Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ основ деформирования и разрушения сварных соединений аустенитных сталей с учетом их физико-механической неоднородности и криогенных температур . 10
1.1. Деформации и особенности формирования полей остаточных напряжений и механических свойств в сварных соединениях аустенитных сталей .14
1.1.1 Методы сварочных напряжений и деформаций. 14
1.1.2 Величины и распределения остаточных напряжений. 18
1.1.3. Неоднородность механических свойств сварного соединения. 20
1.2. Особенности низкотемпературной деформации аустенитных сталей. 23
1.3. Особенности деформирования сварного соединения при наличии мягкой прослойки 25
1.4. Характеристики трещиностойкости конструкционных материалов при статическом нагружении. 31
Глава 2 Методика исследования технологических особенностей и критериев разрушения сварных соединений аустенитных сталей. 35
2.1 Постановка задачи 35
2.2 Технология сварки и конструкция сварных образцов из стали 08X18Н10Т 36
2.2.1 Конструкция сварных образцов .36
2.2.2 Технология сварки образцов, сварочные материалы, сварочное оборудование и режимы сварки 38
2.2.3 Технологический процесс сварки 40
2.3 Методика исследования кинетики полей остаточных напряжений. 41
2.4 Образцы и методика исследования пространственной механической неоднородности сварных соединений сталей 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т. 47
2.5. Методика низкотемпературных испытаний сварных плоских образцов стали 08Х18Н10Т для определения характеристик трещиностойкости зон соединений при статическом кратковременном нагружении 52
Глава 3 Исследование кинетики остаточных напряжений при упруго пластическом деформировании . 57
3.1. Голографические и рентгеноструктурные исследования остаточных напряжений в сварных соединениях .58
3.2. Исследование и анализ кинетики остаточных напряжений в сварных соединениях 61
3.3. Анализ распределения полей упругопластических деформаций в сварном соединении с учетом кинетики остаточных напряжений. 65
Глава 4 Анализ упругопластического деформирования сварных соединений с учетом физико-механической неоднородности и криогенных температур. . 70
4.1 Исследование пространственной механической неоднородности сварных соединений аустенитных нержавеющих сталей 71
4.1.1. Исследование полей распределения микро-твердости. 72
4.1.2. Статистический анализ распределения внутренних технологических дефектов. .74
4.1.3. Анализ показателей физико-механической неоднородности металла сварных соединений 76
4.1.4. Анализ напряженно-деформированного состояния сварных соединений с учетом физико-механической неоднородности. 95
4.2. Исследование характеристик вязкости разрушения сварных соединений стали 08Х18Н10Т разных толщин при пониженных температурах . 101
4.2.1. Определение механических свойств сварных соединений. 104
4.2.2 Определение критических значений коэффициентов интенсивности напряжений .106
4.2.3 Определение критических раскрытий трещин 114
Глава 5 Расчетно-экспериментальная оценка прочности и ресурса сварных элементов оборудования . 123
5.1. Приближенная методика расчетной оценки упругопластического деформирования сварных соединений .123
5.2. Уточненная оценка прочности сварных соединений. 129
5.3. Исходные данные для расчетного обоснования статической прочности сварных элементов криогенного оборудования. 132
5.4. Расчет на статическую прочность сварных соединений силовой оболочки криогенной трубы .136
Выводы 142
Литература 145
- Особенности деформирования сварного соединения при наличии мягкой прослойки
- Технология сварки и конструкция сварных образцов из стали 08X18Н10Т
- Исследование и анализ кинетики остаточных напряжений в сварных соединениях
- Исследование характеристик вязкости разрушения сварных соединений стали 08Х18Н10Т разных толщин при пониженных температурах
Введение к работе
На современном этапе экономического и социального развития таких
важных отраслей народного хозяйства, как энергетическое, химическое, транспортное, сельскохозяйственное, машиностроение а также ведущих отраслей новой техники в качестве основных выдвигаются следующие научно-технические задачи - создание новых машин и конструкций высоких рабочих параметров, снижение их материалоемкости, повышение прочности, ресурса, живучести и долговечности, использование новых конструкционных материалов и технологий, сварных соединений. Это требует установления функционального распределения технологических особенностей по объему сварных соединений и их кинетики в процессе эксплуатации. При этом существенное значение приобретают машины и конструкции, работающие в экстремальных условиях по уровню механических, тепловых, аэро- и гидродинамических, электромагнитных статических и повторных нагрузок, вызывающих в наиболее нагруженных зонах сварных несущих элементов оборудования упругопластических деформаций. Обеспечение безопасности сложных технических систем является одной из важнейших задач создания и эксплуатации народнохозяйственных объектов и конструкций. За последние десятилетия в результате развития тепловой и атомной энергетики, химической и аэрокосмической промышленности и других отраслей машиностроения как у нас в стране, так и за рубежом значительно увеличилось производство и применение сварных элементов конструкций и трубопроводов, сосудов давления имеющих большую протяженность сварных швов различной конфигурации. Использование в таких конструкциях новых материалов с широким применением сварки, технологических пластических деформаций, плакирования при соответствующих рабочих нагрузках и наличии объемных полей исходных остаточных напряжений создает возможность возникновения как технологических, так и эксплуатационных повреждений в опасных зонах.
Принципы безопасности и надежности с учетом критериев линейной и нелинейной механики деформирования и разрушения лежат в основе совре-
менных методов проектирования, особенно в атомной энергетике, авиационной и авиационно-космической, криогенной технике. Они основаны на допущении того, что в детали или сварном элементе конструкции могут присутствовать начальные технологические дефекты сварки типа трещин или трещины могут возникнуть на разных стадиях эксплуатации конструкции, и что эти дефекты могут инициировать разрушение конструкции в процессе работы. В связи с этим в механике деформирования и разрушения необходимо более широко учитывать влияние анизотропии свойств, кинетику полей остаточных напряжений и изменение напряженно-деформированных состояний и физико-механических свойств структурно неоднородных сварных соединений при различных видах деформирования.
Важно в расчетно-экеспериментальных исследованиях изучить поля остаточных напряжений и перераспределение локальных напряжений и деформаций с учетом неоднородности полей физико-механических свойств основного металла, металла швов и переходных зон сварного соединения. Методологические подходы и получение расчетных уравнений позволят определить количественную связь внешних нагрузок с уровнем остаточных исходных напряжений в неоднородных сварных соединениях, а также рассчитать результирующие поля деформаций в сварных соединения с учетом температуры.
Учитывая высокую стоимость, уникальность целого ряда машин и конструкций, а также результаты выполненных научных исследований можно перейти на новый этап проектирования и эксплуатации, допускающий безопасную работу конструкций с учетом комплекса факторов физико-механической неоднородности их сварных соединений, кинетики остаточных напряжений и упругопластического деформирования. Таким образом, создаются возможности обоснования, уточненного анализа и значительного увеличения (до нескольких раз) ресурса конструкций и оборудования.
В связи с отсутствием точных аналитических решений для определения прочности сварных соединений элементов в трехмерной постановке с учетом
7 пространственной физико-механической неоднородности и кинетики исходных остаточных деформаций сварки, а также решений нелинейных краевых задач, преобладающими методами исследования на начальной стадии являются экспериментальные. Они направлены на разработку методов оценки прочности, несущей способности соответствующих сварных элементов конструкций не только по интегральным характеристикам свойств и прочности, но и по их экспериментально установленным локальным распределениям в объеме с учетом их кинетики в процессе упругого и упругопластического деформирования и наличия трещиноподобных дефектов. На второй стадии исследований развиваются численные решения и приближенные аналитические решения деформирования и разрушения с использованием полученных экспериментальных результатов. В конечном счете местные деформации и напряжения сводятся в основном к описанию формирования и размеров зон пластических деформаций, кривым распределения интенсивностей деформаций Єі и напряжений о/ в зоне сварки, раскрытию трещин 8, к получению текущих значений J - интеграла плотности поверхностной энергии, коэффициентов интенсивности деформаций К1е и напряжений Kj.
В результате, основные задачи исследования несущей способности сварных элементов конструкций и установок с учетом их технологической и механической неоднородности могут быть сформулированы следующим образом:
развить модель кинетики полей остаточных напряжений при упругом и неупругом нагружении сварных соединений конструкционных сталей;
разработать математическую модель распределения механических свойств и структурной неоднородности по объему сварных соединений;
исследовать напряженно-деформированное состояние сварных соединений аустенитных нержавеющих сталей;
дать приемлемое для инженерных расчетов решение по определению интенсивностей упругопластических деформаций в массиве соединения;
- оценить трещиностойкость зон сварных соединений в широкой области
температур (от нормальных до криогенных) с учетом анизотропии свойств материала и остаточных напряжений в нем;
- на основе проведенных исследований и полученных решений разработать
методологический подход к уточненному расчетно-экспериментальному
обоснованию прочности и ресурса несущих конструкций.
Научная новизна работы состоит в расчетно-экспериментальном исследовании напряженно-деформированного состояния и параметров разрушения в объемах сварных соединений большой толщины с учетом функционального пространственного распределения физико-механической и технологической неоднородности. При этом предложены математическая модель учета распределения механических свойств и структурной анизотропии по объему сварных соединений, модель учета кинетики полей остаточных напряжений как функции номинальных нагружений исследуемых сварных элементов. А также определены параметры трещиностоикости зон сварных соединений больших толщин при криогенных температурах, предложена и развита методика оценки различных стадий упругопластического деформирования и разрушения.
Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что для сварных соединений, исследуемых конструкционных аустенитных нержавеющих сталей, широко используемых в ответственном оборудовании энергетического, аэрокосмического и химического машиностроения, получены расчетно-экспериментальные зависимости объемного распределения фи-зико-механичской неоднородности, кинетики начальных остаточных напряжений в процессе нагружения и характеристики трещиностоикости при криогенных температурах (до -196С) для сварных соединений больших толщин (25 мм - 130 мм). На основе полученных результатов, была предложена приближенная методика расчетной оценки упругопластического деформирования и разрушения сварных соединений и даны методические ос-
новы уточненной оценки прочности и ресурса сварных элементов оборудования при наличии в них дефектов типа поверхностных трещин.
Результаты работы использованы при выборе и исследовании материалов и разработке принципиальной технологии сварки силовой оболочки аэродинамической криогенной установки с учетом температурно-силовых условий эксплуатации, габаритных размеров, особенностей конструкции и значительного количества заводских и монтажных сварных швов а также использованы при проектировании и расчетах прочности сварных элементов энергетического оборудования АЭС.
Большой вклад в развитие методов анализа поведения поврежденных трещинами сварных элементов конструкций и изучение соответствующих вопросов кинетики остаточных напряжений и их напряженно-деформированного состояния внесли ученые - СВ. Серенсен, Б.Е. Патон, О.А. Бакши, Н.А. Окерблом, В.А. Винокуров, В.Т. Трощенко, В.И.Труфяков, Н.П.Алешин, В.И. Махненко, Г.С. Писаренко, Г.П. Карзов, Н.А. Махутов, М.А.Даунис, Е.М. Морозов, B.C. Игнатьева Irwin G.R., K.Masubuchi, Н. Те-rada, J.M. Bloom, К. Kussmaul, Е. Yoshihisa, К. Sato, М. Toyoda и др..
Основные результаты диссертационной работы изложены в 7 публикациях, доложены и обсуждены на двух Всесоюзных симпозиумах: "Повышение надежности и долговечности машин и сооружений", (Кишинев -1991), "Остаточные напряжения - резерв прочности в машиностроении", (Ростов-на-Дону - 1991) и Международной конференции "Structural Integrity and Lifetime of NPP Equipment", - G.S. Pisarenko Institute for Problems of Strength of the National Ac. Sci. of Ukraine. Kiev, 2003.
Выполненные к этому времени работы в области статической прочности и механики разрушения являются исходной базой для поставленных новых задач деформирования и разрушения сварных соединений.
Работа выполнена в Институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН. Автор выражает самую искреннюю благодарность профессору, д.т.н., чл.- корр. РАН Н.А. Махутову за научное руководство и консультации.
Особенности деформирования сварного соединения при наличии мягкой прослойки
Из-за наличия очень большого разброса механических свойств металла в зонах сварного соединения (ОМ, ЗТВ, ЗС, МШ), сопротивление статическому разрушению необходимо оценивать с учетом перераспределения деформаций и изменения диаграмм деформирования основного металла, металла шва и околошовных зон [90]. Приобретают актуальное значение расчетные оценки прочности мягкой прослойки сварных соединений сварных и паяных соединений [91-100].
В некоторых работах показано, что при определенных толщинах прочность мягкой прослойки равна прочности основного металла в том случае, если она окружена более твердыми, чем основной металл, участками, например, подкаленными участками зоны термического влияния [91-94], что является условием переноса места разрушения с прослойки на основной металл.
При отсутствии более прочных участков, разрушение происходит по прослойке. Для этого случая имеются расчетные оценки, указывающие на отсутствие равнопрочности [96]. В некоторых работах на основе расчетных построений утверждается, что хотя разрушение происходит по мягкой прослойке, но эффект равнопрочности в расчетном интервале толщин прослоек имеет место при любом варианте распределения механической неоднородности [97].
В работе [101] показано, что равнопрочность прослойки основному металлу отсутствует, если нет твердых участков, окружающих прослойку. Прочность сварных соединений с мягкой прослойкой существенно зависит от степени механической неоднородности и запаса ее пластических свойств.
В работах [102-113] рассмотрено напряженное состояние в мягких прослойках, возникающее при их однократном упругопластическом деформировании. При этом предполагается, что материал более прочной матрицы деформируется упруго, а материал прослойки является идеально упругопла-стичным. Возникновение объемного напряженного состояния в прослойке за счет стеснения упругопластичных деформаций приводит к повышению сопротивления прослойки пластическим деформациям. Исследования напряженно-деформированного состояния в механически неоднородных соединениях были развиты в работах [91-104]. Использовались теории малых упругопластичных деформаций, гипотезы плоских сечений и условия несжимаемости материалов. При растяжении упрощенного сварного стыкового соединения по мере увеличения нагрузки (рис. 1.8) металл мягкой прослойки (М) должен полностью переходить в пластическое состояние, однако развитие деформаций в приконтактной зоне мягкой прослойки сдерживается более прочным (твердым) упругодеформированным материалом (Т).
В результате в области плоскости сплавления возникают касательные напряжения т (тгг). Касательные напряжения в приконтактных областях металлов М и Т вызывают нормальные напряжения ах (плоская деформация), сг (осесимметричная деформация). В мягком металле эти нормальные напряжения (о"х,сгг,сгр) являются растягивающими, а в твердом - сжимающими. В работе [105] приведен расчет сварного соединения с прослойками (М или Т) методом последовательных приближений при линейной аппроксимации диаграмм деформирования.
Перераспределение упругопластических деформаций в зоне шва приближенно оценивается с использованием коэффициентов контактного упрочнения, характеризующих повышение сопротивления упругопластическим деформациям зон с пониженным пределом текучести за счет возникающей объемности напряженного состояния [90]. Рассмотрено сопротивление статическому деформированию сварного соединения стали типа 22К дифференцированно по зонам сварного шва. Зона сварного шва обозначена как (/-1), зона термического влияния- (/), основной металл - (/+1); механические свойства имеют следующие отношения: ат. х ат. ат . Вследствие этого пластические деформации в зоне і при статическом растяжении будут возникать при напряжениях, превышающих ат. Коэффициент превышения напряжений течения в сечении д; над пределом текучести К приближенно может быть получен по уравнению
Технология сварки и конструкция сварных образцов из стали 08X18Н10Т
Исходные составные части сварных образцов были изготовлены из поковок стали 08Х18Н10Т с небольшим технологическим допуском на размеры. После сварки образцы подвергались таким видам механической обработки, как снятие усиления сварного шва, изготовление отверстий и доведение всех геометрических размеров до значений соответствующих требованиям [124] Схема образцов представлена на рис.2.1. Образцы типа I предназначаются для исследований свойств металла сварного шва, а образцы типа II - для исследований зоны сплавления сварного соединения. Испытания двух типов плоских сварных образцов на внецентренное растяжение проводилось для трех толщин и соответствующих значениях низких температур приведенных в таблице 2.1 В связи с крайне малой протяженностью соединения элементов образцов наиболее приемлемым способом сварки является ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом с присадочным материалом. При этом способе сварки дефектность шва значительно меньше, чем при ручной сварке электродами, что особенно важно для работы в условиях глубокого вакуума и низких температур.
Более стабильными являются механические свойства металла шва, что в свою очередь обеспечивает стабильные значения критического значения коэффициента интенсивности напряжения для материала данной толщины (Кс). Автоматическая под флюсом и плазменная сварка в данном случае практически невозможны. Некоторым недостатком аргонодуговой сварки неплавящимся электродом можно считать перегрев металла при многослойной сварке, что присуще способом сварки неплавящимся электродом. Сварочные материалы Для сварки стали типа 08XI8H10T (ГОСТ - 5632 - 80) применялась сварочная проволока 4св - 04X19Н9 по ГОСТ - 2246 - 80. В качестве неплавящегося электрода использовались трубки из лантанированного вольфрама В Л по ТУ-48-19-27-72. Защитным газом являлся аргон высшего или первого сорта по ГОСТ-10157-79. Сварочное оборудование Сварка высоколегированной аустенитной стали типа 08XI8H10T производились постоянным током прямой полярности от источника сварочного тока ТИР-300ДМ, обладающего повышенными статической и динамической характеристиками. Непосредственно сварка велась сварочной горелкой разработки и изготовления НПО "Криогенмаш" марки ПСВ-446. Режимы сварки Режимы сварки образцов типа I и II приведены в таблице 2.2 В связи со значительным сечением шва (до 6000 мм ) производилась многослойная сварка "на проход" в нижнем положении. Сечение каждого валика составляло в зависимости от режимов сварки и конструктивных размеров образцов 15-40 мм2.
При указанном поперечном сечении соединения количество слоев в шве достигало 100-150. Величина погонной энергии q/v при расчете по формуле q /v = 0,24-J-U-щ (где J- ток сварки, А; [/-напряжение на дуге, В; rjo = 0,75 для газоэлектрической сварки) составляла 1800 -2700 кал/см. При повторном многократном термодеформационном воздействии цикла (ТДЦС) сварки на металл типа 08XI8H10T возможно выделение избыточной фазы - карбидов хрома. Наиболее склонен к выделению карбидов хрома в диапазоне температур 873 - 1123К металл шва. Объясняется это тем, что сварочная проволока не содержит активный карбидообразователь - титан. После 3-4 - кратного воздействия ТДЦС вязкость металла шва (а„) при криогенных температурах может снизиться ниже критических значений [125]. Для уменьшения количества карбидной фазы в металле шва сварка каждого последующего шва производилась после остывания предыдущего шва до 373К. Как известно, в металле шва имеет место литейная усадка 2 - 4 %. Поэтому для предотвращения раскрытия образца устанавливалась и приваривалась технологическая пластина рис.2.2 (катет шва 5 -10 мм).
Исследование и анализ кинетики остаточных напряжений в сварных соединениях
Прочность и надежность ответственных элементов конструкций в значительной степени определяется уровнем и градиентами имеющихся в них остаточных сварочных напряжений. Расчетное определение остаточных напряжений в большинстве случаев затруднено из-за необходимости учета механических, тепловых и физико-химических факторов, влияющих на ход процесса образования остаточных напряжений, а также значительной неопределенности начальных и граничных условий при описании этих процессов. Сложность физико-химических процессов, вызывающих появление остаточных деформаций, обуславливает отсутствие в настоящее время простой инженерной математической модели, с помощью которой можно было бы рассчитать поле остаточных деформаций, а значит и остаточных напряжений. Отсутствие такой модели и уравнений для получения компонентов тензора остаточных деформаций для многообразных типов сварных соединений приводит к необходимости постановки экспериментальных исследований. Наличие остаточных напряжений в сварных соединениях конструкций и оборудования представляется, как правило, отрицательным фактором, приводящим к снижению их работоспособности. Например, известно, что одной из причин коррозионного растрескивания сварочных швов аустенитных сталей является наличие растягивающих остаточных сварочных напряжений, которые в реальных элементах конструкций могут достигать величины предела текучести. В результате этого снижение остаточных напряжений после сварки, изучение их перераспределения в процессе нагружения является важной задачей.
При проведении экспериментальных исследований на растяжение трубчатых сварных образцов, вырезанных из сварного соединения (см. рис.2.4), получены соответствующие диаграммы деформирования. Начальные участки диаграмм статического деформирования локальных зон сварного образца (см. рис. 2.4) при номинальных напряжениях (от внешней растягивающей нагрузки) приведены на рис. 3.2 в относительных координатах ( т, = jJcrTj,el =eJeTj, где crri - значение предела текучести соответствующей локальной зоны сварного соединения; еп -деформация текучести в соответствующей зоне). Здесь кривые 1, 5, 6 построены для областей сварного соединения без наличия в них остаточных напряжений; кривые 2, 3, 4 - деформирование с наложением полей остаточных напряжений. На рис. 3.3 представлены зависимости изменения исходных остаточных напряжений по длине сварного образца от уровня внешних нагрузок (при различных ап). Кривая 1 характеризует начальные распределения остаточных напряжений без нагружения соединения; кривая 2 показывает, что при ап = 240 МПа на соответствующих участках зон сварного соединения величины остаточных напряжений снижаются до определенного уровня. Условный предел текучести металла соответствующей области соединения оказывается зависимым от величины этих напряжений. Так, например, в металле шва при уровне его предела текучести 420 МПа заметные пластические деформации появляются уже при внешних нагрузках, соответствующих ап = 240 МПа, что существенно ниже предела текучести для любой из зон сварного соединения из стали 12Х18Н10Т. Увеличение уп до 394 МПа изменяет закономерность распределения аох вдоль сварного шва (см. рис.3.3, кривая 3).
Всплеск по линии сплавления можно объяснить сложным профилем этой области, имеющей большой градиент механических свойств, который затрудняет перераспределение пространственных остаточных напряжений. На рис. 3.4 представлена кинетика изменения остаточных напряжений в процессе нагружения. Из него следует, что функциональная зависимость аох =/((7,,) (&„ =0v/o"n - относительное номинальное напряжение только от внешней нагрузки при аох = аох /aTi) для металла сварного шва (х = -10 мм, х = -20 мм) может быть описана с приемлемой точностью квадратичным уравнением При этом считается, что максимальное исходное значение остаточного напряжения по ширине шва практически не изменяется. На линии сплавления (области сплавления) и в перпендикулярном направлении от сварного шва зависимость аох = / (х/, cF ) выражается с достоверной точностью уравнением где x - относительная координата по оси с началом на линии сплавления и направлением перпендикулярно сварному шву по поверхности образца; - полуширина области растягивающих остаточных напряжений по выражению (3.2). Следует отметить, что уравнения (3.3) и (3.4) достаточно хорошо коррелируют с экспериментальными результатами в области положительных растягивающих напряжений. Построение кривых изменения величин относительных остаточных напряжений аох от относительных номинальных напряжений оп позволяет определить значения внешних нагрузок, при которых остаточные напряжения в соответствующих зонах практически исчезают (для исследуемого шва это ап = 0,973 , а для линии сплавления ап = 1,270).
Исследование характеристик вязкости разрушения сварных соединений стали 08Х18Н10Т разных толщин при пониженных температурах
Как указывалось ранее в гл.1 принципы безопасности и надежности с позиций механики разрушения лежат в основе современных методов проектирования, особенно в авиационно-космической и криогенной технике. Оба эти принципа основаны на допущении того, что в детали или сварном элементе конструкции могут присутствовать начальные технологические или эксплуатационные трещины и что эти трещины могут инициировать разрушение конструкции. Имеющиеся данные о механических свойствах сварных соединений больших толщин аустенитных нержавеющих сталей, используемых при расчетах на сопротивление разрушению при криогенных температурах, весьма ограничены.
Известно (см. гл.1), что на характеристики вязкости разрушения материала сварных соединений влияют: неоднородность механических свойств металла различных зон (СШ, ЗТВ, ОМ); остаточные напряжения; технологические дефекты (непровары, несплавления, шлаковые и неметаллические включения). В отличие от традиционного анализа разрушения с позиций механики однородных деформируемых сред вязкость разрушения материала в прилегающей к вершине дефекта зоне определяется процессом термодеформационного цикла сварки. Так как остаточные напряжения по величине сопоставимы с пределом текучести основного металла, то даже при низких уровнях рабочих напряжений в сварных конструкциях возникают развитые зоны пластических деформаций, что естественно ограничивает возможности использования критериев линейной механики разрушения при расчетах на прочность. Поэтому параметры Кіс и KQ имеют достоверное значение при испытаниях толстостенных сварных соединений, обычно подвергаемых термообработке для снятия остаточных напряжений.
При анализе сопротивления разрушению сварных композитов необходимо учитывать их механическую неоднородность, технологические дефекты, механическую анизотропию, связанную с концентрацией термопластических сварочных деформаций, и динамическое старение металла вблизи технологических дефектов. В итоге вблизи вершины дефекта появляются ох-рупченные области, имеющие повышенный предел текучести.
В настоящей работе были определены требуемые механические свойства исследуемых сварных соединений стали типа 08Х18Н10Т а также исследованы характеристики вязкости разрушения в функции толщины сварных соединений в интервале температур от 295 К до 77 К.
Оценка трещиностойкости произведена с применением стандартных критериев механики разрушения: критического раскрытия трещины 8С и коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) К[ и Кю [124]. Полученные экспериментальные результаты дают необходимую и важную информацию для оценки работоспособности (ресурса) соответствующего криогенного оборудования.
В настоящем разделе главы 4.2 используются следующие основные обозначения: Tt - температура испытания, К; tt - толщина сварного соединения, мм; Ь, с, h- геометрические характеристики образца, мм; /, - длина исходной трещины в образце, мм; Н - твердость, МПа; j0,2 - условный предел текучести, МПа; Рд - расчетная нагрузка для вычисления Kg, Рс - максимальная нагрузка на диаграмме "Р - F; tp, Г - расчетное и относительное значение толщины образца th мм; tc - минимальное значение / в зоне разрушения; \7С - относительное остаточное поперечное сужение образца в зоне разрушения, % ; KQ - предполагаемая величина критического коэффициента интенсивности напряжения КИН, №Па4м\ Кс- критическое значение КИН для материала данной толщины, МПал/л ; К] - условное значение критического КИН, МПаТ й, вычисленное по Рс\ К1С - критическое значение КИН при максимальном стеснении пластических деформаций и разрушении нормальным отрывом, МПалш; 8С - критическое раскрытие в вершине трещины, мм; Vc - критическое смещение кромок надреза вместе установки датчика смещения, мм; а\ - расстояние от линии измерения Гдо вершины трещины, мм; Д 7" безразмерные коэффициенты; сгсо - номинальное разрушающее напряжение по ослабленному (нетто) сечению без учета докритического подрастания трещины, МПа; Vp - смещение по оси нагружения, мм; V - смещение кромок надреза в месте установки датчика смещения, мм; ТК1 - первая критическая температура хрупкости, К; Тп - вторая критическая температура хрупкости, К.
