6.2.6. Американская методика rpi (usa) (аналог)

Нагрев по термическому циклу околошовной зоны производят на синтетических образцах из Cr – Mo – V сталей. Прочность металла околошовной зоны в два раза выше, чем у основного металла, но только при комнатной и умеренной температуре. При Т = 550 ⁰С она становится равной или меньше прочности основного металла. Таким образом, для анализа механизма локальных разрушений можно использовать синтетические образцы.

Так как эти методики предусматривают оценку кратковременных свойств металла околошовной зоны, то она сейчас усовершенствуется и эти синтетические образцы, рекомендуется испытывать на длительную прочность.

Оценивая в целом эту группы, можно отметить положительную сторону: возможность оценки свойств сталей без сварки. Т.к. важной характеристикой склонности к локальному разрушению является длительная пластичность, то проводя испытания синтетические образцы подвергают нагреву по циклу сварки при постоянной скорости деформации. Проводя исследования по разработке методик имитирующие не только термический, но и термодеформационный цикл сварки.

Недостаток – невозможность учета, при их использовании, ряда факторов сварки:

1. Процессы диффузионного распределения элементов по границе раздела;

2. Жесткость сварных соединений;

3. Эффект концентрации напряжений.

Следовательно, несмотря на перспективность этих методов, в реальных условиях производства они должны быть дополнительными техническими пробами, либо методами прямой оценки жаропрочности.

Третья группа методик, предназначенных для непосредственного определения жаропрочности сварных соединений с учётом вероятности локальных разрушений, позволяет в принципе получать наиболее объективные и количественные данные о работоспособности сварных конструкций при высоких температурах. Но в то же время используемые методики должны обеспечивать надёжное выявление склонности сварных соединений к локальным разрушениям.

Достоинства: наиболее объективные и количественные данные о работоспособности сварных конструкциях при высоких температурах.

6.2.7. Типы образцов для оценки склонности к локальным разрушениям.

С помощью основного метода оценки длительной прочности (испытанной на растяжение) выявить чувствительность к локальным разрушениям невозможно. Наиболее показатель­ными являются испытания сварных образцов в условиях жесткого изгиба (рис. 26). Изломы – по околошовной зоне и соответствие характеру наблюдаемым разрушениям при локальных трещинах.

Рис. 26. Типы образцов для испытаний сварных соединений на длительную прочность с целью оценки склонности к локальным разрушениям

а) трубчатый образец; в) плоский образец;

б) цилиндрический образец; г) угловой образец.

Локальные трещины возникают преимущественно в жестких узлах и закрепляются где уровень изгиба наиболее высок. Для упрощения испытаний рекомендуются цилиндрические и плоские образцы. Но в последнем случае толщина образца должна быть равна толщине стенки сварных конструкций. На плоских образцах усиление и проплав шва оставлены. Следовательно, можно оценить влияние концентраторов. Испытания проводятся либо на специальных машинах, либо на обычных машинах растяжения, с помощью приспособления – реверсора. В приспособлении используются обычные цилиндрические образцы и машины мощностью 4–5 тысяч кГс. Для плоских образцов 30–50 тысяч кГс. Можно одновременно заложить 4–5 образцов, что сокращает время испытаний, и уменьшает стоимость испытаний. Контроль за разрушением образцов осуществляется индикатором, показывающий перемещение захватов машин. При разрушении одного из образцов цепочка не распадается, так как происходит защемление остатков образца. Резкое увеличение перемещения индикатора свидетельствует о разрушении одного из образцов. Эта методика позволяет надежно воспроизводить картину локального разрушения.

цилиндрический образец,

трубчатый образец,

где – изгибающий момент в кГс,

и – диаметр труб в мм.

Если образец плоский, то максимальное напряжение наружного волокна рассчитывается по формуле:

– ширина образца в мм,

– высота образца в мм,

– показатель ползучести основного металла, оцениваемый по результатам испытания на растяжения образцов основного металла.

Для больших плоских образцов полного сечение шва приближает условия испытания образцов к эксплуатационным и позволяет оценить влияние масштабного эффекта, концентратора напряжений, и возможных зародышевых дефектов в вершине шва. Такое испытание полезно в случае, когда возможен разный механизм излома, например, при сварке Cr – Mo – V сталей. В таких сталях разрушение может быть либо по околошовной зоне, либо по мягкой прослойке. Два вида мягкой прослойки: либо сам шов, либо разупрочненный участок зоны термического влияния. При полном сечении шва соблюдаются условия контактного упрочнения слабого участка в реальном стыке. Рекомендуют также использовать плоские образцы, имитирующие сварные трубопроводы. При этом толщина образца должна быть равна толщине стенки трубы. Это позволяет применять такие испытания взамен дорогостоящих испытаний стыков трубопровода.

Разрушение образцов с усилением и без него начинается в околошовной зоне, но затем переходит в разупрочнённый участок зоны термического влияния и далее идёт по нему. На боковой поверхности образцов этом сечении выявляется утяжка, указывающая на его повышенную пластическую деформацию.

После испытаний плоского образца может определиться пластическая деформация металла. Для этого на плоскую сторону образца перед использованием наносится сетка путем фотометода. По изменению ее размера определяют пластическую деформацию. Сетка может наноситься также с помощью прибора Викерса. Такие измерения показывают, что в образце с усилением шов практически не деформируется, а основная деформация сосредотачивается в разупрочненном участке зоны термического влияния. С целью определения деформацию металла шва используют дополнительную партию образцов со снятым усилением и сеткой, нанесенной на металле шва. С помощью этих же образцов оценивают влияние термической обработки на уровне пластичности сварного соединения. Часть образцов подвергается термической обработки по заданному режиму и так далее.

В ряде сварных конструкциях наиболее вероятным местом разрушения является угловые швы (паропроводы, котельные установки). Для оценки их используют образец “ д” (изгиб, условие длительной прочности).

Выводы: испытания на длительную прочность при изгибе, имитирующие реальные сварные стыки, являются переходным видом к испытаниям на конструктивную прочность. Они позволяют оценивать и по конструктивной прочности и технологичной особенности изделия, а также влияние большинства факторов, характерных для эксплуатации сварных соединений. Они позволяют определить, возможно или невозможно локальное разрушение, не оценивая интенсивность разрушения. При таких испытаниях наблюдается уменьшения длительной прочности на 15–20%, поэтому это не является количественной характеристикой склонности соединения к локальному разрушению. По существующим представлениям в любой конструкции неизбежны участки с высокой концентрацией напряжений и деформаций. Напряженные сварные стыки трубопроводов, в районе которой производится предварительная проточка по внешнему диаметру с целью обеспечения стыковки кромок. При воздействий напряжений изгиба в них неизбежна концентрация деформаций, следовательно повышается ползучесть района сварных соединений. В этих условиях материал сварной конструкции должен обладать запасом пластичности, чтобы за счет пластической деформации “погасить” изменение напряжения. Если материал сварной конструкции хрупкий, то наличие перенапряжении вызовет преждевременное разрушение сварного узла, при напряжениях ниже расчетных. В соответствии со сказанным за количественный критерий склонности сварных соединений локальных разрушений должна быть принята его деформационная способность в условиях ползучести, а закономерность изменения пластичности при ползучести надежно определяют лишь в условиях испытаний с постоянной скоростью деформации. Для оценки таких разрушений околошовной зоны, особенно при термообработки, разработана методика релаксации испытаний образцов с надрезом.