СПОСОБ ОЦЕНКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ УСТАЛОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
METHOD TO ESTIMATE RESISTANCE OF CORROSION FATIGUE OF WELDED JOINTS

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам оценки работоспособности сварных соединений в условиях одновременного воздействия циклических нагрузок и коррозионных сред, и может быть использовано для решения научно-исследовательских задач.
При эксплуатации сварных соединений в условиях одновременного воздействия коррозионных сред и циклических нагрузок на участках сварных соединений с пониженной пластичностью зарождаются коррозионно-усталостные трещины. Для сравнительной оценки влияния различных факторов (структурный состав различных зон сварных соединений, величина напряжений, частота нагружения, состав агрессивной среды) на сопротивление коррозионной усталости наиболее перспективными представляются методы малообразцовых испытаний.
Известен способ испытания материалов на усталость, заключающийся в том, что одну партию образцов материала нагружают от уровня напряжения выше предела выносливости материала при различных скоростях роста напряжений, одна из которых равна нулю, а другую - при одинаковых скоростях роста напряжений от уровня, не превышающего предел выносливости [патент РФ №2017115 от 30.07.1994 г.].
Недостатком известного способа является то, что форсированный способ нагружения при испытании не отражает всех особенностей реальной эксплуатации при коррозионно-усталостном нагружении.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ оценки сопротивления коррозионной усталости материалов, основанный на определении индивидуальных характеристик сопротивления коррозионной усталости путем построения кривых усталости по степенному уравнению
,
где σ и N - текущие напряжение и число циклов до разрушения;
m и С - параметры кривой усталости.
Сокращение общего времени испытания может быть достигнуто за счет уменьшения количества опытов при использовании прямолинейной зависимости между параметрами уравнения (1)
,
где a и b - коэффициенты, характеризующую конкретную среду [Олейник Н.В., Магденко А.Н., Скляр С.П. Сопротивление усталости материалов и деталей машин в коррозионных средах. - Киев: Наукова думка, 1987]. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - определение параметров индивидуальной кривой усталости по степенному уравнению, описывающему зависимость числа циклов до разрушения от максимального напряжения цикла, для условий испытания на воздухе и в коррозионной среде, по разности которых оценивают сопротивление коррозионной усталости.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является ограниченность области применения только оценкой свойств основного металла.
Задачей изобретения является разработка способа оценки сопротивления коррозионной усталости сварных соединений, позволяющего проводить сравнительный анализ сварных соединений различного структурного состава на базе малообразцовых испытаний.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе оценки сопротивления коррозионной усталости сварных соединений, включающем определение параметров индивидуальной кривой усталости по единому степенному уравнению, описывающему зависимость числа циклов до разрушения от максимального напряжения цикла, для условий испытания на воздухе и в коррозионной среде, по разности которых оценивают сопротивление коррозионной усталости, для определения параметров индивидуальной кривой усталости строят зависимость длины усталостной трещины от числа циклов нагружения, выделяют прямолинейный участок зависимости, по которому определяют число циклов нагружения, соответствующих условиям стабильного роста усталостной трещины.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - для определения параметров индивидуальной кривой усталости строят зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения, выделяют прямолинейный участок зависимости, по которому определяют число циклов нагружения, соответствующих условиям стабильного роста усталостной трещины.
В основе предлагаемого изобретения лежит метод испытания на усталостный изгиб, при котором в процессе нагружения строят зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения; по зависимости определяют размеры участка стабильного роста усталостной трещины и число циклов, соответствующих распространению трещины в пределах этого участка; далее аппроксимируют зависимость числа циклов от напряжений по степенному уравнению.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения;
на фиг.2 - участки стабильного роста усталостной трещины зависимостей длины усталостной трещины от числа циклов нагружения, соответствующих различным условиям нагружения;
на фиг.3 - аппроксимация линейной зависимости ;
на фиг.4 - построение индивидуальной кривой усталости на воздухе;
на фиг.5 - индивидуальные кривые усталости, соответствующие испытанию на воздухе (1) и в 3% водном растворе солей NaCl+MgCl (2).
Построение зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения - ключевой этап в определении параметров индивидуальной кривой усталости, позволяющий выделить характерные участки усталостного излома, поскольку одни участки образуются стабильно под действием нормальных напряжений, и число циклов, соответствующих распространению трещины в пределах этого участка, подходит для обработки по уравнению (1), а другие - распространяются нестабильно, в условиях сложнонапряженного состояния.
Алгоритм зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения и обработки ее характерных участков иллюстрируется изображениями, представленными на фиг.1-2. В процессе нагружения образца фиксируется зависимость длины растущей трещины от числа циклов нагружения (фиг.1), на ней выделяется участок прямолинейной зависимости длины трещины от числа циклов нагружения (фиг.2), данные этого участка используют для построения индивидуальной кривой усталости.
Алгоритм построения индивидуальной кривой усталости и оценка сопротивления коррозионной усталости иллюстрируется изображениями, представленными на фиг.3-5. Сначала результаты опытов аппроксимируют прямолинейной зависимостью (фиг.3)
и определяют значения коэффициентов k, b. Далее через коэффициенты уравнения (3) выражают параметры индивидуальной кривой усталости
и строят индивидуальную кривую усталости (фиг.4). По представленному алгоритму строят индивидуальные кривые усталости на воздухе и в коррозионной среде, по разности параметров которых оценивают сопротивление коррозионной усталости (фиг.5).