Поведение сварных конструкций при различных типах нагружения

Версия для печатиВерсия для печати

При повышении температуры в металлах активизируются процессы движения (колебание) атомов, что способствует протеканию пластической деформации. Это приводит к изменению механических свойств металлов. С повышением температуры понижаются прочностные характеристики (σт, σв) и возрастает пластичность(δ).

Механические свойства металлов

В зависимости от условий протекания пластической деформации при высоких температурах различают два процесса: процесс ползучести и процесс релаксации.

Процесс ползучести. Ползучесть можно представить рассматривая деформацию стержня при постоянной нагрузке и температуре. Стержень нагружен силой Р и нагрет до температуры Т. Причем значение Р и Т - постоянное. В первый момент нагружения в стержне будет иметь место упругая деформация (εynp), а затем - непрерывный процесс пластического деформирования (εпл). Таким образом, процесс ползучести - это непрерывная пластическая деформация при постоянной нагрузке и температуре. В результате пластической деформации образуется шейка и наступает разрушение.

Процесс ползучести

Процесс ползучести характеризуется кривыми ползучести, которые строятся при статическом приложении нагрузки в координатах ε - время нагружения t для различных напряжений σ. На кривых ползучести можно выделить три участка. Участки I и 3 -неустановившейся ползучести, участок 2 - установившейся ползучести. Наиболее важным является участок 2, по которому определяют скорость ползучести. Как видно из рисунка ниже, характер ползучести зависит от величины действующего напряжения.

Процесс ползучести

В качестве характеристики способности материала сопротивляться ползучести принимается предел ползучести. Это максимальные напряжения, при которых скорость ползучести или деформации за определенный промежуток времени при данной температуре не превышает определенного значения: σТ0,2/1000.

Процесс релаксации. Если взять стержень и приложить к нему нагрузку, а затем закрепить и нагреть, то в нем будут иметь место следующие процессы (рисунок ниже, слева). При приложении нагрузки Р в стержне возникнут упругие деформации εynp и пропорциональные им напряжения σ:

σ = εynp Е

Процесс ползучести

Поскольку стержень находится в закреплениях, то общая деформация не изменяется. Под действием температуры в металле создаются условия для протекания пластической деформации. Учитывая, что имеет место закрепление, эта деформация будет развиваться за счет упругой. Это означает, что снижается упругая деформация, а значит, и напряжения. Таким образом, релаксация - это процесс непрерывной пластической деформации, приводящий к снижению напряжений при постоянной общей деформации и температуре. Процесс релаксации характеризуется кривыми релаксации (см. рисунок справа). Как правило, в реальной ситуации нагружения конструкций одновременно имеет место как ползучесть, так и релаксация. Разрушение в результате ползучести и релаксации относится к понятию -длительная прочность. Пределом длительной прочности является напряжение, при котором не происходит разрушение за заданный промежуток времени. Тогда условие длительной прочности будет: σ(t) ≤ [σ дл. пр.]

При проектировании конструкций, работающих при пониженных температурах, прочностной расчет производится по зависимостям как и для обычных условий. Однако, следует принимать во внимание изменение свойств металла. При понижении температуры возрастает значение предела прочности, но снижается показатель пластичности. Кроме того, металл переходит в хрупкое состояние. Поэтому в качестве критерия прочности выступает не значение предела текучести, а значение предела прочности. Однако при этом должны соблюдаться требования по качеству металла, а именно, по ударной вязкости и критической температуре перехода в хрупкое состояние.