§ 4. Предупреждение хрупких разрушений

Очевидно, что предупреждение хрупких разрушений может быть осуществлено устранением причин, их вызывающих. По отношению к сварным конструкциям основными путями повы­шения их сопротивляемости хрупким разрушениям являются следующие:

I. Конструктивное оформление отдельных элементов, умень­шающее концентрацию как рабочих напряжений в процессе эксплуатации, так и остаточных в процессе изготовления свар­ных конструкций.

На рис. П-7, а дан пример двутавровой балки из стали ВСт. Зкп, в которой после заварки стыкового шва самопроизволь­но разрушилась стенка. Концентратор напряжений в виде угла выреза располагался на расстоянии 15 мм от шва и попадал в зону пластических деформаций и повышенных температур.

17 823 257

Между тем оформление выреза, как показано на рис. 11-7,6, по­зволило бы избежать концентрации пластических деформаций. 2. Назначение последовательности сборочно-сварочных опе­раций и технологических приемов выполнения сварных соедине­ний, исключающих рез-

-—■—г-я

TZZZZZ

5}

mm 50мм "~г

15мм

кие концентраторы на­пряжений в зоне пласти­ческих деформаций, в том числе дефекты в виде пепроваров, трещин, не­сплавлений, подрезов и т. п. На рис. П-8 приве­ден пример сопряжения двух уголков анкерной опоры электропередачи, которая разрушилась при 7"= —50° С. Сопрягаемые уголки своими торцами плотно примыкали друг к другу и перекрывались уголковой накладкой. Стык уголков имел непровар, от кото­рого и началось разрушение. Аналогичное пересечение швов

Рис. 11-7. Узел несущей балки двутавро­вого сечения: а) нерациональный; б) рациональный

А-А

А £\

1

Ж(<(<Ш<Ф

А '■ t

Рис. 11-8. Монтажный стык ан­керной угловой опоры:

/ — очаг разрушения

Рис. 11-9. Узел крепления горизон­тального ребра жесткости к обечайке резервуара:

/—оболочка резервуара; 2 — упорное кольцо; 3 — очаг разрушения

(рис. 11-9), из которых один шов в кольце имел непровар, явилось очагом разрушения сферического резервуара. При пони­жении температуры воздуха были обнаружены трещины, иду-

258

щие от непроверенных стыков кольца. Обеспечение полного провара устраняло опасные концентраторы напряжений.

3. Применение присадочных металлов и режимов сварки, обеспечивающих высокую пластичность и вязкость металла швов при низких температурах.

4. Выбор основного металла для сварных конструкций, рабо­тающих при низких температурах, исходя из двух главных усло­вий: слабой склонности металла к деформационному старению и достаточно высокой его сопротивляемости распространению разрушений при температурах эксплуатации изделия.

5. Применение термической обработки сварных деталей после кварки.

6„ 80 70 60 50 40 30 бг го to

нГ/ММ1

_—■—t

; ! N,

6paspi

! ^^

4u5

f ' /

" в

(П

5

в ! : i

%

2.

^D

/ !___ip-* И"1^ ;

Аб,

~-i

\

Cm,3

кр

-------

> i , j 1 1

1 ' i i

|

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,250,8 1 1,2 tfi 1,6 1,8 2,0

Рис. 11-10. Диаграммы зависимости действительного напряжения О] от действительной деформации е_{ для стали Ст. Зкп:

участок до точки Д — равномерная пластическая деформация; / — исход­ное состояние после горячей прокатки; 2— го же, при температуре испы­тания — 60" С; в — деформационное старение (пластическая деформация 10%. выдержка при Г-250* С 3 ч, температура испытания +20" С; 4 — то же, что и 3. при температуре —60° С; 5 — после деформационного старе­ния и высокого отпуска

Применение высокого отпуска. Высокий отпуск является эффективным средством, позволяющим восстановить пластические свойства металла, утраченные в результате закал­ки, протекания пластических деформаций или старения металла. При этом происходит выравнивание пластических свойств по сечению детали. Одновременно общий высокий отпуск значи­тельно снижает остаточные напряжения и тем самым устраняет потенциальную энергию, накопленную конструкцией при сварке.

259

Снимая остаточные растягивающие напряжения, отпуск в неко­торой мере может повысить сопротивляемость конструкций началу хрупких разрушений, возникающих вследствие усталости, а также повысить сопротивляемость распространению разруше­ний вследствие уменьшения потенциальной энергии. Местный отпуск применяется главным образом как средство восстановле­ния пластичности металла.

Положительное влияние высокого отпуска можно проследить на примере восстановления вида диаграммы C]=f(e[) после того, как был проведен высокий отпуск металла, прошедшего перед этим деформационное старение (рис. 11-10), а также на примере восстановления прочности и пластичности после отпуска надрезанных образцов, прошедших деформационное старение (см. рис. 11-5).

Применение нормализации пли закалки с от­пуском. Использование указанных операций оправдывается тем, что они заметно повышают сопротивляемость перлитных сталей хрупким разрушениям при низких температурах. В табл. 11.1 приведены значения ударной вязкости ряда сталей в трех состояниях: горячекатаном, нормализованном и закален­ном при положительных и отрицательных температурах. Металл, прошедший закалку с отпуском, обладает наибольшей величиной ударной вязкости при отрицательных температурах.

Таблица 11.1

Величина ударной вязкости для некоторых сталей в различном состоянии

		Ударная вязкость а ,
	Состоянии стали	к Г ■ Л!;СЖ- при темпе­ратуре испытания. "С
Марка стали
		-I 20	-40	-ад
Сталь 20	Горячекатаная;	11,0	3,0	0,5
	нормализованная;	18,0	11,0	3,0
	накалка с отпуском	24,0	20,0	16,0
Сталь 45	То же	1.5	0,5	0,1
		5,0	3,5	1,5
		11,0	7,0	4,5
Сталь 15ХСНД		11,0 15,0	1,0 12,0	0,5 9,0
		18,0	14,0	10,0