Влияние температур на сварное соединение

Дисциплина «Основы расчета и проектирование сварных конструкций»

Тема: Влияние температур на сварные соединения

I. Тип урока – комбинированный урок

II. Метод ведения урока – информационный

III. Цели урока:

Образовательная:

Студент должен

знать:

1. Общие сведения о влиянии низких температур на сварное соединение.

2. Общие сведения о влиянии высоких температур на сварное соединение.

Воспитательная:

Воспитать у обучаемых студентов умения сосредоточенность, внимательность, интерес к выбранной профессии.

Развивающая:

Сформировать у обучаемых информационно - профессиональное мировоззрение, стремление к познанию нового.

Побудить интерес к дисциплине, раскрыть взаимосвязь дисциплины с другими профессиональными дисциплинами.

Форма обучения – групповая.

IV.Метод преподавания – разъяснительный.

V. Материально – техническое и дидактическое оснащение урока:

- мультимедийная установка, материалы электронного учебника, чертежи деталей, справочный материал.

VI. Ход урока

1. Актуализация опорных знаний, умений, навыков и качеств личности

(5 мин):

- Проверка наличия студентов по списочному составу – рапортичка;

- Постановка целей урока;

- Организация внимания обучаемых на учебный материал, подлежащий усвоению.

2. Формирование новых знаний, умений, навыков и качеств личности

1. (30 мин):

2. (45 мин): Усвоение нового материала.

Основные характеристики механической прочности материала определяются при комнатной температуре ( 20 ⁰С). При эксплуатации конструкций в различных природных или особых условиях, создающихся в специальной установках и аппаратах температура бывает отличной от комнатной и в связи с этим механические свойства металла могут значительно изменится.

Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали

σ

ε

+500 ⁰С

1. Влияние низких температур на СС.

Влияние низких температур проявляется в том, что материал, который при обычной температуре достаточно пластичен, при низкой теряет свои пластичные свойства и переходит в хрупкое состояние. Особенно это проявляется в поведении материала под нагрузкой.

При вязком состоянии материала его разрушение при растяжении (под нагрузкой) происходит при значительных пластических деформациях. Об этих деформациях можно судить по таким характеристикам, как относительное удлинение (ε) и поперечное сужение. При этом работа, которая затрачивается на процесс разрушения является достаточно значительной.

При хрупком состоянии материала его способность к пластическому деформированию резко снижается. Поэтому разрушение происходит почти без остаточных деформаций, хотя при этом предел прочности обычно несколько возрастает. Но работа, которая затрачивается на разрушение материала, оказывается чрезмерно малой, поэтому существует опасность мгновенного разрушения при случайных перегрузках конструкции.

В связи с этим в условиях крайнего Севера, где температура снижается до -70 ⁰С и ниже, необходимо применять материалы только пластичные и избегать появления различных концентраторов напряжений ( резких изменений конструктивных форм, следить за формой СС и наличия дефектов); не допускать динамических нагрузок.

2. Влияние высоких температур на СС.

Это также проявляется в изменении механических свойств материала.

Паровые турбины, газовые турбины, а также различные агрегаты атомной энергетики работают при температурах, доходящих до +500⁰С и выше.

Когда материал длительное время находится под действием высоких температур, то его прочность определяется одновременно действием 3 факторов:

1. нагрузки;

2. время;

3. температура.

В условиях работы при высоких температурах большое значение имеет такое свойство материала, как ползучесть, т.е. медленное нарастание пластических деформаций. При высоких температурах состояние ползучести появляется при меньших нагрузках, по сравнению с нагрузкой, которая бы повлекла пластические деформации материала при нормальной температуре.

При расчетах на прочность конструкций, которые работают при высокой температуре, имеет значение такая характеристика – как предел ползучести σ_п. Это наибольшее напряжение, при котором скорость нарастания пластической деформации иди общая деформация, за определенный срок, не превышает определенной допустимой величины, для заданной температуры.

Это означает, что при заданной температуре за определенный срок величина пластической деформации ( величина ползучести) должна быть строго контролируема. Основным фактором является наибольшее напряжение (предел ползучести), которое может осуществить работающий материал.

При длительных воздействиях на СК высоких температур под нагрузкой, имеет значение такая характеристика, как длительная прочность материала. Она характеризует способность длительное время сопротивляться разрушению, без потери вязкости и пластичности.

3. Подведение итогов урока (5 мин)

Обобщение полученных знаний: фронтальный опрос на закрепление изученного материала. Контроль выполнения задания по изучению нового материала.

4. Домашнее задание (5 мин): материал электронного учебника по теме, лекция.

Приложение

В сварных изделиях возникают усталостные трещины, а также трещины, связанные с явлением ползучести.

Появление усталостных трещин связано в первую очередь с влиянием концентраторов напряжений (забоины, риски, резкие переходы от шва к основному металлу, от одной толщины к другой, наличие отверстий). При действии переменных нагрузок в наиболее слабом месте изделия, где возникают остаточные напряжения, превышающие предел выносливости, появляются микротрещины, развивающиеся в дальнейшем в усталостные трещины, которые приводят к внезапному разрушению соединения (отказу) без видимых пластических деформаций.

Большое влияние на усталость оказывает изменение температурных условий эксплуатации (теплосмены) и воздействие коррозионной среды.

При этом разрушение соединения происходит при значительно меньших напряжениях. Появление трещин ползучести связано с медленным нарастанием во времени пластической деформации материала при длительных механических воздействиях и нагреве.

Материалы и сварные соединения, работающие длительное время при высоких температурах, постепенно разрушаются при напряжениях значительно меньших предела текучести.

На появление трещин усталости и ползучести оказывает влияние низкая пластичность металла, наличие дефектов – несплошностей в сварном шве, а также структурные изменения, связанные с упрочнением и разрупрочнением металла в процессе эксплуатации.

При эксплуатационном контроле важно фиксировать не только появление трещин, но и знать кинетику их развития во времени. Исследование кинетики развития трещин и разрушений является задачей технической диагностики сварного соединения.