книги / Сварка в машиностроении. Т. 3

4. Основные виды нагружения и схемы испытания сварных соединений на коррозию под напряжением

Макеты, узлы

\Р \Р

осные, двухосные напряжения, растяжение, изгиб, кручение); в) с суммарным

Для выбора материала и оценки сопротивляемости разрушению предусма­ тривают испытания: 1) для оценки изменения свойств металла под влиянием среды вследствие общей и местной коррозии (гравиметрические, профилографические, механические при растяжении и изгибе, дополнительно электрохимические, физи­ ческие); эти испытания являются необходимыми, но недостаточными для оценки сопротивляемости металла разрушению в агрессивной среде; 2) в напряженном состоянии с учетом собственных и внешних нагрузок. Сопоставляют свойства без воздействия и при воздействии среды. Свойства сварных соединений целесообразно сопоставлять со свойствами основного металла. Изменение показателя свойств П оценивают относительными коэффициентами fcM, kCt kcu, показывающими изме­

напряжений и от внешней нагрузки (статической, повторно-статической, циклической).

Кроме рассмотренных основных методов испытаний, используемых для вы­ бора материала, технологии, конструкции, изучения механизма и скорости корро­ зионных разрушений сварных соединений применяют металлографические, элек­ тронно-графические, электрохимические, фрактографические и другие специаль­ ные методы исследований.

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ КОРРОЗИОННЫМ РАЗРУШЕНИЯМ В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ

Сопротивляемость сварных соединений повышается:

1) при улучшении свойств металла, определяющих сопротивляемость свар­ ного соединения воздействию агрессивных сред; 2) при улучшении напряженного состояния в сварном соединении и конструкции; 3) при уменьшении степени агрес­ сивного воздействия среды или изоляции сварного соединения от среды; 4) при сочетании этих вариантов.

8.Специальные методы повышения стойкости сварных соединений и конструкций против коррозионных разрушений

термической, ультразвуковой и другими видами обработки Создание сжимающих напряжений на поверхности

Существуют общие методы повышения стойкости металлических конструкций

испециальные (табл. 8) методы, учитывающие особенности сварных соединений

итехнологию производства сварных конструкций.

Общие методы включают: 1) рациональный выбор и разработку новых сва­ риваемых коррозионно-стойких конструкционных материалов; 2) рациональные конструирование, технологию изготовления и эксплуатацию изделий; 3) при­ менение защитных покрытий—металлических (горячих, гальванических, диффу­ зионных, металлизационных, наплавленных, плакировочных); покрытий, соз­ данных путем химической и электрохимической обработки поверхности (оксиди­ рование, фосфатирование, анодирование, хромирование); неметаллических по­ крытий органических (органические смазки, лакокрасочные, высокополимерные смазки) и неорганических (цементные и бетонные покрытия, эмали, керамика и др.); 4) применение методов торможения коррозии (обработка коррозионной среды, удаление стимуляторов и введение замедлителей ингибиторов коррозии); электрохимическая защита с подачей внешнего тока (катодная и анодная); приме­ нение протекторов.

Основным способом повышения стойкости сварных соединений против общей коррозии является обеспечение катодности (более положительного электродного потенциала) соединения по сравнению с основным металлом (анодом) и минималь­

Эти условия определяются правильным выбором присадочных материалов, кон­ струкции шва, доли участия в формировании шва основного и присадочного мате­ риалов, методов и режимов сварки. Изменения технологических методов, приме­ няемых при сварке, относительно мало влияют на коррозионные свойства терми­ чески стабильных материалов (табл. 9), но могут существенно влиять на свойства нестабильных материалов.

9.Средняя скорость коррозии основного металла и сварных соединений в природных коррозионных средах, мм/год

Скорость

коррозии

* Ручная дуговая сварка производилась электродом УОНИ-13/45; в среде СОа - проволокой СВ-08Г2С.

Основными способами повышения стойкости сварных соединений коррози­ онно-стойких аустенитных сталей против межкристаллитной коррозии являются: а) уменьшение содержания углерода в стали; б) стабилизация стали титаном и ниобием; в) создание в стали двухфазной структуры и содержание второй фазы (^ 5— 10%); г) высокие скорости охлаждения металла в области критических температур при сварке, предотвращающие образование карбидов; д) гомогенизи­ рующая обработка сварных соединений — закалка при 1050— 1100° С с обяза­ тельным быстрым охлаждением или стабилизирующий отжиг в течение 2— 4 ч при 850—900° С.

Повышение стойкости против коррозионных разрушений в напряженном состоянии связано в основном с выбором материала и улучшением напряженного состояния.

Способы повышения сопротивляемости сварных соединений коррозионным разрушениям рассмотрены в работах [4, 6, 7].

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ

В расчетах элементов сварных конструкций, работающих в агрессивных средах, следует учитывать: 1) влияние физико-химического воздействия сварки на металл, качество сварного соединения и его конструкцию; 2) воздействие агрес­ сивной среды; 3) доминирующий тип отказов (общая коррозия, МКК, коррозион­ ное растрескивание).

Расчет можно производить по несущей способности из условий прочности и местной повреждаемости, а также сочетания этих предельных состояний.

Для случаев общей коррозии может быть использован метод расчета по допу­ скаемому напряжению при растяжении с учетом изменения свойств металла под действием сварки и среды. Расчетная величина напряжений в сварных соедине­ ниях в этом случае

|*см|о|*с!о

расч

*эф

где адоп> [ap]fe — допускаемые напряжения основного металла в исходном состо­

янии и сварного соединения при коррозии; |kCM\а — коэффициент снижения проч­ ности сварного соединения по сравнению с основным металлом в исходном состо­

где Р* — чувствительность металла к надрезу в среде; kT— теоретический коэф­ фициент концентрации.

Например, толщина обечайки 5 и допускаемое давление рдоп сосуда или аппа­ рата, работающего под давлением, в соответствии с изложенными соображени­ ями могут быть

суда или аппарата; Сс — припуск на коррозию сварного соединения; Q — до­ полнительный припуск по технологическим, монтажным и другим соображениям;

^см |л

фициент, характеризующий изменение глубинного показателя коррозии сварного соединения по сравнению с основным металлом. Для определения эквивалентного напряжения можно воспользоваться энергетической теорией, в соответствии с которой

а Э КВ = ~2 У ( а 1 + а 2 ) 2 + ( а 2 — О з ) 2 Н ~ ( а 3 — 0 х ) 2 »

величине критических напряжений окр, вызывающих возникновение и развитие коррозионной трещины; в) по предельно допускаемой глубине коррозионной тре­ щины или дефекта типа трещины. Расчетные напряжения определяют исходя из наиболее жесткого условия.

Расчет по допускаемому напряжению [сг'р]*, определяемому для данной

среды в соответствии с приведенными выражениями, является необходимым, но недостаточным условием прочности конструкции, если о кр < [ о '] Л.

В свою очередь, в зависимости от кинетики коррозионного растрескивания следует принимать во внимание два предельных напряженных состояния: а) пре­ дельное напряженное состояние, вызывающее возникновение и начало докритического роста трещины; это напряженное состояние характеризуется величиной пороговых напряжений апор, ниже которых в элементах конструкции, не имеющих начальных дефектов типа трещин, коррозионного растрескивания не наступает,

и предельным напряжением а*р, соответствующим предельному коэффициенту

интенсивности напряжений Kiscc в материале, имеющем начальные дефекты; б) предельное напряженное состояние, соответствующее переходу докритического роста трещины в лавинное механическое разрушение. Это состояние характери­ зуется соответствующим критическим напряжением акр и связанным с ним коэф­ фициентом интенсивности /Сс. Условиями прочности в первом случае являются

^расч Опор (а кр)> Kl Kiscc. во втором случае Орасч Окр, Кг ^ Кгс-

При выборе допускаемого предельного напряженного состояния (из условий предотвращения образования трещины или разрушения) следует исходить из тре­ бований, предъявляемых к конструкции, заданного ресурса работы и кинетики развития коррозионной трещины для данной пары металл—среда.

В случае /зар « /разв, т - е- малого периода докритического роста трещины, расчет необходимо производить из первого условия—недопущения трещины. В случае продолжительной фазы докритического роста трещины расчет произ­

водят как по первому условию (апор, а£р, KiScc)t так и по второму (акр, Ки) с уче­ том заданного ресурса работы конструкции.

В случае опасности коррозионного растрескивания в расчете необходимо учитывать остаточные сварочные напряжения, так как тогда действует принцип суперпозиции. Поэтому должно выдерживаться условие авн + Оост ^ стпор, т. в. OQCT ^ а пор — оВц, откуда следует, что для повышения работоспособности кон­ струкции необходимо принимать меры для снижения остаточных напряжений.

Таким образом, при расчете:

1) устанавливают и сопоставляют допускаемые растягивающие напряжения из условия прочности [о£]р и допускаемые пороговые напряжения в данной

среде [аПОр]; 2) если [о£]р < [апорс]» то исполнительные элементы конструкции рассчи­

тывают из условий прочности по [о^]р, затем определяют допускаемый уровень остаточных напряжений 1<70СХ] ^ [аП0р С1 — [о^]р;

гружения N в период эксплуатации конструкции исходя из числа циклов до появ­ ления трещины Л^г», общей долговечности Nр (числа циклов до разрушения), а также живучести Ыж = N? — WTp, числа циклов, в течение которых происходит субкритический рост трещины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.. Металлургия, 1976.

472 с.

2.Княжева B. М., Читал В., Колотыркнн Я. М. Роль избыточных фаз в коррозион­

ной стойкости нержавеющих сталей. — Защита металлов, T. XI, 1975, Ne 5, с. 631—652.

3.Розенфельд И. Л., Жигалова И. Л. Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов. М., Металлургия, 19G6. 348 с.

4.Стеклов О. И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М., Ма­