§ 3. Прочность сварных соединений при ударе

Хрупкость металлов наиболее сильно проявляется при удар­ных нагрузках. Поэтому большинство методой для оценки сопро­тивляемости сварных соединений хрупким разрушениям основа­но на применении удара. Распространено испытание металла шва и зон сварных соединений на ударную вязкость. Надрез располагается в зоне, где производится определение свойств металла. Применение сварочных проволок соответствующего химического состава, защитных инертных газов, флюсов и обма­зок при электродуговой и электрошлаковой сварке позволяют практически получать наплавленный металл шва, не

255

а)

-fie:

rft:

U~X^$~~-&

"V

300

уступающий по ударной вязкости основному металлу, а нередко и превосходящий его. Таких результатов удается достигнуть при сварке иизкоуглеродистых, низколегированных и аустенитных сталей, а также специальных сталей и сплавов. Ударная вяз­кость швов колеблется при комнатных температурах в пределах от 8 до 25 кГ-м/см².

Ударная вязкость околошовных зон зависит от химического состава и свойств основного металла, а также от термического

цикла сварки. Наиболее- рас­пространенными случаями сни­жения ударной вязкости около­шовных зон в сварных соедине­ниях являются перегрев метал­ла, вызывающий рост зерна, закалка и старение. Перегрев чаще наблюдается в электро­шлаковых сварных соединени­ях и может вызвать весьма значительное понижение удар­ной вязкости. Восстановление ударной вязкости достигается применением закалки или нор­мализации сварного соедине­ния. Для повышения пластиче­ских свойств металла в зонах закалки назначают отпуск сварных конструкций. Одно­временно достигается сниже­ние остаточных напряжений.. Сварные соединения и кон­струкции без значительных концентраторов напряжений хорошо сопротивляются удар­ным нагрузкам, в том числе и при отрицательных темпера­турах, при условии достаточно высокого качества исходного основного металла и соответ­ствующего технологического процесса сварки. Для оценки качества сварных соединений при низких температурах и ударных нагрузках разработа_: мы различные специальные методы испытаний. В частности, на рис. 11-6, а представлен образец Института электросварки им. Е. О. Патона. Ребро образца состоит из двух частей, прива­ренных угловыми швами к целой пластине. Наличие узкой щели

ВСгпЗ

1

11-6. Зависимость напряже­ний, вызывающих хрупкие разру­шения, от температуры:

а) образец для испытаний; б) резуль­таты испытаний

256

в ребре приводит к концентрации напряжений, а процесс сварки создает ряд дополнительных неблагоприятных влияний, связан­ных с наличием концентратора. При растяжении до определен­ного напряжения и дополнительном ударе со стороны, противо­положной ребру, образцы хрупко разрушались. Причем в зави­симости от температуры и марки стали разрушения происходили при различных растягивающих напряжениях (рис. 11-6,6). Ре­зультаты испытаний указывают на существенную зависимость прочности сварных образцов при ударе от марки стали.

Различные испытания сварных образцов при ударе свиде­тельствуют о значительном влиянии состояния н свойств зоны, где ожидается начало разрушения, на прочность конструкции в целом. Если основной металл при температуре испытания име­ет свойства, при которых возможны хрупкие и квазихрупкие формы его разрушения, то зона начала разрушения имеет реша­ющее значение для прочности конструкции. Хрупкие локальные зоны, острые концентраторы, являясь очагами начала разруше­ний, резко понижают прочность сварных конструкций в таких условиях. При их отсутствии вызвать начало разрушения даже при ударных нагрузках удается лишь после значительных пла­стических деформаций металла.

Если основной металл при температуре испытания разруша­ется вязко, то отрицательное влияние хрупких зон и острых надрезов ослабевает. Начавшиеся разрушения, как правило, останавливаются, входя в вязкий основной металл.

В инженерной практике ударный характер приложения нагру­зок учитывается путем введения в расчет различных динамиче­ских коэффициентов, устанавливаемых специальными испыта­ниями или на основе эксплуатации опытных конструкций. Такой метод расчета прочности весьма условный.