ИССЛЕДОВАНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Санников И.И.¹, Коврова Д.Ф.², Устинов Е.П.³

¹инженер, ²заведующий кафедрой, ³преподаватель, Кафедра технических дисциплин Колледж технологий Технологический институт ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

ИССЛЕДОВАНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Аннотация

В данной статье приведены результаты испытаний на ударную вязкость конструкционных сталей используемых в металлоконструкциях в условиях Крайнего Севера.

Ключевые слова: ударная вязкость, металлоконструкция, Крайний Север.

Sannikov I.I., Kovrova D.F., Ustinov E.P.

¹engineer, ²head of the department, ³teacher, North-Eastern Federal University in Yakutsk, Institute of Technology,College of Technologies, Chair of technological disciplines

RESEARCH OF IMPACT STRENGTH CONSTRUCTIONAL STEEL AND THE WELDED JOINTS WHICH ARE OPERATED IN THE CONDITIONS OF FAR NORTH

Abstract

Results of tests for impact resistance constructional staly used in a metalwork in the conditions of Far North are given in this article.

Keywords: impact resistance, metalwork, Far North.

 Введение

Проблема оценки надежности и ресурса металлоконструкций, работающих в условиях низких климатических температур, на сегодняшний момент является наиболее актуальной задачей обеспечения техногенной безопасности сложных технических систем. Для металлоконструкций, эксплуатирующихся в условиях низких климатических температур, одним из основных требований является обеспечение хладостойкости материала. Обеспечение достаточной хладостойкости означает предотвращение хрупких разрушений элементов конструкций при нагрузках, существенно ниже расчетных.

Для сварных конструкций, эксплуатирующихся в условиях низких климатических температур, одной из определяющих характеристик материала является ударная вязкость. Так как ударная вязкость является одним из параметров, характеризующих хладноломкость металлов и сплавов, его способность сопротивлению хрупкому разрушению. Определение ударной вязкости особенно важно для металлов, которые работают при низких температурах и выявляют склонность к хладноломкости, то есть к снижению ударной вязкости при понижении температуры эксплуатации.

В данной статье приведены результаты испытаний на ударную вязкость конструкционных сталей используемых в металлоконструкциях.

Методика проведения исследований

Для изготовления образцов на ударные испытания, были подготовлены сварные пробы из новой листовой стали 09Г2С толщиной 6 мм. Сварка листовых проб производилась ручным дуговым способом с помощью сварочного источника ФЭБ-315 «МАГМА». Для сварки использовался сварочный электрод марки LB-52U Ø3,2 мм для корневого шва, для облицовочного шва электрод Ø4 мм. Результат спектрального анализа химического состава приведен в таблице 1.

Вторая партия образцов были изготовлены из трубы Ø720 толщиной стенки 8 мм из стали 13Г1С-У. Кольцевые сварные швы проб получены ручной дуговой сваркой покрытыми электродами: для корневого шва – электрод марки LB-52U ø2,6 мм и для заполняющего и облицовочного шва электрод OK74 ø3,2 мм. Результат спектрального анализа химического состава приведен в таблице 1.

Третья группа образцов была изготовлена из рамы карьерного автосамосвала БелАЗ-756306.  Химический состав в % соотношении представлен в таблице 3.

Примерная марка образца по химическому составу пробы соответствует стали марки 15ХСНД (ГОСТ 5758-82).

Таблица 1 - Химический анализ состава сталей

Для определения ударной вязкости сварных соединений были изготовлены образцы в областях металла шва (МШ), зоны термического влияния (ЗТВ) и основного металла (ОМ) (Рис. 1). Испытания проводили при температурах +20 ºС, -20 ºС, -40 ºС, -60 ºС, на инструментированном маятниковом копре «Amsler RKP450» соответствующая требованиям ГОСТ 10708-82 (Рис. 2). Для проведение испытаний в отрицательном диапазоне температур копер Zwick/Roell RKP450 оснащен криогенной камерой фирмы Lauda, позволяющей достигать температуры −80 °С. И оснащен станком CNB34-001A1 для нанесения надреза на образцах для ударных испытаний по Шарпи и Манеже.

Рис. 1 - Схема вырезки образцов основного металла, металла шва и ЗТВ.

Рис. 2 - Инструментированный маятниковый копер «Amsler RKP450»

  

Результаты испытаний

По результатам испытаний на ударный изгиб был составлен график зависимости ударной вязкости от температуры (Рис. 3, 4, 6).

Рис. 3 - График зависимости ударной вязкости от температуры основного металла, сварного шва и зоны термического влияния стали 09Г2С с V-образным надрезом.

Рис.4 - График зависимости ударной вязкости от температуры основного металла, сварного шва и зоны термического влияния стали 13Г1С-У с V-образным надрезом.

Рис. 5 - График зависимости ударной вязкости от температуры основного металла, сварного шва и зоны термического влияния стали 15ХСНД с U-образным надрезом.

 

Вывод

1. По результатам испытаний образцов с V-образным надрезом наименьшее значение ударной вязкости обнаружена в металле шва и зоне термического влияния стали 09Г2С, так в металле шва ударная вязкость составляет 28 Дж/см² при температуре -60 ^оС и в ЗТВ 20 Дж/см² при температуре -40 ^оС и 16 Дж/см² при температуре -60 ^оС.
2. Основной металл и зона термического влияния стали 13Г1С-У вплоть до температуры испытания -60°С сохраняет высокие значения ударной вязкости.

Литература

1. Аммосов А.П., Аммосов Г.С. Вязкость разрушения в оценке распространения хрупкой трешины в стальных конструкциях при пониженной температуре/ Сварочное производство. 2008. №6. С 3-9.
2. Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. Москва; Издательство «Наука», 2008. 333 с.

References

1. Ammosov A.P., Ammosov G.S. Vjazkost' razrushenija v ocenke rasprostranenija hrupkoj treshiny v stal'nyh konstrukcijah pri ponizhennoj temperature/ Svarochnoe proizvodstvo. 2008. №6. S 3-9.
2. Botvina L.R. Razrushenie: kinetika, mehanizmy, obshhie zakonomernosti. Moskva; Izdatel'stvo «Nauka», 2008. 333 s.