автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Повышение надёжности крупногабаритных сварных хладостойких конструкций ответственного назначения за счёт снижения уровня остаточных напряжений

ГОУ ВПО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи УДК 620.690

48440<эо

ЦВЕТКОВ Александр Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ СВАРНЫХ ХЛАДОСТОЙКИХ КОНСТРУКЦИЙ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ЗА СЧЁТ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Специальность: 05.16.09-Материаловедение(машиностроение) АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степеии кандидата технических наук

2 О АПК 2011

Санкт-Петербург -2011

4844633

Диссертация выполнена на кафедре «Технология конструкционных материалов и металловедение» в Санкт-Петербургском Государственном Политехническом Университете.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор технических наук Солнцев Юрий Порфирьевич

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Пряхин Евгений Иванович,

- кандидат технических наук, Малыхина Ольга Юрьевна.

Ведущая организация - ОАО «ГОЗ ОБУХОВСКИЙ ЗАВОД»

Защита состоится « мая 2011 года в « у> часов на заседании диссер-

тационного совета Д 212.229.19 при ГОУ ВПО Санкт-Петербургском Государственном Политехническом Университете по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет»

Автореферат разослан а лЛелА 201

[ 1 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Востров В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Особую актуальность проблема снятия остаточных напряжений крупногабаритных изделий ответственного назначения приобрела в связи с разработкой изделий нового поколения, работающих в широком диапазоне климатических температур (от минус 50°С до плюс 50°С) в условиях статических и динамических нагрузок и требующих высокой геометрической стабильности при эксплуатации в течении длительного периода времени.

Надёжность работы таких изделий в зимнее время может быть снижена, что может привести к полному отказу работоспособности или к аварийной ситуации. В последнее время среди предприятий - изготовителей существует жёсткая конкуренция за расширение технологических возможностей, позволяющих получить комплекс механических и технологических свойств, не повышая стоимости изделия в целом.

Снятие сварочных напряжений длинномерных сборочных конструкций сложной конфигурации путем термической обработки требует обязательной сложной и дорогостоящей специальной индивидуальной оснастки, удлиняет технологический цикл изготовления и может привести к невозможности проведения правки.

Вышеизложенное показывает актуальность данной работы, её практическую направленность и востребованность для решения задач повышения надёжности изделий ответственного назначения специальной техники.

Цель работы и задачи исследования.

Целью работы является определение путей повышения надёжности крупногабаритных сварных конструкций за счёт снижения уровня остаточных напряжений методом низкочастотной вибрационной обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• сопоставить уровни внутренних напряжений в сварных конструкциях после сварки, после термической обработки и после вибрационной обработки;

• определить значения технологических параметров низкочастотной вибрационной обработки, необходимых для достаточного снятия внутренних напряжений после сварки;

• сравнить уровни механических свойств материала конструкций после сварки, после термического отжига, после низкочастотной вибрационной обработки;

• определить влияние термической и низкочастотной обработок на структуру стали сварных конструкций;

• разработать и внедрить технологию низкочастотной вибрационной обработки.

Научная новизна.

• успешно применён магнитный метод определения внутренних напряжений с помощью сканер - дефектоскопа магнитоанизотропного «КОМ-ПЛЕКСА-2.05».

• изучены и сопоставлены внутренние напряжения и механические свойства материалов в состоянии поставки, после сварки, после термического отжига и после низкочастотной вибрационной обработки.

• определены значимые параметры низкочастотной вибрационной обработки.

• определены значения параметров низкочастотной вибрационной обработки, достаточные для снятия внутренних напряжений и приобретения материалом требуемого уровня механических свойств.

Практическая значимость.

Результаты работы были использованы в разработке и внедрении технологического процесса низкочастотной вибрационной обработки крупногабаритных сварных сборок. Разработана методика контроля уровня остаточных напряжений до и после низкочастотной виброобработки. Технологический процесс внедрён на ОАО «ГОЗ ОБУХОВСКИЙ ЗАВОД».

Достоверность результатов работы обеспечивается использованием фундаментальных положений физики твёрдого тела, теории металловедения и современного метода определения величин остаточных напряжений. Результаты экспериментов и исследований, научные положения и выводы подтверждены многолетней эксплуатацией изделий по прямому назначению.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах:

- XI научно-техническая конференция «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов», СПб, 2006 г.

- XII научно-техническая конференция «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов» СПб, 2008 г.

Публикации.

По материалам работы опубликованы три статьи в изданиях, входящих в список ВАК РФ. Библиографический список работ приведён в разделе «ЛИТЕРАТУРА».

Структура и объём работы.

Работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы из 137 наименований и одного приложения, изложена на 156 страницах, включая: 10 таблиц, 96 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, поставлены основные задачи. Показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Глава 1. Современное состояние вопроса. В первой главе приведены данные по анализу состояния существующих современных подходов к проблеме повышения надёжности крупногабаритных сварных изделий. Проведён анализ, классификации и причин образования остаточных напряжений. Описаны способы уменьшения внутренних напряжений, их достоинства и недостатки, обоснован выбор основных способов: термический отжиг и низкочастотная вибрационная обработка.

Приведён обзор литературных данных существующих методов определения остаточных напряжений. Сделано обоснование выбора магнитного метода измерения остаточных напряжений как основного.

Описаны исследуемые крупногабаритные сварные конструкции (габаритные размеры до 8 м, масса до 8 тонн), условия их эксплуатации, включая условия работы иа Крайнем Севере. Конструкторы исследуемых изделий сделали наиболее технически и экономически целесообразный выбор материала - сталь низкоуглеродистая низколегированная феррито-перлитного класса 10ХСНД ГОСТ 19281-89 класса прочности 390.

Приведено физическое обоснование уменьшения остаточных напряжений в стали в результате резонансных низкочастотных колебаний сварных конструкций. Считается, что снижение статических напряжений вызывается действием звукового давления

ра = рссоА = pc2nfA (1)

где: ра - снижение статических напряжений, р - плотность материала, с -

скорость звука в этом материале; со - угловая частота; А - амплитуда

колебаний.

Для максимальных значений параметров виброобработки в соответствии с формулой 1 теоретически возможно следующее снижение остаточных напряжений.

ра= 7850 кг/м3 * 4900 м/с *2 * 3,14* 100Гц * 0,01 м * (1(Г6) = 241,56 МПа (2)

где: 7850 кг/м3 (р) - плотность стали, 4900 м/с (с) - скорость звука в стали;

2 * 3,14 * 100Г11 (со) -угловая частота; 0,01 м (А) — амплитуда колебаний.

Это утверждение позволило с уверенностью судить о существовании физической возможности снижения остаточных напряжений низкочастотной вибрационной обработкой.

В результате выполненного анализа в главе 1 определены основные задачи диссертационной работы.

Глава 2. Методика исследований. Определение химического состава проводили на приборе ДФС-71 «Спектр» по программе Win Quant для многоканальных оптических эмиссионных спектрометров. Размер образца ~ 30 х 30 х s мм ( где s - толщина листового металла).

Механические свойства определялись испытанием на разрыв плоских образцов в соответствии с ГОСТ 6996-66 образцы тип XII со стрелой прогиба не более 4 мм при плюс 20°С на испытательной машине EU 40 и FPZ100 (изготовитель Fritz Herkert).

Ударные испытания проводились на маятниковом копре КМ 30 в соответствии с ГОСТ 6996-66 на образцах тип VIII и XI, при +20°С и при -60°С в соответствии с ГОСТ 9454.

Исследование микроструктуры проводились металлографическим методом на микроскопе ЛВ-31М при 50+1000-кратном увеличении (балл зерна определялся по шкалам ГОСТ 5639-82). Травление микроструктуры проводилось в 4-х процентном растворе FeCl3.

Определения значений остаточных напряжений проводили при помощи сканер-дефектоскопа магнитоанизотропного КОМПЛЕКСА-2.05, который предназначен для оперативного выявления и оценки концентраторов механических напряжений, градиентов разницы главных механических напряжений, а также для определения остаточных напряжений сварных металлических конструкций. Внешний вид комплекса и его составляющие компоненты представлен на рис. 1.

У

Рис.1. «Комплекс 2,05». Внешний вид.

В состав входят: блок измерений, преобразователь (датчик), ППК (портативный персональный компьютер - ноутбук) с программным обеспечением, образцы для проверки работоспособности прибора в полевых условиях.

Методика проведения низкочастотной вибрационной обработки заключается в применении комплекса ВТУ «Вепрь», который состоит из вибратора, состоящего из вибровозбудителя и электродвигателя (рис. 2.), и блока управления (рис. 3.). Вибровозбудитель комплекса - центробежный, одновальный, с круговой возмущающей силой и дисбалансом, регулируемым в неподвижном со-

Рис. 2. Вибратор Комплекса Рис. 3. Блок управления комплекса

низкочастотной вибрационной обработки низкочастотной вибрационной обработки ВТУ «Вепрь» ВТУ «Вепрь».

Блок управления позволяет регулировать следующие величины: частоту вращения двигателя и время обработки; и позволяет измерять силу тока электродвигателя, частоту вращения и время обработки. Максимальная мощность электродвигателя составляет 0,4 кВт. Максимальная сила тока электродвигателя составляет 3,5 А. При увеличении силы тока больше этой величины срабатывает аварийное отключение системы.

Суть обработки состоит в следующем: вибратор жёстко закрепляется на обрабатываемой конструкции на месте, выбранном по специальной методике, которая будет описана позже, устанавливается начальная нагрузка (угол между лепестками эксцентрика, начиная с минимального - 25%), затем происходит запуск и вращение вала электродвигателя при частотах от 0 до 120 Гц. При этом на определённых частотах происходит резонансное колебание конструкции, которое характеризуется значительным увеличением амплитуды колебания конструкции и увеличением силы тока электродвигателя. В диапазоне частот вращения электродвигателя от 0 до 120 Гц возможны несколько резонансных (от двух и более).

Ширина пика максимума силы тока при резонансном колебании конструкции не превышает 4 Гц. В процессе виброобработки происходит смещение максимума силы тока в сторону уменьшения частоты вращения вала электро-

стоянии. Для регулирования величины возбуждающей силы, эксцентрик выполнен в виде дисков с равными дисбалансами. Диски могут вращаться относительно общей оси. Регулирование осуществляется путем изменения взаимного расположения дисков. При включении двигателя, вращающийся эксцентрик (за счёт дисбаланса) вызывает круговые колебания вибровозбудителя, передающиеся конструкции, на которой он установлен. При значении угла между лепестками эксцентрика 180°, нагрузка составляет 0 %, при уменьшении угла до 0° нагрузка увеличивается до 100 %. Плавная регулировка угла позволяет изменять виброусиления в Д^пазопе_от_0 до 18 кН.

двигателя. Производители виброкомплекса и литературные данные утверждают, что это связано с изменением сложнонапряжённого состояния конструкции, что свидетельствует об изменении внутренних напряжений, окончание смещения максимумов свидетельствует об окончании процесса виброобработки. По опыту создателей виброкомплекса это происходит через 5-^10 мин обработки.

В процессе виброобработки происходит снятие напряжений сварных швов, лежащих перпендикулярно оси вращения электродвигателя вибратора. Для обработки других швов необходимо произвести переустановку вибровозбудителя перпендикулярно первоначальному положению.

Рентгеноструктурные исследования проводились на дифрактометре автоматизированном рентгеновском для изучения текстур ДАРТ-УМ1 на образцах после электрополирования со съёмом металла » 25 мкм.

Прецизионные съёмки интервалов брегговских углов дифракций методом sin2i|/ осуществлялись в фильтрованном FeKa - излучении. Первичный и дифрагированный рентгеновские пучки коллимировались с помощью щелей вертикальной и горизонтальной расходимости 2x2 0,25 мм, с ß - фильтром и щелями Соллера на первичном и дифрагированном пучке расходимостью 2,5°. Облучаемая зона составляла 5x7 мм по поверхности образца при этом глубина проникновения рентгеновских лучей в материал исследуемых образцов a-Fe, феррит, для FeKa - излучения составила порядка 12 мкм. Для исследования макронапряжений методом sin2\|/ использовался дифракционный максимум а-Fe феррита, от серии плоскостей (211) с межплоскостным расстоянием d= 1,168 А.

Обработка дифракционных максимумов проводилась по программе Separation of multiplets.

Фрактографическое исследование проводилось с использованием сканирующего электронного микроскопа «VEGA II LMU» фирмы «TESCAN» на ударных образцах с острым надрезом (KCV) после испытания при минус 50°С. Классификация видов изломов проводилась в соответствии с РД 50-672-88. Исследовались три излома образцов из стали 10ХСНД после испытаний на ударный изгиб. Образцы изготовлены из сварного соединения с надрезом по зоне термического влияния.

Изучение тонкой структуры производили на просвечивающем электронном микроскопе FEI Tecnai 30 ST, оснащённом цифровой камерой Gatan Ultrascan 1000 Р, при ускоряющем напряжении 200 кВ. Тонкую фольгу для исследования изготавливали методом электролитического полирования в хлорно-спиртовом электролите А II на установке Struers Tenupol-5 при температуре 20°С и напряжении 26 В. Образцы представляют собой бруски высотой 3 мм, которые для последующего изготовления тонкой фольги вырезали из зоны термического влияния близ сварного шва, в направлении, параллельном шву. Для определения границ сварного шва из образцов были получены макрошлифы. Столбики диаметром 3 мм резали на заготовки толщиной 0,8 мм при помощи отрезного станка Struers Minimet. Далее заготовки утоняли на шлифовальной бумаге до толщины 0,1 мм. Плотность дислокаций определяли по методу секущих.

Испытания на малоцикловую усталость проводились после различных состояний (сварка, термическая обработка, низкочастотная вибрационная обработка), испытывали образец тип X ГОСТ 25502. Испытания проводили на разрывной машине МЦД до базового числа циклов 40 х 104. Основной вид нагру-жения: растяжение - сжатие при размахе пластической деформации от 1 до 10%.

Глава 3. Технология низкочастотной вибрационной обработки. В

третьей главе предоставлены результаты изучения параметров технологии низкочастотной вибрационной обработки.

Изучение параметров технологии виброобработки началось с определения места установки вибровозбудителя, оптимального режима низкочастотной вибрационной обработки и её длительности.

Одной из технологических особенностей стала необходимость определения критериев выбора места установки вибровозбудителя на конструкции. Опыт разработчиков виброкомплекса свидетельствовал о том, что необходимо устанавливать вибровозбудитель на пересечение основных элементов жёсткости конструкции таким образом, чтобы ось вращения электродвигателя лежала в плоскости максимального количества сварных швов. Также необходимо учесть последующий разворот вибровозбудителя на 90 градусов для обработки перпендикулярных швов.

Было принято решение исследовать стоячую волну колебания конструкции. Для решения этой проблемы использовали маркировку поверхности сыпучим материалом. Перед возбуждением колебаний на поверхность конструкции равномерно наносился сыпучий материал - песок или мелкая стальная дробь. В процессе резонансных колебаний сыпучий материал начинал собираться в местах минимального колебания конструкций. Такие места представляли собой линии на поверхности. Многократные повторения свидетельствовали о том, что эти линии неизменны для всего диапазона вращения вала электродвигателя от 0 до 120 Гц. Перестановка вибровозбудителя на другое место показала, что расположение линий минимального колебания конструкции практически не меняется. Изменение расположения оси вращения вала электродвигателя также не изменяло линий минимального колебания конструкций.

Параллельно линиям минимального колебания конструкции на равном удалении от них (посередине между ними) находились линии максимального колебания конструкций. При перемещении места установки вибровозбудителя на места максимального колебания конструкции наблюдалось неустойчивое вращение вала электродвигателя, резкое увеличение силы тока электродвигателя при незначительном увеличении амплитуды колебания конструкции. Данный факт позволил сделать вывод о том, что при установке вибровозбудителя на место максимального колебания конструкции вибратор испытывает максимальные нагрузки и сам препятствует резонансным колебаниям конструкции.

Опыт проведения низкочастотной виброобработки позволил сформировать решение о необходимости размещения вибровозбудителя на пересечении силовых частей сварной конструкции и максимально близко к линиям минимального колебания.

Были выработаны основные требования к технологическому процессу низкочастотной вибрационной обработки, а именно:

требования к конструкции: конструкция должна иметь по возможности плоскую конфигурацию, чтобы длина и ширина были во много раз больше высоты. Необходима собственная жёсткость конструкции для того, чтобы резонансные колебания не привели к остаточным деформациям при обработке. Необходимо исключить присоединение к конструкции элементов, которые крепятся способом иным, нежели сварка: резьбовые элементы, составные части крепления осями, шплинтами и прочее.

требования к месту установки вибровозбудителя можно свести к расположению вибровозбудителя максимально приближено к местам минимального колебания конструкции, пересечению основных элементов жёсткости конструкции, а так же обеспечению возможности надежного крепления вибровозбудителя к конструкции.

требование к инструментам крепления вибровозбудителя: основным инструментом крепления вибровозбудителя к конструкции являются струбцины. Возможно использование и иных способов крепления, таких как крепление на резьбовых элементах через специальные посадочные гнезда, предусмотренные конструкцией. Требования к элементам крепления можно свести к следующему: они должны быть достаточно прочными, для предотвращения пластической деформации или разрушения последних; необходимо предусмотреть возможность затяжки крепления с высокими моментами затяжки не менее 1000 Н*м; при использовании струбцин размер зева должен подбираться максимально приближенный к размеру конструкции в месте крепления, длина винта при этом должна быть минимальной, требование к количеству мест установки вибровозбудителя на конструкции свелись к тому, что достаточно одного места установки при длине конструкции не более 4 м. При длине больше 4 м количество установок можно определять кратностью длины конструкции четырем.

требования к количеству резонансов обработки и критериям выбора основного резонанса обработки. В процессе накопления опыта проведения низкочастотной виброобработки сформировалось решение, что наилучшей резонансной частотой вращения электродвигателя вибровозбудителя является та, при которой выполняются условия: частота вращения двигателя лежит в диапазоне от 30 до 90 Гц, резонанс должен быть устойчивым, сила тока двигателя должна быть не более 3 А, частотная ширина резонанса должна быть достаточной для проведения всей обработки. Под данные условия подходят не более двух резонансных частот. Именно они и применяются для проведения обработки.

• требование к величине нагрузки - величина нагрузки в процентах определяется опытным путем для каждой конструкции отдельно. Это производится исходя из следующего условия: нагрузка должна быть не менее 25% и не более 75 % процентов. Начинать отработку технологических параметров виброобработки необходимо с нагрузки 25%, если при этом резонансные колебания конструкции неустойчивые следует увеличить нагрузку на 10-=-25%. Если данные действия не приводят к желаемому результату, необходимо опять увеличить нагрузку. Требуемая нагрузка определяется опыт-

ным путем применительно к каждому типоразмеру сварных конструкций в процессе разработки технологического процесса.

• требование к продолжительности обработки - опыт проведения низкочастотной вибрационной обработки сформировал следующее мнение: для подавляющего большинства конструкций данное время не превышает 15 минут; при обработке конструкции на одной точке вполне достаточно 20 минут на одну точку одного направления оси вращения с применением последующей обработки с установкой вибровозбудителя взаимно перпендикулярно первоначальному положению.

• требования к приемке технического контроля после проведения виброобработки можно сформулировать следующим образом: проверка соответствия геометрических размеров конструкции должна проводиться до и после проведения низкочастотной вибрационной обработки, целостность сварных швов также должна проверяться до и после обработки. В случае обнаружения геометрических поводок или нарушения сварных швов необходимо определить причину дефекта и при необходимости внести изменения в отработанный технологический режим. При отработке нового технологического режима низкочастотной вибрационной обработки необходимо применение сварных образцов для определения механических свойств и ударной вязкости материала после обработки. Первичную обработку нужно проводить с фиксацией сварных пластин на местах минимального и максимального колебания конструкции с последующими механическими испытаниями прочности, пластичности и ударной вязкости материала. Основным критерием достаточности проведения низкочастотной вибрационной обработки должны служит результаты механических испытаний. Дополнительно для накопления опыта и подготовки данных к стандартизации измерений магнитным методом внутренних напряжений необходимо проводить измерение на образцовых сварных пластинах и, по возможности, непосредственно на конструкции.

Так же в главе приведены статистические данные вибрационной обработка сварных конструкций на ведущем предприятии: за период освоения низкочастотной вибрационной обработки с апреля 2003 года по декабрь 2010 года было обработано более 600 конструкций различных типоразмеров. Обработка продолжается и в настоящее время. За этот период каждая партия изделий прошла натурные испытания, обкатку в условиях эксплуатации и ходовые испытания. Результаты показали, что конструкции выдержали испытания, нарушение сварных швов и геометрические поводки отсутствовали. Этот факт может свидетельствовать об удовлетворительных результатах низкочастотной вибрационной обработки. За время эксплуатации сварных конструкций не было получено ни одной рекламации к их качеству.

В процессе отработки технологического процесса низкочастотной вибрационной обработки были разработаны технологический процесс и сопроводительная документация для выполнения работ.

Примеры сварных конструкций, в технических требованиях к которым предусмотрена низкочастотная вибрационная обработка приведены на рис. 4.

Рис. 4. Сварные конструкции, подвергаемые низкочастотной вибрационной

обработки

а)рамы (габаритные размеры 12 х 4 х 1,5 м, масса 7 800 кг),

б)корпус (габаритные размеры 1 х 1 х 1 м, масса 60 кг),

в)опора (габаритныеразмеры 2 х 1 х 0,4 м, масса 280 кг).

Опыт эксплуатации виброкомплекса показал следующее:

• комплекс является достаточно надежным и неприхотливым в эксплуатации. Тот факт, что за семь лет применения низкочастотной вибрационной обработки на предприятии использовался один комплекс свидетельствует об этом.

• при проведении обработки достаточно привлечения на один комплекс двух операторов. Так же возможна работа двух операторов с двумя виброкомплексами одновременно.

• при отработке технологического процесса низкочастотной вибрационной обработки в массовом производстве сварных конструкций не потребуется привлечения операторов высокой квалификации. Достаточно будет одного опытного руководителя на несколько виброкомплексов.

• время проведения низкочастотной вибрационной обработки составляет несколько часов (не более трех). В то время как процесс термической обработки с подготовительными и заключительными внепечными операциями может составлять до нескольких суток.

• экономические затраты на обслуживание виброкомплекса в процессе эксплуатации ничтожно малы. Выполнение регламентных работ не требует привлечения обслуживающего персонала высокой квалификации.

• применение виброкомплекса позволило исключить транспортные операции перевозки изделий из сборочных цехов в термические цеха и обратно. Отработанная технология проведения низкочастотной вибрационной обработки позволяет проводить данную операцию на организованной площадке в сборочном цехе.

• несоизмеримы затраты энергоносителей при термической обработке и низкочастотной вибрационной обработке. Потребляемая мощность виброкомплекса составляет 0,4 кВт. В современных условиях производства при значительный стоимости и нехватке энергоносителей данный фактор является одним из наиболее важных при оценке эффективности применения низкочастотной вибрационной обработки.

• при отработке технологического процесса низкочастотной вибрационной обработки не требуется специальной металлоемкой и трудоемкой оснастки для заневоливания, что так же значительно снижает затраты на производство сварных конструкций.

Перечисленные факторы позволяют сделать вывод, что замена термического отжига снятием внутренних напряжений после сварки низкочастотной вибрационной обработкой приводит к значительной экономии средств, трудозатрат и энергоносителей, а также значительно снижает стоимость работ за счёт исключения большого количества подготовительных операций.

Глава 4. Исследование влияния термической и низкочастотной вибрационной обработок на механические свойства и структуру стали

10ХСНД. Изначально было проведено исследование достоверности измерения остаточных напряжений магнитным методом. Первоначальные замеры сканера -дефектоскопа магнитоанизотропного показали, что полученные данные показывают значения, которые в несколько раз превышают предел текучести материала. Корректность этих результатов была поставлена под сомнение и совместно с предприятием-изготовителем прибора была разработана новая методика тарировки, которая основывалась на измерении внутренних напряжений в материале при линейном растяжении на испытательной машине. После проведения тарировки и корректировки программного обеспечения была проведена проверка измеряемых данных по методике: в испытательную машину устанавливались образцы из стали 10ХСНД размером 8x100x500 мм (образец №1 - в состоянии поставки, образец №2 - после термического отжига для снятия сварочных напряжений по режиму предприятия - изготовителя при 510°С, оба образца имели предел текучести близкий к 400 МПа) и проводилось растяжение по стороне 500 мм. Данные по проведению проверки результатов тарировки сведены в таблице 1.

Таблица 1.

Расчётные данные проверки результатов новой тарировки сканер-дефектоскопа образцом 8x100x500 стали 10ХСНД ГОСТ 19281-89 .

№ Растягивающая Напряжение, И зменение на- Рис. поля напряжений образца №1 Рис. ПОЛЯ

нагрузка, кг МПа 1/стт грузки напряжений образца №2

1 0 0 - - Рис. 5 Рис. 8.

2 8 000 98 0,245 Увеличение

3 16 000 196 0,490 Увеличение

4 24 000 294 0,735 Увеличение Рис. 6

5 16 000 196 0,490 Уменьшение

6 8 000 98 0,245 Уменьшение

7 0 0 - Уменьшение Рис. 7

На рис. 5 + 8 изображены наиболее показательные поля напряжений, которые построены при помощи программного обеспечения портативным персональным компьютером на основе данных измерения внутренних напряжений. Линии на рисунках означают изобары напряжений, число на линии соответствует значению напряжений в мегапаскалях. Знак минус при значении внутреннего напряжения означает напряжение сжатия.

1__2 3 4_ _6

Рис. 5. Поле внутренних напряжений в МПа образца №1 8x100x500 мм сталь 10ХСНД ГОСТ 19281-89 в состоянии поставки (без нагрузки), шаг сетки 10x10мм.

1__г з * ь

Щ: гее Ш Ш 22СV с гбо: 526 ; >» »» к •п

Ж») 570 250 23С 25Г 190 ' 0 ' 230 I» т

270 Ш ш НО '1 Я

268 Ш т. и 2% ■ Ж- ¡Ж К. . || —•-••-•:-•::

Рис. 6. Поле внутренних напряжений в МПа образца №1 8x100x500 мм сталь 10ХСНД ГОСТ 19281-89, нагрузка 24 тонн, расчётное напряжение 294 МПа, шаг сетки 10x10 мм.

Рис. 7. Поле внутренних напряжений в МПа образца №1 8x100x500 мм сталь 10ХСНД ГОСТ 19281-89, без нагрузки (уменьшение нагрузки), расчётное напряжение 0 МПа, шаг сетки 1 Ох 10 мм.

Рис. 8. Поле внутренних напряжений в МПа образца №1 8x100x500 мм сталь 10ХСНД ГОСТ 19281-89, без нагрузки (уменьшение нагрузки), расчётное напряжение 0 МПа, шаг сетки 10x10 мм.

Проведенные контрольные измерения позволили сделать следующие выводы:

• в состоянии поставки в листах наблюдаются значительные напряжения сжатия (рис. 5.), данный факт полностью подтверждается литературными данными и многолетним опытом работ.

• при растяжении металла происходит выравнивание значений напряжений по всей площади измеряемого образца, которые стремятся к расчётному значению.

• при снятии нагрузки происходит сохранение напряжений, связанное с упрочнением материала вследствие приложения нагрузки, и после полного снятия нагрузки наблюдается сохранение остаточных напряжений в сравнении с первоначальным состоянием (рис. 7.).

• после проведения термического отжига наблюдается изменение поля напряжений, сжимающие напряжения заменяются растягивающими напряжениями небольшого значения (рис. 8.). Это свидетельствует о том, что термический отжиг способствует изменению сжимающих внутренних напряжений на растягивающие, что, в свою очередь, является негативным фактором для работоспособности конструкции.

• при возникновении растягивающей нагрузки, получаемое поле напряжений превосходит расчётное, что может быть связано с суммированием возникших растягивающих напряжений после охлаждения при термической обработке.

• при уменьшении нагрузки после максимума наблюдается сохранение растягивающих напряжений выше расчётных, что так же связано с возникновение наклёпа в процессе растяжения материала.

• при снятии нагрузки наблюдается значительное увеличение растягивающих внутренних напряжений в сравнении с первоначальным состоянием до испытания.

После проведения испытаний было принято решение считать данные измерений внутренних напряжений корректными и принять за основу прибор сканер - дефектоскоп магнитоанизотропный, как измеритель внутренних напряжений.

Химический состав и механические свойства исследуемых плавок стали 10ХСНД в состоянии поставки соответствуют требованиям ГОСТ 19281 и по легирующим элементам поплавочно очень близки. Поставщик проката технологически обеспечивает содержание хрома, никеля, марганца и меди на нижнем пределе. Этот факт может свидетельствовать о том, что изменения механических свойств и структуры металла не зависят от изменений в химическом составе в пределах содержания элементов в рамках ГОСТа.

Также следует обратить внимание на очень высокий уровень КСи.5о в состоянии поставки (90 ^ 130 Дж / см2, при требовании не менее 34), что свидетельствует об очень высоком качестве используемой стали.

Результаты испытания на малоцикловую усталость при различных разма-хах деформации (е) приведены на рис. 9 и показывают, что при деформации ~ 10% количество циклов крайне мало и составляет в среднем 20 после сварки и

Рис. 9. Циклическая прочность сварных образцов стали 10ХСНД в различном состоянии, где: е- размах деформация при погружении (%), М - число циклов.

а - образец после сварки; б - образец после отжига 510*10; в - образец после виброобработки.

После термической обработки при этом же размахе деформации число циклов в среднем равно 53. И те и другие значения крайне малы и свидетельствуют о том, что при расчётах циклической прочности конструкций деформация не может быть 10%.

При деформации 1% количество циклов колеблется от 900 до 1500 на образцах после сварки и виброобработки соответственно. При этом же размахе деформации (1%) образцов после отжига количество циклов составляет около 70000 циклов, что существенно выше, чем после низкочастотной вибрационной обработки.

При размахе деформации 0,3% значения, полученные после термической обработки и после низкочастотной вибрационной обработки близки и составляют 50777 и 50343 соответственно. Результаты испытания на малоцикловую усталость показали, что при деформации от 2 до 10% сварная конструкция будет неработоспособна, что приведет к усталостному разрушению.

При размахе деформаций 0,3% образцы показали высокие значения сопротивления усталости.

Исследование структуры металла 10ХСНД после сварки и после термического отжига проводилось на образцах, вырезанных из сваренного встык листа толщиной 8мм. Сварка выполнялась ручным электродом встык с усилением корня шва.

Отжиг проводился при температурах 330°С, 570°С, 640°С, 780°С с медленным нагревом в муфельной печи, с выдержкой при достигнутой температуре -1 час.

Микроструктура сварного соединения в области шва преимущественно состоит из ферритной фазы (до 80%), вытянутой вдоль направления кристаллизации расплавленного металла сварной зоны и верхнего бейиита с перистопо-добной морфологией. Мелкодисперсная карбидная фаза расположена преимущественно по границам. Структура зоны термического влияния имеет крупнозернистое строение, состоящее из бейнита с выделением феррита по границам зёрен.

Зона основного металла после отжига 330°С состоит из мелкофрагменти-рованных зёрен феррита, характерных для деформированного, нормализованного металла. После такого отжига характер микроструктуры по зонам сварного соединения не изменяется и аналогичен структурам без проведения отжига.

После отжига 570°С микроструктура отличается более четкой контрастностью по границам ферритной и бейнитной фаз. Это связано с большей тра-вимостью границ в результате начала выделения мелкодисперсных зёрногра-ничных карбидов.

Микроструктура после отжига 640°С характеризуется более четким выделением мелкодисперсных карбидов, что связано с их коагуляцией при неизменной морфологии феррита и бейнита в различных зонах сварного соединения.

Отжиг 780°С приводит к образованию зернистого перлита в зонах металла сварного соединения с сохранением фрагментов первоначальной ориентации структуры металла шва и границ крупных зёрен бейнита в зоне термического влияния.

Исследования микроструктуры после различных термических режимов показали:

а) при сварке листов из стали марки 10ХСНД образуется структура верхнего бейнита в металле зоны шва;

б) отжиг 570°С способствует образованию мелкодисперсных карбидов по границам бейнита в металле шва, что является неблагоприятным фактором, способствующим падению вязких и пластических свойств;

в) отжиг следует проводить при температуре ниже 570°С.

Также было проведено сравнительное исследование рентгеновских величин искаженное™ кристаллической решётки, в зависимости от длительности циклического нагружения, в сплошном и сварных образцах. В качестве материала для исследования использовались образцы 8x20x80 из стали ЮХСНД ГОСТ 19281-89, изготовленные из листа толщиной 8 мм. Сплошные в состоянии поставки и сварные из того же листа с расположением стыкового шва в центре. Образцы циклически нагружались на резонансном вибраторе системы Б.А. Дроздовского при угловой амплитуде качающейся части, не превышающей 1,6° с симметричным циклом. Частота колебаний подвижной части вибратора составляла 30 Гц.

Съёмку каждого образца проводили в трех местах по сечению: на поверхности, в середине и промежуточном слое. Съёмку сварных образцов проводили в зоне границы сплавления основного металла и металла шва, также по трем сечениям.

Рентгенографическое исследование сплошного образца показало, что с увеличением длительности циклического нагружения происходит увеличение ширины дифракционной линии в поверхностном, промежуточном и в среднем слоях образцов, достигая максимального значения через 20 мин. При этом с увеличением расстояния от середины образца к поверхности уровень максимальных значений увеличивается. Это увеличение свидетельствует о возрастании уровня упругих искажений кристаллической решётки. Дальнейшее увеличение времени нагружения приводит к плавному снижению дифракционной линии с большей интенсивностью в поверхностном слое. Это снижение связано с развитием релаксационных процессов и с восстановлением структуры.

Исследования сварных образцов в зоне границы сплавления показали, что распределение значений ширины линий также носит экстремальный характер в зависимости от длительности нагружения. Максимальные значения достигаются уже через 10 мин нагружения: в сплошном металле максимум достигается позже - через 20 мин. нагружения. Видимо, это связано с большей степенью искажения кристаллической решётки, вызванной влиянием сварки. После 10 мин. нагружения отмечается снижение ширины дифракционной линии, связанное с развитием релаксационных процессов. По сравнению со сплошным металлом это снижение менее интенсивное, поэтому пик максимальных значений сварной структуры выражен менее остро. Значения ширины дифракционной линии сварного соединения в промежуточном и среднем слоях снижаются менее интенсивно. Характер их снижения аналогичен снижению, полученному на образцах сплошного металла.

Исследование сварных образцов до и после проведения циклического нагружения в течение 40 мин. показало, что распределение значений ширины линий в поверхностных слоях носит характер с четко выраженным максимумом значений на границе сплавления основного металла и металла шва. Максимальные значения после циклического нагружения смещаются от границы

сплавления в зону основного металла. Смещение максимума от границы сплавления, которую принято считать местом наибольшего скопления сварочных дефектов и концентраторов напряжений, оказывает благоприятное влияние на формирование околошовной структуры.

Таким образом установлено, что при деформации циклическим изгибом сварного образца на первом этапе наблюдается эффект упрочнения до максимального уровня искажения кристаллической решётки. Затем при дальнейшем нагружении, наблюдается эффект разупрочнения, связанный с развитием релаксационных процессов. При нагружении образца сплошного металла также наблюдаются эффекты упрочнения и разупрочнения. При этом как в сварном, так и в сплошном образце уровень упругих искажений кристаллической решётки возрастает от середины к поверхности.

Циклическое нагружение положительно влияет на пик максимальных упругих искажений у границы сплавления, сдвигая его в область основного металла. Таким образом, снижается концентрация напряжений у наиболее дефектной зоны сварного соединения.

Исследование влияния сварки, термообработки и низкочастотной виброобработки на свойства стали марки 10ХСНД проводили на наиболее часто используемых листах толщиной 8мм.

В связи с существенным влиянием ориентировки волокна и надреза относительно плоскости горячей деформации на величину предела текучести и ударной вязкости образцы вырезали в поперечном направлении прокатки, а надрез на ударном образце - вдоль толщины листа. Термическую обработку проводили в интервале температур 330+920°С, с выдержкой 30 мин. при выходе на заданную температуру.

Исследование механических свойств на растяжение основного металла и сварного металла после различной термообработки приведено на рис. 10, механические свойства на ударный изгиб приведены на рис. 11.

При нагреве 720°С условный предел текучести падает и становится ниже требуемого (390 МПа). Аналогичная зависимость наблюдается и при испытаниях образцов сварного шва. Отжиг при температуре 720°С (отжиг на зернистый перлит) приводит к изменениям структуры, благоприятно влияющим на снижение структурной неоднородности. Микроструктура основного металла и переходной зоны после отжига 720°С равновесна и имеет балл зерна выше 8 ГОСТ 5939. Перлит в переходной зоне и в зоне основного металла имеет зернистое, а не пластинчатое строение.

Из рис. 10. видно, что прочностные и пластические свойства металла сварных образцов, как после термического отжига при температурах 330 и 510°С, так и после низкочастотной вибрационной обработки отвечают требованиям конструкторской документации.

Комплекс механических свойств обеспечивается низкочастотной вибрационной обработкой и, следовательно, обеспечивает эксплуатационные свойства сварного металла.

Рис. 10. Механические свойства основного металла и металла шва. (-) основной металл, (- -) металл шва

1 - временное сопротивление разрыву (а^;

2 -условный предел текучести (сго,2),

3 - относительное удлинение (3).

. КСУ.Дж/см г 1

1

1 1 1 ЕЮ т 920 т°,с

Рис. 11. Ударная вязкость основного металла и металла шва при испытании Т=20 °С и Т=-60 °С

1 - основной металл Т=20 "С; 1-1 - основной металл Т=-60 °С;

2 - зона сварного шва Т=20 'С; 2-2 - зона сварного шва Т=-60 °С.

Были проведены исследования тонкой структуры сварных образцов до и после низкочастотной вибрационной обработки. Структура стали 10ХСНД после прокатки представляет собой систему множества разориентированных между собой микрокристаллов, каждый из которых заполнен дислокациями.

Тонкая структура основного металла стали 10ХСНД показала, что феррит представляет собой полигональные зёрна размером более 5 мкм. Плотность дислокаций составляет (8+9)х109 см"2. Дислокации распределены по телу зерна равномерно и хаотично. Карбидных выделений в феррите не обнаружено. Тон-

кая структура основного металла состоит в основном из феррита (объёмная доля 60-70%), гранулярного бейнита с аустенитно-мартенситными островками (объёмная доля 20-30%). В структуре также обнаружено незначительное количество перлита (около 5-10%).

Гранулярный бейнит состоит из ферритных фрагментов с неявно выраженными границами. Размер этих фрагментов варьируется в широких пределах, примерно 0,2+1 мкм. Плотность дислокаций в бейните составляет (2+2,5)хЮ10 см"2. В бейните обнаружены островки остаточного аустенита размером 0,1+0,2 мкм. Перлит в исследуемом образце обнаружен в виде колоний пластинчатого цементита. Пластины идут параллельно друг другу. Толщина пластин составляет 0,02-й),04 мкм. Расстояние между соседними пластинами 0,1+0,15 мкм.

Плотность дислокаций в ферритной компоненте перлита составляет 1,2х 1010 см"

2

На рис. 12 приведена тонкая структура зоны термического влияния после сварки металла стали 10ХСНД. Структура металла зоны термического влияния (ЗТВ) в образце после сварки, как и основного металла, состоит из феррита (объёмная доле 70+80%) и гранулярного бейнита с аустенитно-мартенситными островками (объёмная доля 20+30%).

Феррит (рис. 12) представляет собой полигональные зёрна размером более 5 мкм. Плотность дислокаций составляет (5+7)х109 см"2. Дислокации распределены по телу зерна равномерно и хаотично. Карбидных выделений в феррите не обнаружено.

Гранулярный бейнит состоит из ферритных фрагментов с неявно выраженными границами. Размер этих фрагментов варьируется в широких пределах и может достигать 1,5 мкм. Плотность дислокаций в бейните составляет (1,6+1,7)х10'" см"2. В бейните обнаружены островки остаточного аустенита (тёмные области на рис. 13.) размером 0,2+0,5 мкм.

Следует отметить, что плотность дислокаций в ЗТВ несколько меньше, чем в основном металле. Уменьшение плотности дислокаций в ЗТВ по сравнению с основным металлом связано, по-видимому, с нагревом этой области во время сварки.

Структура металла ЗТВ в образце после виброобработки, как и основного металла, состоит из феррита (объёмная доля 70+80%) и гранулярного бейнита с аустенитно-мартенситнами островками (объёмная доля 20+30%).

Феррит представляет собой полигональные зёрна размером более 5 мкм. Плотность дислокаций составляет (4+5)х109 см"2. Большинство дислокаций распределены по телу зерна равномерно и хаотично. В отдельных зёрнах отме-

Рис. 12. Металл зоны термического влияния после сварки стали 10ХСНД. Феррит

чены скопления параллельных дислокаций или микродвойники. Карбидных выделений в феррите не обнаружено.

Гранулярный бейнит состоит из ферритных фрагментов с неявно выраженными границами. Размер этих фрагментов варьируется в широких пределах и может достигать 1,5 мкм. Плотность дислокаций в бейните составляет (1,5+1,6)хЮ10 см"2. В бейните обнаружены островки остаточного аустенита размером 0,2+0,5 мкм.

Мартенсит в островках имеет реечную морфологию, ширина реек составляет 0,1+0,2 мкм, плотность дислокаций в рейках (1,9+2,2)х10ш см"2. В феррите обнаружены следы пластической деформации. Структура металла ЗТВ в образце после отжига при 510°С, как и основного металла, состоит из феррита (объёмная доля 70+80%) и гранулярного бей-нита (объёмная доля 20+30%).

Феррит представляет собой полигональные зёрна размером более 5 мкм. Плотность дислокаций составляет (5+7)х109 см"2. Большинство дислокаций распределены по телу зерна равномерно и хаотично. Однако, в отдельных местах обнаружено разделение цельных ферритных зёрен на субзёрна размером около 1 мкм, практически свободные от дислокаций. Это говорит о наличии частичной полигонизации дислокационной структуры. На дислокациях в феррите обнаружены мелкодисперсные выделения размером 0,02+0,04 мкм. По границам ферритных зёрен встречаются вытянутые карбиды длиной 0,2+0,4 мкм и толщиной 0,05 мкм.

Островки остаточного аустенита в гранулярном бейните при отжиге распались на феррито-карбидную смесь. Размер карбидов 0,1+0,2 мкм. Плотность дислокаций в ферритной компоненте бейнита составляет (1,5+1,6)хЮ10 см"2. Дислокационная структура также частично полигонизована.

Полученные результаты позволяют предположить, что процесс сварки не оказывает существенного влияния на металл в зоне термического влиянии сварного шва. Различия в структуре основного металла и в структуре зоны термического влияния без последующей обработки незначительны. Низкочастотная виброобработка не оказывает существенного влияния на структуру металла зоны термического влияния, хотя в структуре присутствуют следы пластической деформации. При отжиге при 510°С в течение 1,5 ч. происходит частичная полигонизация дислокационной структуры, что может приводить к частичной релаксации внутренних напряжений в зоне термического влияния.

Фрактографическое исследование проводились на трёх изломах образцов из стали 10ХСНД после испытаний на ударный изгиб. Образцы изготовлены из сварного соединения с надрезом по ЗТВ и имеют следующие свойства: образец №1 - после сварки, КСУ=40Дж/см2; образец №2 - после виброобработки, КСУ=85Дж/см2; образец №3 - после отжига 510°С 1,5 часа, КСУ=97Дж/см2;

Рис. 13. Фрактограмма. Общий вид;

излом однородный, волокнисто-полосчатый с боковыми утяжинами.

Рис. 14. Фрактограмма. Зона вязкого внутризёренного разрушения вблизи надреза.

В результате исследования установлено, что излом образца №1 неоднородный, волокнисто-полосчатый с кристаллической зоной и боковыми утяжками. Волокнисто-полосчатые участки расположены вблизи надреза и за кристаллической зоной. Волокнисто-полосчатые участки представляют собой поверхность разрушения, имеющую слоистое строение. Слои располагаются в виде параллельных ориентированных волокон с рельефом вязкого внутризёренного разрушения. Волокнисто-полосчатая структура является признаком одного из дефектов стали - шиферности. В данном случае шиферность связана с большим количеством строчечных неметаллических включений - сульфидов. В кристаллической зоне выявлено хрупкое внутризёренное разрушение.

Изломы образцов №2 и №3 однородные, волокнисто-полосчатые, с боковыми утяжками (4.9.8.-^4.9.9). Шиферность также связана с большим количеством строчечных неметаллических включений - сульфидов. Существенных различий между этими изломами не выявлено.

Фрактографические исследования показали:

• в изломе металлов в состоянии после сварки наблюдается неоднородность, вблизи острого надреза и вдали от него отмечены зоны вязкого внутризёренного разрушения, в средней части имеются островки хрупкого внутризёренного характера, ударная вязкость такого образца незначительна и равна 40 Дж/см2.

• в изломе металла в состоянии после термической обработки при Т=510°С обнаружена шиферность, вызванная выделением сульфидов, ударная вязкость более чем в 2 раза выше, чем в состоянии поле сварки.

• в изломе металла в состоянии после низкочастотной вибрационной обработки также отмечена шиферность, но менее выраженная по сравнению с металлом после термического отжига, что связано с меньшим количеством сульфидных выделений, ударная вязкость находится на уровне вязкости металла после отжига (85 Дж/см2).

Результаты исследований позволяют сделать следующие выводы:

• механическая энергия при низкочастотной вибрационной обработке способствует стабилизации геометрических размеров сварных конструкций.

• уменьшение остаточных напряжений происходит через 10+15 мин низкочастотной вибрационной обработки.

• циклическая прочность сварного образца при размахе деформации 0,3% после низкочастотной вибрационной обработки и после отжига 510°С по своим значениям близки и составляют 50777 и 50343 цикла соответственно, при размахе деформации 2+10% при малоцикловых испытаниях сварная конструкция неработоспособна и ведет к усталостному разрушению.

• рентгеноструктурным анализом подтверждено, что интенсивность линий отражения после низкочастотной вибрационной обработки и после отжига 330°С идентична, что связано с упорядочением кристаллической решётки, при отжиге 510°С отмечено увеличение интенсивности линий отражения от плоскости, что вызвано, как показывает металлографическое исследование, появлением сульфидных выделений.

• комплекс механических свойств после термической обработки сварных образцов при температуре до 5Ю°С и низкочастотной вибрационной обработки отвечает конструктивным требованиям. Подтверждено, что ударная вязкость при минус 60°С после низкочастотной вибрационной обработки на 25% выше чем после отжига при температуре 510°С.

• электронно-микроскопическое исследование подтверждает, что воздействие низкочастотной вибрационной обработки с точки зрения эволюции микроструктуры оказывает по эффективности действие аналогичное отжигу при 510°С.

Исследования влияния температуры термического отжига на уровень внутренних напряжений в сварной конструкции проводились на материале 10ХСНД в виде листов толщиной 2,5, 4 и 8 мм. Листовые заготовки размером 150 х 300 мм в состоянии поставки (а0,2 не менее 390 МПа) были нарублены гильотинными ножницами, затем сварены в виде тавра по технологии завода -изготовителя полуавтоматической сваркой.

На каждом этапе (в состоянии поставки, после сварки, после отжига 510°С, после отжига 690°С, после отжига 920°С) проводились измерения: замер внутренних напряжений при помощи сканер-дефектоскопа магнитоанизотроп-ного «Комплекс 2.05» по нанесенной на лист сетке размером 12 строк х 25 столбцов с шагом 10 мм, сварной шов проходил по шестому столбцу.

Результаты замеров сведены в таблицу 2. На рис. 15. приведён пример замера поля внутренних напряжений после сварки (площадь замера - 12 х 25 см). Из таблицы 2 следует, что материал в состоянии поставки характеризуется существенными напряжениями. Измерение напряжений после сварки показало, что в тонколистовой конструкции (толщина листа 2,5 мм) наблюдаются растягивающие напряжения, составляющие до 80% от расчётного предела текучести. Это, по-видимому, связано с большими скоростями охлаждения материала от высоких температур в зоне шва при сварке. С увеличением толщины материала

значение растягивающих напряжений уменьшается, и составляет до 50% от расчётного предела текучести.

Измерения напряжений после проведения низкочастотной вибрационной обработки показывают снижение внутренних растягивающих напряжений с сохранением сжимающих напряжений, что не может служить причиной разрушения материала. Наиболее опасными являются растягивающие напряжения. Исследования свойств стали 10ХСНД после низкочастотной вибрационной обработки показали, что механические свойства при 20°С и при минус 60°С соответствуют требованиям нормативно-технической документации.

Измерение напряжений после термического отжига по режиму завода-изготовителя при 510°С показало значительное снижение напряжений в тонколистовой конструкции (толщина листа 2,5 мм) с 200 МПа до 50 МПа, и незначительное снижение напряжений при увеличении толщины листа. Статистические данные за несколько последних десятилетий механических испытаний на растяжение и динамический изгиб материала 10ХСНД после термического отжига при 510°С показали, что получаемые значения соответствовали требованиям к материалу (предел прочности не менее 510 МПа, предел текучести не менее 390 МПа, относительное удлинение 19%, ударная вязкость при плюс 20 KCU не менее 5 кгс*м/см2). Данный факт многие годы позволял судить о достаточности термического отжига для снятия напряжений после сварки.

Кроме того, проведены измерения уровня остаточных напряжений после термического отжига при 690°С (что соответствует отжигу первого рода) и отжига при 920°С (что соответствует отжигу второго рода). Термическая обработка при этих температурах приводит почти к полному снятию напряжений при всех толщинах. Однако, она неприемлема из-за образования окалины на поверхности конструкций и необходимости её удаления.

Проведенные исследования позволяют судить о том, что листовой горячекатаный прокат поставляется с заводов-изготовителей с существенными внутренними растягивающими напряжениями, причем напряжения тем выше, чем тоньше материал; внутренние растягивающие напряжения после сварки являются столь значительными, что не позволяют эксплуатировать конструкции без операций по снижению внутренних напряжений; низкочастотная вибрационная обработка снижает внутренние растягивающие напряжения соизмеримо с напряжениями после термического отжига при температуре 510°С, механические свойства при плюс 20°С и при минус 60°С соответствуют требованиям нормативно-технической документации; термическая обработка (отжиг 690°С, отжиг 920°С), хотя и приводит к практически полному снятию растягивающих напряжений, однако способствует снижению прочности конструкции, образованию окалины на поверхности и необходимости её удаления; низкочастотная вибрационная обработка является полноценной заменой термического отжига, приводит к экономии энергоресурсов, упразднению необходимости использования крупногабаритных термических печей и соответствующей оснастки, снятию технологических операций, связанных с удалением окалины и обработки поверхности изделий.

Таблица 2.

Значения внутренних напряжений в стали 10ХСНД.

№ Толщина листа, мм Состояние материала Напряжения, МПа

Растягивающие Сжимающие

min шах сред min шах сред

1.1 2,5 Поставки 0 50 25 -200 0 - 150

1.2 После сварки 0 300 200 -250 0 -200

1.3 После НВО 0 120 100 -250 0 -150

1.4 После отжига 510°С 0 100 75 -250 0 - 150

1.5 После отжига 690°С 0 50 30 -200 0 - 100

1.6 После отжига 920°С 0 50 10 -100 0 -50

2.1 4 Поставки 0 100 25 -100 0 -50

2.2 После сварки 0 250 150 -250 0 - 150

2.3 После НВО 0 200 120 -250 0 -150

2.4 После отжига 510°С 0 150 50 -250 0 -150

2.5 После отжига 690°С 0 50 25 -150 0 - 100

2.6 После отжига 920°С 0 0 0 - 100 0 -50

3.1 8 Поставки 0 50 25 -50 0 -40

3.2 После сварки 0 250 150 -250 0 - 100

3.3 После НВО 0 150 120 -250 0 - 100

3.4 После отжига 510°С 0 100 75 -250 0 -100

3.5 После отжига 690°С 0 50 25 -200 0 - 100

3.6 После отжига 920°С 0 50 10 - 100 0 -50

Рис. 15. Сталь 10ХСНД, лист 4 мм. Поле внутренних напряжений после сварки (площадь замера - 12 х 25 см).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В настоящей работе были рассмотрены остаточные напряжения в сварных конструкциях из стали 10ХСНД ГОСТ 19281-89, их значения (до 0,9 Сто,2 материала), основные негативные факторы, влияющие на работоспособность изделий (образование трещин, хладноломкость, изменение геометрических размеров после сварки, после термической обработки и при эксплуатации). Были рассмотрены методы уменьшения негативных влияний остаточных напряжений на конструкции, а также недостатки этих методов. В работе обоснованы необходимость снижения влияния остаточных напряжений на работоспособность конструкций и основные преимущества применения низкочастотной виброобработки по сравнению с термической обработкой: простота технологического процесса и оборудования, значительное уменьшение стоимости и времени операции, отсутствие необходимости применения крупногабаритных термических печей и оснастки для заневоливания.

2. В процессе работы была изучена и доведена до серийного выполнения технология низкочастотной вибрационной обработки с определением и обоснованием критериев:

• частота вращения вала электродвигателя вибровозбудителя при обработке;

• время проведения обработки;

• места замера внутренних напряжений сварной конструкции; Определение данных критериев позволило разработать технологию низкочастотной вибрационной обработки, которая позволяет привлекать к процессу персонал со средней квалификацией.

3. Были изучены свойства сварных конструкций из стали 10ХСНД ГОСТ 19281-89 в состоянии после сварки, после термической и низкочастотной вибрационной обработок. Определено снижение внутренних напряжений после термической обработки (растягивающие напряжения с 200 до 70 МПа), и меньшее, но соизмеримое снижение после низкочастотной вибрационной обработки (растягивающие напряжения с 200 до 100 МПа). Металлографические исследования показали бейнитную структуру основного металла, фер-рито-бейнитную структуру с четко выраженным зернограничным выделением феррита и увеличением зерна до 3 балла в зоне термического влияния металла сварного шва и зоны термического влияния. Видимых структурных различий между термически обработанным и виброобработанным состояниями не выявлено. Комплекс механических свойств стали как после термической обработки, так и после низкочастотной вибрационной обработки полностью соответствует требованиям нормативно-технической документации: ов,св = 0,9 Goch > 459 МПа; сто,2,с = 0,9 Сто™ >351 МПа; 5S > 20 %; KCU > 39 Дж / см2; Было отмечено, что значения ударной вязкости материала после термической обработки не на много (около 25%) превосходят значения ударной вязкости материала после низкочастотной вибрационной обработки, но значения KCV после обеих обработок превосходили требования нормативно-технической документации при температурах плюс 20°С и минус 60°С.

4. Исследование рентгенограмм показало, что увеличение интенсивности линий у поверхности образца в состоянии после сварки свидетельствует о наличии а-фазы. После термического отжига при температуре 330°С и после низкочастотной вибрационной обработки интенсивность линий уменьшается, что связано с упорядочением кристаллической решётки. Из рентгенограммы образца после термического отжига при температуре 510°С видно увеличение интенсивности линий отражения от плоскостей, что вызвано, как показывает металлографическое исследование, появлением сульфидных выделений. Значимых отличий величины растягивающих напряжений после исследуемых состояний не отмечено. Фрактографические исследования показали:

• в изломе металлов после сварки наблюдается неоднородность, вблизи острого надреза и вдали от него отмечены зоны вязкого внутризёренного разрушения, в средней части имеются островки хрупкого внутрезёренно-го характера, ударная вязкость такого образца незначительна и равна 40 Дж/см2.

• в изломе металла после термической обработки при Т=510°С обнаружена шиферность, вызванная выделением сульфидов, ударная вязкость более чем в 2 раза превышает значения в состоянии поле сварки.

• в изломе металла после низкочастотной вибрационной обработки также отмечена шиферность, но менее выраженная по сравнению с металлом после термического отжига, что связано с меньшим количеством сульфидных выделений, ударная вязкость находится на уровне вязкости металла после отжига (85 Дж/см2).

Были проведены исследования тонкой структуры, результаты которых позволяют предположить, что процесс сварки не оказывает существенного влияния на металл в зоне термического влиянии сварного шва, различия в структуре основного металла и в структуре зоны термического влияния без последующей обработки незначительны. Низкочастотная вибрационная обработка не оказывает существенного влиянии на структуру металла зоны термического влияния, хотя в структуре присутствуют следы пластической деформации.

5. За период изучения, освоения и внедрения технологии низкочастотной вибрационной обработки с апреля 2003 года по декабрь 2010 года было обработано более 600 конструкций различных типоразмеров. Обработка продолжается и в настоящее время. За этот период каждая партия изделий прошла натурные испытания, обкатку в условиях эксплуатации. Результаты показали, что сварные конструкции выдержали испытания, нарушение сварных швов и геометрические поводки отсутствовали. За время эксплуатации конструкций не было получено ни одной рекламации к качеству сварных конструкций. Эти факты могут свидетельствовать об эквивалентной замене термического отжига для снятия внутренних напряжений после сварки низкочастотной вибрационной обработкой.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Цветков A.C., Солнцев Ю.П. Влияние низкочастотной вибрационной обработки на механические свойства и внутренние напряжения металла сварных соединений конструкционных сталей [Текст] / A.C. Цветков, Ю.П. Солнцев, «Известия ВУЗов. Черная металлургия». - М.: 2008. №7.

2. Цветков A.C., Солнцев Ю.П. Влияния низкочастотной вибрационной обработки и температуры термического отжига на уровень внутренних напряжений в зоне сварного соединения конструкционных сталей [Текст] / A.C. Цветков, Ю.П. Солнцев, «Деформация и разрушение материалов». -М.: 2008. №8

3. Цветков A.C., Солнцев Ю.П. Применение низкочастотной вибрационной обработки для уменьшения уровня остаточных напряжений в сварных крупногабаритных конструкциях [Текст] / A.C. Цветков, Ю.П. Солнцев «Заводская лаборатория. Диагностика материалов». - М.: 2008. №5.

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 04.04.2011. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 7421Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса.

1.1. Способы уменьшения внутренних напряжений в металлах.

1.2. Остаточные напряжения.

1.3. Условия работы исследуемых крупногабаритных сварных конструкций.

1.4. Выбор стали для изготовления конструкций.

1.5. Уровень остаточных напряжений в сварных швах, околошовной зоне и зоне термического влияния.

1.6. Методы определения остаточных напряжений.

1.7. Физическое обоснование снижения остаточных напряжений после низкочастотной вибрационной обработки.

1.8 Задачи данной работы.

ГЛАВА 2. Методика исследований.

2.1. Методика определения химического состава, механических свойств, изменений структуры металла.

2.2. Методика определения значений остаточных напряжений.

2.3. Методика низкочастотной вибрационной обработки.

2.4. Методика рентгеноструктурных исследований.

2.5. Методика фрактографических исследований изломов.

2.6. Методика исследования тонкой структуры.

2.7. Методика испытаний на малоцикловую усталость.

ГЛАВА 3. Технология низкочастотной вибрационной обработки.

3.1. Определение места установки вибровозбудителя, оптимального режима низкочастотной вибрационной обработки и её длительности.

3.2. Исследование снижения уровня остаточных напряжений в зависимости от режимов низкочастотной вибрационной обработки.

3.3. Основные требования к технологическому процессу низкочастотной вибрационной обработки.

3.4. Промышленные конструкции, подвергаемые низкочастотной вибрационной обработке.

3.5. Статистическая обработка экспериментальных данных.61.

3.6. Экономическая целесообразность низкочастотной вибрационной обработки.

ГЛАВА 4. Исследование влияния термической и низкочастотной вибрационной обработок на механические свойства и структуру стали 10ХСНД.

4.1. Исследование достоверности измерения остаточных напряжений-магнитным методом.

4.2. Химический состав плавок исследуемой стали.

4.3. Исследование механических свойств стали 10 ХСНД после сварки и последующей низкочастотной вибрационной обработки.

4.4. Исследование структуры металла 10ХСНД после сварки и после термообработки.

4.5. Оценка склонности сварного соединения к трещинообразованию в условиях проведения термической и низкочастотной обработок.

4.6. Рентгеновские исследования сварного соединения стали 10ХСНД при деформации циклическим изгибом.

4.7. Исследование комплекса механических свойств после сварки, термообработки и низкочастотной вибрационной обработки.

4.8. Исследование тонкой структуры сварных образцов до и после низкочастотной вибрационной обработки.

4.9. Фрактографическое исследование.

4.10. Исследование структуры, механических свойств и ударной вязкости при низких температурах до и после низкочастотной вибрационной обработки и термического отжига.

4.11. Влияние температуры термического отжига на уровень внутренних напряжений в сварнойконструкции.

ВЫВОДЫ.

Актуальность работы.

Особую актуальность проблема снятия остаточных напряжений крупногабаритных изделий ответственного назначения приобрела в связи с разработкой изделий нового поколения, работающих в широком диапазоне климатических температур (от минус 50°С до плюс 50°С) в условиях статических и динамических нагрузок и требующих высокой геометрической стабильности при эксплуатации в течении длительного периода времени.

Надёжность работы таких изделий в зимнее время может быть снижена, что может привести к полному отказу работоспособности или к аварийной ситуации всего изделия. В последнее время среди предприятий - изготовителей существует жёсткая конкуренция за расширение технологических возможностей, позволяющих получить комплекс механических и технологических свойств, не повышая стоимости изделия в целом.

Снятие сварочных напряжений длинномерных сборочных конструкций сложной конфигурации путем термической обработки требует обязательной сложной и дорогостоящей специальной индивидуальной оснастки, удлиняет технологический цикл изготовления и может привести к невозможности проведения правки.

Вышеизложенное показывает актуальность данной работы, её практическую направленность и востребованность для решения задач повышения надёжности изделий ответственного назначения специальной техники.

Цель работы и задачи исследования.

Целью работы является определение путей повышения надёжности крупногабаритных сварных конструкций за счёт снижения уровня остаточных напряжений методом низкочастотной вибрационной обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• сопоставить уровни внутренних напряжений в сварных конструкциях после сварки, после термической обработки и после вибрационной обработки;

• определить значения технологических параметров низкочастотной вибрационной обработки, необходимых для достаточного снятия внутренних напряжений после сварки;

• сравнить уровни механических свойств материала конструкций после сварки, после термического отжига, после низкочастотной вибрационной обработки;

• определить влияние термической и низкочастотной обработок на структуру стали сварных конструкций;

• разработать и внедрить технологию низкочастотной вибрационной обработки.

Научная новизна.

• успешно применён магнитный метод определения внутренних напряжений с помощью сканер — дефектоскопа магнитоанизотропного «КОМ-ПЛЕКСА-2.05».

• изучены и сопоставлены внутренние напряжения и механические свойства материалов в состоянии поставки, после сварки, после термического отжига и после низкочастотной вибрационной обработки.

• определены значимые параметры низкочастотной вибрационной обработки.

• определены значения параметров низкочастотной вибрационной обработки, достаточные для снятия внутренних напряжений и приобретения материалом требуемого уровня механических свойств.

Практическая значимость.

Результаты работы были использованы в разработке и внедрении технологического процесса низкочастотной вибрационной обработки крупногабаритных сварных сборок. Разработана методика контроля уровня остаточных напряжений до и после низкочастотной виброобработки. Технологический процесс внедрён на ОАО «Дефорт».

Достоверность результатов работы обеспечивается использованием фундаментальных положений физики твёрдого тела, теории металловедения и современного метода определения величин остаточных напряжений. Результаты экспериментов и исследований, научные положения и выводы подтверждены многолетней эксплуатацией изделий по прямому назначению.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах:

- XI научно-техническая конференция «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов», СПб, 2006 г.

- XII научно-техническая конференция «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов» СПб, 2008 г.

Публикации.

По материалам работы опубликованы три статьи в изданиях, входящих в список ВАК РФ. Библиографический список работ приведён в разделе «ЛИТЕРАТУРА».

Структура и объём работы.

Работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы из 137 наименований и одного приложения, изложена на 156 страницах, включая: 10 таблиц, 96 рисунков.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, поставлены основные задачи. Показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе приведены данные по анализу состояния существующих и развитию современных подходов к проблеме повышения надёжности крупногабаритных сварных изделий. Проведён анализ условий эксплуатации, используемых марок сталей для сложнонапряжённых сборок, классификации и причин образования остаточных напряжений. Приведён обзор литературных данных существующих методов определения остаточных напряжений. В результате выполненного анализа определены основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе приведены методики проводимых исследований: определение химического состава, определение остаточных напряжений, определение значений остаточных напряжений, рентгеноструктурные исследования, фрактографические исследования изломов, исследование тонкой структуры, испытания на малоцикловую усталость.

В третьей главе предоставлены результаты изучения параметров технологии низкочастотной вибрационной обработки, которые были впоследствии использованы при разработке и внедрении технологического процесса на производстве.

В четвертой главе предоставлены результаты исследования влияния термической и низкочастотной вибрационной обработок на механические свойства и структуру стали 10ХСНД.

134 ВЫВОДЫ

1. В настоящей работе, были рассмотрены остаточные напряжения в сварных конструкциях из стали 1 ОХСНД ГОСТ 19281-89, их значения (до 0,9 <т0,2 материала), основные негативные факторы, влияющие на работоспособность изделий (образование трещин, хладноломкость, изменение геометрических размеров после сварки, после термической обработки и при эксплуатации). Были рассмотрены методы уменьшения негативных влияний остаточных напряжений на конструкции, а также недостатки этих методов. В работе обоснованы необходимость снижения влияния остаточных напряжений на работоспособность конструкций и основные преимущества применения низкочастотной! виброобработки по сравнению с термической обработкой: простота технологического процесса и оборудования, значительное уменьшение стоимости и времени операции, отсутствие необходимости применения крупногабаритных термических печей и оснастки для заневоливания.

2. В процессе работы была изучена и доведена до серийного выполнениятех-нология низкочастотной вибрационной обработки с определением и обос-нованиемкритериев:

• частота вращения вала электродвигателя вибровозбудителя при обработке;

• время проведения обработки;

• места замера внутренних напряжений сварной конструкции; Определение данных критериев позволило разработать технологию низкочастотной вибрационной обработки, которая позволяет привлекать к процессу персонал со средней квалификацией.

3. Были изучены свойства сварных конструкций из стали 1 ОХСНД ГОСТ 19281-89 в состоянии после сварки, после термической и низкочастотной вибрационной обработок. Определено снижение внутренних напряжений после термической обработки (растягивающие напряжения с 200 до 70 МПа), и меньшее, но соизмеримое снижение после низкочастотной вибрационной обработки (растягивающие напряжения с 200 до 100 МПа). Металлографические исследования показали бейнитную структуру основного металла, феррито-бейнитную структуру с четко выраженным зерногранич-ным выделением феррита и увеличением зерна до 3 балла в зоне термического влияния металла сварного шва и зоны термического влияния. Видимых структурных различий между термически обработанным и виброобра-ботанным состояниями не выявлено^ Комплекс механических свойств стали как после термической обработки, так и после низкочастотной вибрационной обработки полностью соответствует требованиям нормативно-технической документации: стП)СВ = 0,9 сгос„ > 459 МПа; ст0,2,св = 0,9 аосн > 351 МПа; 65 > 20 %; КСи > 39 Дж / см2; Было отмечено, что значения ударной вязкости материала после термической обработки не на много (около 25%) превосходят значения-ударной вязкости материала после низкочастотной вибрационной обработки, но значения КСУ после обеих обработок превосходили требования нормативно-технической документации при температурах плюс 20°С и минус 60°С.

4. Исследование рентгенограмм показало, что увеличение интенсивности линий у поверхности образца в состоянии после сварки свидетельствует о наличии а-фазы. После термического отжига при температуре 330°С и после низкочастотной вибрационной обработки интенсивность линий уменьшается, что связано с упорядочением кристаллической решётки. Из рентгенограммы образца после термического отжига при температуре 510°С видно увеличение интенсивности линий отражения от плоскостей, что вызвано, как показывает металлографическое исследование, появлением сульфидных выделений. Значимых отличий величины растягивающих напряжений после исследуемых состояний не отмечено. Фрактографические исследования показали:

4 а

- в изломе металлов после сварки наблюдается неоднородность, вблизи острого надреза и вдали от него отмечены зоны вязкого внутризёренного разрушения, в средней части имеются островки хрупкого внутрезёренно-го характера, ударная вязкость такого образца незначительна и равна 40 Дж/см2.

- в изломе металла после термической обработки при Т=510°С обнаружена шиферность, вызванная выделением сульфидов, ударная вязкость более чем в 2 раза превышает значения в стоянии поле сварки.

- в изломе металла после низкочастотной вибрационной обработки также отмечена шиферность, но менее выраженная по сравнению с металлом после термического отжига, что связано с меньшим количеством сульфидных выделений, ударная вязкость находится на уровне вязкости металла после отжига (85 Дж/см2).

Были проведены исследования тонкой' структуры, результаты которых позволяют предположить, что процесс сварки не оказывает существенного влияния на металл в зоне термического влиянии сварного шва, различия в структуре основного металла и в структуре зоны термического влияния без последующей обработки' незначительны. Низкочастотная вибрационная обработка не оказывает существенного влиянии на структуру металла зоны термического влияния, хотя в структуре присутствуют следы пластической деформации.

5. За период изучения, освоения и» внедрения технологии низкочастотной вибрационной обработки с апреля 2003 года по декабрь2010 года было обработано более 600 конструкций различных типоразмеров. Обработка продолжается и в настоящее время. За этот период каждая партия изделий прошла натурные испытания, обкатку в условиях эксплуатации. Результаты«, показали, что сварные конструкции выдержали испытания, нарушение сварных швов и геометрические поводки отсутствовали. За время эксплуатации конструкций не было получено ни одной рекламации к качеству сварных конструкций. Эти факты могут свидетельствовать об эквивалентной замене термического отжига для снятия внутренних напряжений после сварки низкочастотной вибрационной обработкой.

1. Афанасьев Н. Н. Микроструктурная картина возникновения трещины уста-лости//Журнал технической физики. — 1944. — Т. 14. — № 10—11. — С. 638—645.

2. Батдорф С. Б., Будянский Б. В. Математическая теория пластичности, основанная на концепции скольжения / Механика. — 1962. — №1.— С. 135-155.

3. Вениаминов Д. М. Определяющие уравнения хрупких деформаций горных пород и бетонов // Строительная механика и расчёт сооружений. — 1984. — № 1.—С. 22—27.

4. Бесселинг И. Теория пластического течения начально изотропного материала, который анизотропно упрочняется при пластических деформациях// Механика. — 1961. — № 2. — С. 124—168.

5. Борздыка А. М., Гецов Л. Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах.

6. М.: Металлургия, 1978. — 256 с.

7. Легостаев ЮЛ. Мотовилина Г.Д. и др. Влияние легирования низкоуглеродистой хромоникелевой стали у а превращения при непрерывном охлаждении. // Вопросы судостроения Серия «материаловедения» . Металловедение. Металлургия. Сборник 1991. Вып.16.

8. Вудфорд Д. А. Повреждение при ползучести и концепция остаточной долговечности / Теоретические основы инженерных расчётов. — 1979. — Т. 101. — С.1-8.

9. Гусенков А. П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. — М.: Наука, 1979. — 295 с.

10. Гусенков А. П. Сопротивление деформированию в связи с условиями малоциклового нагружения / Прочность при малом числе циклов нагружения: Вопросы механической усталости. —М.: Наука, 1969. — С. 50—67.

11. Гусенков А. П., Ларионов В. В. Об условиях усталостного и квазистатического разрушения при малом, числе циклов нагружения // Сопротивление деформированию в разрушению при малом числе циклов нагружения.—М: Наука, 1967. — С. 83—92.

12. Давиденков Н. Н. Динамические испытания металлов. — М.; JL: Госиздат, 1929. —368 с.

13. Давиденков Н. Н., Васильев Б. И. Влияние промежуточного отжига на предел усталости // Сборник, посвященный 70-летию академика А. Ф. Иоффе.

14. М.: Изд-во АН СССР, 1950. — С. 318—330.

15. Давиденков Н. Н., Сахаров П. С. Влияние наклёпа на хрупкость стали // Журнал технической физики. — 1937. — Т. 7. — Вып. 7. — С. 675 690.

16. Давиденков Н. Н., Шевандин Е. М. О сравнительной прочности растянутых и сжатых образцов/ТЖурнал технической физики. — 1934. — Т. 4. — Вып. 5.—С. 925—941.

17. Делф Т. Сравнительное исследование двух теоретических определяющих моделей в параметрах состояния / Теоретические основы инженерных расчётов.1980. Т. .102. — № 4. — С. 11—22.

18. Дерягин Н. В. Молекулярная теория трения и скольжения // Журнал физической химии. — 1934. — Т. 5. — Вып. 9. — С. 1165—1171.

19. Джайлет А. Моделирование пластической деформации низкоуглеродистой стали при непропорциональной траектории деформации / Теоретические основы инженерных расчётов. — 1986. — I* 3. — С. 67—72.

20. Драгон А., Мруз 3. Континуальная модель пластически хрупкого поведения скальных пород и бетона//Механика деформируемых тел. Направления развития: Сб. статей/Пер, с англ. В. В. Шлимака; Под ред. Г. С. Шапиро. — М.: Мир, 1983. — С. 163—188.

21. Журков С. Н., Нарзуллаев Б. Н. Временная зависимость прочности твёрдых тел // Журнал технической физики. — 1953. — Т. 23. — № 10. — С. 1677— 1684.

22. Зарубин В. С. Прикладные задачи термопрочности элементов конструкций. — М.: Машиностроение, 1985. — 296 с.

23. Зарубин В. С., Кадашевич Ю. И., Кузьмин М. А. Описание ползучести металлов при помощи структурной модели/ТПрикладная механика. — Киев, 19?7. Т. 13. - № 9. - С. 10-13.

24. Зарубин В. С., Кузьмин М. А. Расчётная модель неизотермического деформирования конструкционного материала // Известия вузов. Машиностроение. — 1967. — № 8. — С. 31—35.

25. Зарубин В. С., Кузьмин М. А. Упругопластическое деформирование конструкционного материала при переменной температуре // Известия вузов. Машиностроение. — 1969. — № 12. — С. 57—60.

26. Иванов И. А., Садаков О. С. Моделирование неоднородности при описании неизотермического деформирования реальных материалов/ЛГепловые напряжения в элементах конструкций. — Киев: Наукова думка, 1970. — Вып. 10. —С. 173—179.

27. Изотов И. Н., Ягн Ю. И. Изучение пластического деформирования металла с деформационной анизотропией, созданной в процессе предварительного на-гружения // Доклады АН СССР. — 1961. — Т. 139. — № 3. — С. 576—579.

28. Ильюшин А. А. Об одной теории длительной прочности / Инженерный журнал. Механика твёрдого тела. — 1967. — № 3. — С. 21 — 35.

29. Ильюшин А. А. Пластичность. — М.: Изд-во АН СССР, 1963. — 271 с.

30. Кадашевич Ю. И., Карачун В. Н. Об одной реологической модели Персо // Известия АН СССР. Механика твёрдого тела. — 1973. — № 3. — С. 129— 30.

31. Кадашевич Ю. И., Клеев В. С. Влияние скорости деформирования и истории её изменения на поведение материала/'/Прикладные проблемы прочности и пластичности: Методы решения задач упругости и пластичности. — Горький, 1983. — Вып. 23. — С. 3—7.

32. Кадашевич Ю. И., Клеев В. С. К вопросу об обобщенном принципе Ма-зинга/ЯТроблемы прочности. — 1985. — № 5. — С. 18—20.

33. Кадашевич Ю. И., Клеев В. С. О расширенном принципе Мазинга в теории вязкопластичности // Проблемы прочности. — 1982. —Мг 7. —С. 50—51.

34. Кадашевич Ю. И., Клеев В. С. О роли начальных условий возникновения пластического течения при построении теории ползучести микронеоднородных сред//Известия АН СССР. Механика твёрдого тела. — 1983. — № 6. — С. 104— 106.

35. Кадашевич Ю. И., Клеев В. С. Определяющие уравнения в механике твёрдого тела, учитывающие влияние скорости деформирования/ТПрикладные проблемы прочности и пластичности: Методы решения задач упругости и пластичности. — Горький, 1984. — Вып. 27.

36. Кадашевич Ю. И., Луценко А. М. О конкретизации схемы феноменологического описания разрушения металлов // Повышение технического уровня и качества машин лесозаготовок и лесного хозяйства/Отв. ред. Г. М. Анисимов. — Л, 1985. —С. 119—120.

37. Кадашевич Ю. И., Новожилов В. В. О влиянии начальных микронапряжений на макроскопическую деформацию поликристаллов/ЯТрикладная математика и механика. — 1968. — Т. 32. — Вып. 5. — С. 908—922.

38. Кадашевич Ю. И., Новожилов В. В. О предельных вариантах теории пластичности, учитывающей начальные микронапряжения// Известия АН СССР. Механика твёрдого тела. — 1980. — № 3. — С. 93—96.

39. Кадашевич Ю. И., Новожилов В. В. Обобщенная теория упрочнения// Доклады АН СССР. — 1980. — Т. 254. — № 5. — С. 1096—1098.

40. Кадашевич Ю. И., Новожилов В. В. Теория пластичности и ползучести металлов, учитывающая микронапряжения//Известия АИ СССР. Механика твёрдого тела. — 1981. — № Б. — С. 99—100.

41. Кадашевич Ю. И., Новожилов В. В; Теория пластичности, учитывающая остаточные микронапряжения // Прикладная математика и механика. 1958. Т. 22. — Вып. 1. — С. 79 89

42. Кадашевич Ю. И., Новожилов В. В. Теория ползучести макронеоднород-ных сред // Исследования по упругости и пластичности. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1978. — Вып. 12. — С. 59—71.

43. Кадашевич Ю. И., Новожилов В. В. Теория ползучести, учитывающая микропластические деформации // Известия АН СССР. Механика твёрдого тела. — 1976.—№ 5. — С. 153—169.

44. Кадашевич Ю. И., Новожилов В. В., Черняков Ю. А. Теория пластичности и ползучести, учитывающая микродеформации//Прикладная математика и механика: — 1986. — Т. 50. — Вып. 7. — С. 890—897.

45. Кафка В. Теория медленных упругопластических деформаций поликристаллических металлов с микронапряжениями, как скрытыми переменными, описывающими состояние материалов/Механика: Проблемы теории пластичности: Сб. статей. — М.: Мир, 1976. — С. 123—147.

46. Качалов Л. М. О времени разрушения в условиях ползучести//Известия АН СССР. Отделение технических наук. — 1953. — Л 8. — С. 26—31.

47. Качалов Л. М. Основы механики разрушения. — М.: Наука, 1974. — 311 с.

48. Леметр П., Пламтри А. Применение понятия повреждаемости для расчёта разрушения в условиях, одновременной усталости и ползучести // Теоретические основы инженерных расчётов. — 1979. — Т. 101. — № 3. — С. 124—134.

49. Ленский В. С., Машков И. Д. Проверка законов пластичности в трехмерном пространстве девиатора деформаций // Упругость и неупругость.—М.: Изд-во Московского ун-та, 1971. — Вып. 2. — С. 158—166.

50. Леонов М. Я. Основные постулаты теории пластичности / Доклады АН СССР. —1971. —Т. 199. —№ 1. —С. 51—54.

51. Леонов М. Я, Швайко Н. Ю. Сложная плоская деформация / Доклады АН СССР. —1964. —Т. 159. — №5. — С. 1007—1010.

52. Лихачев В. А., Владимиров В. И. Роль упрочнения в ползучести и температурном последейств.ш//Физика металлов и металловедение. — 1965. — Т. 19. —№ 1.—С. 3—9.

53. Лихачев В. А., Малинин В. Г. Физшсо-механическая модель упругопла-стических свойств материалов, учитывающая структурные уровни деформации и кинетические свойства реальных кристаллов // Известия вузов. Физика. — 1984. — № 9. — С. 23—28.

54. Малмейстер А. К. Основы теории локальных деформаций: Обзор / Механика полимеров. — 1965. — № 4. С. 12—27.

55. Махутов Н. А., Левин О. А. Уравнения состояния и расчёт на малоцикловую прочность//Уравнения состояния при малоцикловом нагружении / Н. А. Махутов, М. М. Годенин, Д. А. Гохфельди др.; Под общ. ред. Н. А. Махутов а. — М.: Наука, 1981. — С. 5—24.

56. Мовчан А. А. О влиянии истории деформирования на скорость накопления повреждений при немонотонном упругопластическом нагружелии//Журнал прикладной механики и технической физики. — 1984. — М» 5. — С. 125 — 131.

57. Новожилов В. В., Кадашевич Ю. И., Рыбакина О. Г. Разрыхление и критерий разрушения в условиях ползучести //Доклады АН СССР. — 1983. -— Т. 270. — № 4. — С. Р-31— 835.

58. Новожилов В. В., Кадашевич Ю. И., Черняков Ю. А. Теория пластичности, учитывающая микродеформации //Доклады АН СССР. — 1985. — Т. 284. — №1.-С. 821 824.

59. Новожилов В. В., Рыбакина О. Г. Перспективы построения критерия прочности при сложном нагружении // Инженерный журнал. Механика твёрдого тела. — 1966. — № 5. — С. 103—114.

60. Ойи К., Миллер А., Марии Д. Кумулятивное повреждение и влияние средней деформации в случае малоцикловой усталости алюминиевого сплава 2024Т-351 // Теоретические основы инженерных расчётов. ~ 1966. — Т. 88. — ** 4. — С. 125—138.

61. Паллей И. 3. Приложение теории остаточных микронапряжений к неизотермическому деформированию металлов / Известия АН СССР. Механика. — 1965 №2.—С.110 — 113.

62. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. — М.: Оборонгиз 1952. —556 с.

63. Шукаев С. Н. О деформировании и долговечности материалов в условиях малоциклового нагружения при плоском напряжённом состоянии / Вестник Киевского политех., ин-та. Машиностроение. — 1985. — Вып.22, —С. 53- 57.

64. Нейбер Г. Концентрация напряжений // Пер. с нем. М.: Гостехиздат, 1947. 195. Винокуров В. А., Григорьянц А. Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.

65. Окерблом H. О. Сварочные деформации и напряжения. M.-JL: Машгиз, 1950.144 с.

66. Сагалввич В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений. М.: Машиностроение, 1974.248 с.

67. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. Пособие: В 4т./ Под общей редакцией Панасюка В.В. Киев: Наук. Думка, 1988-.- ISBN 5-12000300-1/

68. Т.2: Коэффициент интенсивности напряжений в телах с трещинами / Саврук М.П. 1988.-620 с. -ISBN 5-12-000302-8.

69. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. Пособие: В 4т./ Под общей редакцией Панасюка В.В. Киев: Наук. Думка, 1988-.- ISBN 5-12000300-1/

70. Т.1 : Основы механики разрушения материалов / Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Партон В.З. 1988.-485 с. -ISBN 5-12-000301-1.

71. Сервисен C.B., Шнейдерович P.M. Гусенков А.П. Махутов H.A. Романов А.Н. Филатов В.М., Левин O.A., Бандин О.Л., Шуршуков Г.К. Прочность при малоцикловом нагружении. Основы методов расчёта и испытаний., М: Издательство «Наука», 1975.-287с.

72. Румянцев C.B., Добромыслов В.А., Борисов О.И., Азаров Н.Т. Неразру-шающие методы контроля сварных соединений. М., «Машиностроение», 1976. 335 с.

73. Приборы и методы физического металловедения. Под Редакцией Вейнбегра Ф. Выпуск 1, М. Издательство «Мир», 1973,431 с.

74. ГОСТ 19281-89. Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия.

75. Буланенко В.Ф., Пирусский М.В. Температурно-скоростная зависимость сопротивления распространению хрупких трещин // Заводская лаборатория. 1977. №1.

76. РДР5.ГКЛИ.0104-216-95. Руководящий документ. Снижение уровня остаточных напряжений и деформаций деталей и корпусных конструкций методом низкочастотной вибрационной обработки. Основные положения по технологии проведения.

77. СТП 401-М49-78. Металлы. Образцы для испытания на ударную вязкость.

78. СТП 401-М53-78. Металлы. Образцы для испытаний сварных соединений.

79. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах.

80. ГОСТ 7564-97. Прокат. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний.

81. ГОСТ 11534-75. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

82. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств.

83. ОСТ 92-8828-76. Изделия спецоборудования. Общие технические условия.

84. ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

85. ГОСТ 23518-79. Дуговая сварка в защитных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

86. Хладостойкие стали и сплавы: Учебник для вузов. — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2005. 480 с: ил. ISBN 5-93808-101-7

87. СТП 401-М49-78. Металлы. Образцы для испытания на ударную вязкость.

88. СТП 401-М53-78. Металлы. Образцы для испытаний сварных соединений.

89. Ионов В.Н., Селиванов В.В. Динамика разрушения деформируемого тела. М.: Машиностроение, 1987ю - 272 с, ил.

90. Васильченко Г.С, Кошелев П.Ф.Практическое применение механики разрушения для оценки прочности конструкций. М.: Издательство «Наука», 1974, 1 148 с.

91. Романив О.Н., Никифорчин Г.Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов. М.: Металлургия, 1986, 294 с.

92. Амбарцумян С.А. Разномодульная теория упругости. М: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. - 320 с.

93. Попов Г.Я. Концентрация упругих напряжений возле штампов, разрезов тонких включений и подкреплений М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. - 344 с.

94. Броек Д. Основы механики разрушения. Лейден, 1974. Пер. с англ. М.: Высш. школа, 1980. - 368 е., ил.

95. Алферова Т.К., Амиров Ю.Д., Воков П.Н. и др.; Под ред. Ю.Д. Амирова.

96. Технологичность конструкций изделий: Справочник / — М.: Машиностроение, 1985. 368 е., ил. - (Б-ка конструктора).

97. Винокуров В.А. Отжиг сварных конструкций для снижения напряжений. М. «Машиностроение», 1973. 213 с.

98. Прейсс А.К. Определение напряжений в объёме детали по данным измерений на поверхности. М.: Наука, 1979, 129 с.

99. Проблемы теории пластичности и ползучести. Сборник статей под редакцией Шапиро Г.С. М.: Издательство «Мир», 1979. 303 с.

100. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. / Редкол.: Николаев Г.А. (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1978 - Т.1/ Под ред. Ольшанского H.A.1978. 504 е., ил.

101. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. / Редкол.: Николаев Г.А. (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1978 — Т.2/ Под ред. Акулова А.И. 1978. 462 е., ил.

102. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. / Редкол.: Николаев Г.А. (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1978 - Т.З/ Под ред. Винокурова В.А.1979. 567 е., ил.

103. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. / Редкол.: Николаев Г.А. (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1978 - Т.4/ Под ред. Зорина Ю.Н. 1979. 512 е., ил.

104. Солнцев Ю. П., Пряхин Е.И., Войткун Ф. Металловедение: Учебник для вузов. Изд. 2-е перераб. и доп. СПб.:Химиздат, 2002. - 696 е.: ил. ISBN 593808-045-2/

105. Сварка в СССР. Том 1. Развитие сварочной техники и науки о сварке. Технологические процессы, сварочные материалы и оборудование. М.: Наука, 1981. 534 с.

106. Сварка в СССР. Том 2. Теоретические основы сварки, прочности и проектирования. Сварочное производство. М.: Наука, 1981. 493 с.

107. Солнцев Ю. П. Хладостойкие стали и сплавы: Учебник для вузов. СПб.: Химиздат, 2005.-480 м.: ил. ISBN 5-93808-101-7

108. Никаноров С.П., Кардашев Б.К. Упругость и дислокационная неупругость кристаллов. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. Лит., 1085. 250 с.

109. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. Справочное пособие в трех томах. Под общей редакцией чл. Корр. АН СССР Туманова А.Т.

110. Физические методы исследования материалов. Том 1. Под редакцией академика Кишкина С.Т., М., «Машиностроение», 1971, 554 с.

111. Винокуров В.А., Куркин С.А., Николаев Г.А; Под ред. Патона Б.Е.

112. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности / -М.: машиностроение. 1996 с. 576 е.: ил. ISBN 5-217-02776-2.

113. Испытание материалов. Справочник. Под ред. Блюменауэра X. Пер. с нем. 1979 г. 448 с.

114. Сервисен С.В., Шнейдерович P.M., Махутов H.A., Дверес М.Н., Левин O.A., Махненко В.И., Петушков В.А. Поля деформации при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1979, 277 с.

115. Ушаков Б.Н., Фролов И.П. Напряжения в композиционных конструкциях. — М.: Машиностроение, 1979. — 134 е., ил.

116. Разрушение. (Руководство) Пер. с англ. В 7-ми томах. Т 4. Исследование разрушения для инженерных расчётов. М.: Машиностроение, 1977, 400 е., ил.

117. Кудрявцев И.В., Науменков Н. Е. Усталость сварных конструкций. М.: Машиностроение, 1976. 270 с, ил.

118. Сварка и свариваемые материалы. В 3-х т. Т 1. свариваемость материалов. Справ. Изд. / Под ред. Макарова Э.Л. М.: Металлургия, 1991, 528 с.

119. Петров Г. Л. Тумарев А.С.Теория сварочных процессов. М.: Высшая школа, 1967, 508 с.

120. Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов. / Под ред. Мейерса М.А., Мурра Л.Е.: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1984, 512 с.

121. Москвитин. В.В. Циклические нагружения элементов конструкций. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1081. -344 с.

122. Иосилевич Г.Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. М.: Машиностроение, 1981, - 224 е., ил.

123. Солнцев Ю. П., Титова Т. И. Стали для Севера и Сибири. — СПб.: Химиз-дат, 2002.-352 е.: ил. ISBN 5-938080-049-5.

124. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е, перераб. И доп. В двух частях. Часть первая. Деформация и разрушение. М., Машиностроение, 1974, 472 е., ил.

125. Лившиц Л.С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей). — М.: Машиностроение, 1979. 253 е., ил.

126. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле / Пер. с англ. Корнейчука Л.Г.; Под ред. Григолюка Э.И. М.: Машиностроение, 1985.-472 с.

127. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения М.: Машиностроение, 1986, 236 с.

128. Физические процессы в металлах при сварке. Т П. Внутренние напряжения, деформации и фазовые превращения. H.H. Прохоров. М., Металлургия, 1976, 600 с.

129. Применение ультразвука в промышленности. (Болгаро-советское издание). Под ред. д-ра техн. наук проф. Маркова А.И. М.: Машиностроение, 1975. 240 е., ил.

130. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний: Учебник для вузов. М.: Высш. школа, 1980. -408 е., ил.

131. Партой В.З., Борисковский В.Г. Динамика хрупкого разрушения. М.: Машиностроение, 1988: — 240 с.

132. Гололобов Б.А., Николаев К.Г. Свойства сварных соединений корпусных сталей. Ленинград: Издательство «Судостроение», 1964,240 с.

133. Выбойщик М.А., Тетюева Т.В., Платонов Н.Г. Куренкова Т.В. Влияние термической обработки на структуру и коррозионную стойкость сварного соединения нефтепромысловых труб // Техника машиностроения 2001, № 4.

134. Платонов С.Ю. Повышение коррозионной стойкости сварных соединений нефтепромысловых труб. Автореферат дис., конд. Тех. Наук. Тольятти, 2001.

135. Баско Е.М., Мухутов H.A. Исследование трещиностойкости строительных сталей при динамическом инициировании и распространении хрупких трещин // Заводская лаборатория. 1981 №4.

136. Новожилов В.В., Кадашевич Ю.И. Микронапряжения в конструкционных материалах — Л:, Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1990 г. 223 с.