Зразок для дослідження поширення тріщин в металевих виробах зі зварними з’єднаннями

Зразок для дослідження параметрів поширення тріщини в металевих виробах з Т-подібним зварним з'єднанням, який характеризується тим, що зварний шов має хрестоподібну форму. (19) (21) u200812066 (22) 13.10.2008 (24) 25.06.2009 (46) 25.06.2009, Бюл.№ 12, 2009 р. (72) БАЛИЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, КОСТЮК ІГОР ФЕДОРОВИЧ, МОЧУЛЬСЬКИЙ ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ 3 41985 4 днює проведення досліджень в робочих камерах - наявність дефектів, які призводять при випід тиском водню. значених умовах до зміни опору руйнування в В основу корисної моделі поставлено задачу процесі термодеформаційного циклу зварювання; розробити такий зразок для дослідження парамет- необхідність врахування конструктивної форів тріщиностійкості металевих виробів зі зварнирми зварних з'єднань, які викликають концентрами швами, в якому тріщини поширюватимуться в цію напружень та їх вплив на напрямок розповсюконтрольованому напрямку, а процес наводнюдження тріщини. вання виробів в газоподібному середовищі за виЗапропонований зразок розповсюджуються на соких температур буде можливий шляхом перенезварні з'єднання, які виконані електродуговою, сення нагрівального елементу та термоізолятора електронно-променевою, електрошлаковою та за межі корпусу робочої камери, а рівномірне наконтактною зваркою плавленням, і встановлює грівання по всьому об'ємі зразка буде досягнуто метод їх досліджень для випадків, коли при однавнаслідок спрощення конструкції та зменшення кових значеннях модуля пружності, границі текугабаритів робочої камери. чості та пружності металу зварних швів перевиПоставлена задача розв'язується тим, що при щують відповідні показники основного матеріалу. використанні пластичних сталей зникає необхідПри цьому велике значення мають вибір зони ність досліджень зразків, товщини яких перевищустворення вихідного дефекта (метал шва, зона ють товщини конструктивних елементів; при експлавлення, зона термічного впливу, основний мепериментальному визначенні характеристик тал), а також наявність термопластичних дефорстатичної та циклічної тріщиностійкості дослідженмацій і залишкових напружень у вершині тріщини, ня проводяться на зразках з тріщинами, розміри які обумовлені процесом зварки та можуть призвеяких не перевищують допустимі вимоги дефектости до зміни напрямку розповсюдження тріщини. скопічного контролю; реалізується незалежність Визначення параметрів тріщиностійкості здійснюхарактеристик тріщиностійкості від розмірів тріщиють здійснюють традиційним способом - прототини і зразків. Слід зауважити, що при зменшенні пом. розмірів тріщин у зразку-прототипі, границі текучоЗапропонований зразок є зразком призматичсті і модулів пружності розрахунок по характерисного типу (компактним) для дослідження параметтиках тріщиностійкості призводить до завишення рів поширення тріщини в металевих виробах з Тоцінок руйнівних напружень; номінальне навантаподібним зварним з’єднанням (що імітує реальні ження і геометрія значного числа зварних елеменконструкції “обичайка-днище” посудин під тиском тів конструкцій, в тому числі в місцях концентрації, водню з врахуванням концентрації напружень та їх такі, що розмір зон пластичних деформацій мовплив на напрямок розповсюдження тріщини), жуть перевищувати розміри експлуатаційних деякий відрізняється від відомого тим, що для забезфектів. печення поширення тріщини під дією водню в конОскільки швидкість поширення тріщин в зразку трольованому напрямку (та уникнення пасток для з зварним швом, сформованим перпендикулярно тріщин), зварний шов має хрестоподібну форму до поширення тріщини, є нижчою за швидкість (що дозволяє не допустити відхилення тріщини на поширення тріщини у зразку, де напрям тріщини 90° при проходження нею поперечного зварного співпадає з віссю зварного шва, тому запропоношва). вано для виявлення та визначення найослабленіПриклад 1. Проводили навантаження компактших ділянок зварних конструкцій зразок з хрестоних зразків зі зварним хрестоподібним швом подібними зварними з'єднаннями (Фіг.2). (10х30х60мм) зі сталей Nitronicâ40 (0,28N) (♦) (заСуть корисної моделі. Відомі характеристики пропонованим способом) та Nitronicâ50 (0,37N) ( ) трьох типів руйнування - крихкого, квазікрихкого і (відомим способом) у камері з надлишковим тисв'язкого відрізняються за степенем пластичних ком водню. Всі зразки перед випробуваннями деформацій в зоні руйнування і рівнем номінальшліфували. Зміна тріщиностійкості (в'язкості руйних руйнівних напружень. Для їх виявлення пронування) зварних з'єднань аустенітних нержавіюводяться дослідження зразків з передчасно ствочих сталей Nitronicâ40 (0,28N) та Nitronicâ50 реною тріщиною на трьохточковий згин, (0,37N) під час тривалих витримок у газоподібному позацентровий та вісьовий розтяг. Застосовуються водні під тиском 138МПа та 69МПа відповідно за плоскі з боковою та центральною тріщиною, дистемператури 300°С (Фіг.3, 4, 5) свідчить про прикові і циліндричні зразки. У процесі досліджень датність вказаних зразків для визначення параместворюється реєстрація діаграм „навантаження трів тріщиностійкості. Електролітичне наводнюзміщення берегів тріщини", при обробці яких з вивання зразків перед випробуваннями на користанням відповідних формул знаходяться тріщиностійкість призводить до насичування меуказані критерії руйнування, які повинні задовольталу воднем на більшу глибину, ніж за відомим няти визначеним вимогам достовірності. способом з газового середовища. Кількість залишМетодичні рекомендації МР 170-85 [6] реглакового водню в зразку сягає 4,1 ppm, що призвоментують визначення характеристик тріщиностійдить до інтенсивного окрихчення зварних з'єднань кості і деформаційної здатності зварних з'єднань і зміни швидкості, характеру і напрямку розповсюметалів при короткочасному статичному навантадження в них тріщини. женні з врахуванням наступних особливостей: Пропонований зразок покращує епюру стиска- неоднорідність механічних властивостей різльних залишкових напружень (унаслідок зварюних зон зварного з'єднання; вання), і напруження стабілізуються як по величи- наявність напружень; ні, так і по глибині залягання, а їх максимум виникає біля поверхні. 5 41985 6 Порівняльна оцінка показників тріщиностійкосвипадку застосування запропонованого зразка. ті наводнених зразків зі зварними швами, отримаПри застосуванні стандартного компактного зразка них за допомогою запропонованого та відомого по досягненні поперечного зварного шва тріщина компактного зразка приведена в таблиці. змінює напрямок і гальмується. Приклад 2. Проводили наводнювання зразків Таким чином, пропонований зразок має суттєві із сталі 60Х3Г8Н8В на зразках відомого та запропереваги у порівнянні з відомим. По-перше, можна понованого виду. Режими наводнювання такі ж, отримати меншу товщину; по-друге, покращити що й у попередньому прикладі. Визначали швидякість і розширення визначених параметрів тріщикість поширення тріщини, яке можливо тільки у ностійкості. Таблиця Показники тріщиностійкості наводнених зразків зі зварними швами та зразків зі зварними швами у вихідному стані №№ пп. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Матеріал Сталь Nitronicâ40 (0,28N) (відомий зразок) Сталь Nitronicâ40 (0,28N) (запропонований зразок) Сталь Nitronicâ40 (0,37N) (відомий зразок) Сталь Nitronic-40 (0,37N) (запропонований зразок) Сталь 60Х3Г8Н8В (відомий зразок) Значення в'язкосНапрям Значення в'язко- ті руйнування розповсюдження Товщина зразка, сті руйнування після наводнюван магістральної мм до наводнюван- ня під час триватріщини ня, МПа√м лої експлуатації, МПа√м змінений 10 Не визначено Не визначено прямолінійний 6 299 93 змінений 10 Не визначено Не визначено прямолінійний 6 114 66 змінений 10 Не визначено Не визначено 60Х3Г8Н8В (запропрямолінійний понований зразок) Сталь 12Х18АГ18Ш змінений (відомий зразок) 12Х18АГ18Ш (запропонований зра- прямолінійний зок) Не визначена -9 3×10 Не визначена -8 3×10 Не визначена -8 6 9×10 10 Не визначено Не визначено 6 268 224 Використана література: 1. Plane strain crack toughness testing of high strength metallic materials. ASTM Special Technical Publication No 410 // National Aeronautics and Space administration. - P. 129. US Department of Commerce.-National Institute of Standards and Technology.-Gaithersburg, MD20899. 2. British Standard BS 6980// Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion testing.- Part 6: Method for the preparation and use of pre-cracked.- BSI, 1990.-London.- 32 P. 3. Draft international standard ISO/DIS 7539-7. Corrosion of metals and alloys -Stress corrosion testing. Part 7: Slow strain rate stress corrosion tests // International Organization for Standardization, 1988.Switzerland.- 6 P. 4. ГОСТ 25.506-85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик Швидкість докритичного (стабільного) поширення тріщини за статичного навантаження (м/с) Не визначена -9 2×10 трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.- М.: Изд-во стандартов, 1984.-61 с-Введ.27.03.85. 5. Recommendation for Stress Corrosion Testing Using Pre-Cracked Specimens. -ESIS-Procedures. P 4-92 D.- 1992. 6. РД 50-260-81 (Методические указания). Расчёты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) при статическом нагружении. Введ. впервые. - М.: Изд-во стандартов, 1982. 56с. 7. Middle-cracked tension panel test setup. ASTM Special Technical Publication No E 561 // National Aeronautics and Space administration. - P. 3. US Department of Commerce.-National Institute of Standards and Technology.-Gaithersburg, MD20899. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 41985 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601