Механическая неоднородность

?ис. 15.6. Вид в плане протонного •синхротрона на 33 ГэВ Национальной лаборатории в Брукхэвене. Ускорители частиц на высокие энергии, расположенные в Брукхэвене, Женеве, Дубне и Беркли, •являются наиболее внушительными средствами научного исследования во всем мире. В настоящее .время строятся и другие крупные ускорители: / — помещение с водородной камерой; 2 — входной канал; 3 — ограничительная стенка; •4 — экспериментальная площадка; -б — линейный ускоритель; 6 — генератор Коккрофта — Уолтона; 7 — источник ионов; 8 — направление лротонного пучка; 9 — 30°-ный суперпериод; 10 — символом х оболванены положения, где имеет ме-•сто ускорение на высокой частоте; 11 — орбита через 240 магнитов; J2 — подземный магнитный тун-«ель; 13 — экранирование; 14 — помещение для мишеней; 15—подсобные помещения (администрация, машинный зал, центр управления, лаборатории, механическая мастерская и т. п.).

При кафедре имеются 7 лабораторий и механическая мастерская, а также станция испытания материалов (существует свыше 40 лет).

2) вспомогательные отделения: склады металла, нарезанных заготовок, межоперационные, готовой продукции, огнеупоров, кладовые инструмента, штампов, вспомогательных материалов, запасных частей оборудования, насосно-аккумуляторное отделение, цеховые трансформаторные подстанции, ремонтно-механическая мастерская цехового механика, инструмента л ьно-штамповая мастерская;

Ремонтно-механическая мастерская и кладовая вспомогательных материалов, не требующие большой высоты, расположены в первом этаже двухэтажной пристройки для бытовых помещений.

Фит. 6. Схема котельного цеха паровозостроительного завода на годовой выпуск 700 паровозных котлов, /—склад металла; Я—заготовительное отделение; III—прессовый цех; IV— механическое отделение; V— отделение узловой сборки и сварки цилиндрической части котла; VI—отделение узловой сборки и сварки топок: VII—отделение узловой сборки; VIII—отделение общей сборки; IX—склад труб; X—склад заклёпок; XI — гидравлическая насосная и аккумуляторная; XII— инструментальная кладовая; XIII — кладовая вспомогательных материалов; XIV— кладовая полуфабрикатов; XV— склад готовой продукции; XVI— сварочная лаборатория; XVII — ремонтно-механическая мастерская; XVIII— электроремонтная мастерская;

Механическая мастерская является обслуживающим органом всего лабораторного комплекса; предназначается для выполнения различных механических работ по заданию лабораторий, включая изготовление образцов и приспособлений, получение стружки, обработку макрошлифов и др.

Фиг. 2. Компоновка средней заводской лаборатории: /— термическая лаборатория; 2— металлографическая лаборатория; 3 — кабинет начальника; 4 — лаборатория формовочных материалов; 6 — механическая лаборатория; 6 — механическая мастерская; 7 — химическая лаборатория; 8 — отдел коррозии; 9 — отделение спектрального анализа; 10 — магнитная лаборатория; Я —рентгеновская лаборатория.

Фиг. 3. Компоновка малой заводской лаборатории: 1 — термическая лаборатория; 2— лаборатория формовочных материалов; 3 — кабинет начальника и канцелярия; 4—металлографическая лаборатория; 5—химическая лаборатория; 6 — механическая лаборатория; 7 — механическая мастерская.

Фиг. 4. Компоновка площадей и планировка оборудования средней заводской лаборатории, / — термическая лаборатория; II — металлографическая лаборатория: а — фотокомната; III - комната начальника; IV — комната секретаря-диспетчера; V—лаборатория формовочных материалов; VI — механическая лаборатория; VII— механическая мастерская; VIII — химическая лаборатория: б — химико-аналитический отдел; в — отдел коррозии, г—отдел спектрального анализа, д — весовая, е — комната начальника химической лаборатории, ж — кубовая и мойка, э — реактивная; IX — магнитная лаборатория; X — рентгеновская лаборатория: и—камера просвечивания, к — аппаратная, л — фотокомната, / — муфельная силитовая печь; 2 — муфельные хромалевые печи; 3— столы для мелких печей и приборов; 4 — прибор Роквелла; 5 — шкафы; 6 — закалочный бак для воды и масла: 7 — горизонтальный металлографический микроскоп; 8 — рабочие столы; 9 — вертикальный микроскоп; 10 — ьодопроводные раковины; //—фотоаппарат; 12 — стол для шлифования; 13— полировочный станок; 14— бегуны; /5 — копры; /6 — приборы для взбалтывания; 17 — рычажный прибор для определения крепости;/^— сушильные шкафы электрические; 19— прибор для проверки газопроницаемости; 20 — вентиляторный смесительный прибор; 21— прибор для ускоренного определения влажности; 22 — ситовый прибор; 23 ^- весы; 24—шаровая мельница; 25—машина Амслера на 50 т; 26 — разрывная машина на 10 т; 27—пресс Гагарина; 28 — разрывная машина на 5 т; 29 — весы „Толедо"; 30— машина для испытания на износ; 31 — машина для испытания на усталость; 32 — копёр Шарпи на 15 кгм; 33 — копёр Шарпи на 1 кгм; 34 - прибор Эриксена; 35— прибор для испытания на изгиб; 36 — делительная машина; 37 —машина для испытания проволоки на кручение; 38 — прибор Бринеля; 39 — прибор Роквелла; 40 - прибор Ту-кон-Вильсон; 41 — прибор Виккерса; 42 — токарно-винторезный станок ДИП-200; 43 — слесарный верстак с тисками; 44 — тумбочки для инструмента; 45 — токарный станок 162-СП; 46 — горизонтально-фрезерный станок; 47 — станок для разрезки закалённых деталей; 48 — шепинг; 49 — приводная ножовка; 50 — наждачное точило; 51 — сверлильный станок;52 — настольный сверлильный станок; 53 — динамомашина постоянного тока; 54 — влажная камера; 55 — колесо Гарднера; 56 — кварцевый спектрограф; 57 — стол для стилометра; 58 — стол для стилоскопа и карбометра; 59 — весы аналитические; 60—шкаф несгораемый; 61 — столы аналитические; 62 — стол для аппарата Вюрца-Марса (определение углерода); 63 —баллон кислородный; 64 — стол моечный; 65—куб перегонный для дестиллированной воды; 66—полка для посуды; 67 — шкафы вытяжные; 68 — электролизер; 69 — универсальный магнитный дефектоскоп; 70 — передвижной магнитный дефектоскоп; 71—размагничивающая камера; 72 — рентгеновский аппарат; 73 — штатив с рентгеновской трубкой; 74 — стол для просвечивания деталей; 75— пульт управления аппаратом; 76 — шаупульт; 77 — аппарат для структурного анализа; 78 — стол с негатоскопом.

Механическая мастерская Пулковской обсерватории в истории отечественного приборостроения занимает особое место, так как в ней, начиная с 1839 г., когда была открыта обсерватория, изготовляли высокоточные астрономо-геодезические инструменты. Пулковская мастерская благодаря работам Уно Порта (1839—1845 гг.), Георга Константиновича Брауэра (1845—1866 гг.), Василия Федоровича Гербста (1867—1885 гг.) и Генриха Андреевича Фрейберга-Кондратьева (1895—1908 гг.) получила большую известность как у нас в стране, так и за границей [93].

88. Ноеокшаноеа 3. К. Механическая мастерская Главного штаба.— Ист.-астрон. исслед. 1962, вып. 8, с. 331—• 360.

Отмеченные фрактографические закономерности изломов металла характерны и для сварных соединений. Однако специфические макро- и микроструктурные особенности сварных соединений накладывают определенные отпечатки на характер их разрушения. Отличительной особенностью сварных соединений является структурная неоднородность, обусловливающая различие механических и химических свойств отдельных участков (механическая неоднородность). Кроме того, в сварных соединениях более вероятно появление дефектов (непровар, холодные и горячие трещины, поры, включения и др.) и выше уровень напряженности из-за остаточных (сварочных) напряжений. Металл шва в большинстве случаев имеет более высокие механические свойства, поэтому при отсутствии макроскопических дефектов при статическом нагружении разрывы происходят по основному металлу по механизму вязкого или хрупкого разрушения. Однако наличие дефектов и участков с различными вязкопластическими характеристиками существенно изменяет характер и местоположение разрыва (рис.2.4; 2.5). Даже незначительные подрезы в швах могут перевести место разрушения с основного металла (ОМ) в область шва (Ш) или зоны термического влияния (ЗТВ). При этом плоскости разрушения располагаются вблизи линий сплавления (рис. 2.4,6), под углом 45° (рис. 2.4,в) и 90° (рис.2.4,г) к направлению действия максимальных напряжений. Прямой излом может реализоваться как при вязком, так и хрупком разрушениях, но с различными фрак-тографическими параметрами поверхности излома. Непровар швов способствует разрушению в результате косого среза (рис.2.4,л) или прямого излома (рис. 2.4,м). При наличии в изломе нескольких очагов разрушения поверхность излома имеет сложное очертание с различной ориентацией к направлению действия максимальных главных напряжений. Нередко в сварных соединениях имеют место так называемые мягкие и твердые прослойки (рис. 2.5).

Как отмечалось ранее, разрушения делят на хрупкие и вязкие. Промежуточным между ними является квазихрупкое разрушение, как наиболее часто встречающееся в реальных условиях эксплуатации конструкций. Заметим, что хрупкие разрушения реализуются не только в (природно) хрупких материалах. При определенных условиях пластичные стали могут разрушаться по механизму хрупкого разрушения в результате действия ряда охрупчивающих факторов, которые можно разделить на три основные группы: механические (большая жесткость конструкции и напряженного состояния, локальное стеснение деформаций в дефектах и концентраторах напряжений, механическая неоднородность, скорость нагружения и цикличность); внешняя среда (коррозия, радиация, низкая температура); структурные изменения (деформационное старение, распад метастабильных фаз и др.).

Были также проанализированы данные ВНИКТИнефте-химоборудование по обследованию за 10 лет эксплуатации 118.560 сварных стыков трубных элементов печных змеевиков из сталей типа 15Х5М, сваренных аустенитным электродами, по ряду нефтехимических предприятий (табл. 2.9). Анализ этих статистических данных показывает, что стимулирующую, а в отдельных случаях самостоятельную роль в обеспечении их работоспособности может играть ярко выраженная структурно-механическая неоднородность. Усиливается эффект перенапряжения металла в локальных областях с неравновесными закалочными структурами, имеющими максимальные скопления несовершенств кристаллического строения, особенно работающими в условиях сложного напряженного состояния, присущего эксплуатации нефтехимического оборудования. Анализ разрушений показывает, что повреждения, как правило, инициируются в перенапряженных областях конструктивных элементов. Одной из основных причин преждевременных хрупких разрушений конструкций из сталей типа 15Х5М является наличие развитых закаленных участков (твердых прослоек) сварных соединений.

Применение конструкционных низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, теплоустойчивых и жаропрочных хромомолибденованадиевых, нержавеющих хромоникелевых сталей, биметаллов и композиционных материалов для изготовления аппаратов актуализирует проблему механической неоднородности. Механическая неоднородность, заключающаяся в различии механических характеристик зон (шва Ш, зоны термического влияния ЗТВ и основного металла) сварного соединения, является, с одной стороны, следствием локализованных температурных полей при сварке структурно-неравновесных сталей, с другой - применения технологии сварки отличающимися по свойствам сварочных материалов с целью повышения технологической прочности.

2. Бакши О.А. Механическая неоднородность сварных соединений. - Челябинск: ЧПИ, 1981. - 56 с.

1) механические факторы, обусловленные большой жесткостью конструкции и напряженного состояния, локальное стеснение деформаций в дефектах и концентраторах напряжений, механическая неоднородность в виде мягких и твердых хрупких участков, скорость нагружения и цикличность;

упруго-пластического деформирования; термического воздействия и контроля качества. Для первой группы технологических операций определяющими работоспособность факторами являются степень пластической деформации и остаточные напряжения. Механическая неоднородность является следствием применения операций термического воздействия. Для третьей группы определяющими работоспособность факторами являются дефекты различного происхождения.

Применение сталей повышенной и высокой прочности, специальных жаропрочных и нержавеющих сталей, биметаллов и композиционных материалов для изготовления сосудов актуализируют проблему механической неоднородности. Механическая неоднородность, заключающаяся в различии механических характеристик зон сварного соединения, является, с одной стороны, следствием локализованных температурных полей при сварке структурно-неравновесных сталей, с другой - применения технологии сварки отличающимися по свойствам сварочных материалов с целью повышения технологической прочности.

Анализ механизма процессов обработки заготовок при производстве труб и сосудов в плане позволяет разделить всё многообразие технологических операций на три группы: упруго-пластического деформирования; термического воздействия и контроля качества. Для первой группы технологических операций определяющими работоспособность факторами являются степень пластической деформации и остаточные напряжения. Механическая неоднородность является следствием применения операций термического воздействия. Для третьей группы определяющими работоспособность факторами являются дефекты различного происхождения.

Применение сталей повышенной и высокой прочности, биметаллов и композиционных материалов для изготовления труб и сосудов актуализируют проблему механической неоднородности. Механическая неоднородность, заключающаяся п различии механических характеристик зон сварного соединения,являегся, с одной стороны, следствием локализованных температурных полей при сварке структурно-неравновесных сталей, с другой - применения технологии сварки отличающимися по свойствам сварочных материалов с целью повышения технологической прочности.

1.2. МЕХАНИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ