Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

22 страницы

258.00 ₽

Купить Р 155-74 — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Рекомендации могут быть использованы при проектировании и разработке технологии сварки кольцевых стыков магистральных трубопроводов диаметром 630-1420 мм с толщиной стенки не более 30 мм из сталей с нормативным пределом прочности до 70 кгс/мм2.

 Скачать PDF

Оглавление

Введение

1. Общие положения

2. Механическая неоднородность и общие закономерности ее влияния на поведение сварных соединений

3. Методика расчетной оценки влияния механической неоднородности сварных кольцевых соединений ка их низкую прочность при статическом нагружении

4. Основные рекомендации по применению сварных кольцевых стыков с мягкими композитными швами в магистральных трубопроводах

5. Особенности проведения механических испытаний образцов с композитными швами

Приложение

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВНИИСТ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА ЧПИ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПОВЫШЕНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Р 155-74

ЦНТИ ВНИИСТа Москва 1974

уда 621.791

Настоящие Рекомендации разработаны на основе теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния мягкой композитной прослойки с позиций теорий пластичности и контактного упрочнения. Для экспериментального определения полей напряжений и деформаций в мягкой композитной прослойке использовался метод муаровых полос и поляризационно-оптический метод.

Теоретические разработки подтверждены результатами испытаний образцов, сваренных по реальной технологии, в условиях статического и ударного растяжения и низких температур.

Данные, положенные в основу настоящих Рекомендаций, проверены на кольцевых сварных соединениях газопроводных труб диаметром 720 мм.

Рекомендации предназначены для конструкторов и технологов, занимающихся проектированием магистральных трубопроводов большого диаметра и технологией их сварки.

В разработке Рекомендаций принимали участие д-р техн.наук О.А. Баки', канд.техн. наук А.С. Рахманов,

30.И. Анисимов, В.Ф. Чабуркин и инженеры Р.С. Зайнуллин, В.Н. Голиков, A.Луйко и Н.Л. Зайцев.

Замечания и предложения по Рекомендациям просим направлять по адресам: Москва, 105058, Окружной проезд, 19, ВНШСТ, лаборатория сварки и Челябинск, 45WA, проспект Ленина ,76, ЧПИ, кафедра Оборудование и технология сварочного производства, научно-исследовательская лабо-рабстрия сварных конструкции и сварочных процессов (НИЛСлиСП).

3.3. Расчетную оценку вязкой прочности и предела текучести сварных кольцевых композитных швов для всех схем чередования мягких и твердых слоев (М-Т, М-Т-М, Т-М-Т) следует определять по следующей зависимости:


6 г- ** '

(3)

бтг*Х ’

(*)

1= &i( ,

(5)

(6)

Ж /

*Х~ 4 * 3\ГТх<*

(?)


Примечание • Под пределом текучести мягко-кого композитного шва понимаются средние напряжения, вызывающие появление в шве развитых пластических деформаций (например, с допуском 0,2%).


3.4. Коэффициент оС в формуле (7) для различного расположения мягких и твердых слоев определяется из выражений: а) двухслойная композитная прослойка (схема М-Т)

ппИ 44- и= *~(у~ *c )s

i+(i-e)z-(s-j;e9)z '

<+(«€--<)(<-в)    ,

1+в1-р-ксН-о)7 2


при


а ^С

в>

-t+Kr


(8)

(9)


б) симметричная трвхслойная композитная прослойка (М-Т-М)


(Ю)

в) симметричная трехслойная композитная прослойка (Т-М-Т) *С- (*е'*)0    .

к'с-{хе-*)вг    ^и)


d =


Формулы (3) и (4) имеют смысл в интервале

(<-f)3fTj ’


(12)


II


где действует эффект контактного упрочнения, В остальном интервале прослоек ( X'>XJj,)% когда по формуле (7) величина*^ получается меньше единицы, следует брать значение = I, что указывает на свободное деформирование композитного материала прослойки, и ее прочностные свойства оценивается по зависимостям (5) и (6).

3.6. Критические величины композитных прослоек, при которых с уменьшением начинается вовлечение основного металла в пластическую деформацию и достигается равнопрочность прослойки в составе соединения с основным металлом, определяются соответственно по формулам:

(»)


Л


/ =


■*г' 4‘7?)зя ’    <13)

3.7. Если какой-либо из металлов (М) или (Т) целиком занимает объем прослойки ( в =1,    0=    0), то из соотноше

ний (8) - (II) °t = I, и зависимости (3) - (7) совпадают с расчетной оценкой предела текучести и предела прочности мягких прослоек из однородного материала для осесимметричной деформации* При равенстве прочностных свойств металлов прослойки ( 6^г- £ м )    ^6=1.    Аналогично    получается    расчетная

оценка однородной мягкой прослойки (случай осесимметричной деформации) •

4. ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СВАРНЫХ СТЫКОВ С МЯГКИМИ КОМПОЗИТНЫМИ ШВАМИ В МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

4.1.    С целью повышения работоспособности сварных кольцевых соединений магистральных трубопроводов наряду с технологическими и экономическими соображениями необходимо учитывать действие эффекта контактного упрочнения.

4.2.    В качестве одного из путей эффективного использования контактного упрочнения применительно к магистральным трубопроводам следует рекомендовать технологию сварки "композитными швами", где корневой слой шва выполняется "мягкими" электродами. 12

Основными параметрами, требующими учета при разработке вариантов сварки композитными швами, являются относительные геометрические размеры ( Q ) и коэффициенты механической неоднородности ( К с    ) характерных участков композитного

соединения.

4.3.    При заданной композиции наплавленного металла, агрегатные прочностные свойства которого ниже по сравнению с основным металлом, следует рекомендовать повышение прочности мягкого композитного шва путем уменьшения его эквивалентной относительной ширины

В этом случае оценку прочности мягкого композитного шва и величину Xg , при которой достигается равнопрочность шва и основного металла, следует производить согласно пп. 3.2-3.4 и 3.6. Такой способ повышения прочности мягкого композитного шва наиболее эффективен, если шов сохраняет достаточную пластичность ( W не менее 40-50%).

4.4.    При назначении технологии сварки необходимо учитывать характер влияния степени механической неоднородности и контактного упрочнения в зависимости от формы разделок кромок основного металла.

При большом различии прочностных свойств мягкого корневого шва и основного металла рекомендуется применять 2-й и 3-й типы форм разделок кромок (см.рис.1), поскольку при одной и той se толщине стенки эквивалентная относительная ширина композитного шва Xj с U и Х-образной формой кромок меньше, и, как следствие, его прочность выше, чем у швов с V -образной разделкой кромок.

При необходимости сварки швами с У -образной формой кромок (например, при сварке трубопроводов с толщиной стенки 10 мм) следует заполняющие слои сваривать электродами, обеспечивающими прочность металла шва не ниже прочности основного металла.

4.3. Регулирование прочностных свойств композитного материала шва следует осуществлять за счет изменения доли мягкого металла и соотношения прочностных свойств металлов, входящих в мягкий и твердые слои.

Толщина мягкого корневого слоя шва в радиальном направлении должна быть минимально возможной и не должна превышать 40% от толщины стенки.

13

Для сварки заполняющих швов (твердых сдоев) следует применять электроды, наплавленный металл которых по прочностным свойствам близок к основному металлу.

4*6. При проектировании сварных соединений о композитными швами необходимо учитывать степень механической неоднородности материалов, входящих в состав соединения, я способы их сварки.

При электродуговой сварке магистральных трубопроводов для обеспечения максимально возможной ширины корневого шва (мягкого слоя), при которой еще сохраняется равнопрочность сварного соединения с основным металлом, необходимо, чтобы разница в прочностных свойствах композитного и основного материалов не превышала 20£.

4.7.    При большом различии прочностных свойств основного металла и композитного металла шва (при больших значениях коэффициента агрегатной механической неоднородности Кg ) и заданной постоянной доле мягкого слоя в относительная ширина шва , обеспечивающая равнопрочность сварного соединения основному металлу, может оказаться настолько малой ( & ^<-0,3), например для стенки трубопровода толщиной 10 мм, что возникнут технологические трудности при сварке. При этом возрастает опасность хрупкого разрушения по тонкому шву, особенно при недостаточно высокой пластичности его металла.

В этом случае для уменьшения коэффициента агрегатной механической неоднородности, позволяющего вести сварку широкими швами, равнопрочными основному металлу, следует идти по пути максимального увеличения доли твердого слоя с условием сохранения высокой технологической прочности при сварке корневого шва.

4.8.    В условиях, когда равнопрочность композитного шва основному металлу технологически не осуществима (при их большой степени механической неоднородности), для повышения сопротивляемости хрупким разрушениям рекомендуется увеличивать относительную ширину шва за счет увеличения эазора между кромками

в стыке и ограничивать верхний уровень прочности основного металла. Прочность сварного соединения при этом следует повышать путем увеличения рабочего сечения шва, обеспечивая при этом плавный переход усиления шва к основному металлу.

4.9.    Для более полного проявления эффекта контактного упрочнения и реализации переноса места потенциально возможного разрушения с композитного шва на основной металл рекомендуется сохранять участки в околошовной зоне термического влияния

с повышенной против основного металла (на 15-25%) твердостью и минимально необходимым запасом пластичности.

Это следует учитывать при разработке технологии сварки, назначении режимов возможной термообработки соединения, а также при планировании последующих технологических пределов (ремонтных работ, огневой резки и т.д.).

4.10.    При сварке композитными швами магистральных трубопроводов из сталей повышенной прочности необходимо ужесточить требования к колебанию прочностных свойств основного металла. Разница между нижним и верхним уровнями предела прочности основного металла должна быть минимальной.

4.11.    В тех случаях, когда для обеспечения равнопрочности

соединения приходится применять достаточно тонкие мягкие композитные швы, у которых    0,4, следует обращать особое

внимание на предупреждение технологических дефектов в шве (не-сплавления, шлаковые включения, непровары и др.).

5. ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ С КОМПОЗИТНЫМИ ШВАМИ

5.1.    Общий порядок проведения механических испытаний контрольных стыков с композитными швами магистральных трубопроводов осуществляется в соответствии с инструкцией ВСН-2-39-72.

5.2.    При проведении механических испытаний сварных образцов с композитными швами необходимо учитывать особенности влияния на их результаты контактного упрочнения и степени механической неоднородности.

Результаты испытаний образцов с композитным швом считаются сопоставимыми между собой только в том случае, если их относительные размеры >t9 и коэффициенты механической неоднородности ( ^C'^s ) одинаковы и подсчитываются по формулам (2) - (II) пп. 3.1-3.4.

5.3.    При сравнении результатов испытаний различных по размерам образцов, вырезанных из сварных соединений с композитным

15

■вон, абсолютные размеры характерных участков необходимо привода» к ах относительным - je? в . В случае вязкого разруше-вая сопоставление прочности композитных швов можно производить с учетом формул (2) - (14) ап. 3.2-3.6.

А-А

Рис.5. Чертеж образца с композитным ивом для испытаний на разрыв


Таблица

Толщина осномШирина рабоеЕазовая :Ширина зах+Общая длина об-ного металла ;чеи части :длина об-:ватной час+разца (оС ),

( У ), мм :образца,мн :равца :ти образца:    мм

).мы :( 4 ). мм:_

10

10

100

18

20

20

200

30

30

30

300

40

Л=£0+2еу

4 - длина захватной части образца,которая устанавливается в зависимости от конструкции испытательной машины

16

5.4.    Для экспериментальной оценки реальной прочности натурных сварных соединений с композитным швом необходимо испытывать образцы со снятым усилением. Размеры образцов должны соответствовать данным рис.5 и таблицы. По результатам испытаний образцов (компактное сечение,)оценивают прочность сварного соединения.

5.5.    Реальные размеры нирины нва и толщины мягкого слоя определяют при травлении поверхности нлифа-образца. Соотношение механических свойств в нве оценивают по распределению твердости в поперечном сечении нва. Реальные прочностные свойства

в каждом сдое могут быть определены одиним из безобразцовых методов.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИМЕР РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ НА ВЯЗКУЮ ПРОЧНОСТЬ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

^Стык труб из легированной стали повышенной прочности с (* g равной 70 кгс/км2 и толщиной стенки 20 нм сварен мягким композитным мвом. Раэделка U -обраэная (на рис.1 2-ой тип). Чередование мягких и твердых слоев в сварном шве выполнено по схеме М-Т. Корень шва заварен электродом УОНИ-13/55, обеспечивающим предел прочности наплавленного металла на уровне 50 кгс/мм2. Предел прочности металла заполняющих слоев равен 60 кгс/мм2. В гонах термического влияния, окружающих нов,имеют место прослойки с повышенной твердостью.

С учетом технологических соображений согласно п. 4.5 примем толщину корневого шва (мягкого слоя)    равной 5 мм.

Следует определить эквивалентную ширину шва, обеспечивающую равнопрочность сварного соединения основному металлу.

Расчет производим в следующей последовательности.

Доля мягкого слоя    =    0,25.

Временное сопротивление наплавленного композитного материала определяем по формуле (6) п. 3.3 :

= 6f(¥-P)* tig#    =60(1-0,25)+50.0,25=57,5    кгс/мм2.

Коэффициент межслойной механической неоднородности

Коэффициент агрегэдной механической неоднородности

к = ^     т    22

б/ 57,5    1

При заданном соотношении механических свойств и размеров мягкого слоя (см. п. 3.4) выполняется неравенство:

»- °'25 *' h; °-W5-

Поэтому коэффициент сС определяется по зависимости (8)

п. 3:

ct=—^    ■    =    1 ~ t1"     =1,025

*-Ф'У-р'кО) I+a-O.ZSjZ-U-j^ -0,25)*

= 0,43.


Эквивалентную ширину шва, с уменьшением которой достигается равнопрочность сварного соединения с основным металлом, определяем по формуле (14) п. 3.6.

сСЗИЗС^-Ж) " 1,03*3 /3^( 1,22-0,785J

Абсолютная эквивалентная ширина композитного шва равна А, = <Х.Э с/ = 0,43*20 = 8,6 мм.

_    ^    ^    -J    vrf

Таким образом, равнопрочность основному металлу С о^ =

70 кгс/мм2 сварного соединения с композитным швом обеспечивается при h9 ^ 8,6 мм.

«t =

Если заполняющие твердые слои заварены электродами, обеспечивающими прочность металла шва, равным временному сопротивлению основного металла ( s & g* =70 кгс/юг,

0,64;

1,04*3 /3^1,075 -0,785)

= 0,64*20 = 12,8 мм.

Если сварной шов выполнен только мягкими электродами 0 = 1;    =    I;    Л-    1,40),    то

1,075, oi = 1,04), то ЭС^=    1

А,=0,31*20=6,2 мм.

7


= 0,31;

3 УТ (1,40-0,785)


ЗНАЧЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ШИРИНЫ СВАРНОГО КОМПОЗИТНОГО ШВА h9 (мм)

ДЛЯ НОРМАЛЬНОГО РЯДА НОРМАТИВНЫХ ПРЕДЕЛОВ ПРОЧНОСТИ СТАЛЕЙ И ТОЛЛЩН СТЕНОК МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ (табл.1 и 2)

(    50,    60    и 70 кгс/мм2; ^= 10, 20 и 30 мм)

19

Таблица I

Величина h9 , мы

d , мм :

(ел*. КГС/ММ^

: 50

: 60 :

70

10

оО

5,2

20

10,3

9,7

30

оо

16,8

15,4

Примечания. I. Предел прочности твердого металла заполняющих слоев =0,9GiM

н 2. Предел прочности мягкого металла корневого шва 6 * =50 кгс/мм2.

/ 3, Толщина мягкого корневого шва постоянна и равна CLM = 5.0 мм.

4. Знак оо указывает на отсутствие ограничений на ширину шва.

Таблица 2

Величина

h9 , мм

а ,

мм :

кгс/мм^

: 50

: 60 :

70

_2_ ;_DU__( U

10    00    6,1    5,0

20    14,5    II, 4

30    23,3    21,0

_ T . OH Примечания: I. « fro ,

2. Пункты 2,3,4 те xe, что и в примечании к табл.1.

Рекомендации по повышению: Р 155-74

ШШЛ1, чш

работоспособности сварных:-

соединений магистральных :Разработаны трубопроводов    :    впервые

ВВЕДЕНИЕ

Освоение природных ресурсов Сибири и Крайнего Севера, в частности, месторождений нефти и природного rasa, предусмотренное директивами Партии и Правительства в качестве одной из важнейших задач современного промышленного развития страны, связано с сооружением сети магистральных трубопроводов в сложных климатических условиях.

Одно из экономически перспективных решений основывается на использовании сварных труб большого диаметра из сталей повышенной прочности. Эти стали, обладая несомненными преимуществами, в частности, по относителвным прочностным и весовым характеристикам, в то же время имеют ряд существенных особенностей, ограничивающих их широкое применение в сварных конструкциях.

Они отличаются повышенной чувствительностью к концентраторам напряжений, термическому циклу сварки и склонностью к горячим и холодным трещинам при сварке.

:Срок введения ;1 марта 1974 г, ;Срок действия :1 марта 1977 г, :Перепечатка вос-:    прощена

Использование сталей повышенной прочности, обладающих ограниченной свариваемостью, при одновременном увеличении рабочих параметров трубопроводов требует разработки специальных сварочно-технологических мероприятий с целью обеспечения надлежащей работоспособности кольцевых сварных соединений и системы в целом.

Внесены лабораторией :Утвеождены ВНИИСТом сварки ВНИИСТа и на-:20 декабря 1973 г. учно-исследователь- :и ЧПИ 12 декабря ской лабораторией :    1973    г.

сварных конструкций : и сварочных процессов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ............................................. 3

1.    Общие положения..............*.................... 4

2.    Механическая неоднородность и общие закономерности ее влияния на поведение

сварных соединений .................. 5

3* Методика расчетной оценки влияния механической неоднородности сварных кольцевых соединений на их вязкую

прочность при статической    нагружении .............. э

4* Основные рекомендации по применению сварных кольцевых стыков с мягкими композитными швами в магистральных трубопроводах..................................... 12

5» Особенности проведения механических

испытаний образцов с    композитными    швами ........... 15

Приложение...........*............................... 18

Одним из путей повышения работоспособности сварных соединений может явиться сварка композитными швами, в которых корень шва, где наиболее вероятно исчерпание пластичности, заваривается металлом, обладающим повышенными пластическими и вязкостными свойствами.

Настоящие Рекомендации будут систематически дополняться и изменяться на основе дальнейшего совершенствования опыта проектирования, изготовления и эксплуатации сварных магистральных трубопроводов, а также научно-исследовательских работ по опенке работоспособности сварных соединений с композитными швами.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие Рекомендации могут быть использованы при проектировании и разработке технологии сварки кольцевых стыков магистральных трубопроводов диаметром 630-1420 мм с толщиной стенки не более 30 мм из сталей с нормативным пределом прочности до 70 кгс/мм2,

1.2.    Рекомендации разработаны в дополнение к существующим нормативным материалам по сварке магистральных трубопроводов. Они предусматривают возможность сознательного использования механической неоднородности (см. п.2.1 Рекомендаций) в сварных соединениях магистральных трубопроводов в качестве конструкционного параметра, позволяющего целенаправленно регулировать технологическую прочность швов и механические свойства соединений.

1.3.    Рекомендации регламентируют области целесообразного применения механической неоднородности, методику расчетной оценки ее влияния на прочность сварных соединений и распространяются на кольцевые стыковые, механически неоднородные по поперечному сечению швы тонкостенных труб, которые работают в условиях статического нагружения и подлежат расчету по их предельно-вязкому состоянию.

2 МЕХАНИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ И ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЕЕ ВЛИЯНИЯ НА ПОВЕДЕНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

2.1. МЕХАНИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ


2.I.I. Большинству сварных соединений присуща та или иная степень отличия механических свойств различных участков (механическая неоднородность).

Механическая неоднородность неразрывно связана с процессами, протекающими при сварке, и в некоторых случаях сознательно создается и используется в качестве конструктивного параметра для целенаправленного регулирования процессов возможных пластических деформаций с целью обеспечения надлежащей технологической прочности шва и несущей способности сварного соединения.


т    4    тип


7

.

N

>1!

. h я

1

м

1

Т

л

ъч

Г*

I

м

__ h _


т

м

г

к;

h ^


Рис Л. Моделирование реальных сварных швов с мягкой композитной прослойкой


5


2.1.2.    Механически неоднородные пвы с участками (сдоями), отличавшимися по своим свойствам, называются композитными (рис.1).

При атом соотношение пределов текучести основного (ОН), твердого (Т) и мягкого (М) металлов может в частном случав удовлетворять условии:

г^\ ? Гч ^ М От 6т &т

В сварных соединениях, где соблюдаются указанные неравенства, авы могут рассматриваться как мягкие композитные прослойки.

2.1.3.    Сварные стыковые мвы в настоящих Рекомендациях рассматриваются применительно к трем схемам (М-Т, М-Т-М и Т-М-Т), приведенным на рис.1.

2.2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ НА СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С КОМПОЗИТНЫМИ ШВАМИ

2.2.1.    Основные закономерности влияния механической неоднородности сварного соединения на его работоспособность базируются на эффекти контактного упрочнения мягкой прослойки.

Смысл контактного упрочнения заключается в следующем.При нагружения соединения свободное деформирование металла мягкой композитной прослойки, первой вступившей в пластическое состояние, сдерживается основным металлом. Последнее приводят к объемному напряженному состоянию мягкой композитной прослойки, что вызывает рост усилий, необходимых для ее деформирования.

Эти усилия зависят от относительной толщины прослойки:

/ »    (I)

где h - ширина мягкой композитной прослойки; d - толщина свариваемых элементов.

2.2.2.    Во всей области возможного изменения относительной

толщины прослойки (    )    имеются    два    характерных    диапазона

(рис.2 и 3). 2

В первой диапазоне при относительно широких композитных прослойках ( Х>&к ) эффект контактного упрочнения практически не сказывается на механических свойствах сварного соединения, и последние в дедом будут определяться свойствами (в частности, прочностью) композитного металла прослойки.

Примечание.

Под прочностью композитного металла здесь понимается агрегатная прочность, выявляемая механическими испытаниями биметаллических или три-металлических образцов, в процессе которых растяжение ведется усилиями, параллельными плоскостям между слоями М и Т.

2.2.3. Во втором интервале (    )    сопротивле

ние пластической деформации

мягкой композитной ппоехой- Рис*2* 2ВДй характер эавиоицоетя мягкой композитном прослои прочности сварного соединения от

ки увеличивается с уменьши- относительной толщины мягкой ком-

нивы ее относительной тол- позитной прослойки

щины >€ (см.рис.2). Чем тоньше прослойка, тем выше ее прочность. При Ж = Хт вязкая прочность металла композитной прослойки может достигнуть предела текучести основного металла. На этой стадии существенно увелжчивается деформационная способность всего соединения, поскольку основной металл, имеющий большую базу деформирования, вовлекается в пластическую деформацию.

2.2*4. С уменьшением    при    прочность    ком

позитной прослойки становится равной прочности основного металла, что соответствует достижению равнопрочности всего сварного соединения (см.рис.2)*

2.2.5. Условие переноса места разрушения с прослойки на основной металл при испытании соединений зависит от характера распределения механической неоднородности в околошовной зоне и напряженного состояния основного металла. Бели композитная прослойка подкреплена с обеих сторон твердыми участками, прочность металла которых выше прочности основного металла, то перенос места разрушения осуществим. В роли "подкрепляющих"

7

участков могут выступать подкаленные зоны термического влияния в основном металле. При отсутствии "подкрепляющих" участков по мере приближения прочности сварного соединения к прочности основного металла последний будет вовлекаться в пластическую деформацию, и перенос места рааруиения с прослойки на основной металл не реализуется. Такая однозначная картина присуща линейному растяжению.

Для трубы с кольцевой компогитной прослойкой характер разрушения зависит также от соотношения главных напряжений в основном металле.

Рис.З. Схематизированная зависимость деформационных характеристик сварного соединения от относительной толщины мягкой композитной прослойки

2.2.6. Деформационная способность сварных соединений в зависимости от относительной толщины композитной прослойки изменяется по сложному закону (см. рис.З). С уменьшением & пластичность и энергоемкость сварных соединений (Aj и Ад) понижаются, а затем, достигнув некоторых минимальных значений,

8

начинай! возрастать. Характер разрушения композитной прослойки при достаточно малых <£ может переходить с вязкого на хрупкий. При JC.4? itT в стадии пластического деформирования подключается основной металл, и, как следствие, общая деформационная способность сварного агрегата возрастает. При it -4 в случае переноса места разрушения на основной металл деформационная способность сварного соединения определяется механическими свойствами основного металла.

2.2.7. В значительной мере на деформационную способность и характер разрушения сварного соединения о мягкой трехслой-ной композитной прослойкой оказывает влияние порядок расположения мягких и твердых слоев. Сварное соединенна по схеме Т-М-Т имеет более высокую пластичность и вязкость по сравнению со схемой U-T-U.

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ СВАРНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ИХ ВЯЗКУЮ ПРОЧНОСТЬ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

3.1. Обозначение величин и их размерность (рис.4):

h - толщина компоэитной прослойки, ни; d - толщина стенки свариваемой тру ОМ, им; dM- толщина слоя мягкого металла (И) прослойки, мм; йт- толщина слоя твердого металла (Т), мм;

2>н- наружный диаметр трубМ, мм;

-    внутренний диаметр трубы, мм;

-    относительная толщина мягкой композитной прослойки; da- доля мягкого слоя в композитной прослойка;

доля твердого сдоя в композитной прослойке;

S-^    -^коэ^фи^иент^тонкостенности трубы;

нбт,6™,б'< £- пределы текучести соответственно сварного соединения, основного ыетадла, композитного материала, прослойки,? твердого и мягкого металлов, кг/миг;

,с6 г>он к ,т ,н    ,    2

в ,6    &t >0 6 - их временные сопротивления, кг/мн,

- коэффициент межслойной механической неоднородности;

9


С sм

коэффициент агрегатной механической неоднородности;

^ом

*>оМ

к = т

F* hd

коэффициент агрегатной механической неоднородности по пределу текучести;

площадь сечения композитной прослойки,

относительная толщина прослойки, отвечающая началу действия контактного упрочнения;

относительная толщина прослойки, соответствующая началу вовлечения основного металла в пластическую деформацию;

Рис.4. Схема сварного соединения трубы с кольцевой мягкой композитной прослойкой


относительная толщина прослойки, при которой достигается равнопрочность сварного соединения и основного металла.

3.1.I. Основными параметрами композитной прослойки являются ее относительная толщина Jt , доля мягкого металла в и коэффициент мехслойной механической неоднородности £с

3.2. Для сварных швов, имеющих сложную геометричесткую форму ( У U; X и т.д.), следует применять приведение их к условной плоской прослойке, эвкивалентной иву по площади поперечного сечения:    v    F

(2)

э аГ*

1

ЧПИ_:_

2