при сварке продольных колебаний луча или механической обработкой сварных швов.

Независимо от вида сварки долговечность сварных соединений в отожженном состоянии выше, чем после упрочняющей термической обработки (закалки + старения). Сварные соединения, полученные с введением присадочной проволоки, имеют меньшую долговечность, чем при сварке без присадки, что объясняется степенью ее легирования: наиболее высокие результаты показывают среднелегированные проволоки ВТбсв и СПТ2.

Оглавление статьи Страницы статьи:  1  2  3 

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2012.10.06   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

12:31 Продам профлист С21

12:01 Производим и реализуем винтовые сваи

10:11 Техническое освидетельствование и испытания стеллажей

12:46 Трубы 159х8

12:46 Трубы 159х6

12:44 Трубы 76х6

12:41 Трубы 60х5

15:41 TransSteel2200 компактный сварочный инверторный источник

19:45 Zinc powder 66 isotope Zn-66

11:26 КСМ:Лайн - сериализация и агрегация выпускаемой продукции

НОВОСТИ

24 Мая 2018 17:05
Самодельный станок для разделки кабеля

20 Мая 2018 17:53
Самые необычные скульптуры из металла (21 фото)

25 Мая 2018 17:38
Бразильский выпуск стальных полуфабрикатов в январе-апреле упал на 0,1%

25 Мая 2018 16:06
”ЕВРАЗ ЗСМК” подписал соглашение о строительстве нового кислородного производства

25 Мая 2018 15:15
Аргентина в апреле снизила выпуск стали на 2,3%

25 Мая 2018 14:06
”Мечел” подводит итоги производства и реализации продукции за 1-й квартал 2018 года

25 Мая 2018 13:09
Японский выпуск стали в апреле упал на 4%

НОВЫЕ СТАТЬИ

На что имеет смысл обратить внимание при приобретении квартиры

Силосы для хранения зерна - характеристики и типы зернохранилищ

Популярные услуги и сервисы по уходу за автомобилем снаружи и изнутри

Особенности залога машины в ломбард с правом управления

Оборудование необходимое для прокладки кабельных трасс

Электрические паровые котлы в промышленности

Какие параметры жилья имеют важное значение при покупке

Каким должен быть маслоохладитель для пищевого производства

Основные направления проектирования холодильных камер

Идеи для интересного проведения праздника

Как проводится гибка металла в условиях промышленного предприятия

Концентрация и расход пергидроля для очистки бассейна

Рентабельная торговля: как выбрать оптимальные стеллажи для магазина

Стальные вентиляционные решетки: виды, конструктивные и стилевые нюансы

Подъемное складское оборудование - распространенные типы

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

Характеристики и общие особенности марки стали 40Х13

Свойства и особенности применения проката из нержавейки марки 20Х13

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2018 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.