Испытания на релаксацию напряжений

Релаксацией напряжений называется изменение напряжений во времени при постоянных деформациях (рисунок 3.8):

,

где e_у, e_пл - соответственно упругая и пластическая деформации; e_ун- начальная деформация:

e_пл=e -e_у.

Схема испытаний на релаксацию напряжений и изменение напряжений с течением времени приведены на рисунке 3.9.

Рисунок 3.8 – Изменение напряжений с течением времени

В процессе релаксации идет рост пластической деформации за счет уменьшения упругой. В однородном стержне , т.е. пластическая деформация не может превышать

Если есть слабое звено (например, уменьшение сечения), то пластические деформации сосредотачиваются в нем, т.е. упругие деформации в более проч­ных участках передают свою составляющую на образование e_пл в слабом звене.

Сварные соединения, как показывает практика, могут разрушаться либо условиях эксплуатации в основном по механизму ползучести, либо при выпол­нении технологического процесса, например, отпуска, по механизму неодно­кратной релаксации.

Сварные соединения

Сварные швы или некоторая разупрочненная зона термического влияния (з.т.в.) не могут дать большого вклада в искажение размеров вследствие ползу­чести. По этой причине систематических исследований сварных соединений не проводится, а ограничиваются лишь контрольными проверками. За счет леги­рования удается иметь металл шва, не уступающий основному металлу.

Наибольшую неприятность вызывают разупрочненные зоны. Обычно ра­зупрочнение бывает на термически упрочненных сталях, нелегированных хро­мом, молибденом, ванадием, что вызывает появление мягких прослоек. Вслед­ствие ползучести металла и релаксации напряжений эффект контактного уп­рочнения сильно ослабевает. Для широкой прослойки значение напряжения s раньше достигает зна­чения предела ползучести мягкой прослойки, чем для узкой. Кроме того, пластичность широкой прослойки будет снижаться в большей степени, чем в узкой прослойке.

Схема нагружения образца с мягкой прослойкой и зависимость механических свойств металла мягкой прослойки от ее от­носительной толщины приведены на рисунках 3.9, 3.10, 3.11.

В расчетах используются следующие обозначения:

s’_дп - предел длительной прочности сварного соединения;

s_дп - предел длительной прочности основного металла;

t₁ - короткое время нагружения;

t₂- длительное время нагружения.

Рисунок 3.9 – Схема нагружения образца с мягкой прослойкой

Рис 3.10 – Зависимость механических свойств от времени испытаний

Рисунок 3.11 - Зависимость длительной прочности и пластичности от толщины прослойки

В последние годы значительное внимание обращено на поведение метал­ла при высоких температурах при наличии в нем трещиноподобных дефектов, так как в сварных швах не исключены непровары, несплавления, трещины и т.д. Изменение коэффициента интенсивности напряжений и раскрытия трещины с течением вре­мени приведено на рисунок 3.12.

Также как и s_дп, К_с при высоких температурах зависит от времени:

Зависимость 1 - при постоянном напряжении;

Зависимости 2, 3 - при нагружении с разной скоростью, кривая 2 скорость больше, 3 –меньше;

d - раскрытие трещин у вершины (d_с - критическое раскрытие);

* - разрушение.

Когда значение раскрытия d достигает критического значения d_с, трещи­на двигается с места.

Рисунок 3.13 Изменение коэффициента интенсивности напряжений и раскрытия трещины с течением времени

Для оценки склонности сварных соединений к локальным разрушениям используют различные методы, которые могут быть разделены на три группы:

а) технологические жесткие пробы;

б) имитация термического цикла сварки на образцах;

в) испытания образцов, вырезанных из сварных соединений.