Повышение прочности сварных соединений из низколегированных сталей с учетом кинетики замедленного разрушения тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

РГ6 од

2 9 МАЙ 1995 российская академия наук

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ЯКУТСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР Институт физико-технический проблем Севера

на правах рукописи

Сивцев Михаил Николаевич

Повышение прочности сварных соединений из низколегированных сталей с учетом кинетики замедленного разрушения

01.02.06 - Динамика, прочность машин,

приборов и аппаратуры 05.03.06 - Технология и машины сварочного производства

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Якутск 1995

Работа выполнена в Институте физико-технических проблем Якутского научного центра РАН.

Научный руководитель -Научный консультант Официальные оппоненты -

Ведущее предприятие -

кандидат технических наук Слепцов 0.И.

доктор технических наук, член-корр.РАН Ларионов В. П. доктор технических наук, профессор Копельман Л. А. кандидат технических наук Прохоров В.А. ГП "Якутгазпром"

Защита состоится "_16_"_июня_1995 г.

в 12 часов на заседании диссертационного совета К 003.43.01 в Институте физико-технических проблем Севера Якутского научного центра РАН в конференц- зале Института ( 677891 , г. Якутск , ул . Октябрьская , 1.)

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института физико-технических проблем Севера Якутского научного центра РАН.

Автореферат разослан _мая_1995 г.

Ученый секретарь специализированного К 003.43.01, д.т.н.

совета

Н.П.Болотина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема хладостойкости и прочности сварных конструкций связана с воздействием сварочного термодеформационного цикла на деформационные и прочностные свойства зоны термического влияния .Влияние технологической прочности на обеспечение хладостойкости и равнопрочности сварного соединения сводится к получению бездефектного и не-охрупченного металла зоны термического влияния.

Начало широкого применения высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести выше 590 МПа в сварных конструкциях тяжелой горнодобывающей техники поставило зада-, чу разработки критериев оценки склонности к замедленному разрушению сварных соединений из этих сталей:

В качестве исходных теоретических предпосылок явились результаты работ в области свариваемости сталей В. Н. Земзи-на, Б. С. Касаткина , Р. А. Козлова, Л. А. Копельмана, В.П.Ларионова. A.M. Макары, Э. Л. Макарова,В.Ф. Мусияченко.Г.Л.Петрова,H.H. Прохорова , Ю. А. Стеренбогена, М. X. Шоршорова К.Бессио.А. Гранжона, И. Гривняка, И.Ито, М. Инагаки, Р.Карпи.К. Л. Котт-рела. К. Масубучи, К. Сато, Дж. Соухилла, X. Судзуки, В. Сэвиджа, Ф.Кое и других .При разработке методики оценки трещиностой-кости сварных соединений и обосновании комплекса экспериментальных исследований опирались на результаты теоретических и прикладных исследований А.Е.Андрейкива,В.С. Гиренко. П. Ф. Ко-шелева, Н. А. Махутова , В. В. Панасюка, Г. В. Ужика, В. М. Финкеля и других.

Анализ работ по исследованию склонности сварных соединений замедленному разрушению показал недостаточность оценки на основе только прочностного подхода без учета деформационных и релаксационных свойств материала сварного соединения. Для достоверной и оперативной оценки склонности к замедленному разрушению и учета влияния различных технологических факторов недостаточно изучены процессы происходящие в сварном соединении после сварки и степень комплексного влияния этих факторов. Решение этой задачи позволяет обоснованно выбирать присадочный материал и конструктивно -технологические мероприятия обеспечивающие трещиностойкость сварного соединения.

г

Работа выполнялась в соответствии с НИР 1.11.5.2 Раздел 2 " Разработка научных основ и способов повышения технологической прочности сварных соединений высокопрочных низколегированных сталей " номер госрегистрации РК 0190030964.

Целью работы является разработка критерия оценки сопротивляемости сварных соединений замедленному разрушению сварной конструкции на основе исследования деформационных свойств металла зоны термического влияния . ,

Для достижения поставленной цели требовалось:

- Исследовать закономерности замедленного разрушения сварных соединений высокопрочных низколегированных сталей с учетом кинетики деформации и других технологических факторов;

- Разработать методику оценки склонности к замедленному разрушению .учитывающую релаксацию сварочных напряжений и локализацию пластических деформаций в зоне термического влияния в кинетике , с регистрацией сигналов акустической эмиссии и позволяющую применять подходы механики разрушения ;

- Определить степень влияния различных конструктивных и технологических факторов ( свойств металла шва . содержания водорода , коэффициента концентрации напряжений сварного соединения, предварительного взрывного нагружения ) на замедленное разрушение ;

- Разработать основные положения технологии сварки и метода повышения прочности сварных конструкций из высокопрочных низколегированных сталей с бог> 590 МПа.

• Методы исследования. Экспериментальное изучение склонности сварных соединений к замедленному разрушению проводилось на созданной автоматизированной системе технологических испытаний на базе магистрально-модульной системы КАМАК.

Структурные закономерности развития замедленного разрушения изучались с привлечением методов металлографии, микротвердости, электронной микроскопии (УЭМВ-ЮОК) .на основе металлографического анализа.

Химический анализ исследованных сталей и металла шва сварочных материалов определены с помощью установки"БРЕСТНО-ЬАВ - 250 " .механические свойства на универсальной разрывной машине "ЖИШ-игб".

Достоверность полученных экспериментальных результатов и их оценок обеспечиваются высокими метрологическими харак--

теристиками используемого испытательного оборудования .точностью и чувствительностью применяемых методик исследований.

Научная новизна.В работе экспериментально показано влияние деформационных свойств металла зоны термического влияния на трещиностойкость сварного соединения с учеюм кинетики замедленного разрушения.

Предложена феноменологическая схема развития замедленного разрушения .позволяющая сформулировать условия предупреждения трещинообразования.

Разработана методика оценки склонности к замедленному разрушению учитывающая релаксацию сварочных напряжений и локализацию пластических деформаций в зоне термического влияния и -позволяющей применять подходы механики разрушения .

Определена степень влияния различных конструктивных и технологических факторов ( свойств металла шва . содержания водорода , коэффициента концентрации напряжений сварного соединения) на замедленное разрушение .

Предложен критерий оценки сопротивляемости замедленному разрушению основанный на деформационных свойствах зоны термического влияния и с применением параметров акустической эмиссии.

Разработаны основные положения конструктивно-технологического метода повышения прочности и хладостойкости сварных конструкций из высокопрочных низколегированных- сталей с б0 _ 2 > 590 МПа. ,

Практическая ценность и реализация результатов работы

Проведенные в работе исследования позволили выявить и описать основные закономерности замедленного разрушения, которые дают возможность на основе деформационного подхода существенно снизить трудоемкость экспериментов и изыскать новые пути повышения сопротивляемости замедленному разрушению сварных соединений.

Разработанные рекомендации по ремонтной сварке узлов автосамосвалов внедрены на заводе "БЕЛАЗ" и обеспечивают качественное исполнение монтажа и ремонта .

Результаты работ вошли в " Рекомендации по технологии сварки металлоконструкций и машин,эксплуатируемых при низких температурах" ,а также внедрены в ПО "Якутуголь", где включены в технологическую карту и в инструкцию по ремонту узлов и деталей экскаваторов ЭКГ-20.

Апробация работы

Основные положения работы были доложены:

1.На П-й Всесоюзной конф." Прочность материалов и констр. при низких температурах", Житомир,. 1986.

2. На 11-й Всесоюзной конф . МУ И С,Молодые ученые и специалисты Ассоциации региональных целевых комплексных программ. Запорожье,1986.

3.На совещании стран СЭВ по теме XIX " Исследование свариваемости металлов" .Якутск ,1988 г.

4. На научном семинаре в Харбинском институте сварки в 1994г.

5. На республиканской конференции научной молодежи"ЭРЭЛ-95", Якутск. 1995 г.

Публикации Основное содержание работы изложено в 10 публикациях.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения ,четырех глав ,общих выводов , списка литературы и приложений.Содержит 138 страниц машинописного текста, 48 рисунков , 14 таблиц.

В первой главе проведен анализ литературы по замедленному разрушению сварных соединений.Рассмотрены закономерности процесса замедленного разрушения, влияние основных факторов на процесс трещинообразования и приведен обзор критериев оценки склонности сварных соединений образованию трещин, сформулированы цели и задачи исследований.

Во второй главе приведены химический состав и механические свойства исследованных сталей и присадочного материала. Изложена методика разработанная для оценки склонности сварных соединений замедленному разрушению с учетом кинетики деформаций,сигналов акустической эмиссии и других параметров процесса разрушения.Определены размеры образца для соблюдения условий плоскодеформированного состояния при разрушении.

В третьей главе изложены результаты экспериментального исследования влияния технологических факторов: концентрации напряжений,свойств присадочного материала . термического цикла сварки на процесс замедленного разрушения зоны термического влияния сварного соединения.На основе полученных результатов разработана феноменологическая схема зарождения и развития замедленного разрушения.

В четвертой главе предложен критерий, оценки сопротивляемости зоны термического влияния замедленному разрушению.По-

казана корреляция полученных результатов с критериями механики разрушения. Изложены основные результаты по повышению сопротивлияемости замедленному разрушению предварительным взрывным нагружением.Проведена оценка прочности сварного соединения с учетом требований к пластичности зоны термического влияния.Изложены основные положения конструктивно-технологических мероприятий по повышению прочности рам автосамосвалов большой грузоподъемности.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Склонность сварных соединений к замедленному разрушению.

Установлено,что хрупкие и усталостные разрушения " ,как правило,берут начало в сварных соединениях , которые имеют начальные и накапливающиеся в процессе эксплуатации дефекты. При этом, трещиностойкость различных зон сварного соединения зависит от особенностей развития термопластических деформаций при сварке и существенно снижается при накоплении субструктурных повреждений.

Анализ факторов .влияющих на склонность сварного соединения замедленному разрушению .показал ,что решающую роль играют предшествующие трещинообразованию деформации при критическом содержании водорода в металле .

Перспективным направлением в развитии феноменологических подходов к изучению проблемы замедленного разрушения сварных конструкций является разработка деформационных подходов с учетом релаксации сварочных напряжений . Существующие критерии оценки основаны на прочностном подходе к замедленному разрушению без учета деформационной истории материала сварного соединения, которая существенно влияет . на напряженное состояние в сварном соединении.

В настоящее время природа образования холодных трещин рассматривается как замедленное разрушение свежезакаленной стали в результате микропластической деформации по границам раздела зарождения и роста микротрещин под действием сварочных напряжений по механизму ползучести .

Появление трещин определяется моментом достижения в процессе ползучести критического значения накапливаемой деформации , характеризуемой предельной пластичностью зоны

разрушения сварного соединения.

При этом .на склонность сварного соединения к образованию холодных трещин влияют:

- остаточные напряжения в сварном соединении,наличие дефектов сварки и концентраторов напряжений в нем;

- кинетика структурных превращений в металле шва и околошовной зоны .который зависит от химического состава металла шва и основного металла ,а также термодеформационного цикла сварки;

- критическая концентрация в локальной зоне разрушения диффузионного водорода .

Рассмотрены косвенные расчетные методы оценки склонности к замедленному разрушению, которые можно применять только для приблизительной оценки ,для первоначального сравнения разных марок сталей, химический состав которых близок.

Степень жесткости .развиваемый японскими исследователями в качестве критерия оценки . в геометрическом смысле, не может служить параметром оценки склонности к замедленному разрушению без учета структурных и деформационных процессов. Он может быть использован при оценке влияния геометрических параметров элементов сварных конструкций,для выбора размеров технологических проб и получения сравнительных дискретных оценок. Использование подходов линейной механики разрушения требует корректного• выбора размеров и формы испытуемых образцов для соблюдения условия плоской деформации.С этой точки зрения предпочтительны образцы цилиндрической формы с кольцевым надрезом.

Энергетические критерии чувствительнее силовых критериев . поскольку учитывают деформационные процессы предшествующие замедленному разрушению и на современном этапе развития исследований замедленного разрушения являются самыми перспективными.

Инженерный подход к оценке склонности к замедленному разрушению, в рамках предложенных условий линейной механики разрушения, должен учитывать сопротивляемость как до образования трещины, так и сопротивляемость распространению трещины , при учете кинетических процессов происходящих после сварки в сварном соединении.

Методика экспериментального исследования замедленного

разрушения зоны термического влияния.

Для достоверного сопоставления результатов по замедленному разрушению сварных соединений по разным методикам необходимо оценивать их напряженное состояние в зоне разрушения.

В большинстве случаев,выбранный нами, цилиндрический образец с кольцевой трещиной имеет ряд преимуществ перед плоским образцом:

- условия максимального стеснения пластических деформаций эквивалентны плоской деформации не за счет увеличения толщины образца, а за счет подбора его геометрических размеров D,d и глубины трещины ;

- отсутствует выход контура трещины на свободную поверхность цилиндрического образца и обеспечивает выполнение условия плоской деформации вдоль всего' контура, что полностью соответствует расчетной модели Гриффитса -Ирвина ;

- внешний диаметр образца - вставки имеет важное значение , т. к. она не должна превышать ширину наплавки за один проход.

Однако существующие способы оценки склонности к замедленному разрушению позволяют лишь оценить влияние отдельных факторов на склонность к замедленному разрушению или не рассматривают реальный сварной шов ,а имитируют сварочный термодеформационный цикл.

; Поэтому разработана методика экспериментального изучения склонности сварных соединений к замедленному разрушению-на основе известного метода вставок, которая основывается на созданной автоматизированной системе технологических испытаний на базе магистрально-модульной системы КАМАК (программное обеспечение разработано A.M. Жирковым) .Система имеет возможность регистрации сигналов акустической эмиссии с четырех датчиков .а погрешность измерений перемещения в точке установки датчика не превышает 3 мкм в диапазоне измерений О - 200 мкм.Диапазон установки рабочих нагрузок 0 - 4000 Н с погрешностью не более 1.5%.

В случае замедленного разрушения сварную конструкцию можно рассматривать как состоящую из упругой части и зоны разрушения ,где происходит локализация пластических деформаций. Соотношение этих частей , а также кинетика перераспределения энергий играют решающую роль в зарождении замедлен-

.ного разрушения .

Как показали эксперименты .уровень нагрузки действующей на образец в замкнутой системе .имитирующей реальное сварное соединение .может характеризовать релаксационную способность зоны разрушения .Предлагаемый параметр релаксации напряжений д б характеризует сварное соединение с точки зрения кинетики релаксации напряжений и способности локализации пластических деформаций во времени

д б = бд / бн . где бн - начальное напряжение в образце устанавливаемые в начале эксперимента; бд - действующие напряжения ;

Кривые кинетики деформации сварного соединения в сочетании с акустико-эмиссионным контролем (параметр Еэкв) позволяют найти параметры ,характеризующие периоды развития деформаций замедленного разрушения в зоне разрушения.Информация полученная с псмощью акустической эмиссии может с большой достоверностью показать по времени периоды замедленного разрушения сварного соединения и находить количественные показатели параметров 1инк - инкубационное время до начала образования очага разрушения , 1разв - время соответствующего стабильному развития трещины , 1Р - время до разрушения.

Разработана методика позволяющая регистрировать деформационные параметры разрушения Лкр, 7ч инк . Лра3в'а также параметры акустической эмиссии и релаксацию напряжений в кинетике. Определены размеры образцов-вставок при которых соблюдаются условия плоской деформации .позволяющая использовать результаты экспериментов не только для сравнительной характеристики свойств пластичности материала, но и для расчетной. Экспериментально показано.по излому образцов .соблюдение условия плоской деформации до третьего периода разрушения.

Определены параметры замедленного разрушения, которые характеризуют замедленное разрушение с учетом кинетики процессов в сварном соединении.

Влияние технологических факторов на процесс замедленного разрушения зоны термического влияния сварных соединений.

Для оценки влияния коэффициента концентрации напряжений, как одного из факторов влияющих на трещиностойкость

сварного • соединения, были изготовлены образцы - вставки из высокопрочной стали Т-1 разных типоразмеров . Эксперименты проводились на четырех типах образцов :двух диаметров 6 мм и 8 мм и двух вариантов радиуса закругления концентратора 0.1 мм и 0.2 мм.

Установлено . что увеличение содержания водорода резко снижает стойкость соединения против замедленного разрушения. Так при содержании диффузионного водорода 3,2 мл /ЮОгр бкр достигла значения б0-2'основного металла , ,т.е.содержание водорода больше 3,2 мл/ЮОгр является критическим для данного сварного соединения.Увеличение содержания водорода в 2,6 раз приводит к уменьшению бкр в 2,3 раза , а увеличение содержания водорода в 3,08 раз приводит к уменьшению бкр уже в 4,66 раз.

При тех же соотношениях уровня водорода уменьшение коэффициента концентрации напряжений приводит к повышению бкр на 100 МПа и 50 МПа при уровне водорода соответсвенно 8,8 мл/100 гр и 10,5 мл/100 гр.

Общая картина корреляции разрушающих напряжений от уровня водорода между различными типами образцов -вставок сталей с б0 г >, 590 МПа , установлена по данным испытаний около 200 образцов. Показана разница в разрушающих напряжениях в зависимости от диаметра образца.В образцах диаметром 6 мм разница увеличивается•с увеличением содержания водорода от нуля до 70-100 МПа и наоборот в образцах диаметром 8 мм разница увеличивается с уменьшением содержания водорода с 25 МПа до 160 МПа.

Одним из факторов влияющих на склонность сварного соединения к замедленному разрушению является водород содержащийся в металле шва , а способность к десорбции водорода из материала покрытия при прокалке влияет на его содержание в металле шва после сварки.

Была исследована возможность оценки влияния присадочного материала на склонность к замедленному разрушению сварных соединений.

Для оценки влияния присадочного материала была выбрана сталь 13ХГМР и шесть марок электрода класса Э-55 и Э-70.

Самый высокий показатель сопротивляемости к образованию холодных трещин имеют сварные соединения изготовленные электродами AHO - 25 бкр= 530 МПа,имеющие содержание никеля

до 2.5 % . а сварные соединения сваренные электродами УОНИ 13/55 не имеющих никеля , соответственно бкр = 400 МПа .

Характерной для электродов содержащих Н1 является увеличение инкубационного периода (1;инк) и времени развития замедленного разрушения иразв).Это расширяет временной интервал между проходами последующих слоев . что'Позволяет отка-затся ,от предварительного подогрева.

Таким образом показана возможность оценки влияния присадочного материала на склонность сварных соединений к замедленному разрушению методом вставок.Выявлено увеличение инкубационного времени и времени развития трещины при увеличении содержания никеля до 2,5 % .

Выявлено неоднозначное влияние уменьшения скорости охлаждения при увеличении погонной энергии сварки на деформационные параметры замедленного разрушения. Так наименьшее инкубационное время - 1инк обнаружено при скорости Ш300=10.5°С/с.Наибольшее значение 1инк показано при охлаждении со скоростью №300=15°С/с.При значении 1</300 = 4.5°С/с 1инк такое же, как при И300 = 15°С/с

По показателю 1Р-- время до разрушения самое меньшее значение'обнаружено при скорости 10.5 °С/с равное шести часам. При скоростях И300 = 4.5 и 15°С / с она примерно равна восьми часам.

Таблица 1

1 1 1 Чпог 1 «3°° Тюо 1 ^ИНК 1 Ър ^ кр 1. бкр 1

1 кДж/см|град/с 1 | с час 1 час 1 мкм | МПа | 1 |

1 1 1 10 I 15 60 1 5 | 8 3.5 1 1 I 560 I

I 17 I 10.5 110 0.5 I 6 5.6 I 520 I

I 25 I 4.5 1 1 250 2 | 8 | 6.3 I 560 I 1 1

Таким образом, обнаруженая сложная зависимость деформационных параметров замедленного разрушения от скорости охлаждения показало .что наряду с уже применяемыми характеристиками замедленного разрушения для уточнения механизма и степени влияния различных факторов (структуры .водорода и т. д.) необходимо использовать деформационные параметры замедленного разрушения.

Разработанная в работе методика, которая может регистрировать кинетику деформаций в зоне разрушения ,а также исследование изломов позволила уточнить развитие этапов замедленного разрушения в реальном сварном соединении.

Исходя из результатов проведеных исследований предложена феноменологическая схема зарождения очага замедленного разрушения с учетом взаимного влияния сварочных напряжений и диффузионного водорода . На основе этой схемы можно определить ведущий механизм на разных этапах протекания замедленного разрушения :

1. Если локальное содержание диффузионного водорода не превышает в любой момент времени инкубационного периода критического, то разрушение возможно только при исчерпании пластичности материала зоны термического влияния;

2. При известном уровне напряжений критическая концентрация диффузионного водорода не приводит к разрушению .если этот уровень сохраняется в течении времени меньшее инкубационного времени для данного варианта режима сварки;

3. Уровни сварочных напряжений и содержания диффузионного водорода должны быть выше или равны критическим в течении инкубационного периода.замедленного разрушения в сварном соединении при данном режиме сварки.

Критерии оценки и повышение сопротивляемости сварных соединений замедленному разрушению.

Исследования проведенные по определению степени влияния термического цикла сварки,присадочного материала и содержания диффузионного водорода на деформацию предшествующему замедленному разрушению позволили' в качестве показателя сопротивляемости замедленному разрушению принять критическое перемещение :хкр образца -вставки.

На основе исследования влияния термического цикла сварки на показатели сопротивляемости замедленному разрушению стали сварных соединений 13ХГМР установлено ,что увеличение скорости И800500 с 5°С/с до 22°С/с приводит к снижению бкр на примерно 30 % .тогда как>кр уменьшается при этом пэчти в 3.3 раза.

Интервал изменения V300 выбран с учетом реальных погонных энергий сварки для штучных электродов .

При оценке влияния скорости охлаждения на параметры оценки замедленного разрушения сварного соединения из стали 14Х2ГМР сваренного электродом АНП-2 при содержании диффузионного водорода Нд =0.6 мл/100гр.установлено,что' скорость охлаждения имеет сложный характер влияния на параметры замедленного разрушения Хкр и бкр. При увеличении скорости охлаждения с 4.5 до 10° С/С характер изменения обоих параметров одинаков . Далее при скорости большей 10°С/с разрушающие напряжения стабилизируются и меняются не более .чем на 11%. а деформационная способность снизилась почти в два раза.

Таким образом,предлагаемая методика позволяет оценивать сопротивляемость зоны термического влияния по деформационному показателю в сочетании с акустико- эмиссионным контролем, который обладает чувствительностью значительно большей ..чем силовой критерий бкр. Применение деформационных характеристик при оценке стойкости сварного соединения к замедленному разрушению позволяет более достоверно выбирать режимы сварки и присадочный материал.

Установлено ,что предельные деформации • имеют линейную зависимость от приложенной начальной нагрузки и корреллируют с критериями механики разрушения К1с и 8С. Критическую деформацию для данного режима определяли ,как деформацию при минимальном разрушающем напряжении .

Поскольку параметр 3\кр зависит от степени концентрации напряжений в сварном соединении .кинетики выделения водорода из металла шва .деформационных свойств зоны термического влияния .то его можно применять в качестве сравнительной характеристики в каждом конкретном режиме сварки.

Исследовано влияние предварительной взрывной обработки на технологическую прочность сварных соединений.

. Характерным для образцов обработанных предварительным взрывным нагружением явилась значительная пластическая деформация при нагружении образцов после сварки. При нагружении образцов до расчетных напряжений требовалось гораздо больше перемещения образца со стороны захвата, чем при необработанных образцах.

Существенные отличия были выявлены по показателю критической деформации Лкр.У обработанной серии образцов Лкр выше и в зависимости от уровня нагрузки принимают значения в 1.5-5 раз превышающие показания на контрольных образцах . В

то же время длительность'разрушения у обеих серий образцов, примерно одинакова.

Показано,что отношение действующей нагрузки бд к начальной нагрузке бначв течении времени испытания В отличие от контрольных образцов,испытанных в исходном состоянии, у обработанных образцов отсутствует характерное подгружение, связанное с охлаждением образца после сварки до комнатной температуры. Также у контрольных образцов характер изменения, параметра релаксации имеет ступенчатый вид ,т.е. участки кривой с разным наклоном соответствуют .разным периодам накопления повреждений при замедленном разрушении. Образцы обработанные ВзО по параметру релаксации показывают монотонное снижение действующих напряжений .

Испытания образцов моделирующих зону разрушения должно включать измерение пластических деформаций на базе охватывающих зону разрушения .При этом^кр как параметр трещинообра-зования определяется химическим составом ,структурой , и кинетикой пластических деформаций в присутствии диффузионного водорода .

Основным условием экспериментального определения пластических свойств ЗТВ является совпадение К,, - коэффициента концентрации напряжений у корня реального сварного напряжения и образца подвергаемому сварочному термодеформационному циклу .

При этих разрушениях отсутствие собственных напряжений, в плоскости нормальных к сварному шву, можно выразить через критерий

Эч кр >/ а !<>•

где д.1„ - упругое раскрытие кромок по Л. А. Копельману.

Это выражение позволяет только на анализе упругой задачи о раскрытии трещины выбирать требования к пластической податливости Лкр зоны разрушения .

В случае широких пластин и однопроходной сварке упругую податливость можно найти по выражению Л. А.Копельмана д 10 = 9.55 Ю-6 цпог/ Ь

Приведен расчет прочности корневого прохода ремонтного шва с учетом разработанного подхода и следующими ограничениями:

1. Рассматривается стыковое соединение из листового материала .аналог жесткой пробы.

2. Напряжениями перпендикулярными толщине пластины можно пренебречь.

3. Основной металл во всех частях конструкции работает упруго.

4.Считается ,что пластические деформации происходят только в зоне разрушения.

5.Коэффициент концентрации напряжений образца -вставки и сварного соединения должны совпадать .

Исходя из этих подходов определено максимальное упругое раскрытие кромок сварного соединения для конкретной погонной энергии сварки и сопоставлено с критическим раскрытием трещины в образце - вставке Лкр . При выполнении условия ^ кр < & 1о в сварном соединении не образуются трещины .В случае превышения д10 ;хкр появляется вероятность появления холодных трещин.

На основе полученных результатов разработана технология сварки высокопрочных низколегированных сталей применяемых в сварных конструкциях горнодобывающей техники.

Основные положения работы вошли в "Рекомендации по технологи сварки металлоконструкций и машин, эксплуатируемых при низких температурах " Якутск.1987 г.

Разработана инструкция по ремонтной сварке узлов автосамосвалов .которая внедрена на заводе "БЕЛАЗ" и обеспечивает качественное исполнение монтажа и ремонта .

Результаты работы также внедрены в ПО "Якутуголь".где включены в технологическую карту и в инструкцию по ремонту узлов и деталей экскаваторов ЭКГ-20.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика исследования кинетики замедленного разрушения .позволяющая регистрировать деформационные, временные и акустические параметры .характеризующие, замедленное разрушение с учетом кинетики деформационных процессов и диффузионного водорода.

2.На основе- кинетического подхода предложена феноменологическая схема условия зарождения и развития замедленного разрушения. Увеличение степени релаксации остаточных напряжений увеличивает критическое содержание диффузионного водорода.

3. Предложен структурночувствительный параметр сопротив'ляе-

мости замедленному разрушению зоны термического влияния -\р предельное перемещение образца - вставки. Определено значение Лкр для разных погонных энергий сварки .Установлена корреляция этой характеристики с критериями механики разрушения.

4.Показана возможность повышения сопротивляемости сварных соединений замедленному разрушению предварительным взрывным нагружением , за счет увеличения релаксационных свойств металла сварного соединения.

5. Предложена схема приближенного расчета прочности сварного соединения из низколегированных высокопрочных сталей с использованием номограммы упругого раскрытия кромок при различных погонных энергиях сварки.

6. Разработанные положения технологии сварки апробированы при проведении монтажа и ремонта сварных металлоконструкций горнодобывающей техники в условиях Нерюнгринского угольного разреза и автомобильного завода "БЕЛАЗ" и позволили повысить надежность техники.

По материалам диссертации опубликованы.следующие работы:

1.Сивцев М.Н..Слепцов О.И Выбор технологического варианта сварки с учетом деформационного параметра. Тезисы докл.V-й республ. конф.мол.ученых и спец. ч. П.Якутск. 1984.

2. Слепцов 0. И., Михайлов В. Е.. Сивцев М. Н. Применение, критериев механики разрушения для обеспечения технологической прочности сварных соединений.- Прочность материалов и элементов конструкций в условиях низких температур .Сб. научных трудов.Якутск.-Изд. ЯФ СО АН СССР. 1985,- 6 с.

3.Жирков А.М.,Сивцев М.Н.Акустико-эмиссионный контроль тре-щинообразования при испытании сварных соединений. Тезисы док.' VI-й республ.научно-практич.конф. МУ. и С. ч.II. Якутск. 1986.

4. Михайлов В. Е., Макаров В. В., Аргунова А. А.. Сивцев М. Н. Влияние низких температур и водорода на механизм замедленного разрушения сварного соединения . Тезисы докл. П-й Всесо-юзн.конф."Прочность материалов и констр. при низких температурах", Житомир, 1986.

5. Михайлов В. Е., Слепцов О.И. .Сивцев М.Н. Влияние концентрации напряжений на технологическую прочность сварных соединений при низких температурах. Там же.

6.Сивцев М.Н.Выбор сварочного материала для ремонтной сварки

высокопрочных .низколегированных сталей в условиях низких климатических температур.Тезисы докл. П-й Всесоюзной конф. МУ И С, Запорожье,1986,Молодые ученые и специалисты ■ Ассоциации региональных целевых комплексных программ.

7. Ларионов Б.П.,Слепцов 0.И.,Михайлов В.Е..Сивцев М.Н.Рекомендации по технологии сварки металлоконструкций и машин, эксплуатируемых при низких температурах Якутск,Якутский, филиал СО АН СССР,1987, 20 с.

8. Ларионов В,П. .Слепцов 0.И.,Саввинов И.Т.Сивцев М.Н. Рекомендации по технологии ремонта сваркой металлоконструкций из низколегированных сталей повышенной прочности,эксплуатируемой при низких температурах .Доклад СЭВ по теме XIX "Исследование свариваемости металлов",Якутск, Изд.ЯНЦ. 1988.

9. Москвитина Л.В.,Сивцев М.Н. Влияние взрывного нагружения на фазовых превращениях при термоциклах и замедленное разру- -шение. Сб.научных трудов ИФТПС,Якутск, 1990, с. 53-63. Ю.Сивцев М.Н. Условия предупреждения зарождения и развития замедленного разрушения в зоне термического влияния сварных соединений . Тезисы докладов конференции научной молодежи "ЭРЭЛ -95",Якутск,1995.