Analiza distrugerii structurilor sudate care funcționează într-o mare varietate de condiții indică faptul că cel mai adesea distrugerea lor pornește de la defectele care apar în îmbinarea sudată sau în metalul de bază.
Influența porilor, a incluziunilor nemetalice și a fisurilor asupra rezistenței metalelor a fost discutată mai sus. Cu toate acestea, în îmbinări sudate, în plus față de defectele de mai sus nu se fierbe pot afecta rezistența fără fuziune, forma sudurii, și așa mai departe. D. În plus influența defectelor în cadrul îmbinării de sudură, va fi oarecum diferit decât metalul, care este asociat cu prezența sudate proiectarea tensiunilor reziduale care apar datorită încălzirii inegale la temperaturi ridicate a metalului în timpul sudării. Prin urmare, efectul defectelor care sunt concentratori de tensiune va depinde în mare măsură de distribuția tensiunilor reziduale și a eforturilor de funcționare apărute în timpul funcționării și de totalitatea tuturor acestor solicitări.
Din toate defectele întâlnite în suduri, cele mai periculoase sunt fisurile. Este prezența crăpăturilor în îmbinarea de sudură, care este adesea cauza unei defecțiuni de urgență a structurilor sudate critice. Acest lucru se datorează faptului că fisurile din îmbinările sudate slăbesc secțiunea transversală a sudurilor sau a elementelor sudate, reducând astfel rezistența statică a îmbinărilor. În plus, ca concentratori de tensiune, crăpăturile reduc semnificativ puterea dinamică a îmbinărilor sudate.
Efectul negativ al crăpăturilor asupra performanțelor îmbinărilor sudate este îmbunătățit și de faptul că mărimile de fisuri în timp cresc constant. Această creștere are loc cu cât este mai rapidă, cu atât este mai mare magnitudinea încărcăturii și cu atât este mai mare dinamismul și ciclicitatea. În plus, mediul extern (gaz și lichid) afectează de asemenea mărimea fisurilor.
Fără îndoială, o creștere a dimensiunilor fisurilor formate în timpul sudării poate duce la distrugerea structurilor în timpul funcționării. Creșterea dimensiunii fisurilor în exploatare este deosebit de periculoasă, în cazurile în care această creștere nu produce tulburări notabile de muncă de proiectare, cum ar fi funcționarea diferitelor tipuri de structuri cu zăbrele (poduri si ferme de macara, podele diferite, și așa mai departe. D.).
Acest lucru se datorează faptului că în astfel de structuri crăpăturile pot să apară și să crească mai întâi într-una și apoi în toate cusăturile care leagă unele elemente individuale. Eșecul unui element al construcției nu poate conduce la distrugerea imediată a întregii structuri, dar va provoca - supraîncărcarea altor elemente purtătoare, ceea ce, desigur, va spori probabilitatea distrugerii acesteia.
Pericolul fisurilor din îmbinarea sudată constă, de asemenea, în faptul că acestea, fiind defecte de tip plat, sunt dificil de detectat prin metode de inspecție cu raze X.
Dacă influența negativă a fisurilor asupra rezistenței îmbinărilor sudate nu este îndoielnică, atunci cu privire la influența porilor și a incluziunilor nemetalice asupra performanțelor structurilor sudate, există opinii diferite. Prin urmare, vom examina în detaliu efectul porilor și incluziunilor nemetalice asupra proprietăților mecanice ale unei îmbinări sudate.
Majoritatea cercetătorilor care studiază efectul porilor asupra rezistenței articulațiilor sudate ajung la concluzia că, într-o oarecare măsură, prezența porilor în metalul de sudură practic nu-și reduce puterea statică.
Pentru oțeluri carbon scăzut, această limită este de aproximativ 10% din cusătura secțiunii transversale pentru oțeluri perlitice - 6- 8%, pentru aliaje de aluminiu - 3,6%. și în conformitate cu un aliaj de aluminiu cu diametrul de 6 AlMg cu pori mai mici de 0,5 • ~ 3 m, neînsoțite de pelicula de oxid, nu au practic nici o influență asupra proprietăților de rezistență ale îmbinării sudate. porii sub-oxidați, dacă diametrul lor nu depășește (1,8-2,0) • 10
3 m, reduceți rezistența statică a articulațiilor fără a mă întări cu aproximativ 6%. Lanțurile de pori parțial fuzionați (dn = 2 - 10
3 m), cu o lungime totală de maximum 30% din lungimea cusăturii, reduce rezistența sa statică cu 11-15%.
Capacitatea portantă a unei îmbinări sudate cu pori poate fi determinată prin următoarele formule:
pentru pori unici
pentru un lanț și o rețea de pori
unde dn este diametrul porilor (pentru lanțuri și grupuri, diametrul mediu); £ max - lățimea maximă a cusăturii; ai este cea mai mică distanță dintre porii vecini; Vi - înălțimea cusăturii pentru poralul intermediar sau adâncimea porului.
Cu toate acestea, porii nu numai că reduc rezistența statică a îmbinării sudate, dar, ca și concentratori de tensiune, pot determina o scădere a rezistenței articulației sudate. Un efect semnificativ al porilor asupra rezistenței la oboseală a îmbinărilor sudate pentru diferite materiale a fost remarcat într-o serie de lucrări.
O influență deosebit de puternică asupra rezistenței articulațiilor sudate este exercitată de prezența porilor situați în zone cu solicitări reziduale de tracțiune ridicată. În acest caz, chiar porii unici devin periculoși.
Deoarece tensiunile reziduale de tracțiune sunt deosebit de mari în straturile superficiale ale metalului de sudură, riscul de distrugere crește dacă porii sunt localizați aproape de suprafață. Acest lucru este confirmat de datele conform cărora valoarea factorului de concentrație a tensiunii pentru porii de gaz crește de la 2,05 la 5,0, deoarece porii de la volum la suprafață se apropie de o distanță egală cu diametrul porilor. Din același motiv, porii eliberați pe suprafața de sudură vor fi periculoși, mai ales dacă suprafața interacționează cu mediul lichid în timpul funcționării.
Cu toate acestea, îmbinările sudate sunt de asemenea distruse de porii interni, în cazul în care acestea din urmă sunt situate în zone cu solicitări reziduale de tracțiune ridicată. Deoarece efectul porilor asociat cu valoarea tensiunii reziduale, este evident că prezența porilor mai mari vor afecta proprietățile mecanice ale îmbinărilor longitudinale lungi, unde tensiunile reziduale de întindere de obicei ating valori ridicate.
Zgura tare și incluziunile metalice conținute în metalul de sudură au de asemenea un efect semnificativ asupra proprietăților mecanice ale îmbinării sudate. Deoarece incluziuni nemetalice sunt concentratoare de stres, această influență trebuie să depindă în mod substanțial dimensiunea, forma și distribuția incluziunilor precum forțele datorită includerii de delimitare pe metal raportul dintre constantele elastice ale incluziunilor și matricea. Conform, compoziția formei, distribuția și faza a incluziuni nemetalice de dimensiune afectează mai puțin de 1 micron semnificativ amploarea unui impact duritate și friabilitate temperatură critică a metalului sudat. Se observă în mod deosebit efectul asupra incluziunilor en nemetalice ale unei forme cu unghi ascuțit. Formarea clusterelor de incluziuni nemetalice reduce și magnitudinea durității.
Investigarea efectului incluziuni de zgură rezistență statică a îmbinărilor sudate a arătat că prezența zgurei în cantități de până la 10% din suprafața secțiunii transversale a rezistenței la întindere a cusăturii metalului sudat cu greu se schimbă. Cu toate acestea, în cazul sudurii în prezența lichidelor corozive zgură incluziunilor pe suprafața suturilor de oțel ICC-42 a condus la o scădere a rezistenței sudurilor împotriva coroziunii cracarea cu 20-25%. Prin urmare, atunci când se lucrează în medii corozive, chiar și în cazul încărcărilor statice, prezența zgurii în cusăturile de sudură reduce durabilitatea structurii.
Rezultatele studiilor privind efectul incluziunilor nemetalice asupra sudurilor de rezistență inelare indică faptul că la 104 numărul de cicluri până la sudură de rezistență la oboseală, care cuprinde incluziuni, cu greu diferă de rezistența metalului de bază. Cu un număr mai mare de cicluri de recompensă, rezistența cusăturilor sudate este afectată de mărimea incluziunilor. Mai mult, cu cât dimensiunea incluziunii este mai mare, cu atât rezistența la oboseală a îmbinării sudate scade.
În legătură cu diferențele în proprietățile fizice ale incluziunilor și ale matricei, în special diferența dintre coeficienții de dilatare termică, pot apărea stresuri considerabile în regiunea incluziunii și în ea. Conform datelor, a = 588 MPa. Astfel de valori ridicate ale tensiunilor pot conduce la apariția unei regiuni de pre-eșec în apropierea locului incluziunilor. Este evident că realizarea tratamentului termic, reducând într-o oarecare măsură eforturile care apar în apropierea incluziunilor, ar trebui să reducă și efectul periculos al incluziunilor nemetalice.
Acest lucru este confirmat de datele experimentale privind efectul tratamentului termic asupra rezistenței la oboseală a îmbinărilor sudate cu incluziuni ale zgurii. Observăm că datele experimentale au fost obținute pentru un metal cu o grosime mai mare de 12-10
3 m; pentru componentele cu o grosime mai mică, efectul nociv al incluziunilor de zgură este îmbunătățit.
Apariția solicitărilor termice în apropierea incluziunilor se datorează compoziției chimice a incluziunii nemetalice. Prin urmare, alegerea elementelor de aliere este importantă în determinarea efectului incluziunilor nemetalice asupra rezistenței unui metal, deoarece compoziția incluziunii depinde de aceasta. Astfel, atunci când metalul este răcit în jurul incluziunilor (A1203, aluminați C), care au un coeficient de expansiune termică mai scăzut decât metalul, apar câmpuri de stres. Includerile în care coeficientul de dilatare termică este mai mare decât cel al oțelului, de exemplu MnS, MnSe, formează cavități la interfața cu metalul, ceea ce este de asemenea dăunător.
Prezența incluziunilor nemetalice în metalul de sudură poate contribui la formarea altor defecte. De exemplu, incluziunile de sulfură, care au adesea un punct de topire sub temperatura de cristalizare a metalului, cauzează formarea fisurilor fierbinți. Prezența nitridiilor în metalul de sudură mărește tendința de îmbătrânire și așa mai departe.
Astfel, chiar și o astfel de revizuire foarte scurtă indică influența semnificativă a incluziunilor nemetalice conținute în cusăturile sudate asupra performanțelor structurilor sudate.
Nu se fierbe, degajări și fuzionare, fiind defecte planare reprezintă o concentrare semnificativă de stres și de a reduce în mod semnificativ rezistența statică și dinamică a unei îmbinări sudate. O dependență similară se observă pentru o varietate de materiale. Deosebit de remarcabil, aceste defecte afectează rezistența dinamică. Chiar și micile în dimensiuni, nu provenki (10% dintr-o grosime a unei secțiuni) reduc rezistența oboselii de 2 ori. Iar efectul negativ al subcotării, fuzionării și nu provarkovului crește dacă defectele se află în câmpul de tensiuni reziduale de tracțiune ridicată.
Deci, deși în grade diferite, dar toate defectele avute în vedere în cordoanele de sudură (fisuri, pori, incluziuni nemetalice, degajări interioare, nu gatiti fără a se topi) afectează performanța structurilor sudate, în special sub influența alternantă și șoc sarcini.