Деформирование и разрушение в зонах неоднородности напряженных состояний и локальных свойств сварных соединений тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

111111111111

00306237Б

Институт машиноведения имени А А Благонравоь_____

На правах рукописи

Макаренко Леонид Васильевич

УДК 539 375 539 4

ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ В ЗОНАХ НЕОДНОРОДНОСТИ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЙ И ЛОКАЛЬНЫХ СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Специальность - 01 02 06 Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/¡¿м^г

с/{г Москва - 2007

Работа выполнена в Институте машиноведения им А А Благонравова РАН

Научный руководитель

член-корреспондент РАН, доктор технических наук Махутов Николай Андреевич

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Бакиров Марат Боязитович

доктор технических наук, профессор Ботвина Людмила Рафаиловна

ОКБ «Гидропресс»

Защита диссертации состоится" 23 " мая 2007 г в 15°° часов на заседании Диссертационного совета Д002 059 01 в Институте машиноведения им А А.Благонравова РАН по адресу.

101990, г Москва, Малый Харитоньевский переулок, д 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИМАШ им А А Благонравова РАН

Автореферат разослан " 17 " апреля 2007 г

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат технических наук

Бозров В М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы 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 механики разрушения лежат в основе современных методов проектирования, особенно в атомной энергетике, авиационной и авиационно-космической криогенной технике Эти принципа основаны на допущении того, что в детали или сварном элементе конструкции могут присутствовать начальные технологические дефекты сварки и трещины (либо трещины могут возникнуть на разных стадиях эксплуатации конструкции), и что эти дефекты могут инициировать разрушение конструкции в процессе работы но недостаточно широко учитывают влияние анизотропии свойств, кинетики полей остаточных напряжений на напряженно-деформированное состояние физико-механически неоднородных аустенитных сталей при различных видах деформирования

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 соединениях

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 физико-механической неоднородности их сварных соединений и кинетики механизма остаточных напряжений Таким образом, создаются возможности значительного увеличения (до нескольких раз) ресурса конструкций и оборудования

В связи с отсутствием точных аналитических решений для определения прочности сварных соединений элементов ограниченных размеров с учетом пространственной физико-механической неоднородности и кинетики исходных остаточных деформаций сварки, тем более решений нелинейных краевых задач для таких тел, преобладающими методами исследования являются экспериментальные и в меньшей мере численные решения и приближенные аналитические решения

Цель работы изучение характеристик разрушения и деформирования в зонах неоднородности напряженно-деформированных состояний с учетом физико-механической анизотропии по объему сварных соединений аусте-нитных нержавеющих сталей

Основные задачи исследования

- дать модель кинетики полей остаточных напряжений при нагружении сварных соединений исследуемых конструкционных сталей,

- разработать математическую модель распределения механических свойств и структурной неоднородности по объему сварных соединений,

- исследовать напряженно-деформированное состояние сварных композитов аустенитно-нержавеющих сталей, а также дать приемлемое для инженерных расчетов решение определения интенсивностей упругопластических деформаций в массиве соединения и трещиностойкости зон сварных соединений 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 ресурса прочности энергетического и авиационно-космического оборудования

Научная иовизна работы заключается 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 в них

Получены уравнения распределения механических свойств и структурной анизотропии по объему сварных соединений а также — модель кинетики полей остаточных напряжений как функции номинальных нагружений исследуемых сварных элементов

Определены параметры трещиностойкости зон сварных соединений больших толщин при криогенных температурах

Применительно к сварным элементам ответственных высоконагружен-ных конструкций предложены приближенная методика оценки упруго-пластического деформирования и уточненные методические основы оценки прочности и ресурса оборудования

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что для сварных соединений исследуемых конструкционных сталей, широко используемых в ответственном оборудовании энергетического, аэрокосмического и химического машиностроения, определены расчетно-экспериментальные зависимости объемного распределения физико-механичской неоднородности, кинетики начальных остаточных напряжений в процессе их нагружения и характеристики трещиностойкости при криогенных температурах

Таким образом, на основе полученных результатов, была предложена приближенная методика расчетной оценки упруго-пластического деформирования сварных соединений и даны уточненные методические основы оцен-

ки прочности и ресурса сварных элементов оборудования также н 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 работы, 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

Достоверность результатов обеспечена применением современного испытательного и регистрирующего оборудования, а также современных аналитических и численных методов решения задач механики деформирования и разрушения

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции «Остаточные напряжения - резерв прочности в машиностроении», (Ростов-на-Дону, 1991), Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение надежности и долговечности машин и сооружений», (Кишинев, 1991), Abstracts of International Conference "Structural Integrity and Lifetime of NPP Equipment", -GS Pisarenko Institute for Problems of Strength of the NationalAc Sei of Ukraine, (Kiev, 2003)

Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 8 печатных работах

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы Содержит 159 страниц основного текста, 66 рисунков, 10 таблиц, список используемой литературы, включающий 153 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

За последние десятилетия в результате развития тепловой и атомной энергетики, химической и аэрокосмической промышленности и других отраслей техники 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 включая сварные зоны соединений патрубков разных диаметров к их корпусам При этом значительно расширился диапазон условий эксплуатации по температурам нагружения, параметрам рабочей среды, характеристикам приложенной нагрузки, а также возросли абсолютные размеры сосудов, и усложнилась их конструктивная форма

Изучением соответствующих вопросов прочности, кинетики остаточных напряжений и напряженно-деформированного состояния сварных соединений занимались - С В Серенсен, Б Е Патон, О А Бакши, Н А Окерб-лом, В А Винокуров, В Т Трощенко, В И Труфяков, Н П Алешин, В И Мах-ненко, Г.С Писаренко, Г П Карзов, Н А Махутов, М А Даунис, Е М Морозов, В С Игнатьева Irwin G R, К Masubuchi, Н Terada, J М Bloom,

К Kussmaul, Е Yoshihisa, К Sato, М Toyoda и др При этом были предложены фундаментальные зависимости, расчетные схемы контактного упрочнения, изучалось перераспределение остаточных напряжений

В настоящей работе рассматриваемые задачи учитывают достаточно сложную форму сварного шва, распределение и кинетику объемной анизотропии остаточных напряжений и локальных механических свойств, а также исследуются процессы деформирования для различных стадий упруго-пластических нагружений сварных соединений, изучающиеся применительно к сварным соединениям аустенитных сталей большой толщины

Указанные задачи связаны с реальными проектами в аэрокосмической и энергетической промышленности

Если для АЭС рассматривались толщины 25-40 мм, то в этом случае исследуются толщины сварных соединений до 100-130 мм Такого рода задачи ранее не рассматривались

В связи с изложенным, основные задачи исследования формулируются следующим образом

- дать модель кинетики полей остаточных напряжений при нагружении сварных соединений конструкционных сталей,

- разработать математическую модель распределения анизотропии механических свойств по объему исследуемых сварных соединений,

- исследовать напряженно-деформированное состояние сварных композитов аустенитных сталей, а также дать приемлемое для инженерных расчетов уточненное решение определения интенсивностей упруго-пластических деформаций в массиве соединения и трещиностойкости зон сварного соединения с учетом пространственной анизотропии свойств материала и остаточных напряжений,

- на основе проведенных исследований и полученных решений разработать методологический подход к уточненному расчетно-экспериментальному обоснованию ресурса прочности сварных элементов оборудования

Сварные соединения аустенитных сталей отличаются значительной физико-механической неоднородностью, нестабильностью свойств с ярко выраженным градиентом механических свойств и остаточных напряжений, которые уменьшаются по направлению к основному металлу

Сопротивление упруго-пластическому деформированию оцениватся с учетом перераспределения деформаций и изменения диаграмм деформирования локальных зон основного металла, металла шва и зоны термического влияния

Возникновение объемного напряженно-деформированного состояния в прослойке локальных зон соединения за счет стеснения упругопластический деформаций приводит к повышению сопротивления прослойки пластическим деформациям Что и оценивается с помощью коэффициентов контактного упрочнения, которые характеризуют повышение сопротивления упругопла-стическим деформациям за счет возникающей объемности напряженного состояния

В первой главе проводится анализ основ деформирования и разрушения сварных соединений аустенитных сталей с учетом их физико-механической неоднородности и криогенных температур

В результате обзора литературных данных показано сложное строение зон сварного шва и термического влияния, градиентов механических свойств и объемности напряженно-деформированного состояния в приконтактной области Показаны особенности низкотемпературного деформирования сварных соединений аустенитных сталей Представлен анализ характеристик трещиностойкости конструкционных материалов при статическом нагруже-нии

Во второй главе приведена методика исследования технологических особенностей и критериев разрушения сварных соединений аустенитных сталей.

Из стали 08Х18Н10Т изготавливались плоские сварные образцы двух типов для испытаний на внецентренное растяжение (металла сварного шва и зоны сплавления) для трех толщин 25мм, 70мм, 100мм и соответствующих значениях низких температур 295К, ПОК, 77 К (рис 1а и рис 16)

Исследования кинетики остаточных напряжений проводились на сварных соединениях стали 12Х18Н10Т Способ выплавки - основной электродуговой с последующей аустенизацией Из сварной пластины 280 х 70 х 130 мм3 (рис 1 в) вырезали трубчатые образцы вдоль оси X таким образом, что сварной шов находился по центру рабочей области образца Б - 50 мм, с1= 30 мм, X - 60 мм (рис 2а) На рис 26 представлены также развертка рабочей части цилиндрического образца

Для снятия наклепа от механической обработки поверхность рабочей части трубчатых образцов шлифовалась, полировалась, и подвергалась химической обработке (травлению в соответствующих кислотных растворах) Испытание проводили на электромеханической машине УМЭ-1000 кН

Остаточные напряжения исследовали на сварной пластине методом топографической интерферометрии в сочетании с методом высверливания отверстий На трубчатом образце остаточные напряжения определяли методом рентгеноструктурного анализа на установке «Стрейнинфлекс» (рис 2 - рис 4) Для измерения местных деформаций на поверхность цилиндрического образца наносили делительную сетку с шагом 0,1 мм Местные деформации измеряли с помощью оптической системы

Распределение локальных механических свойств на поверхности сварных соединений определялось по результатам измерений микротвердости и твердости по Брюнелю а по объему сварных соединений - было определено при испытаниях малых образцов диаметром 2мм и 5мм, вырезанных из них (см рис 1) Испытание малых образцов проводилось на машине «Инстрон» с записью диаграммы «нагрузка-деформация»

(а) (б) (в)

Рис 1 Схема плоских сварных образцов для испытаний на внецентрен-ное растяжение - (а), схема сварной пластины из стали 08Х18Н10Т -(б) и из стали 12Х18Н10Т- (в)

(У ох ,МПа

-А 0 . X

— 47 »

8 -22 % СШ

-£±1 ггТТ

Но! } 200 100 к О 1 и X, мм

СШ ^ ВО

Г-лс^Т

я X X, тЛ 7

тгт, жш,

(6)

О" ох ,МПа

200

' 100' ( \ Х,мм

С1 . о ю \ зо •^ЛС о

(рис 2)

(рис 4)

(рис 3)

Рис 2 Схема трубчатого сварного образца (а) и развертка его рабочей поверхности Рис 3 Распределение поперечных остаточных напряжений в сварной пластине и на поверхности цилиндрического образца а - вдоль оси ОХи б -вдоль ОХ, 1 и 4 - рентгеновский метод, 2 - голографический метод, 3 - расчет по полученным уравнениям Рис 4 Кинетика изменения остаточных напряжений 1 и 1' - СШ при х=-20 и х= -10 мм соответственно, 3 - ЗТВ при х=10мм

Определение критерия трещиностойкости материала сварного соединения, является основополагающей характеристикой его работоспособности, так как он характеризует собой сопротивление материала развитию трещины, представляет собой коэффициент интенсивности напряжений у вершины трещины критического размера, т е в момент перехода к спонтанному разрушению, используется, как структурно-чувствительная характеристика и в качестве параметра несущей способности материала в конструкции, позволяющий оценить максимально допускаемые напряжения в оборудовании при наличии дефекта или предельно-допустимые размеры этого дефекта

Как известно, окончательная оценка пригодности материала сварного элемента для данной конструкции часто проводится по результатам испытаний моделей будущих изделий, их узлов или натурных образцов

Низкотемпературные испытания плоских сварных образцов (тип 1 - по металлу СШ и тип 2 -по ЗТВ) проводили на машине гБМ-ЮОО с записью диаграммы « Р- V» (сила- перемещение берегов трещины) вплоть до момента разрушения

При испытании с температурой жидкого азота Тз = ПК, плоские образцы с установленными на них термопарами полностью погружали в резервуар с жидким азотом После необходимой выдержки (1-2 часа), вместе с термопарами образец устанавливался в захваты испытательной машины, в клиновые упоры на торце образца ставился датчик смещения, а сам образец с целью теплоизоляции закрывался ватной оболочкой насыщенной парами жидкого азота В процессе испытания, регистрируемая температура (по установленным на образце термопарам) вплоть до момента разрушения образца Т3 = 77 К, практически не изменялась Испытания образцов при температуре Т2 = 170 К проводились аналогично, с той лишь разницей, что охлаждающей средой были пары жидкого азота и жидкий азот Поверхности разрушения образцов исследовались с помощью микроскопа

В третьей главе представлены результаты исследований кинетики остаточных напряжений при упругопластическом статическом деформировании.

Предложены методические подходы и получены расчетные уравнения, позволяющие определить количественную связь внешних нагрузок с уровнем остаточных исходных напряжений в неоднородных сварных соединениях, а также рассчитать результирующие поля нелинейных деформаций по всей длине соединений Также строится релаксационная модель остаточных напряжений и проводится ее экспериментальная проверка Модель учитывает значение приложенных номинальных упругих и упругопластических статических напряжений и обеспечивает квадратичный характер убывания остаточных сварочных напряжений

Функциональная зависимость изменения остаточных напряжений на поверхности образца можно описать уравнением (1)

Р\ атпрс и

Распределение поперечных остаточных напряжений в сварной пластине на грани 2 и в соответствующей области трубчатого образца совпадают (см рис За), (рис 36) - незначительное отличие в распределении напряжений в пластине по грани 1 и в трубчатом образце вызвано объемным перераспределением их в процессе изготовления образца

В главе приведены начальные участки диаграмм статического деформирования локальных зон сварного соединения без учета и с учетом остаточных напряжений

Также получены зависимости изменения исходных остаточных напряжений по длине образца от уровня внешних нагрузок и кинетика изменения остаточных напряжений в процессе нагружения (см рис 4) При увеличении нагрузки уровень и характер остаточных напряжений по длине образца изменяется На рис 4 изменение кинетики остаточных технологических напряжений в процессе нагружения от номинальных напряжений представлено зависимостями (3) и (4)

аоХ=а-/}{ан)2, (3)

где сгох =/(<?„) (ст„ = с,,/0"™ " Относительное номинальное напряжение только от внешней нагрузки при сгех = оах /сг„,) и для металла сварного шва может быть описано с приемлемой точностью квадратичным уравнением где а = 0,71, ^ = 0,75

[0,79-0,62ст,Д (4)

где л: - координата по оси с началом на линии сплавления и направлением перпендикулярно сварному шву по поверхности образца, I- полуширина области растягивающих остаточных напряжений

Для учета влияния кинетики && на НДС нагружаемого сварного соединения вводится поправка на номинальное напряжение в соответствующих уравнениях для описания распределения упругопластических деформаций в 1-й зоне

= ст. + = ст. + /2, (х, ст„ \ (5)

Деформации в зоне сварного шва в упругой области распределены согласно

уравнению есш = -~ (6)

В зоне термического влияния (ЗТВ) в упругопластической области нагруже-

НИЯ еЗТВ= " азтв "атЗТВ ' (7)

где/к, функция, учитывающая контактное упрочнение зоны

Эти зависимости позволяют определять величины номинальных напряжений, при которых остаточные напряжения исчезают

В главе приведены экспериментальные и расчетные функциональные распределения относительных упругопластических деформаций в сварном соединении при заданной нагрузке с учетом остаточных полей напряжений, введенной поправкой к эффектам контактного упрочнения, интегральных свойств механической неоднородности и без учета остаточных напряжений

Анализ распределения полей упругопластических деформаций по длине образца показал, что без учета остаточных напряжений основные дефор-

мации накапливаются в менее прочном основном металле, а металл сварного шва находится в упругой области

При учете остаточных напряжений наблюдается значительное перераспределение деформаций в сварном соединении Общие напряжения определяются суммой номинальных и остаточных напряжений

При расчете учитывался эффект контактного упрочнение зон сварного соединения с использованием коэффициентов контактного упрочнения

Проведенные расчетно-экспериментальные исследования влияния кинетики остаточных полей напряжений на НДС сварного соединения позволили сделать следующие выводы - в процессе упругопластического нагру-жения сварного соединения происходит объемное перераспределение исходных полей остаточных напряжений,- предложенная в работе методика позволяет исследовать кинетику остаточных полей напряжений в процессе упругопластического нагружения физико-механически неоднородного соединения, - полученные расчетно-экспериментальные зависимости дают возможность с достаточной точностью определять уровень остаточных напряжений после приложения к сварному соединению внешних нагрузок с учетом их физико-механической неоднородности, с помощью уравнений (3) и (4) можно в произвольной точке сварного соединения аустенитной стали типа 08Х18Н10Т определить предельные значения внешней нагрузки, при которой исходные остаточные напряжения исчезают, - результаты исследования кинетики остаточных напряжений позволяют ввести функциональную поправку к действующим напряжениям и к эффектам контактного упрочнения в распределении полей упругопластических деформаций в соответствующих сварных соединениях

В четвертой главе дан анализ упругопластического деформирования сварных соединений с учетом физико-механической неоднородности и криогенных температур.

Изложены результаты расчетно-экспериментального исследования технологических особенностей по объему сварных соединений На базе экспериментальной информации построена математическая модель формирования механических свойств в объеме сварного массива для сталей аустенитно-го класса типа 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т в широком диапазоне толщины и заданной геометрией сварного шва Предложены расчетные зависимости определения пространственных полей упругопластических деформаций на основе деформационных критериев разрушения в исследуемых соединениях с учетом анизотропии свойств и кинетики остаточных напряжений от сварки

Так как для сварных конструкций, работающих при криогенных температурах, приоритетной задачей является их исследование на хрупкое разрушение вследствие снижения пластичности и вязкости металла сварного соединения при понижении температуры до ПК, то при выборе основного металла, сварочных материалов, способов и технологических режимов сварки преобладающим критерием является чувствительность металла сварного со-

единения к концентраторам напряжений, в основном к технологическим сварочным дефектам типа трещин (непроварам, несплавлениям, подрезам, шлаковым включениям и т д), были проведены исследования характеристик трещиностойкости металла сварных соединений элементов конструкций рассматриваемых сталей с учетом натурных толщин и криогенных температур

Распределение локальных механических свойств на поверхности сварных соединений определялось по результатам измерений микротвердости и твердости по Бринеллю

ат=аТ0(НВ/НВ0), (8)

где, НВ0 и НВ — соответственно твердость основного металла (ОМ) и локальных зон соединения

Учитывая плоскости и оси симметрии сварных соединений, результаты измерений в симметричных точках представлены в виде средних значений с учетом среднеквадратичных отклонений, зависимостью (9) Среднеквадратичные отклонения пределов текучести не превышают 15 МПа

(А<г.) = 1Е<Г: (9)

V л-1 я-1

При исследовании изменения механической неоднородности учитывалось влияние структурной неоднородности типа непроваров, шлаковых включений, трещин Плотность их распределения ДТ^) соответствует закону Вейбулла-Гнеденко (уравнение 10) При этом результаты получены как на микрообразцах, так и на плоских образцах толщиной до 100 мм

/(Г,) = 0,35 Я0'5 ехр( -0,7 Г,0'5 ) (10)

Анализ результатов распределения физико-механической неоднородности

Максимальные относительные напряжения текучести вдоль срединной линии сварного шва (о Т)т=(^т)ч/^то являются функцией толщины шва I и не зависят от координаты вдоль оси симметрии шва, которые аппроксимируются зависимостью (11)

(ат)„ = (а т)тп (1-1тг)2 + 5>, (11)

(где (вт)т - максимальный предел текучести в соответствующей точке сварного соединения, сгТо - предел текучести основного металла) на поверхности соединения имеют место соответствующие точки области вдоль середины сварного шва Минимальные относительные напряжения текучести будут при толщине 80 мм Можно предположить, что в формирующемся массиве сварного соединения проходит уменьшение размера зерна, что приводит к увеличению предела текучести согласно уравнению Холла-Петча При увеличении толщины до 80 мм, по-видимому, превалируют процессы отжига, уменьшая прочностные характеристики металла

В результате анализа расчетно-экспериментальных исследований установлено, что функциональное распределение относительных напряжений течения по объему сварного шва, включая линию сплавления, описывается уравнением 12, для швов с V - образной и половинчатой К — образной фор-

мой используется правосторонняя система координат 0ХУ2 (см рис 1), где ось 02— ось симметрии шва

О г - [ А1 (уЛу'+ А2 ] (х/?) + А3 (у/1)1 + А4

(12)

Для К - образной разделки шва введена идентичная система координат ОХ ¡У¡2] , которая получена поворотом вокруг оси О У системы координат ОХУ2 против часовой стрелки на угол в = 19,5° (см рис 1) В результате такого поворота ось 02у стала осью симметрии верхней симметричной части шва (для объема 2 > 0) Тогда уравнение (12) для этой части К- образного шва принимает вид

ёт=[А, (у/1)2 + А2] (х,Л/ + А3 (у/1)1 + А4 ,

(13)

Преобразование координат при таком повороте системы координат описывается уравнениями^ =уи X] =х созв + 2 ътО

Сталь А1 а2 Аз а4

/, мм

25 70 100 130

08Х18НЮТ 4,66 - 1,58 -1,53 1,96 1,61 1,61 -

12Х18Н10Т 4,66 -28,10 - 1,53 - - - 1,90

Из анализа полученных результатов были записаны уравнения распределения ст т в зоне термического влияния (зтв) сварного шва для соответствующих сталей

аТ = [В,(у/02 + В2]{(х/1)+В3]2+ 1 , (14)

где В, ( I - 1, 2, 3 ) - коэффициенты, зависящие от тех же многочисленных параметров сварки, что и коэффициенты А, Значения коэффициентов В, приведены в таблице 2 (Значения В, для соответствующих сталей при у/(=0,5 и

Сталь Вх Вг Вг

2 , ММ

0 14 20

08Х18Н10Т х>0 -3 - - 1,37 -0,9

12Х18Н10Т х>0 -3 8,73 10,28 8,50 -0,26

х<0 -3 3,26 3,19 3,05 -0,47

Величины В, определяются из граничных условий на поверхности соединения вне области металла сварного шва Значения величины В2 определяются из граничных значений стг в сварном шве и на линии сплавления для соответствующих координат сечения (х, у, г)

Для стали 12Х18Н10Т уравнение (14) записывается в виде

*т = [В1(у1Ь)2+В2][(х1/1)+В3]2 + 1 , (15)

На рис 5 показано сравнение расчетных и экспериментальных величин относительных напряжений течений металлов для некоторых направлений в различных сечениях сварного соединения стали 08Х18Н10Т

Рис 5 Сравнение расчетных и экспериментальных значений а т вдоль направления ОХ в сечениях (х^) при / =70 мм, где, сплошные линии 1, 2, 3, 4 -расчет для СШ, пунктирные - расчет для ЗТВ и экспериментальные точки 1 - ■ - (х,0,20), 2 - • - (х, 14,20), 3 - * -(х,28,20), 4 - ▼ - 0,35,20) и вдоль направления ОУ в сечениях, где расчетные линии 1, 2, 3, 4 5 и экспериментальные точки 1- СШ - ■ - (7,у,20) и 2- ЛС - • - (21^,20), 3- ЗТВ - ж - (35^,20), 4-ЗТВ - ▼ - (40^,20), 5- ЗТВ - ♦ - (63^,20)

Также, по результатам испытания малых образцов из различных зон сварного соединения (диаметром 3 мм и 5 мм с длиной рабочей части 15 мм и 25 мм), получено функциональное распределение относительного сужения при разрушении (у/*) по всему объему сварных соединений, представленное следующими уравнениями Для металла шва, включая линию сплавления, относительное сужение представлено уравнением чоз

С.+СЛ

с, + с,

(г)

(16)

Это уравнение с учетом экспериментально определенных коэффициентов С/ (при 1=1,2, 3,4) записывается в виде

0,6 +

Чт!

0,15 + 4,51^-0,55

(17)

где Ч' , = / Ч'^, Ч^ и Ч^ - соответственно значение относительного сужения при разрушении в соответствующей точке массива шва (включая зону сплавления) и основного металла Для сварных соединений исследуемых сталей константы т]у = 0,55 и А„ = 1 В общем случае А0 зависит также как и

параметры С, от технологических характеристик, режимов сварки, исходного состояния и химического состава металла Уравнение (17) справедливо при х>0, у> 0 и при ширине сварного шва вдоль направления ОХ меньше 70мм (для стали 08Х18Н10Т) При ширине шва больше указанного для этой стали необходимо переопределять параметры С/ из условия, что вдоль линии сплавления относительное сужение не изменяется

Для объема зоны термического влияния (ЗТВ), включая линию сплавления, относительное сужение определяется функцией на ее монотонно возрастающем участке до < 1

(18)

Для исследуемых сварных соединений с учетом параметров С, (при 1 = 5, 6 7), являющихся функцией тех же характеристик, что и С, в уравнении (16), уравнение (18) записывается в виде

Ч» = Д

1,02-

0,58 + 5,7|^-0,5

х

(19)

Как и в уравнении (16) параметр А0, параметр т/г определяется из граничных условий цг к в сварном шве на линии сплавления для соответствующих координат (д:, у, ¿) точек сечений Для (г//) >0,15 этот параметр г}¥ для рассматриваемых сечений при оценочных расчетах может быть принят равным Г!¥ ю 0,7

Для стали 12Х18Н10Т используются те же уравнения (16 - 19) при замене х,у, г соответственно на Х|, (см рис 1)

На рис 6 приведены сравнения экспериментальных и расчетных по уравнениям (17) и (19) величин относительного сужения у/к для сварного соединения стали 08Х18Н10Т в направлениях ОХ и ОУъ различных его сечениях

Пространственное распределение относительного предела прочности для металла шва и линии сплавления при х>0 и .у^О описывается следующим уравнением

о\= А,

(20)

где оь—аь\ сг^, где аь и аЬо соответственно предел прочности в произвольной точке массива и - основного металла Уравнение (20) с учетом параметров Д (при 1 =1,2, 3) представлено следующим уравнением

1,05 + 0,09^-0^ -0,5^-0,55^у

(21)

Параметр В0 зависит от тех же факторов что А0, С, и Д, для исследуемых соединений В0 — 1

Аналогично для зоны термовлияния включая линию сплавления, функция представлена уравнением

о\=В

А+ А+Д

У

-Пь

где, с учетом коэффициентов Д (при г =4, 5, 6) выражается уравнением

0,5

<х/с)

Рис 6 Зависимость вдоль О У в соответствую9щих сечениях сварного соединения стали 08Х18Н10Т (<=70 мм ) линии - расчет и экспериментальные точки , 1 - (СШ) - ■ - (7,у,20),2 - (ЛС)- •-(21,у ,20), 3 -31В- * - (35,.у ,20), 4 - ЗТВ - т - (49, у,20), 5 -ЗТВ- ♦ - (63^,20) и вдоль ОХ линии - расчет, и экспериментальные точки 1- ■ -{х, О ,20), 2 -• - (х, 14,20), 3 - * - (х, 28 ,20)

Для зтв параметр г]ь определяется по уравнениям (20) и(22) из граничных условий равенства аь в сш на линии сплавления при соответствующих координатах сечений (х, у, г) При г// >0,15 эту функцию для соответствующих сечений можно определить из уравнения

Чъ = 0,48+1- 0,5^ (24)

На рис 7 представлено сравнение расчетных и экспериментальных величин относительного предела прочности по некоторым сечениям сварного соединения стали 08Х18НЮТ

Анализ напряженно-деформированного состояния сварных соединений с учетом физико-механической неоднородности. В результате проведенных исследований можно определять сопротивление разрыву Бк в объеме сварного соединения как функцию координат хН, уН зависимостью ¿Ус^сг^ = 1 + 1,4^,цгы а продольные логарифмические деформации разрушения по всему массиву соединения уравнением

е = 1п-^- Тогда в соответствии с работами Н А Махутова при степен-

1 -

ной аппроксимации диаграммы деформирования характеристика упрочнения материала в упругопластической области нагружения в произвольной точке

объема выражается уравнением т = 0,75-

1

Л- 1 ~ ПП.

, где еТ=аТ/Е

1,05

1,00

0,25

(У/Ь)

0,50

(Х/Ь)

Рис 7 Сравнение расчетных аь и экспериментальных величин вдоль О Г в сечениях соединения при/=70 мм 1 -СШ-« -(7, у,20), 2 -ЛС- • -(21,у ,20), 3 -ЗТВ- а - ( 35, у ,20), 4 - ЗТВ - ▼ - (49, у,20), 5 -ЗТВ- ♦ - (63^,20) и вдоль ОХ линии - расчет и экспериментальные точки 1- в -( х, О ,20), 2 - (х, 14,20), 3 - * - (х, 28 ,20)

При упругопластическом нагружении цилиндрического сварного трубчатого образца вдоль его оси ОХ (см рис 1 и рис 2) определялись экспериментальные поля деформаций на его поверхности Интенсивность главных относительных упругопластических деформаций определялась по уравнению (25), где, ё, =е, /ет, (1=1, 2, 3), ет- деформация на пределе текучести основного металла, ё2=е3 = ёхц. ц - коэффициент Пуассона, зависящий от деформаций ё( и согласно деформационным критериям разрушения Н А Мал, + -1) хутова определяется = 0,5 - 0,2---

ё, = фк-^У + Ь-ёзу+(ё2-ёзу , (25)

При этом упруго пластический деформации на участке х] < х, Ш,- х' при линейной аппроксимации диаграммы деформирования будут распределены по закону

1 +

(1 + 2/К

п

4 зТЗх, (1 + г).

-1

1-

Е. Е,

Ь(2б)

где, а^ - номинальное приложенное напряжение с учетом начальных остаточных напряжений от сварки, , Сп, ст(Т"] - соответственно осредненный модуль упругости, линейный модуль упрочнения и предел текучести по объему поперечной прослойки толщиной Ах, х, - отношение ширины рассматриваемой зоны к толщине оболочки, остальные параметры выбраны согласно критериям Н А Махутова

Для Ра+4+++счета распределения механических свойств по объему трубчатого цилиндрического образца из сварного соединения стали

рис 2) проводилось их осреднение по микрообъемам вдоль его оси симметрии с шагом 5мм и 32 точкам по периметру внутреннего и внешнего диаметра поперечного сечения Результаты представлены на рис 8

Характеристики вязкости разрушения сварных соединений

08Х18Н10Т с учетом их толщины и криогенных температур.

Локальные механические свойства сварного соединения получены по результатам измерения твердости и испытаниям малых образцов при нормальных температурах Из анализа работ Мюллера, Мэйера, Г П Зайцева, Ф К Савицкого, В И Старцева и др были установлены их температурные зависимости

Построены расчетно-экспериментальные зависимости критического раскрытия трещин и критического коэффициента интенсивности напряжений для различных зон и толщин при разных криогенных температурах испытаний сварных соединений 08Х18НЮТ, а также их функциональная зависимость от толщин и температуры с учетом исходных технологических дефектов сварки (рис 9а) При этом сила Рс определялась по точке пересечения диаграммы «Р-К» с 5% секущей при заданной температуре испытаний

р. [т

29,6-185 ^655 ^ -1017 Л + 639 £

(27)

В пятой главе проведена расчетно-экспериментальная оценка прочности и ресурса сварных элементов оборудования.

Представлены приближенная методика расчетной оценки упруго-пластического деформирования сварных соединений и уточенные методические основы оценки прочности и ресурса оборудования а также приведен пример расчета на статическую прочность сварных соединений силовой оболочки криогенной трубы по допускаемым размерам дефектов

Так как упруго-пластическое деформирование сварного соединения в целом является достаточно сложным процессом и оценка его прочности при этом существенно зависит как от перераспределения деформаций по всему объему композита, так и от величин исходных остаточных напряжений, то предложенная приближенная методика позволяет расчетным путем, используя только литературные данные интегральных механических свойств свариваемых материалов прогнозировать диаграмму упругопластического деформирования сварного соединения

Применяя линейную аппроксимацию диаграммы деформирования, расчет проводился согласно формулы ах=ат + Ст(еж -ет), где <тг и еГ - соответственно предел текучести и деформация на пределе текучести, - модуль упрочнения в упругопластической области, ах, ех - соответственно номинальные упругопластические напряжения и деформации

2 \д 2 \ /

1 " э

сш 1 ЛС 31В

1 4 /

—.-1-

9 . • з

6

3

сш у

лс зтв

г* . . 1

15 (б)

X ,мм

О 10

20 (в)

X ,мм

Рис 8 а - Распределение стт, ¥1, сть по внешнему (функции 1, 2, 3) и внутреннему (4, 5, 6) периметру поперечного сечения цилиндрического трубчатого образца сварного соединения стали 12Х18Н10Т плоскостью х=5мм, б -распределение осредненных по микрообъемах (<Тт)с, (Ук)с, тс вдоль

оси ОХ, представленных соответственно функциями 1, 2, 3, 4, в - Сравнение расчетных по уравнению (26) с учетом объемного распределения свойств и экспериментальных интенсивностей относительных упругопластических деформаций при <хл = 1,4 (1 - с учетом остаточных напряжений и их кинетики (аох Ф 0), 2 - без учета (аох = 0), 3 - экспериментальные точки

Используя литературные данные механических свойств металла и его сварного соединения, величину СТ для соответствующих зон сварного соединения рассчитывали по работам Н А Махутова с учетом, что для конструкционных материалов йт и 0,3 При построении интегральной диаграммы деформирования, расчет продольной деформации вдоль оси X на образце сварного соединения стали 12Х18Н10Т (см рис 2) проводился по формуле

хр

о

где А£еш, А£,т , А- абсолютное удлинение соответствующих зон сварного соединения, £0 - начальная длина рабочей части образца сварного соединения

У пру го пластические деформации на участке х' < х1 < I, — х' при линейной аппроксимации диаграммы деформирования (гтл > стт) будут распределены по уравнению (26)

Для уточненного ресурса зависимости учитывающей объемное распределение исходных и локальных напряженно-деформированных состояний сварных композитов с учетом их технологической и механической простран-

ственной анизотропии свойств, а также функциональную зависимость кинетики технологической неоднородности от параметров внешней нагруженно-сти согласно уравнений (1) - (27)

При расчете на статическую прочность сварных соединений силовой оболочки криогенной трубы по допускаемым размерам дефектов рассматривался сварной шов оболочки с внутренним радиусом 4 м и толщиной 69 мм В процессе эксплуатации трубы в этом сварном соединении эквивалентное напряжение равно сг3 = 52 МПа

Так как расчеты прочности по номинальным напряжениям не полностью отражают такие важные факторы, как дефектность, температура эксплуатации, неоднородность физико-механических свойств материала, то расчет сопротивления однократному статическому разрушению проводился по деформационным критериям хрупкого разрушения с определением допускаемых размеров начальных или эксплуатационных дефектов типа поверхностных полуэллиптических трещин

При решении задачи рассматриваются дефекты плоскости которых перпендикулярно направлены тангенциальным напряжениям, расположенные на поверхности сварного шва и по линии сплавления в плоскости продольного сечения оболочки трубы Малая полуось эллипса Ь направлена по радиусу поперечного сечения оболочки, а большая полуось а - вдоль образующей цилиндра Соотношение полуосей принимается равным Ыа= 0,3.

На рис 96 приведена расчетная схема определения критической глубины дефекта Ьс в металле сварного шва и в материале зоны сплавления, рассматриваемой области соединения обечайки трубы при Т\=295К и Ту=11К

Из расчета следует (см рис 96) что при Ту=295К критическая глубина дефекта в рассматриваемой области сварного шва равна Ьс1 = 27 ми а в зоне сплавления Ьсг = 15,9 мм. При пониженной температуре эксплуатации Т3=77К критическая глубина дефекта уменьшается до Ьсз = 19,5 мм для той же области сварного шва и до Ьс\— 6,6 мм в зоне сплавления

Принимая запас прочности по длине (глубине) И/ =ЬДЬ]=3, получаем допустимые значения размера дефекта [6],= Ьс / 3.

Для дефектов типа поверхностных полуэллиптических трещин нормального отрыва допускаемая глубина в сварном шве [6)1 = 9,0 мм, а в зоне сплавления допускаемая глубина равна [6]^ = 5,3 мм при = 295К А при температуре эксплуатации Тз = 77К глубина допускаемого дефекта в сварном шве равна[6]з = 6,5 мм и в области сплавления допускаемый размер равен [6]4 = 2,2 мм

Рис 9а- Поверхность функционального распределения (АВСВЕГС) критического коэффициента интенсивности напряжений Кс для металла сварного шва от температуры и толщины соединения стали 08Х18Н10Т с учетом исходных технологических дефектов сварки 6 - Расчетно-экспериментальные зависимости для определения допускаемых размеров дефектов типа поверхностных полуэллиптичесхих трещин на сварной поверхности оболочки трубы стали 08X18Н10Т с внутренним радиусом Л = 4 м, / = 70 мм, Ыа = 0,3 1-СШ и 2-ЛС при Г, = 29ЪК, 3-СШ и 4-ЛС при Т3 =ПК,

В соответствии с полученными результатами расчета можно определять не только локальные характеристики прочности, но и допускаемые исходные и критические в процессе эксплуатации размеры дефектов в элементах оборудования с учетом объемной физико-механической анизотропии и широкого температурного диапазона в любой точке их расположения сварного композита

ВЫВОДЫ

1 В процессе упругопластического нагружения сварных соединений больших толщин (до 130 мм) из аустенитных сталей происходит объемное перераспределение исходных полей остаточных напряжений, зависящее от исходного уровня остаточных напряжений и локальных механических свойств металла в зоне сварного соединения и уровня приложенных напряжений

2 Проведенные расчетно-экспериментальные исследования влияния кинетики остаточных полей напряжений на напряженно-деформированное состояние сварного соединения дали возможность

исследовать кинетику остаточных полей напряжений в процессе уп-ругопластического нагружения физико-механически неоднородных сварных соединений,

- получить расчетно-экспериментальные зависимости, которые с достаточной точностью определяют уровень остаточных напряжений после приложения к сварному соединению внешних нагрузок с учетом физико-механической неоднородности сварного соединения,

- определить предельные значения внешней нагрузки, при которых исходные остаточные напряжения существенно снижаются или исчезают

3 Результаты исследования кинетики остаточных напряжений позволяют ввести в расчеты прочности поправки к действующим напряжениям и к эффектам объемного контактного упрочнения при оценке распределении полей упругопластических деформаций в соответствующих зонах сварных соединениях

4 Предложенная математическая модель для учета анизотропии свойств физико-механической неоднородности сварных соединений дала возможность

- получить распределение локальных деформационных и прочностных характеристик по объему сварных соединений сталей аустенитного класса,

- оценить вероятностное распределение дефектов сварки по их размерам в массиве исследуемых соединений,

охарактеризовать пространственную анизотропию механических свойств в объеме металла шва и в околошовной зоне

5 Результаты исследований позволяют определять расчетные поля упругопластических деформаций по всему объему сварных соединений с учетом анизотропии механических свойств, структурной неоднородности, геометрии зон сварки и кинетики полей остаточных напряжений

6 Из анализа результатов исследования трещиностойкости зон сварных соединений стали типа 08Х18Н10Т в широком диапазоне температуры (от 295К до ПК) и толщины (от 25 мм до 130 мм) следует, что

- условный предел текучести металла сварного шва и области сплавления увеличивается, а относительное остаточное поперечное сужения образцов снижается при понижении температуры,

- существуют области толщин и температур, при которых вязкость разрушения имеет минимальные значения для различных зон сварного соединения Толщины, с которых наблюдается уменьшение характеристик вязкости разрушения, находятся в пределах 40 - 60мм

- критическое раскрытие Зс для исследуемых толщин (25-100) мм уменьшается с понижением температуры испытания до 77 К как для металла сварного шва в 25-30 раз (от (3,3 - 5,3) мм при 295К до (0,1 - 0,2) мм при 77/0), так и для зоны в 1,5-2 раз Также, с увеличением толщины сварного соединения от 25 мм до 100 мм, происходит уменьшение 8е в 1,5 раза,

- установлено, что при толщине 100 мм и температуре ПК металл шва и зона сплавления практически имеют одно и тоже значение критического коэффициента интенсивности напряжений

7 При увеличении толщин и снижении температур изменяется характер разрушения На образцах повышенной толщины (7 =100 мм) при понижении температуры до 77К происходит резкое сокращение предельных пластических деформаций vj/c (в 12 раз), а критическое раскрытия трещин уменьшаются в 10 раз и возникающие разрушения носят квазихрупкий характер Это указывает на отсутствие безопасных вязких состояний в сварных соединениях больших толщин при температуре жидкого азота

- вторая температура, определяющая переход в хрупкие состояния, для толстостенных сварных соединений находится ниже 50 К, а первая критическая (перехода от вязких разрушений к квазихрупким) температура для исследуемых толщин выше 120 К

8 Изложенные в работе результаты исследований позволили предложить приближенную и уточненную методики оценки прочности и трещино-стойкости при эксплуатации крупногабаритных сварных конструкций из ау-стенитных нержавеющих сталей и были использованы в ОКБ «Гидропресс» и в Гипронииавиапроме при анализе несущей способности авиационно-космического и энергетического оборудования

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1 Махутов H А , Макаренко JIВ , Макаренко И В Влияние остаточных напряжений и анизотропии свойств сварного шва на кинетику развития малоцикловых трещин - В кн Всесоюзная научно-техническая конференция «Остаточные напряжения - резерв прочности в машиностроении», (Ростов-на-Дону, 1991), Тез докл , с 52-53

2 НА Махутов, JIВ Макаренко, И В Макаренко Исследование низкотемпературной кинетики поверхностных полуэллиптических разноори-ентированных малоцикловых трещин с учетом эффекта упрочнения в поле механической и структурной неоднородности - В кн Всесоюзная научно-техническая конференция «Повышение надежности и долговечности машин и сооружений», (Кишинев, 1991), Тез докл , с 32-33

3 НА Махутов, И В Макаренко, JI В Макаренко Кинетика полей остаточных напряжений в неоднородных аустенитных сталях при упругопласти-ческом деформировании / Заводская лаборатория 1999 №4, том 65 С 40 -44

4 НА Махутов, Ю Г Драгунов, К В Фролов, JIВ Макаренко и др Несущая способность парогенераторов водо-водяных энергетических реакторов - M Наука, 2003, 440 с

5 N A Makhytov, I V Makarenko, L V Makarenko Influence of mechanical spatial spottiness to the kinetics of rifts in austenitic steels — Abstracts of International Conference "Structural Integrity and Lifetime of NPP Equipment", - G S Pisarenko Institute for Problems of Strength of the

National Ac Sei of Ukraine, Kiev, 2003 77 p

H А Махутов, И В Макаренко, JIВ Макаренко Исследование пространственной механической неоднородности сварных соединений ау-стенитных нержавеющих сталей / Заводская лаборатория 2004 №2, том 70 С 39-49

Н А Махутов, И В Макаренко Л В Макаренко Влияние анизотропии физико-механических свойств на кинетику трещин в аустенитных сталях / Проблемы прочности 2004 №1 С 113-119 Н А Махутов, И В Макаренко, Л В Макаренко Оценка прочности и трещиностойкости ответственных изделий по критериям нелинейной механики деформирования и разрушения // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций -2007 -№1 -С 32-46

Подписано в печать_ Уел печ л 1 Заказ №_ Тираж 100 экз

Типография ИМАШ им А А Благонравова РАН

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА

АНАЛИЗ ОСНОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ С УЧЕТОМ ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ И КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР.

1.1. Деформации и особенности формирования полей остаточных напряжений и механических свойств в сварных соединениях аустенитных сталей.

1.1.1 Методы сварочных напряжений и деформаций.

1.1.2 Величины и распределения остаточных напряжений. . 18 1.1.3. Неоднородность механических свойств сварного соединения.

1.2. Особенности низкотемпературной деформации аустенитных сталей.

1.3. Особенности деформирования сварного соединения при наличии мягкой прослойки.

1.4. Характеристики трещиностойкости конструкционных материалов при статическом нагружении.

ГЛАВА

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ И КРИТЕРИЕВ РАЗРУШЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Технология сварки и конструкция сварных образцов из стали 08X18Н10Т.

2.2.1 Конструкция сварных образцов.

2.2.2 Технология сварки образцов, сварочные материалы, сварочное оборудование и режимы сварки.

2.2.3 Технологический процесс сварки.

2.3 Методика исследования кинетики полей остаточных напряжений.

2.4 Образцы и методика исследования пространственной механической неоднородности сварных соединений сталей 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т.

2.5. Методика низкотемпературных испытаний сварных плоских образцов стали 08Х18Н10Т для определения характеристик трещиностойкости зон соединений при статическом кратковременном нагружении.

ГЛАВА

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ

УПРУГО ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ.

3.1. Голографические и рентгеноструктурные исследования остаточных напряжений в сварных соединениях.

3.2. Исследование и анализ кинетики остаточных напряжений в сварных соединениях.

3.3. Анализ распределения полей упругопластических деформаций в сварном соединении с учетом кинетики остаточных напряжений.

ГЛАВА

АНАЛИЗ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С УЧЕТОМ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ

НЕОДНОРОДНОСТИ И КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР.

4.1 Исследование пространственной механической неоднородности сварных соединений аустенитных нержавеющих сталей. . .71 4.1.1. Исследование полей распределения микро-твердости.

4.1.2. Статистический анализ распределения внутренних технологических дефектов.

4.1.3. Анализ показателей физико-механической неоднородности металла сварных соединений.

4.1.4. Анализ напряженно-деформированного состояния сварных соединений с учетом физико-механической неоднородности.

4.2. Исследование характеристик вязкости разрушения сварных соединений стали 08Х18Н10Т разных толщин при пониженных температурах.

4.2.1. Определение механических свойств сварных соединений.

4.2.2 Определение критических значений коэффициентов интенсивности напряжений.

4.2.3 Определение критических раскрытий трещин.

ГЛАВА

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ И РЕСУРСА СВАРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ.

5.1. Приближенная методика расчетной оценки упругопластического деформирования сварных соединений.

5.2. Уточненная оценка прочности сварных соединений.

5.3. Исходные данные для расчетного обоснования статической прочности сварных элементов криогенного оборудования.

5.4. Расчет на статическую прочность сварных соединений силовой оболочки криогенной трубы.

ВЫВОДЫ.

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 современных 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 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 е,- и напряжений о/ в зоне сварки, раскрытию трещин 8, к получению текущих значений 3 - интеграла плотности поверхностной энергии, коэффициентов интенсивности деформаций К!е и напряжений К/.

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 трещиностойкости 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 трещиностойкости при криогенных температурах (до -196°С) 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 основы 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 - C.B. Серенсен, Б.Е. Патон, O.A. Бакши, H.A. Окерблом, В.А. Винокуров, В.Т. Трощенко, В.И.Труфяков, Н.П.Алешин, В.И. Махненко, Г.С. Писаренко, Г.П. Карзов, H.A. Махутов, М.А.Даунис, Е.М. Морозов, B.C. Игнатьева Irwin G.R., K.Masubuchi, H. Te-rada, J.M. Bloom, К. Kussmaul, E. Yoshihisa, K. Sato, M. 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. Sei. 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. A.A. Благонравова РАН. Автор выражает самую искреннюю благодарность профессору, д.т.н., чл.- корр. РАН H.A. Махутову за научное руководство и консультации.

10

3. Результаты исследования кинетики остаточных напряжений позволяют ввести в расчеты прочности поправки к действующим напряжениям и к эффектам объемного контактного упрочнения при оценке распределении полей упругопластических деформаций в соответствующих зонах сварных соединениях.

4. Предложенная математическая модель для учета анизотропии свойств физико-механической неоднородности сварных соединений дала возможность:

- получить распределение локальных деформационных и прочностных характеристик по объему сварных соединений сталей аустенитного класса;

- оценить вероятностное распределение дефектов сварки по их размерам в массиве исследуемых соединений; охарактеризовать пространственную анизотропию механических свойств в объеме металла шва и в околошовной зоне.

5. Результаты исследований позволяют определять расчетные поля уп-ругопластических деформаций по всему объему сварных соединений с учетом анизотропии механических свойств, структурной неоднородности, геометрии зон сварки и кинетики полей остаточных напряжений.

6. Из анализа результатов исследования трещиностойкости зон сварных соединений стали типа 08Х18Н10Т в широком диапазоне температуры (от 295К до 77К) и толщины (от 25 мм до 130 мм) следует, что:

- условный предел текучести металла сварного шва и области сплавления увеличивается, а относительное остаточное поперечное сужения образцов снижается при понижении температуры;

- существуют области толщин и температур, при которых вязкость разрушения имеет минимальные значения для различных зон сварного соединения. Толщины, с которых наблюдается уменьшение характеристик вязкости разрушения, находятся в пределах 40 -г 60 мм

- критическое раскрытие 5С для исследуемых толщин (25-100)мм уменьшается с понижением температуры испытания до 77 К как для металла сварного шва в 25-30 раз (от (3,3 - 5,3) мм при 295К до (ОД - 0,2) мм при ПК)), так и для зоны сплавления в 1,5-2 раза. Также, с увеличением толщины сварного соединения от 25 мм до 100 мм, происходит уменьшение 8С в 1,5 раза;

- установлено, что при толщине 100 мм и температуре ПК металл шва и зона сплавления практически имеют одно и тоже значение критического коэффициента интенсивности напряжений.

7. При увеличении толщин и снижении температур изменяется характер разрушения. На образцах повышенной толщины =100 мм) при понижении температуры до 77К происходит резкое сокращение предельных пластических деформаций (в 12 раз), а критическое раскрытия трещин уменьшаются в 10 раз и возникающие разрушения носят квазихрупкий характер. Это указывает на отсутствие безопасных вязких состояний в сварных соединениях больших толщин при температуре жидкого азота.

- вторая температура, определяющая переход в хрупкие состояния, для толстостенных сварных соединений находится ниже 50 К, а первая критическая (перехода от вязких разрушений к квазихрупким) температура для исследуемых толщин выше 120 К.

8. Изложенные в работе результаты исследований позволили предложить приближенную и уточненную методики оценки прочности и трещино-стойкости при эксплуатации крупногабаритных сварных конструкций из ау-стенитных нержавеющих сталей и были использованы в ОКБ «Гидропресс» и в Гипронииавиапроме при анализе несущей способности авиационно-космического и энергетического оборудования.

1. H.A. Махутов. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В двух частях.- Новосибирск, «Наука», 2005, - 1110с.

2. Безопасность России. Безопасность трубопроводного транспорта. М.: МГФ «Знание», 2002.-752с.

3. Безопасность России. Безопасность промышленного комплекса. М.: МГФ «Знание», ГУЛ «НТЦ Промышленная безопасность», 2002.-455с.

4. Безопасность России. Высокотехнологический комплекс и безопасность России. М.: МГФ «Знание», 2003.- ч.1. - 575с.; ч.2 -622с.

5. Махутов H.A., Фролов К.В., Драгунов Ю.Г. Модельные исследования и натурная тензометрия энергетических реакторов. М.: Наука, 2001,- 293с.

6. Гетман А.Ф. Ресурс эксплуатации сосудов и трубопроводов АЭС. М.: Энергоатомиздат, 2000,-427с.

7. Махутов H.A., Драгунов Ю.Г., Фролов К.В. и др. Динамика и прочность водо-водяных энергетических реакторов. М.: Наука, 2004.- С.440.

8. Москвичев В.В., Н.А.Махутов, А.П.Черняев и др. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем. Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 2002. -334с.

9. Матвиенко Ю.Г. Модели и критерии механики разрушения. М.: Физматлит, 2006, - 330с.

10. Махутов H.A., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. Новосибирск. Наука, 2005. -516с.

11. С.В.Доронин, A.M. Лепехин, В.В.Москвичев, Ю.И.Шокин. Моделирование прочности и разрушения несущих конструкций технических систем. Новосибирск, Наука. 2005. 250с.

12. Прочность, ресурс и безопасность машин и конструкций. / Под ред. Махутова H.A., Гаденина М.М. / -М: Имаш РАН, 2000, -527с.

13. Москвичев B.B. Основы конструкционной прочности техническихсистем и инженерных сооружений: В 3 ч. Новосибирск: Наука. Сиб.отд. 2002.-106 с.-чЛ: Постановка задач и анализ предельных состояний.

14. Сварка в машиностроении /Под редакцией д-ра тех. наук проф. В.А. Винокурова.- Москва. Машиностроение, 1979. В 4 т., т.З,- 567 с.

15. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций // М., Высшая школа. 1971. С.760.

16. Окерблом H.A., Демянцевич В.П., Байкова И.П. Проектирование технологии изготовления сварных конструкций.- Л., Судпромгиз, 1963, -602 с.

17. Окерблом H.A. Сварочные напряжения в металлоконструкциях. М.; Л.: Машгиз, 1950, -144 с.

18. Прохоров H.H. Расчет деформаций в процессе сварки при наложении валика на кромку пластины. // Автоматическая сварка, 1964. № 5,-С.10-14.

19. Винокуров В.А., Григоръянц А.Г. Теория сварочных напряжений и деформаций. М.: Машиностроение, 1984.-280 с.

20. Махненко В.И. Расчетные методы исследования кинетики сварочных напряжений и деформаций .-Киев,: Наукова думка, 1976, -320 с.

21. Винокуров В.А. Сварочные напряжения и деформации. М.: Машиностроение, 1968.- 235 с.

22. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз, 1951.- 296 с.

23. Патон Е.О. Избранные труды: В 3-х т. Киев: Изд-во АН УССР, 1961, -Т.2.-420С.

24. Гатовский H.H. Определение сварочных деформаций и перемещений с учетом структурных превращений металла. // Сварочное производство, 1976.- № 4, -С.3-6.

25. Боли Б., Уэйлер Д. Теория температурных напряжений,- М., Мир, 1964,- 223с.

26. Игнатьева B.C. Приближенные методы вычисления остаточных сварочных напряжений при однопроходной стыковой сварке. В кн.: Стальные конструкции. М., Госстройиздат, 1962,- 235 с.

27. Тальков Г.Б.Сварочные напряжения и деформации.- JL, Машиностроение, 1973,- 280 с.

28. Винокуров В.А., Григорьянц А.Г. Теоретическое определение временных и остаточных деформаций и напряжений при сварке пластин применительно к титановым и алюминиевым сплавам.// Сварное производство, 1968,. № 5, -С.2-4.

29. Винокуров В.А.,Григоръянц А.Г., Шубладзе Г.Г. Определение временных деформаций и напряжений при сварке для случая плоского напряженного состояния. // Сварочное производство, 1976. № 8, -С. 1-4.

30. Киричевский В.В., Дохняк Б.М., Козуб Ю.Т. и др. Метод конечных элементов в вычислительной технике "MIRELA+" Киев, Наук, думка, 2005 -403 с.

31. Дохняк Б.М., Киричевский В.В., Ищенко В.В. Применение моментальной схемы метода конечных элементов для решения задач инкрементальной теории упругости с начальными напряжениями.// Пробл. прочности, 2006,.- №3 , -С.131-143.

32. ЧирковА.Ю., Ворончук A.A. Применение смешанной аппроксимации к решению двумерных задач теории малых упругопластичных деформаций методом конечных элементов.// Проблемы прочности, -2006.- № 2, -С.124-136.

33. Aladinsky V.V., Makhanev V.O. Dy-800 weldments: residual stress modeling and its application to fracture analysis.// Proc. Of the IV Int.

34. Conf. On Material Science Problems in NPP Equipment Production and Operation.-St. Petersburg, 1996, -Vol.1. P.50-57.

35. Arjaev A.I., Bougaenko S.E., Smirnov Y.I., Aladinsky V.V., Makhanev

36. V.O., Saburov Y.A. Residual stress modeling and analysis for INPP primary.icircuit pipeline welds // Transactions of the 14 International Conference on

37. Structural Mechanics in Reactor Technology ( SMRT 14). Lion, France,

38. August 17-22,1997. BLDW/9. P. 345-352.

39. Киселев C.H., Киселев A.C., Куркин A.C., Аладинский В.В., Маханев

40. B.Ю. Современные аспекты компьютерного моделирования тепловых, деформационных процессов и структурообразования при сварке и сопутствующих технологиях // Сварочное производство, 1998. № 10, -С. 16-24.

41. Финк К., Рорбах X. Измерение напряжений и деформаций.- М., Маш-гиз,1961,- 335 с.

42. Орехов Г.Т. Определение остаточных сварочных напряжений магнито-упругим методом.//Автоматическая сварка, 1974. № 4, -С.30-32.

43. Гуща О.И., Лебедев В.К. Измерение остаточных напряжений в сварочных соединениях без разрушения.// Автоматическая сварка, 1969, № 11. C.42-44.

44. Razumovsky I.A., Medvedev M.V., Fomin A.V. Methods for investigations inhomogeneous residual stresses fields // Handbook of Residual Stress and Deformation of Steel / Ed. G. Totten, M. Howes, T. Unoue. ASM International, USA, 2002.-P. 125-138.

45. Кулиев В.Д., Разумовский И.А. К проблеме определения остаточных напряжений в биметаллах // Докл. АН СССР. 1990. Т.315. № 3.- С.561-565.

46. Разумовский И.А., Хвостов С.М. Методология исследования остаточных напряжений в биметаллических обечайках корпусов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 4, -С. 39-40.

47. Апальков А.А., Одинцев И.Н., Разумовский И.А. метод измерения остаточных напряжений в массивных элементах конструкций с использованием электронной спекл-интерферометрии // Заводская лаборатория, -2003. Т.69,. № 2,- С.45-49.

48. Антонов А. А. Остаточные напряжения в сварном соединении пластин из магниевого сплава // В сб.: Современные проблемы сварки. М.: ИПМ. - 1984. - С. 105-110.

49. Карабахин В.Г., Антонов А.А. Кинетика изменения остаточных напряжений в корне шва при многослойной сварке.// Заводская лаборатория,-2003. № 12, -С.46-49.

50. Николаев Г.А.Расчет сварных соединений и прочность сварных конструкций. М.: Высш. школа, -1965.-451 с.

51. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение.-1990.-448 с.

52. Маслов Б.П. Концентрация напряжений в несжимаемых много компонентных материалах //Прикладная механика.-2000.-36. -№ 3.-С.108-114.

53. Горбунов Б.Н.Сплошные сварные балки и мосты.- М.; Л.; Стройиздат, -1941.-138 с.

54. Экспериментальная механика. Т.2 / Под ред. А. Кобаяси. М.: Мир. -1990. -551 с.

55. Касаткин Б.С., Лобанов Л.М., Волков В.В. и др. Экспериментальные исследования напряжений и деформаций.- Киев. Наук, думка, 1976.150 с.

56. Н. Terada. An analysis of the stress intensity factor of a crack perpendicular to the welding bead. //Eng. Fracture. Mech. 8,- p.441-444,1976.

57. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. Киев.: Наук, думка, 1973.-216 с.

58. X. R. Wu. The effect of welding residual stress on brittle fracture of plates with surface cracks.// Engineering fracture mechanics. V. 19, № 3, -1984, p.427-439.

59. X. R. Wu. Welding residual stress intensity factors for half-elliptical surface cracks in thin and thick plates // Eng. Fract. Mech., V. 19, № 3, - 1984,- p.407-426.

60. Greene T.W. Holzbaur A.A.," Controlled Low Temperature Stress Relieving", Welding Journal, 25: 3 (1946), Res. Suppl., p. 171.

61. Kennedy R., "She Influence of Stress Relieving on the Initiation of Brittle Fracture in Welded Plate Specimens", British welding journal, 4:11 (1957), -p.529.

62. В.И.Старцев, В.Я. Ильичев, В.В.Пустовалов. Пластичность и прочностьметаллов и сплавов при низких температурах.- М., Металлургия, 1975, -310 с.

63. Макаров И.И., Грудзинский В.В. Влияние термодиффузионного цикла сварки на пластичность шва при криогенных температурах // Автоматическая сварка. 1975,. - № 9, -С.38-42.

64. В. Холл, X. Нихара, В. Зут, А.А. Уэллс. Хрупкие разрушения сварных конструкций. Нью-Йорк, 1967. Пер. с англ. М., Машиностроение, 1974, 320с.

65. Д.А.Игнатьков. Остаточные напряжения в неоднородных деталях. Кишинев, Штиинца, -1992, -303 с.

66. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением /Под ред. акад. Б.Е.Патона., М.: Машиностроение,-1974., -768 с.

67. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках / Под ред. член. корр. В. И. Труфякова, - Киев: Наук, думка, 1990.- 255 с.

68. Гривняк И. Свариваемость сталей / Пер. со слов.- М.: Машиностроение, 1984.-215 с.

69. Земзин В.Н., Шрон Р.З. Термическая обработка и свойства сварных соединений.- Д.: Машиностроение, 1978.- 367 с.

70. Петров T.JT. Неоднородность металла сварных соединений.- JL: Суд-промгиз, 1963.- 205 с.

71. Боголюбский С.Д., Сорокина H.A., Томилин И.А. и др. Термодинамический анализ хрупкости аустенитных нержавеющих сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. № 7. - 1974. - С. 2-6.

72. Ульянин Е.А., Бабаков A.A., Федорова В.И. Свойства хромомарганце-вой стали с азотом при низких температурах // Металловедение и термическая обработка металлов. 1965. - № 12. - С. 14-19.

73. Новиков Н.В., Степаненко В.А., Засимчук Е.Э. и др. Квазихрупкое разрушение и особенности деформированного состояния хромо-никелевых сталей при охлаждении до температуры -269 С. // Проблемы прочности.-1973. № 12,- С.28-34.

74. Ульянин Е.А., Овсяников Б.М. О легировании аустенитных сталей для службы в условиях глубокого холода // Металловедение и термическая обработка металлов. 1970. - № 6.- С.20-23.

75. Овсяников Б.М., Ульянин Е.А. Механические свойства нержавеющих сталей при 20 -253 °С // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1969. - № 3.-С.2-6.

76. Химушин Ф.Ф.- Нержавеющие стали. М.; Металлургия, 1967,- 256 с.

77. Высокопрочная сталь. Пер. с англ. З.Г.Фридмана. М., Металлургия,1965,-432 с.

78. Богачев И.М., Марьевич В.П., Еголаев В.Ф. Влияние пластической деформации и фазового наклепа на параметры внутреннего трения Fe-Mn и Fe-Ni аустенитных сплавов // Физика металлов и металловедение.1966. т.22. - вып.З. - С. 446-454.

79. Богачев И.Н., Еголаев В.Ф. Структура и свойства железомарганцевых сталей. М., Металлургия,- 1973,- 270 с.

80. Ульянин Е.А., Сорокина H.A. Стали и сплавы для криогенной техники М.,- 1984, -295 с.

81. Курдюмов Г.В. Бездиффузионные (мартенситные) превращения в сплавах // Журнал технической физики. 1948. - т.18, -С. 999-1025

82. Frank F.C. Inter Crystalline Fracture and Twinning of Iron at low Temperatures// Acta. Metal. - 1953. - V.l. - P. 71-79.

83. Ильичев В.Я. В кн.: Металлофизика, Киев, 1968, -С.78-87.

84. Ильичев В.Я., Ульянов P.A., Скибина JI.B. Стабильность аустенита в некоторых Fe-Cr-Ni сплавах при низкотемпературной деформации

85. Металловедение и термическая обработка металлов. 1966. - № 10. - С. 51-54.

86. Зеегер А. Дислокации и механические свойства кристаллов, Пер. с англ., М., Металлургия, -1966, -373 с.

87. Лысак Л.И., Николин Б.И. Взаимная ориентировка решеток у и s фаз при у -» £ превращении в сплавах Fe-Mn и стали Fe-Mn-C. // Физика металлов и металловедение. -1963. -т.16, вып.2, -С.256-259.

88. Рудаков A.A., Богачев H.H. Влияние кинетики фазовых превращений на механические свойства аустенитной метастабильной стали 0Х14АГ12М // Известия АН СССР. Металлы. - 1978. - С. 182-187.

89. Новиков Н.В., Городинский Н.И. Влияние низкотемпературного растяжения на механические свойства стали 08Х18Н10Т // Металловедение и термическая обработка металлов. 1975. - № 2. - С. 67-68.

90. Лебедев A.A. Влияние предварительной пластической деформации на механические свойства аустенитной стали при низких температурах // Проблемы прочности. 1983. - № 3. - С. 34-37.

91. Лебедев A.A., Руденко В.Н., Ковальчук Б.И. Влияние низкотемпературной деформации на механические свойства хромоникелевой стали при комнатной температуре // Проблемы прочности. 1983. - № 9. - С. 79-81.

92. Шинкаренко Е.Т., Хорошайлов В.Г., Демчук И.С. Зависимость механических свойств аустенитных сталей 1Х18Н9Т и 4Х12Н8Г8МФБ от низкотемпературной пластической деформации // Проблемы прочности. -1975.-№7.-С. 107-109.

93. Камышанченко Н.В., Сальников И.И., Ольшанский Ю.А. Влияние низкотемпературной деформации и отпуска под нагрузкой на механические свойства стали 08Х18Н10Т // Энергомашиностроение. 1983. - № 4. - С. 23-25.

94. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет конструкций на прочность, М., Машиностроение,- 1981,- 273 с.

95. Бакши O.A. О напряженном состоянии мягких прослоек в сварных соединениях при растяжении //Вопросы сварочного производства, -1965, Вып.ЗЗ.-С.5-26.

96. Бакши O.A., Шрон Р.З. О расчетной оценке прочности сварных соединений с мягкой прослойкой // Сварочное производство, 1971. № 3,- С.34.

97. Писаренко Г.С., Бабенко А.Е. Напряженно-деформированное состояние трехслойной цилиндрической оболочки под внутренним давлением.// Проблемы прочности. -1977. № 3, -С.54-60.

98. Бакши O.A., Моношков А.Н., Анисимов Ю.И. Влияние низких температур на работоспособность сварных соединений при статическом растяжении // Проблемы прочности. 1970. - № 8,- С.74-79.

99. Анисимов Ю.И., Бакши O.A., Моношков А.Н. О напряженном состоянии мягкой прослойки в сварном соединении с учетом деформационного упрочнения (осесимметричная деформация)// Вопросы сварочного производства,-1972, -Вып. 10,- С.21-27.

100. Даунис М.А., Браженас А.П. Сопротивление деформированию и разрушению механически неоднородных сварных соединений при однократном нагружении // Проблемы прочности.-1977.- № 12, -С.53-58.

101. Шахматов М.В., Ерофеев В.В., Остсемин A.A., О некоторых особенностях метода линий скольжения при решении осесимметричных задач теории пластичности // Проблемы прочности, 1985. № 4, -С.88-93.

102. Решетов A.JT. К вопросу о расчетной оценке временного сопротивления образцов с мягкой прослойкой // Вопросы сварочного производства 1978.- № 2, - С.56-60.

103. Гнып И.П., Левицкий М.О., Похмурский В.И. Влияние толщины мягкой прослойки на механические характеристики сталеалюминевых сварных соединений // Проблемы прочности, 1975.- № 6, -С.50-52.

104. Минаков В.П., Поляков Л.М., Тронь A.C. Механические свойства тонких медных прослоек // Проблемы прочности 1975.- № 10,- С.71-74.

105. Анисимов Ю.И. Прочность мягкой прослойки сварных соединений из разнородных сталей. // Сб. научн. трудов. Сварка разнородных, композиционных и многослойных материалов.- Киев, ИЭС им. Е.О.Патона, 1990,-С. 104-108.

106. Махутов H.A., Фролов К.В., Стекольников В.В. и др. Прочность и ресурс водо-водяных энергетических реакторов. / М.; Наука, 1988,311 с.

107. Окерблом H.A. Конструктивно-технологическое проектирование сварных конструкций. М.-Л.; Машиностроение, 1964,- 419 с.

108. Качалов Л.М. О напряженном состоянии пластической прослойки // Известия АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение.-1962.- № 5. -С.63-67.

109. Даунис М.А. Прочность и долговечность при малоцикловом нестационарном нагружении. Вильнюс, - Мокслас,-1989,-256с.

110. Griffith A.A. The phenomena of rupture and flaw in solids // Phil. Trans. Poy. Soc., London a221, 1921. - p. 163-197.

111. Griffith A.A. The theory of rupture // Proc. Fist. Int. Congr. Appl. Mech., Delft. 1924.-p.55-63.

112. Irwin G.R. Fracturing of metals // ASM. 1948. - p.147-164.

113. Orowan E. Fatigua and fracture of metals. New York, Wiley. 1950, -p.139-147.

114. Irwin G.R. Analysis of stress and strain near and of a crack traversing a plate //J. Appl. Mech. 1957.- V.24.- № 3, -p.361-369.

115. Мусхелишвили Н.И. Основные граничные задачи теории упругости для плоскости с прямолинейными разрезами.// Сообщ. АН Груз. ССР -1942.-3, № 2.- с.103-110.

116. Westergaard Н.М. Bearing pressures and cracks. // J. Appl. Mech.-1939.-61.- № 1, p.A49-A53.

117. Черепанов Г.П. О росте трещин в сплошной среде // Прикл. Математика и механика.- 1967.- 31.- Вып,3.-с.376-488.

118. Райе Дж. Независящий от пути интеграл и приближенный анализ концентрации деформаций у вырезов и трещин // Прикл. Механика. Сер. Е.- 1968.- 35. № 4, сю340-349.

119. Морозов Е.М., Фридман Я.Б. Некоторые закономерности в теории трещин // Прочность и деформация в неравномерных физических полях.-1968.-Вып.2- с.216-253.

120. Васильченко Г.С. Критерии прочности тел с трещинами при квазихрупком разрушении материала // Машиноведение.- 1978.- № 6.- с.103-108.

121. Морозов Е.М. Двухкритериальные подходы к механике разрушения // Проблемы прочности. 1985. - № 10, с.103-108.

122. Иванова B.C. Механизмы разрушения, структура и трещиностойкость конструкционных материалов // Проблемы прочности.- 1985. № 10. -с.96-102.

123. Попов A.A., Ривкин Е.Ю., Шатская О .Я., Шур Д.М. Использование критической температуры хрупкости материалов в расчетах элементов конструкций на сопротивление хрупкому разрушению // Заводская лаборатория.- 1983.- № 9.-С.74-77.

124. Красовский А.Я. Критическая температура хрупкости как мера трещи-ностойкости стали // Проблемы прочности.- 1985. № 10.-С.89-95.

125. Карзов Г.П., Леонов В.П., Тимофеев Б.Т. Сварные сосуды высокого давления: Прочность и долговечность.- Л., Машиностроение, 1982.287 с.

126. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность.-М.; Машиностроение, 1985,-224с.

127. РД 50 260 - 81 . Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) при статическом нагружении. - М., Изд. стандартов, 1982, 56 с.

128. И.И.Макаров, Б.В.Грудзинский. Влияние термодиффузионного цикла сварки на пластичность шва при криогенных температурах. "Автоматическая сварка",-№ 9, 1975 г.

129. Труфяков В. И., Кудрявцев Ю. Ф. К расчетной оценке влияния внешнего нагружения на релаксацию остаточных сварочных напряжений // Автоматическая сварка. 1988. - № 1. - С. 7-9.

130. Уманский Я. С. Рентгенография металлов и полупроводников. М.: Металлургия, 1969. - 312 с.

131. Серенсен С. В., Шнейдерович Р. М., Гусенков А. П. и др. Прочность при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1975. - 285с.

132. Новиков Н.В., Майстренко A.JL, Ульяненко А.П. Конструкционная прочность при низких температурах, Киев: Наукова думка, 1979. 224 с.

133. Новиков Н.В., Чегин Э.В. Экспериментальная оценка прочности элементов тонкостенных сосудов давления при глубоком охлаждении. // Проблемы прочности. -1974 № 4, с.37-40.

134. Кудрявцев O.A., Квасневский О.Г., Новиков Н.В. и др. Влияние охлаждения (до -196 С) на несущую способность тонкостенных полусферических элементов сосудов. // Физика металлов и металловедение. -1974. № 1, с. 103-106.

135. Н.А.Махутов, И.В.Макаренко, Л.В.Макаренко. Кинетика остаточных напряжений в неоднородных аустенитных сталях при упругопластиче-ском деформировании. // Заводская лаборатория. 1999. № 4, том 65.1. С. 40-44.

136. Труфяков В.И., Дворецкий В.И., Михеев П.П. и др. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках. Киев. Наукова думка, 1988. 237 с.

137. Бернштейн М.Л., Курдюмов Г.В. и др. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник т.2. Москва, Металлургия, 1983. 267 с.

138. Прочность сварных соединений элементов строительных конструкций. Под ред. А.Я.Бродского. (Труды ЦНИИ строительных конструкций им. Кучеренко. Вып.40). М.,1975. 143 с.

139. В.В.Новожилов, Ю.И.Кадашевич. Микронапряжения в конструкционных материалах. Ленинград, Машиностроение, 1990. 224 с.

140. Сварка в машиностроении. Справочник т.З. Винокуров В.А., и др. М.: Машиностроение, 1979. 568 с.

141. Н.А.Махутов, И.В.Макаренко, Л.В.Макаренко. Исследование пространственной механической неоднородности сварных соединений ау-стенитных нержавеющих сталей. / Заводская лаборатория. 2004. № 2, том 70. С. 39-49.

142. В.Я.Илличев, И.А. Шаповалов, И.Н.Клименко. В кн. Стали и сплавы криогенной техники / ИЭС АН УССР, Киев, Наукова думка, 1977. - 305 с.

143. Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения. М.: Металлургия, 1978. -256 с.

144. Краффт Дж. М., Ирвин Дж. Р. Соображения о скорости распространения трещины // Прикладные вопросы вязкости разрушения: Сб. науч. тр.- М.: Мир, 1968.- С. 187-209.

145. Писаренко Г.С., Красовский А.Я., Иокобори Т. Экспериментальное изучение и анализ кинетики пластической зоны в вершине трещины с учетом физических свойств материала и условий нагружения / АН УССР. Ин-т пробл. Прочности. Препр.- Киев, 1980.- 75 с.

146. Красовский А.Я., Красико В.Н. Трещиностойкость сталей магистральных трубопроводов.- Киев: Наук, думка, 1990. -176 с.

147. Механика разрушения и прочность материалов: Справочное пособие: В 4 т./ Под ред. В.В.Панасюка. Киев: Наук, думка, 1988.- Т. 1.- 487 с.

148. H.A. Махутов, И.В. Макаренко. Л.В. Макаренко. Влияние анизотропии физико-механических свойств на кинетику трещин в аустенитных сталях. / Проблемы прочности. 2004. № 1. С. 113 - 119.

149. Erdogan P., Rotwani M. The use of COD and plastic instability in crack propagation and arrest in shells. Crack Propagation in Pipelines. Symp. Newcastle upon Tyne. 1974, p.61- 63.

150. Newman J.C., Rajn J.S. Stress-intensity factors for internal surface cracks in cylindrical pressure vessels. J. of Pressure Vessels Techn. Trans, of the ASME. 1980, v.102,4, p.342 - 346.

151. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. -М.: Атомэнергоиздат, 1989. 728 с.

152. Проблемы ресурса и безопасности энергетического оборудования / Н.А. Махутов, К.В. Фролов и др. М.: ФЦНТП ПП «Безопасность». -ИМАШРАН, 1999.-286 с.

153. Н.А. Махутов, И.В. Макаренко, JI.B. Макаренко. Оценка прочности и трещиностойкости ответственных изделий по критериям нелинейной механики деформирования и разрушения // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2007. - № 1. - С. 32-46.