Максимальные остаточные

7. По формуле (2.81) определяем максимальные нормальные напряжения в растянутой зоне опасного сечения со стороны участка //:

Опасное сечение вала будет там, где суммарный изгибающий момент Ми '- У Л'г0р + -^'верт будет наибольшим. Далее по формулам (27.2) определяют максимальные нормальные и касательные напряжения, а по формуле (27.4) определяют эквивалентное напряжение и сравнивают его с допускаемым напряжением.

Ввиду того что максимальные нормальные напряжения атах воз-никают в наиболее удаленных от нейтрального слоя волокнах, целе« сообразно конструировать балки такого поперечного сечения, при

По таблице ГОСТ 8239—56 выбираем двутавр № 36, для которого Wx= 743 см3, т. е. несколько меньше требуемого. При выбранном номере профиля максимальные нормальные напряжения

и максимальные нормальные напряжения, возникающие в опасном поперечном сечгнии балки,

Из предыдущего известно (см. стр. 262), что при кручении наибольшие касательные напряжения возникают в точках контура поперечного сечения вала. При изгибе максимальные нормальные напряжения возникают в двух точках, наиболее удаленных от нейтральной оси, т. е. тоже в точках контура. Эти две точки контура, в которых одновременно возникают наибольшие как касательные, так и нормальные напряжения, и будут опасными точками.

и максимальные нормальные напряжения, возникающие в опасном поперечном сечении,

Максимальные нормальные напряжения в опасном сечении

В связи с принятым допущением о том, что материал стержня подчиняется закону Гука, решения задач справедливы, если максимальные нормальные напряжения, возникающие в стержне, остаются меньше предела пропорциональности для данного материала.

Максимальные нормальные напряжения в этих сечениях от каждого из изгибающих моментов

Следовательно, при растяжении и сжатии максимальные нормальные напряжения возникают в поперечных сечениях, а касательные напряжения в них отсутствуют.

При сварке низкоуглеродистых сталей максимальные остаточные напряжения ахт„, как правило, близки к пределу текучести металла шва.

Эпюра остаточных напряжений, приведенная на рис. 11.11, в, характерна для сварки пластин из низколегированной и аустенит-ной сталей, титановых сплавов или в общем случае для сварки металлов и сплавов, не претерпевающих структурных превращений при температурах Т< 873...973 К. Максимальные остаточные напряжения ахтах при сварке аустенитных сталей обычно превосходят предел текучести. Это, по-видимому, связано с большим коэффициентом линейного расширения, а как следствие, большой пластической деформацией, вызывающей упрочнение металла с образованием высоких значений продольных остаточных напряжений. В титановых сплавах максимальные остаточные напряжения, как правило, ниже предела текучести основного материала в исходном состоянии и составляют (0,7...1,0) ат. При этом высокие значения остаточных напряжений соответствуют сварке на интенсивных режимах с большой эффективной мощностью и большой скоростью.

При сварке алюминиевых сплавов характерна особенность распределения остаточных напряжений ах — их некоторое снижение в шве и в прилегающих к шву участках металла (рис. 11.11, д). Максимальные остаточные напряжения ниже предела текучести сплава в исходном состоянии и составляют (0,6...0,8) ат.

Дефекты основного металла и сварных соединений приводят к образованию некогерентных границ зерен, коррозионно нестойких пленок, создают концентрацию макро- и микронапряжений, повышают термодинамическую неустойчивость дефектных участков поверхности и интенсифицируют их наво-дороживание и электрохимическое растворение. Поэтому для повышения надежности оборудования и коммуникаций, контактирующих с сероводородсодержащими средами, наряду с тщательным входным контролем соответствия материалов конструкций техническим условиям на их поставку и неразрушающим контролем монтажных сварных соединений, эффективными являются предпусковые гидроиспытания металлоконструкций давлением, создающим напряжения до 95% от минимального нормативного значения предела текучести металла [33, 34]. В ходе этих испытаний разрушаются участки основного металла и сварных соединений, содержащие потенциально опасные дефекты. Вокруг оставшихся неопасных дефектов образуются зоны остаточного сжатия, повышающего коррозионную стойкость сварных соединений. Кроме того, после гидравлических испытаний в 2-3 раза снижаются максимальные остаточные напряжения в зоне сварных соединений труб за счет пластического удлинения растянутых областей металла. Одновременно снижаются наиболее высокие монтажные напряжения в трубопроводах. Там, где по техническим причинам проведение гидроиспытаний не представляется возможным, для выявления недопустимых дефектов необходимо применять 100%-ный радиографический контроль сварных соединений и его 100%-ное дублирование ультразвуковым методом [25, 35].

Сероводородсодержащий газ транспортировать по некоррозионно-стойким трубам даже в осушенном виде не рекомендуется. Связано это с тем, что даже небольшие отклонения в технологическом режиме, приводят к попаданию в трубопровод незначительного количества влаги, и вызывают в короткий срок сероводородное растрескивание материала труб. Наиболее подвержены этому явлению сварные швы, а точнее зоны сплавления сварных швов, где располагаются максимальные остаточные растягивающие сварочные напряжения и наиболее неблагоприятная структура металла. Соответственно, из двух типов труб бесшовных горячекатаных и сварных большей коррозионной стойкостью обладает первый тип. Бесшовные горячекатаные трубы по своей специфике изготовления обладают меньшей дефектностью по неметаллическим включениям, что оказывает очень благоприятное влияние на их стойкость к водородному растрескиванию. Требования к качеству материала труб в этом случае аналогичны требованиям к качеству материала шлейфовых труб. Наиболее распространен-

Увеличение продолжительности центробежно-шарй-кового упрочнения от 20 до 80 мин (от 4 до 16 проходов) не оказывает заметного влияния как на величину остаточных напряжений, так и на глубину их распространения. При упрочнении отверстия проушины шатуна из стали 18Х2Н4ВА максимум остаточных напряжений находится на глубине 0,12—0,15 мм, а величина остаточных напряжений сжатия и глубина их распространения практически не отличаются от значений, полученных для цен-тробежно-шарикового упрочнения. Центробежно-шарико-вое упрочнение и раскатка в широком диапазоне режимов упрочнения стали 18Х2Н4ВА (высокий отпуск) позволяет получить максимальные остаточные напряжения сжатия 50 кгс/мм2.

Характер распространения остаточных напряжений по глубине наклепанного слоя качественно одинаковый для всех исследуемых мартенситных нержавеющих сталей. Максимальные остаточные сжимающие напряжения имеют место не на поверхности, а на некоторой глубине, сжимающие напряжения плавно уменьшаются при переходе в глубь образца и на глубине 100—150 мкм, в зависимости от режимов обкатки, меняют знак.

Анализ показывает, что максимальные остаточные напряжения возникают в околошовной зоне. После сварки эти напряжения составляют 6 кгс/мм2 в направлении вдоль шва (растяжение) и 9 кгс/мм2 поперек шва (растяжение). Отпуск при 670° С после остывания сваренной плиты снижает максимальные остаточные напряжения в околошовной зоне до 5 кгс/мм2 как вдоль шва, так И поперек шва. Отпуск после сварки при той же температуре снижает максимальные остаточные напряжения до 3 кгс/мм2 как вдоль шва, так и поперек шва.

Анализ результатов показывает, что максимальные остаточные напряжения растяжения возникают в шве. После сварки эти на-

Максимальные остаточные напряжения растяжения после отпуска при 670° С с охлаждением при V = 50° С/ч составляют вдоль шва 18 кгс/мм2, а поперек шва 16 кгс/мм2.

После сварки максимальные остаточные напряжения возникают в зоне сплавления и равны 15 кгс/мм2 в поперечном направлении и 26 кгс/мм2 в продольном.