Защита состоится 23 Ноября 2011г. в 10:00 по адресу: 03680, г. Киев – 150, МСП, ул. Боженко, 11.

Загрузить автореферат

АННОТАЦИЯ

Кныш В.В. Повышение циклической долговечности сварных соединений на стадиях накопления повреждений и развития усталостных трещин. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.06 «Сварка и родственные процессы и технологии». Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев, 2011.

Диссертация посвящена научному обоснованию эффективности применения высокочастотной механической проковки (ВМП) для повышения циклической долговечности сварных соединений эксплуатируемых металлоконструкций на стадии накопления усталостных повреждений и исследованию различных конструктивно-технологических способов торможения развивающихся усталостных трещин, включая ремонт сваркой.

Разработана и защищена патентами Украины и США ультразвуковая установка USP-300 мощностью 300 Вт с пьезокерамическим преобразователем для упрочняющей обработки сварных соединений. Показано, что ВМП зоны сплавления установкой USP-300 уменьшает коэффициент концентрации напряжений на 15%, а на поверхности металла в зоне обработки вместо остаточных сварочных напряжений растяжения около  предела текучести материала наводятся  остаточные напряжения сжатия до минус . При этом в тонком поверхностном слое (до 30 мкм) образуется субмикрокристаллическая структура, состоящая из дисперсных субзерен с высокими углами разориентировки, которые вытянуты в направлении движения обрабатывающего инструмента.

На основе кривых усталости, установленных при испытании образцов сварных соединений с низкими остаточными напряжениями, разработана методика построения расчётных кривых усталости для сварного элемента эксплуатируемой металлоконструкции, учитывающая характеристики цикла переменного нагружения, коэффициент концентрации напряжений соединения, установившейся уровень остаточных сварочных напряжений и механические свойства металла. Создано программное обеспечение для персонального компьютера, в котором реализована предложенная последовательность определения расчётных кривых усталости для сварных соединений эксплуатируемых металлоконструкций.

Впервые установлено, что в условиях регулярного нагружения эффективность упрочнения технологией ВМП сварных соединений с накопленными усталостными повреждениями зависит от уровня и длительности воздействия приложенного нагружения. Показано, что остаточная долговечность высоконагруженных тавровых сварных соединений низколегированных сталей после упрочнения ВМП при 70% накопленной поврежденности не уступает долговечности соединений, упрочненных в состоянии после сварки. Уменьшение длительности наработки таких соединений с 70% до 10% их долговечности повышает эффективность упрочнения соединений до 3,5 раз в сравнении с упрочнением в исходном состоянии. Этому способствует релаксация остаточных напряжений в сечении соединений и наведение остаточных напряжений сжатия в зонах концентраторов уже после первых циклов нагружения без существенного накопления усталостных повреждений до упрочнения.

Установлено, что закономерности развития усталостных трещин в неоднородных полях ОСН растяжения и сжатия, скорости которых отвечают среднеамплитудному участку ДУР, описываются степенным уравнением Пэриса с неинвариантными относительно характеристик цикла нагружения параметрами. Предложены и экспериментально обоснованы трехпараметрические соотношения для скорости роста поверхностных и сквозных усталостных трещин в конструкционных сталях, которые наряду с размахом КИН в явном виде содержат коэффициент асимметрии цикла напряжений. Предложен метод расчетной оценки циклической долговечности элементов стальных конструкций, поврежденных усталостной трещиной, при ее развитии в неоднородном поле остаточных напряжений растяжения.

Установлены наиболее эффективные конструктивные и технологические способы торможения трещин: сверление отверстий около вершин трещин с установкой в них высокопрочных болтов с натяжением 20 тс; локальный нагрев до температуры 300-3500С на расстоянии 30 мм от вершины трещины;  локальная взрывная обработка цилиндрическими зарядами Ø5,5 мм, расположенными в отверстиях Ø6 мм на расстоянии 1 мм позади фронта трещины. Эти способы увеличивают циклическую долговечность элементов конструкций в 10…20 раз. На основе подходов механики разрушения разработан метод расчетной оценки циклической долговечности элементов конструкций, содержащих развивающиеся усталостные трещины при их торможении искусственно наведенным полем остаточных напряжений сжатия.

Исследована эффективность повышения циклической долговечности сварных соединений с продольными ребрами стали 09Г2С, поврежденных усталостными трещинами, ремонтной сваркой с последующим упрочнением ВМП. Установлено, что упрочнение ВМП зон перехода ремонтных швов на основной металл повышает циклическую долговечность соединений после первой и второй ремонтной сварки в 4 раза, а после третьей – в 3 раза по сравнению с долговечностью соединений в исходном состоянии.

Ключевые слова: сварное соединение, циклическая долговечность, высокочастотная механическая проковка, накопленные усталостные повреждения, циклическая трещиностойкость, усталостная трещина, торможение трещин.