книги / Практическое применение механики разрушения для оценки прочности конструкций

so

Я10

&

%

$

28

ms* 1*¥5

81

1ZZ

Ф85

Р и с. 2 2 . Опытный диск газовой турбины из разнородных материалов

возможности длительной эксплуатации дисков в газовой турбине. Од­ нако в диске газовой турбины признаки разрушения в зоне термиче­ ского влияния у обода появились через 1 0 0 0 час. Измерения оста­

точных напряжений в сварном шве диска турбины			выявили	уровень
растягивающих напряжений порядка 6 0	кГ/мм^, а		в дисках,	испытан­
ных в разгонной установке, примерно	2 0	кГ/мм^	Следовательно,
высокая предварительная напряженность,		которой	были подвергнуты

диски в разгонной установке, привела к значительному уменьшению остаточных напряжений, что определило приемлемую длительную проч­ ность конструкции. В диске, установленном в турбине, в три раза меньшая инерционная нагрузка не уменьшила остаточных напряжений, и они вместе с рабочими напряжениями привели к относительно бы­ строму исчерпанию длительной прочности никелевого сплава ЭИ—7 6 5 .

Испытания на разрушение сосудов давления используются также для определения вязкости в местах концентрации напряжений новых

сталей. Например, Армстронг	[41] , испытывая на внутреннее давле­
ние сосуды из стали с 9%Ni	при температурах до - 1 9 6 С, привел

убедительное доказательство резко выраженного сопротивления хрупко­ му разрушению этой стали.

В упомянутых работах в основном определялись условия начала разрушения, тогда как в ряде случаев (например, для газопроводов)

i I ом ер моде­ ли

1

2

3

4

5

6

	Способ изготовления		модели			Скорость	Характер разрушения
						вращения,
						об/мин
Разделка и способ сборки с подкладным кольцом. Ручная						11 8 5 0	Обрыв гибкого элемента. Увеличение
сварка корня шва электродом ЦУ-1. Ручная сварка раз­							диаметра центрального отверстия на
делки электродом ЦЛ -30							4 2 ,6 мм
Разделка и способ сборки без подкладного кольца. Аргон-						11 8 0 0	Обрыв гибкого элемента. Увеличение
ная сварка корня шва с полным проплавлением. Ручная свар­							диаметра центрального отверстия на
ка разделки электродом ЦЛ-30.							4 1 ,5 мм
Центровка по наружному диаметру. Аргонная сварка					корня шва	11 8 0 0	Обрыв гибкого элемента. Увеличение
с полным проплавлением. Автоматическая сварка разделки про­							диаметра центрального отверстия на
волокой	Ю ХМ	под флюсом АН -22					3 5 ,3 мм
Центровка по наружному диаметру. Аргонная сварка					корня шва	11 6 5 0	Разрушение обоих дисков и цилиндриче­
с неполным проплавлением для создания кольцевой трещины.							ской оболочки, которая частично оторва­
Автоматическая		сварка р а з д е л к и	проволокой Ю ХМ		под флю­		лась от дисков
сом АН—22
Облицовка кромок разделки электродом ЦУ-1. Центровка по						11 9 5 0	Разрушение обоих дисков и цилиндриче­
наружному диаметру. Аргонная сварка корня шва с полным							ской оболочки, которая полностью отор­
проплавлением. Автоматическая сварка разделки проволокой							валась от дисков
Ю ХМ	под флюсом АН -22
Облицовка кромок разделки электродом				ЦУ—1. Центровка по		11 7 5 0	Разрушение обоих дисков и цилиндриче­
наружному диаметру. Аргонная сварка корня шва с неполным							ской оболочки, которая частично оторва­
проплавлением		для создания кольцевой трещины. Автоматиче­					лась от дисков
ская сварка разделки проволокой			Ю ХМ	под флюсом АН -22

Р и с . 2 5 . Плоский сварной диск для раз­ гонных испытаний

Р и с . 2 4 . Плоский диск с надрезами для разгонных испытаний

<РИ Ф650

Ф380

Ф1$0 МО

Рис. 2 6 . Малая модель сварного ротора

Р и с . 2 7 . Модели сварного ротора компрессо­

ра первого типа	для испытания корня шва по
схеме сжатия (а)	и второго типа для испыта­
ния шва по схеме	растяжения (б)

& J& I	:	'/ Л &	307
			i
	1		g1
		Ш s	,
	Ш		& i

Р и с . 2 8 . Модели сварного турбинного ротора первого типа с двумя сварными швами (а) и второго типа для нагружения сварного шва изгибающими напряжениями (б)

отношения скорости вращения Ng , вызывающей остаточное увеличение какого-либо наружного диаметра испытываемых моделей роторов на 1 -20 мм, к номинальной скорости вращения Мн .

Испытания применительно к сварным роторам компрессора и тур­

бины осуществлялись разгоном крупных сварных моделей		весом до
3 500 кг, изготовленных из поковок стали	34ХМА, поставляемых для
серийных роторов. Напряженное состояние	зоны сварного	соединения

ротора компрессора воспроизводилось на моделях, изображенных на

рис. 27, а ротора турбины -	на рис. 2	8 . Наружные диаметры	и тол­
щины несущих дисков турбинных моделей были уменьшены на			25%
по сравнению с натурными	размерами,	а диаметры и сечения	сварных

швов модели выполнены одинаковыми с размерами швов концевых обо­ лочек натурного ротора. Номинальные напряжения воспроизводились в

компрессорных моделях			при 3 0 0 0 ,	а в турбинных - при 4 5 0 0 об/мин.
Каждый тип модели		дублировался,		причем сварной шов одной модели
сваривался	вручную	электродом ЦЛ—3 0 , который			обеспечивал предел
текучести	наплавленного металла 5 0 кГ/мм^, а				другой - автоматиче­
ски проволокой 10ХМ,			что давало	предел текучести наплавленного

металла 4 0 кГ/мм^. Результаты испытаний приведены в табл. 4. Они показывают, что разница в величинах остаточных деформаций опреде­ ляется прочностными свойствами не сварного шва, а основного метал­ ла. Этот вывод вполне оправдан, так как объемы сварного шва и основ­ ного металла в конструкции сварного ротора существенно отличаются. Следовательно, автоматическая сварка, обеспечившая меньшую проч­ ность наплавленного металла, создает в конструкции сварного ротора шов, равноц!енный шву, выполненному ручной сваркой.

Таким образом, испытания крупных моделей роторов определили возможность применения автоматической сварки при изготовлении сварных роторов и выявили действительные запасы прочности (см. табл. 4 ), которые обеспечивают их надежную работу.

5. Методы выбора материалов для изготовления конструкций

Современные конструкции работают в тяжелых условиях эксплуата­ ции (высокие скорости вращения, высокие давления, циклическое на­ гружение, иногда относительно низкие температуры и т.п .). В связи с этим для надежной работы изделий новой техники необходимы леги­ рованные стали, которые по сравнению с ранее применяемыми мало­

углеродистыми сталями обладают более высокой прочностью и уровнем ударной вязкости, лучшей прокаливаемостью,4-что позволяет применять их в больших сечениях. Немаловажную роль играет снижение веса конструкций, поэтому стали должны надежно работать при высоких на­ пряжениях с небольшими коэффициентами запаса прочности.

Для изготовления крупногабаритных конструкций часто применяют различные типы сварки плавлением. Совершенно очевидно, что умень­ шение склонности к хрупкому разрушению материала таких конструк­